DE10115858A1 - Elektrischer Dämpfer - Google Patents
Elektrischer DämpferInfo
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Abstract
Es wird ein Dämpfer, insbesondere für Fahrzeuge vorgeschlagen, bei welchem die aus dem schwingungsfähigen mechanischen System, bestehend aus Fahrzeugaufbau (1) ungefederten Massen (m¶2¶), Feder (5) und erfindungsgemäßem Dämpfer (7), ausgekoppelte Energie mittels eines Getriebes und einem Generators (17) in elektrische Energie umgewandelt wird. Dadurch wird die Energie nicht dissipiert, sondern kann einer anderen Verwendung zugeführt werden. DOLLAR A Außerdem kann durch Ansteuern des Generators auf einfache Weise das Dämpfungsverhalten des erfindungsgemäßen Dämpfers (7) in weiten Bereichen beeinflusst werden.
Description
Zur Dämpfung der Relativbewegungen zwischen zwei Bauteilen
eines schwingungsfähigen mechanischen Systems werden
vielfach hydraulische Dämpfer eingesetzt, welche die durch
die Dämpfung dem System entzogene Energie in thermische
Energie umwandeln. Nachteilig an diesen Dämpfern ist, dass
während des Betriebs die Dämpfungsrate nicht oder nur mit
erheblichem Aufwand einstellbar ist und die dem System
entzogene Energie verloren geht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Dämpfer
bereitzustellen, der auf einfachste Weise und während des
Betriebs bzgl. seiner Dämpfung verändert werden kann.
Außerdem soll die Dämpfungsenergie einer weiteren Nutzung
zugeführt werden, so dass der Gesamtwirkungsgrad des
Systems steigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen
Dämpfer zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen einem
ersten Bauteil und einem zweiten Bauteil, mit einem ersten
Dämpferteil, mit einem zweiten Dämpferteil, wobei der erste
Dämpferteil mit dem ersten Bauteil verbunden ist, wobei der
zweite Dämpferteil mit dem zweiten Bauteil verbunden ist
und mit einem durch die Relativbewegung zwischen ersten
Dämpferteil und zweitem Dämpferteil angetriebenen
Generator.
Dadurch, dass die bei der Relativbewegung zwischen erstem
Dämpferteil und zweitem Dämpferteil dem System entzogene
mechanische Energie von einem Generator in elektrische
Energie umgewandelt wird, kann erstens die mechanische
Energie einer weiteren Nutzung zugeführt werden und
außerdem kann durch das Ansteuern des Generators dessen
Dämpfung auf einfache Weise und über einen großen
Verstellbereich entsprechend den Erfordernissen des
schwingungsfähigen mechanischen Systems angepasst werden.
Außerdem kann der erfindungsgemäße Dämpfer auf
vergleichsweise einfache Art und Weise in ein
übergeordnetes Steuerungskonzept integriert werden. Die vom
Generator abgegebene elektrische Leistung kann bei einem
Personenkraftwagen bis zu etwa 4 kW betragen.
Vorzugsweise wird der Generator an der Karosserie
angebracht. Dadurch vereinfacht sich die elektrische
Verbindung zwischen Generator und Bordnetz.
Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass zwischen
zweitem Dämpferteil und Generator ein Getriebe vorgesehen
ist, wobei bei einer Ausführungsform der Erfindung das
Getriebe eine Linearbewegung in eine Rotationsbewegung
umwandelt und es sich insbesondere um eine
Kugelgewindespindel, ein Zahnstangen-Zahnradgetriebe oder
eine Planeten-Rollenspindel handelt, so dass erstens eine
Übersetzung oder Untersetzung der Relativbewegung zwischen
erstem Dämpferteil und zweitem Dämpferteil erfolgen kann
und außerdem durch die Verwendung eines herkömmlichen
Generators die Herstellungs- und Entwicklungskosten
verringert werden können.
Weitere Varianten der Erfindung sehen vor, dass die
Generator eine Asynchron-, Synchron-, Gleichstrom- , BLDC-,
Transversalfluss- oder Reluktanzmaschine ist, so dass je
nach den Anforderungen des zu dämpfenden mechanischen
Systems, die jeweils am Besten geeignete Maschine
eingesetzt werden kann.
Bei einer anderen Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Generator ein Lineargenerator ist, so dass auf
eine Umsetzung der translatorischen Bewegung zwischen
erstem Dämpferteil und zweitem Dämpferteil in eine
rotatorische Bewegung verzichtet werden kann.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass
der Generator auch motorisch betrieben werden kann, so dass
nicht nur eine passive Dämpfung erfolgen kann, sondern auch
Aktivkräfte bzw. Energie in das schwingungsfähige System
eingeleitet werden kann. Dadurch kann das
Schwingungsverhalten des zu dämpfenden schwingungsfähigen
Systems weiter verbessert werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ein
Steuergerät vor, welches durch Ansteuern des Generators die
Dämpfung des zu dämpfenden schwingungsfähigen mechanischen
Systems steuert. Dies kann bspw. durch die Steuerung der
Winkellage von Rotor- und Statorfeld und/oder der Steuerung
der Stromamplitude des Generators erfolgen, so dass die
Dämpfungseigenschaften des erfindungsgemäßen Dämpfers in
weiten Bereichen und auf ansich bekannte Weise einfach,
schnell und mit hoher Betriebssicherheit erfolgen kann.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der
Generator über einen Umformer mit einem elektrischen Netz
oder einem elektrischen Speicher gekoppelt, so dass, je
nach Bedarf, die elektrische Energie, welche vom Generator
erzeugt wird, direkt weiter genutzt werden kann oder in
einem Zwischenspeicher gespeichert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Dämpfer
einsetzbar, wenn der erste Dämpferteil mit dem Aufbau eines
Fahrzeugs gekoppelt ist und das zweite Dämpferteil
mindestens mittelbar mit einem oder mehreren Rädern des
Fahrzeugs gekoppelt ist, so dass die Vorteile des
erfindungsgemäßen Dämpfers dem Fahrverhalten eines
Fahrzeugs zugute kommen. Insbesondere bei Fahrzeugen ist
die Rückgewinnung elektrischer Energie von großer
Bedeutung, da der spezifische Kraftstoffverbrauch in
Zukunft noch weiter abgesenkt werden soll. Außerdem sind
nahezu sämtliche Steuerungen des Fahrzeugs elektrische
Steuerungen, so dass die Integration des erfindungsgemäßen
Dämpfers in ein übergeordnetes Steuerungskonzept möglich
ist und außerdem auch eine Verwendung für den vom Generator
des erfindungsgemäßen Dämpfers erzeugten elektrischen Strom
gegeben ist.
Schließlich kann eine elektrische Dämpfung besser als eine
hydraulische Dämpfung in eine Fahrzeug-Regelung (ABS, ESP
u. a. m.) integriert werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren
Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Es
zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Dämpfers, und
Fig. 2: eine detailliertere Darstellung des ersten
Ausführungsbeispiels.
In Fig. 1 ist ein schwingungsfähiges mechanisches System
mit einer ersten Masse m1, einer zweiten Masse m2, eine
Feder 5 und einem erfindungsgemäßen Dämpfer, der in seiner
Gesamtheit mit 7 bezeichnet wird, stark vereinfacht
dargestellt.
Übertragen auf ein Fahrzeug entspricht die erste Masse m1
einem Fahrzeugaufbau 1, während die zweite Masse m2 den
ungefederten Massen, in Fig. 1 repräsentiert durch ein Rad
3, entspricht. Zu den ungefederten Massen gehören neben dem
Rad 3 u. a. auch die nicht dargestellten Bremsen und Achsen
des Fahrzeugs. Feder 5 und Dämpfer 7 sind über ein erstes
Dämpferteil 9 mit dem Fahrzeugaufbau 1 und über ein zweites
Dämpferteil 10 mit dem Rad 3 verbunden.
Das Fahrzeug wird durch das Rad 3, welches über eine
unebene Fahrbahn 11 abrollt zu Schwingungen angeregt. Wenn
das Fahrzeug mit dem Rad 3 über die unebene Fahrbahn 11
fährt, führt es eine Bewegung x1 (t) in einer Richtung
senkrecht zur Fahrzeugbewegung (nicht dargestellt) aus,
während der Fahrzeugaufbau die Bewegung x2 (t) ausführt.
Der Dämpfer 7 hat die Aufgabe, einen Teil der durch die
Relativbewegung x2 (t) - x1 (t) in das System eingekoppelten
Energie zu dämpfen.
Bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer 7 wird die
translatorische Relativbewegung x2 (t) - x1 (t), welche
durch einen Doppelpfeil 13 in Fig. 1 angedeutet ist, in
eine rotatorische Bewegung, welche durch einen
kreisförmigen Doppelpfeil 15 angedeutet ist, umzuwandeln.
Diese Umwandlung erfolgt über ein nicht selbsthemmendes
Getriebe, welches in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Die Drehbewegung wird auf einen Generator 17 übertragen,
welcher elektrische Energie über einen Umformer 19 an ein
Bordnetz 21 abgibt. Alternativ kann die vom Generator 17
erzeugte elektrische Energie auch in einen nicht
dargestellten Speicher eingekoppelt werden. Da die
Dämpfungskraft des Dämpfers 7 in guter Näherung
proportional zur Relativgeschwindigkeit x2 (t) - x1 (t) ist,
entspricht das Schwingungsverhalten des aus erster Masse
m1, zweiter Masse m2, Feder 5 und erfindungsgemäßem Dämpfer
7 bestehende Systems in etwa dem eines linearen
schwingungsfähigen Systems zweiter Ordnung.
Durch eine entsprechende Ansteuerung des Generators 17 von
einem nicht dargestellten Steuergerät, kann die
Dämpfungsrate des Dämpfers 7 eingestellt werden. Durch die
Änderung der Winkellage zwischen Rotor und Statorfeld des
Generators 17 sowie einer Änderung der Stromamplitude des
Generators 17 kann das Dämpfungsverhalten des Generators
17, bzw. des erfindungsgemäßen Dämpfers 7 Grenzen
beeinflusst werden. Selbstverständlich kann der Genrator 17
auch so angesteuert werden, dass sich ein nichtlineares
Dämpfungsverhalten einstellt.
Der Generator 17 kann als Asynchron-, Synchron-,
Gleichstrom-, BLDC-, Transversalfluss- oder
Reluktanzmaschine ausgeführt sein. Auch die Ausführung des
Generators 17 als Linearmaschine ist denkbar, wobei in
diesem Fall ein Getriebe, welches die translatorische
Bewegung (Pfeil 13) in eine rotatorische Bewegung (Pfeil
15) umwandelt, entfallen kann. Es ist ebenso denkbar, dass
für eine aktive Fahrwerksregelung bzw. eine aktive
Beeinflussung des Schwingungsverhaltens des mechanischen
Systems der Generator 17 als Motor betrieben wird, so dass
sich der Energiefluss umkehrt und elektrische Energie vom
Bordnetz 21 bzw. aus einem nicht dargestellten elektrischen
Speicher in das schwingungsfähige mechanische System
eingekoppelt wird.
In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 etwas
detaillierter dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Fig. 2 ist erkennbar,
dass das erste Bauteil des in seiner Gesamtheit mit dem
Bezugszeichen 7 gekennzeichneten Dämpfers mittelbar über
einen Lenker 23 mit dem Rad 9 verbunden ist.
Ein Rotor 25 innerhalb des Generators 17 ist mit einer
Gewindespindel 27 gekoppelt. Die Gewindespindel 27 wirkt
mit einer mit dem zweiten Dämpferteil 10 verbundenen
befestigten Mutter 29 zusammen. Zwischen Gewindespindel 27
und Mutter 29 sind Kugeln 31 angeordnet, so dass das aus
Gewindespindel 27, Mutter 29 und Kugeln 31 bestehende
Getriebe eine sogenannte Kugelgewindespindel ist.
Alternativ können auch Zahnstangen-Zahnradgetriebe oder
jede andere Getriebebauart, welche eine
Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung umwandelt,
eingesetzt werden.
In Fig. 2 ist die Feder 5 koaxial zu dem erfindungsgemäßen
Dämpfer 7 angeordnet, so dass diese Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Dämpfers anstelle konventioneller
hydraulischer Dämpfer eingesetzt werden kann, ohne dass
Umbauten am Fahrzeug erforderlich werden.
Claims (11)
1. Dämpfer zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen einer
ersten Masse (m1, 1) und einer zweiten Masse (m2, 3), mit
einem ersten Dämpferteil (9), mit einem zweiten Dämpferteil
(10), wobei der erste Dämpferteil (9) mit der ersten Masse
(m1, 1) verbunden ist, wobei der zweite Dämpferteil (10)
mit der zweiten Masse (m2, 3) verbunden ist, und mit einem
durch die Relativbewegung (x2 (t) - x1 (t)) zwischen erstem
Dämpferteil (9) und zweitem Dämpferteil (10) angetriebener
Generator (17) ist.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zweitem Dämpferteil (10) und Generator (17) ein
Getriebe vorgesehen ist.
3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Getriebe eine Linearbewegung in eine Rotationsbewegung
umwandelt.
4. Dämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
das Getriebe eine Kugelgewindespindel (27, 29, 31), ein
Zahnstangen-Zahnradgetriebe oder eine Planeten-
Rollenspindel ist.
5. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (17) eine
Asynchron-, Synchron-, Gleichstrom-, BLDC-,
Transversalfluss- oder Reluktanzmaschine ist.
6. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass der Generator eine Linear-Generator
ist.
7. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (17) auch
motorisch betrieben werden kann.
8. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät vorgesehen
ist, und dass das Steuergerät durch Ansteuern des
Generators (17) die Dämpfung des Dämpfers (7) steuert.
9. Dämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät die Winkellage von Rotor- und Statorfeld
und/oder Steuerung der Stromamplitude des Generators (17)
steuert.
10. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (17) über einen
Umformer (19) mit einem elektrischen Netz (21) oder einem
elektrischen Speicher gekoppelt ist.
11. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die erste Masse (m1) der
Aufbau (1) eines Fahrzeugs ist, und dass das zweite
Dämpferteil (10) mindestens mittelbar mit einem Rad (3) des
Fahrzeugs gekoppelt ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |