DE10115858A1

DE10115858A1 - Elektrischer Dämpfer

Info

Publication number: DE10115858A1
Application number: DE2001115858
Authority: DE
Inventors: Anton Paweletz; Hartmut Krueger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-10

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

Stand der Technik

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.

Aufgabe der Erfindung

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnungen

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.

Beschreibung der Zeichnungen

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

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.