DE102014201958A1

DE102014201958A1 - Schwingungsdämpfer mit einem Generatoranschluss

Info

Publication number: DE102014201958A1
Application number: DE102014201958.3A
Authority: DE
Inventors: Robert Pradel; Helmut Baalmann; Andreas Förster; Eberhard Simon; Achim Thomae; Sebastian Schneider
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-06
Also published as: US20170012494A1; WO2015117780A1

Abstract

Schwingungsdämpfer, umfassend einen mit Druckmittel gefüllten Zylinder, in dem ein Verdränger einen Generator antreibt, wobei der Schwingungsdämpfer ein Kompensationselement aufweist, das Druckspitzen aus der Verdrängerbewegung zum Generator kompensiert, wobei das Kompensationselement als eine drehmomentveränderliche Kupplung ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer mit einem Generatoranschluss gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Aus der DE 10 2009 056 874 A1 ist ein Schwingungsdämpfer für ein Fahrzeug bekannt, dessen Hydraulikzylinder mit einem Generator verbunden ist, der eine Hubbewegung des Schwingungsdämpfers zumindest teilweise in elektrische Energie umwandelt. Ein Schwingungsdämpfer wird im üblichen Gebrauch einer höchst unterschiedlichen Anregung ausgesetzt, die zu Lastspitzen am Generator führen kann. Diese Lastspitzen machen sich z. B. als ein Geräusch bemerkbar oder führen auch zu Beschädigungen am System.
Als Lösung wird in der DE 10 2009 056 874 A1 ein mit Druckmedium gefüllter Speicher vorgeschlagen, über den die Druckspitzen abgefedert werden. Ein derartiger Speicher kann jedoch zu einem Mehraufwand im Zusammenhang mit der Leitungsführung innerhalb und/oder außerhalb des Schwingungsdämpfers führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Alternativlösung für das Problem der auftretenden Druckspitzen innerhalb des Schwingungsdämpfers zu finden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kompensationselement als eine drehmomentveränderliche Kupplung ausgeführt ist. Durch die Kupplung ist die Drehmomentübertragung von einer Turbine auf eine elektrische Maschine als Komponenten des Generators flexibel einstellbar, insbesondere im Hinblick auf eine Überlastung der Turbine. Wird die elektrische Maschine im Extremfall von der Turbine abgekoppelt, dann kann die Turbine bei einer Druckspitze leicht hochdrehen und damit eine geringere elektrische Leistung erzeugen, so dass auch eine geringere Dämpfung auftritt. Das gesamte System wird dadurch einerseits vor Überlastung geschützt und Geräusch sowie Komforteinbußen werden vermieden.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Kupplung als eine steuerbare Magnetkraftkupplung ausgeführt. Die Magnetkraftkupplung ist stufenlos und schnell einstellbar.
Eine Überlastsituation kann ganz einfach dadurch erfasst werden, indem eine Turbine des Generators, einen Drehzahlsensor aufweist, der ein Drehzahlsignal zur Bestimmung einer Drehzahländerung bereitstellt.
Alternativ oder in Kombination kann der Generator ein Beschleunigungssignal für die Betätigung der Kupplung bereitstellen, indem z. B. einfach die Änderung der elektrischen Leistung erfasst wird.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Kupplung als eine Fliehkraftkupplung ausgeführt ist. Eine derartige Fliehkraftkupplung reduziert bei höherer Drehzahl die Drehmomentübertragung.
Man kann auch vorsehen, dass die Kupplung vom Druckmedium des Schwingungsdämpfers in Abhubrichtung betätigbar ist.
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.
1 Prinzipdarstellung des Schwingungsdämpfers mit einer Magnetkraftkupplung
2 Schwingungsdämpfer mit einem Ausrücker
3 u. 4 Schwingungsdämpfer mit Fliehkraftkupplung
Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schwingungsdämpfers 1 beliebiger Bauform, d. h. Einrohrschwingungsdämpfer oder Zweirohrschwingungsdämpfer. In einem Zylinder 3 ist eine Kolbenstange 5 ggf. mit einem Kolben 7 als Verdränger axial beweglich geführt. Der Zylinder 3 ist in seinen beiden Arbeitsräumen 9; 11 vollständig mit einem Druckmedium gefüllt, so dass eine Verdrängerbewegung Druckmedium durch Leitungen 13; 15 zu einem Generator 17 fördert, mit dem die Verdrängerbewegung in elektrische Energie umgewandelt wird.
Der Schwingungsdämpfer 1 verfügt des Weiteren in einer Bypassleitung 19 zur Leitung 15 über einen Speicher 21, der zur Kompensation des von der Kolbenstange 5 aus dem Zylinder 3 verdrängten Druckmediumvolumens dient. Der Speicher 21 ist druckvorgespannt, so dass auch ein bei einer Verdrängereinfahrbewegung in den Arbeitsraum 11 auftretendes Druckvolumen primär dem Generator 17 zugeführt wird.
Der Generator 17 umfasst eine Turbine 23, die von dem verdrängten Druckmedium angetrieben wird. Die Turbine 23 treibt eine elektrische Maschine 25 an, die die elektrische Energie erzeugt. Des Weiteren verfügt der Generator 17 über eine Kupplung 27 als Kompensationselement, das Druckspitzen im Druckmedium bzw. an der Turbine 23 glättet. Der Generator 17 kann jedoch auch bei Anschluss an eine Stromquelle als Motor fungieren.
Die Kupplung 27 ist funktional zwischen der Turbine 23 und der elektrischen Maschine 25 angeordnet. Man kann die Kupplung als separate Baueinheit oder auch als ein Bestandteil z. B. der Turbine einsetzen. Vorliegend sind alle Komponenten des Generators 17 in einem gemeinsamen Gehäuse 29 angeordnet.
In einer ersten Ausführungsform ist die drehmomentveränderliche Kupplung 27 innerhalb einer Welle 35 zwischen der Turbine 23 und der elektrischen Maschine 25 als eine Magnetkraftkupplung ausgebildet. Ein Eingangselement 31 ist turbinenseitig und ein Ausgangselement 33 ist motorseitig angeschlossen. Im Normalbetrieb ist die Kupplung 27 geschlossen.
Wahlweise oder in Kombination weist die Turbine 23 einen Drehzahlsensor 37 auf, der ein Drehzahlsignal zur Bestimmung einer Drehzahländerung bereitstellt oder die elektrische Maschine 25 stellt ein Beschleunigungssignal, z. B. durch Erfassen der Leistungsänderung pro Zeiteinheit, für die Betätigung der Kupplung 27 bereit. Steuerleitungen 39; 41 symbolisieren die Anbindung der Kupplung an die Sensorsignale. Die Kupplung 27 kann derart ausgeführt sein, dass sie aktiv geschlossen werden muss oder passiv geschlossen ist und aktiv geöffnet wird. Der Begriff „geöffnet“ ist in dem Sinn zu verstehen, dass die Drehmomentübertragung zwischen der Turbine 23 und der elektrischen Maschine 25 reduziert ist, wobei die Reduktion bis zur vollständigen Drehmomentunterbrechung möglich sein kann.
In der Variante nach 2 ist die Kupplung 27 vom Druckmedium des Schwingungsdämpfers 1 in Abhubrichtung betätigbar. Dazu wird ein Ausrücker 43 verwendet, in der eine Vorspannfeder 45 einen Kolben 47 in Schließrichtung der Kupplung 27 belastet. Ausgehend von einer Steuerleitung 49, die an die Leitung 15 zwischen dem Speicher 21 und der Turbine 23 angeschlossen ist, wird auf den Kolben 47 des Ausrückers 43 eine Abhubkraft ausgeübt. Bei einer Druckspitze im hydraulischen Teil des Schwingungsdämpfers 1 setzt sich das Druckniveau in die Steuerleitung 49 fort und führt zu einer Abhubbewegung des Ausrückers 43 auf die Kupplung 27, die infolge dessen nur noch ein reduziertes Drehmoment übertragen kann, so dass eine Relativbewegung zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangselement 31; 33 möglich ist. Die Massenträgheit der elektrischen Maschine 25 kann deshalb keine der Strömung in der Turbine 23 entgegengesetzte Haltekraft ausüben, so dass einerseits die Turbine 23 gegen Überlastung geschützt ist, aber auch Druckspitzen im Schwingungsdämpfer 1 vermieden werden.
Die 3 und 4 beschreiben eine Ausführungsform, die völlig autark ist vom Leitungsnetz 13; 15; 19 des Schwingungsdämpfers 1 oder einem Sensorsignal der Turbine 23 und/oder der elektrischen Maschine 25. Die Kupplung 27 nach den 3 und 4 ist als eine Fliehkraftkupplung ausgeführt, die bei zunehmender Drehzahl eine abnehmende Drehmomentübertragungsfunktion aufweist. Die 4 zeigt vereinfacht das Bauprinzip. Das turbinenseitige Eingangselement 31 verfügt über eine rotierende Trägerscheibe 51 mit mindestens einem schwenkbar gelagerten doppelseitigen Hebel 53. An einem ersten Ende des Hebels ist ein Fliehkraftgewicht 55 und an einem zweiten Ende ist ein Reibelement 57 angeordnet. Eine Vorspannfeder 59 belastet den Hebel 53 und drückt dabei das Reibelement 57 gegen eine Reibfläche 61 des motorseitigen Ausgangselements 33. Die Vorspannfeder 59 stützt sich dabei auf einem Federteller 63 des Eingangselements 31 ab.
Innerhalb eines bestimmungsgemäßen Drehzahl und/oder Beschleunigungsbereichs der Kupplung ist die Kupplung 27, wie in 4 dargestellt, geschlossen. Bei einem Drehzahlsprung oder einer permanent überhöhten Drehzahl wirkt das Fliehkraftgewicht 55 mit seiner Massenträgheit und einer Hebellänge 65 bis zu einem Gelenk 67 gegen die Fliehkraft des Reibelements 57 und der Vorspannkraft der Feder 59 und reduziert die Reibkraft zwischen dem Reibelement 57 und der Reibfläche 61 des Ausgangselements 33, so dass auch das übertragbare Drehmoment der Kupplung 27 verändert, d.h. reduziert wird.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
3: Zylinder
5: Kolbenstange
7: Kolben
9: Arbeitsraum
11: Arbeitsraum
13: Leitung
15: Leitung
17: Generator
19: Bypassleitung
21: Speicher
23: Turbine
25: elektrische Maschine
27: Kupplung
29: Gehäuse
31: Eingangselement
33: Ausgangselement
35: Welle
37: Drehzahlsensor
39: Steuerleitung
41: Steuerleitung
43: Ausrücker
45: Vorspannfeder
47: Kolben
49: Steuerleitung
51: Trägerscheibe
53: Hebel
55: Fliehkraftgewicht
57: Reibelement
59: Vorspannfeder
61: Reibfläche
63: Federteller
65: Hebellänge
67: Gelenk
69: Abdeckscheiben
71: Nietverbindung
73: Mitnehmerscheibe
75: Reibscheibe
77: Fenster
79: Mantelfläche
81: Reibkörper
83: Reibfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009056874 A1 [0002, 0003]

Claims

Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen mit Druckmittel gefüllten Zylinder (3), in dem ein Verdränger (5; 7) einen Generator (17) antreibt, wobei der Schwingungsdämpfer (1) ein Kompensationselement (27) aufweist, das Druckspitzen aus der Verdrängerbewegung zum Generator (17) kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationselement als eine drehmomentveränderliche Kupplung (27) ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (27) als eine steuerbare Magnetkraftkupplung ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Turbine (23) des Generators (17), einen Drehzahlsensor (37) aufweist, der ein Drehzahlsignal zur Bestimmung einer Drehzahländerung bereitstellt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (17) ein Beschleunigungssignal für die Betätigung der Kupplung (27) bereitstellt.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als eine Fliehkraftkupplung (27) ausgeführt ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (27) vom Druckmedium des Schwingungsdämpfers (1) in Abhubrichtung betätigbar ist.