DE102017202368A1 - Spring and / or damper unit and motor vehicle chassis with an energy recovery element - Google Patents

Spring and / or damper unit and motor vehicle chassis with an energy recovery element Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feder- und/oder Dämpfereinheit zur Federung und/oder Dämpfung eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten Bauteil (8), aufweisend ein Feder- und/oder Dämpferelement (6) und ein Befestigungselement (7) an einer ersten Seite des Feder- und/oder Dämpferelements (6) zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement (6) an dem ersten Bauteil und ein Energierückgewinnungselement (1), das eine auf das Feder- und/oder Dämpferelement (6) wirkende Krafteinwirkung (p=f(t)) zumindest zum Teil in elektrische Energie (V) umwandelt. Das Energierückgewinnungselement (1) ist hierbei zwischen zumindest dem Befestigungselement (7) und dem Feder- und/oder Dämpferelement (6) angeordnet, sodass es eine auf das Befestigungselement (7) wirkende Kraft zumindest zum Teil auf das Feder- und/oder Dämpferelement (6) überträgt.Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeugfahrwerk mit einer solchen Feder- und/oder Dämpfereinheit zur Federung und/oder Dämpfung eines Kraftfahrzeugaufbaus gegenüber einem Kraftfahrzeugrad.The invention relates to a spring and / or damper unit for suspension and / or damping of a first component relative to a second component (8), comprising a spring and / or damper element (6) and a fastening element (7) on a first side of the spring and / or damper element (6) for fastening the spring and / or damper element (6) to the first component and an energy recovery element (1) having a force acting on the spring and / or damper element (6) (p = f (t)) at least partially converted into electrical energy (V). The energy recovery element (1) is in this case arranged between at least the fastening element (7) and the spring and / or damping element (6), so that it acts on the fastening element (7) force at least partially on the spring and / or damper element ( 6) transmits. The invention also relates to a motor vehicle chassis with such a spring and / or damper unit for suspension and / or damping of a motor vehicle body with respect to a motor vehicle wheel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feder- und/oder Dämpfereinheit sowie ein Kraftfahrzeugfahrwerk mit einer solchen Feder- und/oder Dämpfereinheit gemäß dem Oberbegriff der Hauptansprüche.The invention relates to a spring and / or damper unit and a motor vehicle chassis with such a spring and / or damper unit according to the preamble of the main claims.

Aus der US 2013/161,957 A1 ist eine solche Feder- und/oder Dämpfereinheit sowie ein Kraftfahrzeugfahrwerk mit einer Feder- und/oder Dämpfereinheit bekannt. Hier ist ein dielektrisches Polymer zur Umwandlung einer Krafteinwirkung in elektrische Energie vorgesehen.From the US 2013/161,957 A1 Such a spring and / or damper unit and a motor vehicle chassis with a spring and / or damper unit is known. Here, a dielectric polymer for converting a force into electrical energy is provided.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the present invention is to improve the state of the art.

Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the features specified in the main claims. Preferred embodiments thereof are the dependent claims.

Demnach wird eine Feder- und/oder Dämpfereinheit zur Federung und/oder Dämpfung eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten Bauteil vorgeschlagen. Die Feder- und/oder Dämpfereinheit weist ein Feder- und/oder Dämpferelement auf, sowie ein (erstes) Befestigungselement. Es kann gegebenenfalls auch ein anderes (zweites Befestigungselement vorgesehen sein. Das (erste) Befestigungselement ist an einer ersten Seite des Feder- und/oder Dämpferelements zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement an dem ersten Bauteil vorgesehen. Das andere, zweite Befestigungselement ist dann an einer zweiten Seite des Feder- und/oder Dämpferelements zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement an dem zweiten Bauteil vorgesehen. Die beiden Befestigungselemente können also insbesondere an zwei gegenüberliegenden Enden bzw. Endbereichen des Feder- und/oder Dämpferelements vorgesehen sein.Accordingly, a spring and / or damper unit for suspension and / or damping of a first component with respect to a second component is proposed. The spring and / or damper unit has a spring and / or damper element, as well as a (first) fastening element. If necessary, another (second) fastening element may also be provided The (first) fastening element is provided on a first side of the spring and / or damping element for fastening the spring and / or damping element to the first component The two fastening elements can therefore be provided in particular at two opposite ends or end regions of the spring and / or damping element.

Außerdem ist ein Energierückgewinnungselement vorgesehen, das eine auf das Feder- und/oder Dämpferelement wirkende Krafteinwirkung zumindest zum Teil in elektrische Energie umwandelt. Eine vom (ersten) Befestigungselement auf das Feder- und/oder Dämpferelement eingeleitete Krafteinwirkung ist also von dem Energierückgewinnungselement in elektrische Energie umwandelbar.In addition, an energy recovery element is provided, which converts a force acting on the spring and / or damper element force at least partially into electrical energy. One of the (first) fastener on the spring and / or damper element introduced force is thus converted from the energy recovery element into electrical energy.

Es ist nun vorgesehen, dass das Energierückgewinnungselement zwischen dem (ersten) Befestigungselement und dem Feder- und/oder Dämpferelement angeordnet ist, sodass es eine auf dieses Befestigungselement wirkende Kraft zumindest zum Teil auf das Feder- und/oder Dämpferelement überträgt.It is now provided that the energy recovery element between the (first) fastener and the spring and / or damper element is arranged so that it transmits a force acting on this fastener force at least partially on the spring and / or damper element.

Das Energierückgewinnungselement ist somit insbesondere mit einer Seite an dem (ersten) Befestigungselement und mit einer anderen (insbesondere gegenüberliegenden) Seite an dem Feder- und/oder Dämpferelement angeordnet. Das Energierückgewinnungselement überträgt somit zumindest einen Teil oder die gesamte Kraft vom (ersten) Befestigungselement auf das Feder- und/oder Dämpferelement und umgekehrt. Mit anderen Worten koppelt das Energierückgewinnungselement mechanisch das (erste) Befestigungselement mit der zugehörigen Seite des Feder- und/oder Dämpferelements. Hierdurch bleibt die Feder- und/oder Dämpfungswirkung des Feder- und/oder Dämpferelements bestehen und wird durch die Energierückgewinnungswirkung des Energierückgewinnungselements ergänzt.The energy recovery element is thus arranged in particular with one side on the (first) fastening element and with another (in particular opposite) side on the spring and / or damping element. The energy recovery element thus transfers at least some or all of the force from the (first) fastener to the spring and / or damper element and vice versa. In other words, the energy recovery element mechanically couples the (first) fastener to the associated side of the spring and / or damper element. As a result, the spring and / or damping effect of the spring and / or damper element remains and is supplemented by the energy recovery effect of the energy recovery element.

Es kann an jeder der beiden Seiten/Enden des Feder- und/oder Dämpferelements zwischen diesem und dem jeweiligen (ersten und zweiten) Befestigungselement ein solches Energierückgewinnungselement vorgesehen sein. Alternativ dazu kann nur an einer der Seiten/Enden des Feder- und/oder Dämpferelements (in diesem Fall der ersten Seite) ein solches Energierückgewinnungselement vorgesehen sein.It may be provided on each of the two sides / ends of the spring and / or damper element between this and the respective (first and second) fastener such energy recovery element. Alternatively, such an energy recovery element may be provided only on one of the sides / ends of the spring and / or damper element (in this case the first side).

Das Feder- und/oder Dämpferelement dient je nach Ausprägung entweder zur Federung der Krafteinwirkung oder zur Dämpfung der Krafteinwirkung oder beides. Das Feder- und/oder Dämpferelement kann demnach als reine Feder, wie insbesondere eine Spiralfeder oder Blattfeder, ausgeführt sein. Das Feder- und/oder Dämpferelement kann demnach jedoch auch als reiner Dämpfer, wie insbesondere ein Ein- oder Zweirohrdämpfer bzw. ein hydraulischer oder pneumatischer Dämpfer, ausgeführt sein. Alternativ kann das Feder- und/oder Dämpferelement sowohl als Feder, als auch als Dämpfer wirken. Hierzu kann es aus einer Einheit aus einer Feder und einem Dämpfer bestehen, beispielsweise entsprechend zu einem McPherson-Federbein.The spring and / or damper element is used depending on the expression either to the suspension of the force or the damping of the force or both. The spring and / or damper element can therefore be designed as a pure spring, such as in particular a spiral spring or leaf spring. However, the spring and / or damper element can therefore also be designed as a pure damper, such as in particular a single or twin-tube damper or a hydraulic or pneumatic damper. Alternatively, the spring and / or damper element act both as a spring, as well as a damper. For this purpose, it may consist of a unit of a spring and a damper, for example, corresponding to a McPherson strut.

In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist das Feder- und/oder Dämpferelement als Federbalg ausgebildet, wie er beispielsweise bei Luftfedersystemen von Kraftfahrzeugen bekannt ist. In anderen bevorzugten Ausführungsformen besteht das Feder- und/oder Dämpferelement aus einem (beispielsweise hydraulischen oder pneumatischen) Rohrdämpfer und einer Schraubenfeder, wie es beispielsweise bei McPherson-Federbeinen von Kraftfahrzeugen bekannt ist.In particularly preferred embodiments, the spring and / or damper element is designed as a bellows, as it is known for example in air spring systems of motor vehicles. In other preferred embodiments, the spring and / or damper element consists of a (for example, hydraulic or pneumatic) tubular damper and a coil spring, as is known for example in McPherson struts of motor vehicles.

Das Befestigungselement kann eine beliebige Vorrichtung zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelements an dem jeweiligen (ersten bzw. zweiten) Bauteil bilden. Bei dem Befestigungselement kann es sich daher insbesondere um eine Befestigungsöse handeln.The fastening element can form any device for fastening the spring and / or damping element to the respective (first or second) component. In which Fastener may therefore be in particular a fixing lug.

Das Energierückgewinnungselement kann eine beliebige Einheit zur Übertragung einer Kraft vom Befestigungselement auf die jeweilige Seite des Feder- und/oder Dämpferelements handeln, wobei es hieraus elektrische Energie erzeugt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Energierückgewinnungselement um zumindest einen Festkörper, insbesondere einen Stapel von Festkörpern, der zur Umwandlung der Krafteinwirkung in die elektrische Energie dienen.The energy recovery element may be any unit for transmitting a force from the fastener to the respective side of the spring and / or damper element, thereby generating electrical energy therefrom. Particularly preferably, the energy recovery element is at least one solid, in particular a stack of solids, which serve to convert the force into the electrical energy.

Bei dem Energierückgewinnungselement kann es sich demnach um ein Piezoelement handeln, also ein Element, das den Piezoeffekt zur Umwandlung mechanischer Leistung in elektrische Leistung ausnutzt. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Energierückgewinnungselement jedoch um ein dielektrisches Polymer, auch dielektrisches Elastomer genannt. Dem Fachmann ist die Wirkungsweise eines solchen dielektrischen Polymers bekannt, beispielsweise aus der eingangs erwähnten Schrift US 2013/161,957 A1 .Accordingly, the energy recovery element may be a piezoelectric element, ie an element which utilizes the piezoelectric effect for converting mechanical power into electrical power. However, the energy recovery element is particularly preferably a dielectric polymer, also called a dielectric elastomer. The person skilled in the art, the operation of such a dielectric polymer is known, for example from the above-mentioned document US 2013/161,957 A1 ,

Es wird neben der Feder- und/oder Dämpfereinheit auch ein Kraftfahrzeugfahrwerk vorgeschlagen. Dieses weist die vorgeschlagene Feder- und/oder Dämpfereinheit auf, zur Federung und/oder Dämpfung eines Kraftfahrzeugaufbaus gegenüber einem Kraftfahrzeugrad.It is proposed in addition to the spring and / or damper unit and a motor vehicle chassis. This has the proposed spring and / or damper unit, for suspension and / or damping of a motor vehicle body relative to a motor vehicle wheel.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:

  • 1 eine an sich bekannte Feder- und/oder Dämpfereinheit,
  • 2 eine Ausführungsform einer Feder- und/oder Dämpfereinheit,
  • 3 eine andere Ausführungsform einer Feder- und/oder Dämpfereinheit.
In the following the invention will be explained in more detail with reference to figures, from which further preferred embodiments and features of the invention can be removed. Shown schematically in each case:
  • 1 a per se known spring and / or damper unit,
  • 2 an embodiment of a spring and / or damper unit,
  • 3 another embodiment of a spring and / or damper unit.

In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauteile/Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or at least functionally identical components / elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt eine aus dem Stand der Technik, insbesondere der US 2013/161,957 A1 , an sich bereits bekannte Feder- und/oder Dämpfereinheit mit Energierückgewinnungselementen 1. 1 shows one of the prior art, in particular the US 2013/161,957 A1 , already known per se spring and / or damper unit with energy recovery elements 1 ,

Hierbei ist die Feder- und/oder Dämpfereinheit als hydraulischer Rohrdämpfer bzw. Federung ausgeführt. An einer Seite der Feder- und/oder Dämpfereinheit weist diese einen beweglichen Kolben 2 auf, der bei einer entsprechenden Krafteinwirkung (p=f(t)), in ein Rohr 3 der anderen Seite der Feder- und/oder Dämpfereinheit eintaucht. Durch das Eintauchen wird ein hydraulisches Medium 4 in dem Rohr 3 komprimiert. Somit erhöht sich ein hydraulischer Druck an Innenseiten des Rohres 3.Here, the spring and / or damper unit is designed as a hydraulic pipe damper or suspension. On one side of the spring and / or damper unit, this has a movable piston 2 which, with a corresponding force ( p = f (t) ), into a pipe 3 the other side of the spring and / or damper unit dips. Immersion becomes a hydraulic medium 4 in the tube 3 compressed. Thus, a hydraulic pressure on inner sides of the tube increases 3 ,

An der Innenseite des Rohres 3 sind die Energierückgewinnungselemente 1 aus dielektrischem Polymer angeordnet. Bei Druckerhöhung im Rohr 3 wird eine Komprimierung der Elemente 1 bewirkt, wodurch diese elektrische Energie (V) erzeugen. Die elektrische Energie ist von außerhalb des Rohres 3 durch entsprechende elektrische Leitungen 5, die zu den Energierückgewinnungselementen 1 führen, abgreifbar.On the inside of the tube 3 are the energy recovery elements 1 made of dielectric polymer. When increasing the pressure in the pipe 3 will be a compression of the elements 1 causes, whereby this electrical energy ( V ) produce. The electrical energy is from outside the pipe 3 through appropriate electrical lines 5 leading to the energy recovery elements 1 lead, tapped.

2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Feder- und/oder Dämpfereinheit. Diese weist ein durch einen Federbalg gebildetes Feder- und/oder Dämpferelement 6 auf. An einer ersten Seite bzw. Ende des Feder- und/oder Dämpferelements 6 ist ein (erstes) Befestigungselement 7 zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement 6 an einem ersten Bauteil (nicht gezeigt) vorgesehen. An einer zur ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite bzw. Ende des Feder- und/oder Dämpferelements 6 kann ein anderes (zweites) Befestigungselement (nicht gezeigt) zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement 6 an einem zweiten Bauteil 8 vorgesehen sein. 2 shows an alternative embodiment of a spring and / or damper unit. This has a formed by a bellows spring and / or damper element 6 on. At a first side or end of the spring and / or damper element 6 is a (first) fastener 7 for attachment of the spring and / or damper element 6 provided on a first component (not shown). At a second side or end of the spring and / or damping element opposite the first side 6 may be another (second) fastener (not shown) for attachment of the spring and / or damper element 6 be provided on a second component 8.

Außerdem ist ein Energierückgewinnungselement 1 vorgesehen, das eine auf das Feder- und/oder Dämpferelement 6 vom Befestigungselement 7 einwirkende Krafteinwirkung p=f(t) zumindest zum Teil in elektrische Energie V umwandelt. Dazu ist das Energierückgewinnungselement 1 zwischen dem Befestigungselement 7 und dem Feder- und/oder Dämpferelement 6 angeordnet, sodass es die auf das Befestigungselement einwirkende Krafteinwirkung p=f(t) zumindest zum Teil auf das Feder- und/oder Dämpferelement überträgt. Die vom Element 1 erzeugte elektrische Energie V ist analog zu 1 mittels elektrischer Leitungen 5 abgreifbar.There is also an energy recovery element 1 provided, the one on the spring and / or damper element 6 from the fastener 7 acting force p = f (t) at least partly in electrical energy V transforms. This is the energy recovery element 1 between the fastener 7 and the spring and / or damper element 6 arranged so that it affects the force acting on the fastener force p = f (t) at least partially transmits to the spring and / or damper element. The of the element 1 generated electrical energy V is analogous to 1 by means of electrical lines 5 tapped.

Vorliegend weist das Energierückgewinnungselement 1 ein dielektrisches Polymer zur Umwandlung der Krafteinwirkung p=f(t) in die elektrische Energie V auf bzw. besteht aus einem solchen dielektrischen Polymer bzw. einem oder mehreren Stapeln aus einem solchen dielektrischen Polymer.In the present case, the energy recovery element 1 a dielectric polymer for converting the force p = f (t) into the electrical energy V on or consists of such a dielectric polymer or one or more stacks of such a dielectric polymer.

2 zeigt eine andere Ausführungsform einer Feder- und/oder Dämpfereinheit. Anstelle des Federbalgs der Ausführungsform nach 2 ist hier das Feder- und/oder Dämpferelement 6 durch eine Einheit aus einem Rohrdämpfer 6A und einer Schraubenfeder 6B gebildet, ähnlich eines McPherson-Federbeines. 2 shows another embodiment of a spring and / or damper unit. Instead of the bellows of the embodiment according to 2 Here is the spring and / or damper element 6 through a unit of a tubular damper 6A and a coil spring 6B formed, similar to a McPherson strut.

Anstelle des Rohrdämpfers 6A kann jeder andere geeignete Dämpfer vorgesehen sein. Ebenso kann anstelle der Schraubenfeder 6B jede andere geeignete Feder vorgesehen sein. Instead of the pipe damper 6A Any other suitable damper can be provided. Likewise, instead of the coil spring 6B be provided any other suitable spring.

Der übrige Aufbau und die Funktionsweise der Ausführungsform nach 3 entspricht derjenigen der 2, weshalb diesbezüglich auf die Ausführungen zur 2 verwiesen wird.The remaining construction and the operation of the embodiment according to 3 corresponds to that of 2 why in this regard to the comments on 2 is referenced.

Die Ausführungsformen gemäß 2 und 3 eignen sich ersichtlich zur Verwendung in einem Kraftfahrzeugfahrwerk zur Dämpfung und/oder Federung eines Kraftfahrzeugaufbaus, wie eines Kraftfahrzeugchassis, gegenüber einem Kraftfahrzeugrad. Andere Verwendungsorte oder Verwendungszwecke sind jedoch ebenso möglich.The embodiments according to 2 and 3 are apparent for use in a motor vehicle chassis for damping and / or suspension of a motor vehicle body, such as a motor vehicle chassis, opposite a motor vehicle wheel. However, other uses or uses are also possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
EnergierückgewinnungselementEnergy recovery element
22
Kolbenpiston
33
Rohrpipe
44
Mediummedium
55
elektrische Leitungelectrical line
66
Feder- und/oder DämpferelementSpring and / or damper element
6A6A
Rohrdämpfertube dampers
6B6B
Schraubenfedercoil spring
77
Befestigungselement fastener
p=f(t)p = f (t)
Krafteinwirkungforce
VV
elektrische Energieelectrical power

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2013161957 A1 [0002, 0014, 0018]US 2013161957 A1 [0002, 0014, 0018]

Claims (6)

Feder- und/oder Dämpfereinheit zur Federung und/oder Dämpfung eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten Bauteil (8), aufweisend ein Feder- und/oder Dämpferelement (6) und ein Befestigungselement (7) an einer ersten Seite des Feder- und/oder Dämpferelements (6) zur Befestigung des Feder- und/oder Dämpferelement (6) an dem ersten Bauteil und ein Energierückgewinnungselement (1), das eine auf das Feder- und/oder Dämpferelement (6) wirkende Krafteinwirkung (p=f(t)) zumindest zum Teil in elektrische Energie (V) umwandelt, dadurch gekennzeichnet, dass das Energierückgewinnungselement (1) zwischen zumindest dem Befestigungselement (7) und dem Feder- und/oder Dämpferelement (6) angeordnet ist, sodass es eine auf das Befestigungselement (7) wirkende Kraft zumindest zum Teil auf das Feder- und/oder Dämpferelement (6) überträgt.Spring and / or damper unit for suspension and / or damping of a first component relative to a second component (8), comprising a spring and / or damper element (6) and a fastening element (7) on a first side of the spring and / or Damper element (6) for fastening the spring and / or damper element (6) to the first component and an energy recovery element (1) acting on the spring and / or damper element (6) force (p = f (t)) at least partially converted into electrical energy (V), characterized in that the energy recovery element (1) between at least the fastening element (7) and the spring and / or damper element (6) is arranged so that it on the fastening element (7) acting force at least partially on the spring and / or damper element (6) transmits. Feder- und/oder Dämpfereinheit nach Anspruch 1, wobei das Befestigungselement (7) eine Befestigungsöse ist.Spring and / or damper unit after Claim 1 , wherein the fastening element (7) is a fastening eye. Feder- und/oder Dämpfereinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energierückgewinnungselement (1) ein dielektrisches Polymer zur Umwandlung der Krafteinwirkung (p=f(t)) in die elektrische Energie (V) aufweist.Spring and / or damper unit after Claim 1 or 2 wherein the energy recovery element (1) comprises a dielectric polymer for converting the force (p = f (t)) into the electrical energy (V). Feder- und/oder Dämpfereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Feder- und/oder Dämpferelement (6) ein Federbalg ist.Spring and / or damper unit according to one of the preceding claims, wherein the spring and / or damper element (6) is a bellows. Feder- und/oder Dämpfereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Feder- und/oder Dämpferelement (6) aus einem Rohrdämpfer (6A) und einer Schraubenfeder (6B) besteht.Spring and / or damper unit according to one of Claims 1 to 3 , wherein the spring and / or damper element (6) consists of a tubular damper (6A) and a coil spring (6B). Kraftfahrzeugfahrwerk, gekennzeichnet durch eine Feder- und/oder Dämpfereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Federung und/oder Dämpfung eines Kraftfahrzeugaufbaus gegenüber einem Kraftfahrzeugrad.Motor vehicle chassis, characterized by a spring and / or damper unit according to one of the preceding claims for suspension and / or damping of a motor vehicle body relative to a motor vehicle wheel.
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