DE102010013935A1

DE102010013935A1 - Stoßdämpfer

Info

Publication number: DE102010013935A1
Application number: DE201010013935
Authority: DE
Inventors: Dominik Reif
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2011-10-06
Also published as: WO2011124559A1

Abstract

Stoßdämpfer, mit zwei entlang einer Dämpferachse (4) verschieblich zueinander angeordneten Dämpferteilen (1, 3), zwischen denen Dämpfungsmittel wirksam angeordnet sind, um Relativbewegungen der beiden Dämpferteile (1, 3) entlang der Dämpferachse (4) zu dämpfen. Zwischen den Dämpferteilen (4) ist eine Fliehkraftbremse (13) wirksam angeordnet, so dass bei Überschreiten einer Grenz-Dämpfungsgeschwindigkeit eine von der Fliehkraftbremse verrichtete Reibarbeit eine weitere Dämpfung bereitgestellt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stoßdämpfer, wie er beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, um die Schwingungen von gefederten Massen schnell abklingen zu lassen.
Aus DE 60306159 T2 ist ein elektromagnetischer Stoßdämpfer bekannt geworden, bei dem zwei entlang einer Dämpferachse verschieblich zueinander angeordnete Dämpferteile vorgesehen sind. Zwischen diesen Dämpferteilen sind Dämpfungsmittel wirksam angeordnet, um Relativbewegungen der beiden Dämpferteile entlang der Dämpferachse zu dämpfen.
Das eine Dämpferteil ist mit einem Elektromotor und einem an den Elektromotor angeschlossenen Kugelgewindetrieb versehen. Der Kugelgewindetrieb weist eine Gewindespindel und eine auf der Gewindespindel angeordnete Spindelmutter auf. Die Gewindespindel ist unter Zwischenschaltung eines Torsionsstabes mit einem Rotor des Elektromotors zur Übertragung von Drehmomenten verbunden. Die Spindelmutter ist mit dem anderen Dämpferteil verbunden.
Bei diesem elektromagnetischen Stoßdämpfer fällt die Dämpferachse mit der Achse der Gewindespindel und der Achse des Rotors zusammen. Relativbewegungen der beiden Dämpferteile entlang der Dämpferachse zueinander werden dadurch gedämpft, dass diese Relativbewegungen in Drehbewegungen der Gewindespindel zum Antrieb des Elektromotors und somit zur Stromerzeugung umgewandelt werden.
Die hier als Antriebswelle arbeitende Gewindespindel versetzt den Rotor des Elektromotors in Rotation, so dass im Elektromotor eine elektromagnetische Kraft induziert wird. Diese elektromagnetische Kraft wirkt der Rotation der Gewindespindel entgegen und führt somit zu einer Abbremsung oder Dämpfung der Gewindespindel und somit schließlich zu einer Abbremsung einer Relativverschiebung zwischen den beiden Dämpferteilen.
Der zwischen die Gewindespindel und den Rotor geschaltete Torsionsstab verzögert die Übertragung von Drehbewegungen der Gewindespindel auf den Rotor. Dies kann infolge der großen Trägheit des Rotors des Elektromotors vorteilhaft sein.
Extreme Belastungen des Elektromotors werden dadurch vermieden, dass der Torsionsstab bei einer Grenzbelastung abschert, so dass die Verbindung zwischen der Gewindespindel und der Motorwelle unterbrochen ist.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der Stoßdämpfer nicht länger einwandfrei funktionstüchtig ist; vielmehr muss der abgescherte Torsionsstab durch einen einwandfreien Torsionsstab ersetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Stoßdämpfer nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der auch bei extremen Belastungen einwandfrei arbeitet.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Stoßdämpfer gemäß Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass zwischen den Dämpferteilen eine wirksam angeordnete Fliehkraftbremse vorgesehen ist, können extreme Belastungen des Stoßdämpfers einwandfrei beherrscht werden. Unter Fliehkraft kann die Fliehkraftbremse eine Reibleistung bereitstellen, die Relativverschiebungen zwischen den beiden Dämpferteilen ausreichend dämpft. Im Fall eines elektromagnetischen Stossdämpfers sorgt die Fliehkraftbremse dafür, dass der Elektromotor nicht überlastet wird. Extreme Belastungen des Stoßdämpfers gehen einher mit sehr schnellen Relativbewegungen zwischen den beiden Dämpferteilen. Eine Fliehkraft der Fliehkraftbremse kann erfindungsgemäß abhängig sein von der Relativgeschwindigkeit der beiden Dämpferteile zueinander.
Die Erfindung ermöglicht die Kombination eines bekannten elektromagnetischen Stossdämpfers mit einer Fliehkraftbremse. Diese Kombination ermöglicht selbst bei sehr hohen Dämpfergeschwindigkeiten eine ausreichende zusätzliche Reibleistung zur weiteren Dämpfung. Die Fliehkraftbremse kann so ausgelegt sein, dass sie lediglich dann eine zusätzliche Dämpfung bereitstellt, wenn Belastungen des Stoßdämpfers außerhalb seiner vorgesehenen Betriebsbedingungen auftreten.
In Kraftfahrzeugen eingesetzte Stoßdämpfer werden auf schlechten Wegstrecken bei etwa 0,25 m/s Dämpfergeschwindigkeit betrieben. Übliche Belastungen derartiger Stoßdämpfer erreichen Kräfte von ca. 2500 Newton. Diese beiden Kenngrößen können in einem Koordinatensystem ein Kennfeld angeben, innerhalb dessen der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ohne zugeschaltete Fliehkraftbremse jeden gewünschten Wert erreichen kann. Sollten größere Geschwindigkeiten oder größere Stoßkräfte außerhalb dieses Kennfeldes auf den Stoßdämpfer einwirken, kann unter der zunehmenden Fliehkraft die Fliehkraftbremse zusätzlich zur weiteren Dämpfung beitragen. Eine Überbelastung des Elektromotors ist erfindungsgemäß somit ausgeschlossen.
Ebenso wie im Stand der Technik können die beiden Dämpferteile entlang einer Dämpferachse relativ verschieblich zueinander angeordnet sein, wobei ein zwischen den beiden Dämpferteilen wirksam angeordnetes Getriebe Relativbewegungen der Dämpferteile entlang der Dämpferachse in Rotation einer Antriebswelle für den Antrieb der Fliehkraftbremse umwandelt.
Beispielsweise können unter Fliehkraft auslenkbare Bremselemente der Fliehkraftbremse gegen einen Bremspartner angedrückt werden, so dass eine Bremskraft ausgeübt und in der Folge eine Relativbewegung zwischen den beiden Dämpferteilen gedämpft werden.
Das Bremselement kann bspw. mehrere um eine Rotationsachse herum verteilt angeordnete Bremsteile aufweisen, die entgegen einer Federkraft und unter Einwirkung von Fliehkraft gegen den Bremspartner angedrückt werden. Unterhalb einer Grenz-Fliehkraft bewirkt die erwähnte Federkraft, dass das Bremselement außer Bremskontakt mit dem Bremspartner ist. Erst bei Überschreiten dieser Grenz-Fliehkraft erfolgt ein erwünschter Bremskontakt des Bremselement ist mit dem Bremspartner.
Der Bremspartner kann bspw. an einem Gehäuse vorgesehen sein, das den Stator des Elektromotors aufnimmt.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann ebenso wie im Stand der Technik ein Kugelgewindetrieb verwendet werden, um Relativverschiebungen zwischen den beiden Dämpferteilen in eine Rotation umzuwandeln, um den Rotor eines Elektromotors anzutreiben. Der Kugelgewindetrieb kann eine Gewindespindel und eine darauf angeordnete Spindelmutter aufweisen. Die Spindelmutter kann hier als Antriebswelle ausgebildet und zur Übertragung von Drehmomenten mit dem Rotor des Elektromotors verbunden sein. Unter Relativverschiebung zwischen den beiden Dämpferteilen rotiert die Spindelmutter, und mit ihr das Bremselement, das bei ausreichend großer Fliehkraft gegen den Bremspartner angedrückt wird um eine gewünschte Reibleistung zur weiteren Dämpfung bereitzustellen.
Die Gewindespindel kann dem einen Dämpferteil und die Spindelmutter dem anderen Dämpferteil zugeordnet sein, wobei die Gewindespindel drehfest angeordnet sein kann. Wenn das eine Dämpferteil ein Gehäuse aufweist, kann dieses Gehäuse bspw. mit einem Federteller zur Lagerung einer Feder, insbesondere Schraubendruckfeder versehen sein. Derartige Weiterbildungen sind günstig für die Verwendung erfindungsgemäßer Stoßdämpfer in Federbeinen von Kraftfahrzeugen.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann die Fliehkraftbremse mit einer Freilaufkupplung versehen sein. Die Freilaufkupplung kann derart gestaltet sein, dass die Fliehkraftbremse nur in dem einen Drehsinn, nicht jedoch in dem entgegen gesetzten Drehsinn aktiviert werden kann. Mit einer Freilaufkupplung werden unterschiedliche Dämpferraten für die Zugstufe und die Druckstufe des Stossdämpfers bei gleichen Dämpfergeschwindigkeiten in Zug- und Druckrichtung erreicht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt 3 Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer,
2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Stoßdämpfer aus 1 und
3 ein Kennfeld des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers.
1 zeigt im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Stoßdämpfer, der für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Ein unteres Dämpferteil 1 kann mit einem hier nicht abgebildeten, ungefederten Radträger verbunden sein. Der Figur ist zu entnehmen, dass dieses Dämpferteil 1 mit einem Federteller 2 zur Lagerung einer hier nicht abgebildeten Schraubendruckfeder versehen ist, die an einem weiteren, hier nicht abgebildeten Federteller gelagert ist. Dieser weitere Federteller ist an einem Chassis des Kraftfahrzeuges gehaltert.
Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer weist ferner ein oberes Dämpferteil 3 auf, dass an das hier nicht abgebildete Chassis angeschlossen sein kann.
Die beiden Dämpferteile 1, 3 sind entlang einer Dämpferachse 4 relativ verschieblich zueinander angeordnet.
Das Dämpferteil 1 weist im Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 5 auf, in dem ein Elektromotor 6 untergebracht ist. Der Elektromotor 6 weist einen in dem Gehäuse 5 aufgenommenen Stator 7 auf, sowie einen gegenüber dem Stator 7 drehbaren Rotor 8.
Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer ist ferner mit einem Kugelgewindetrieb 9 versehen. Der Kugelgewindetrieb 9 weist eine Gewindespindel 10 auf, die im Ausführungsbeispiel einteilig mit dem oberen Dämpferteil 3 ausgeführt ist. Auf der Gewindespindel 10 ist eine Spindelmutter 11 angeordnet, die fest mit dem Rotor 8 des Elektromotors 6 verbunden ist. Die Spindelmutter 11 ist über ein Kugellager 12 in dem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Der Rotor 8 ist an seinem von der Spindelmutter 11 abgewandten Ende über ein Lager 12a in dem Gehäuse 5 drehbar gelagert.
Der Stoßdämpfer ist ferner mit einer Fliehkraftbremse 13 versehen, die deutlich in der 2 in einem Querschnitt in vergrößerter Darstellung abgebildet ist. Die Fliehkraftbremse 13 weist ein mit der Spindelmutter 11 drehbar angeordnetes Bremselement 14 auf, das im Ausführungsbeispiel einen auf der Spindelmutter 11 drehfest angeordneten Bremstträger 15 und am Umfang des Bremsträgers 15 verteilt angeordnete Bremsteile 16 aufweist. Am Außenumfang der Bremsteile 16 ist jeweils ein Bremsbelag 17 befestigt.
Das Gehäuse 5 ummantelt die Fliehkraftbremse 13 und ist als Bremspartner 18 für das Bremselement 14 ausgebildet. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 5 an seinem Innenumfang mit einer Bremsfläche 19 versehen, mit der die Bremsbeläge 17 in Bremskontakt kommen können.
Die beiden diametral am Umfang des Bremsträgers 15 angeordneten Bremsteile 16 werden über Federn 20 aufeinander zu und gegen den Bremsträger 15 angefedert.
Nachstehend wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers erläutert. Unter einer Relativverschiebung zwischen den beiden Dämpferteilen 1, 3 werden die Gewindespindel 10 und die Spindelmutter 11 relativ zueinander entlang der Dämpferachse 4 verschoben, wobei unter dieser Relativverschiebung eine Relativdrehung zwischen der Gewindespindel 10 und der Spindelmutter 11 in bekannter Weise erfolgt: Zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel angeordnete Kugeln wälzen an schraubenförmig um die Spindelachse der Gewindespindel gewundenen Kugelrillen ab, die am Außenumfang der Gewindespindel und am Innenumfang der Spindelmutter ausgebildet sind.
Während die Gewindespindel 10 drehfest angeordnet ist, rotiert die Spindelmutter 11. Die Spindelmutter 11 treibt als Antriebswelle 21 den Rotor 8 des Elektromotors 6 an. Auf diese Weise wird in bekannter weise in dem Elektromotor 6 eine elektromagnetische Kraft induziert, die der Rotation des Rotors 8 entgegenwirkt, und die schließlich die Relativbewegungen zwischen den beiden Dämpferteilen 1, 3 dämpft. Der von dem Elektromotor auf diese Weise erzeugte Strom kann in das Bordnetz des Kraftfahrzeuges eingespeist werden.
Abhängig von der Geschwindigkeit, mit der die beiden Dämpferteile 1, 3 relativ zueinander entlang der Dämpferachse 4 verschoben werden, rotiert die Spindelmutter 11 des Kugelgewindetriebs 9. Oberhalb einer kritischen Drehzahl der Spindelmutter 11 wird die Fliehkraftbremse 13 für eine weitere Dämpfung zugeschaltet. Entgegen der Federkraft der Federn 20 werden unter einer wirksamen Fliehkraft die Bremsteile 16 mit ihren Bremsbelägen 17 nach radial außen beschleunigt und gelangen schließlich in Bremskontakt mit der Bremsfläche 19 des Gehäuses 5. Die mittels der Fliehkraftbremse 13 verrichtete Bremsarbeit dämpft zusätzlich Relativbewegungen zwischen den beiden Dämpferteilen 1, 3. Eine Überbelastung des Elektromotors 6 kann mit der zugeschalteten Fliehkraftbremse 13 verhindert werden.
3 zeigt das Kennfeld des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers. An der Ordinate werden die wirksamen Kräfte aufgetragen, die entlang der Dämpferachse auf den Stoßdämpfer einwirken. An der Abszisse wird die Dämpfergeschwindigkeit aufgetragen, mit der die beiden Dämpferteile zueinander verschoben werden.
Gestrichelt abgebildet ist die Kennlinie des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers ohne zugeschaltete Fliehkraftbremse. Die durchgezogene Linie zeigt die Kennlinie des erfindungsgemäßen Stoßdämpfers mit zugeschalteter Fliehkraftbremse. Der Elektromotor 6 allein kann mit einer geeigneten Regelung jede beliebige Kennlinie innerhalb der Grenz-Dämpfungskraft F_G und der Grenz-Dämpfungsgeschwindigkeit v_G annehmen. Unter einer Dämpfungskraft größer als F_G könnte der Elektromotor aufgrund einer Gegeninduktion nicht mehr einwandfrei regelbar sein und etwa die gestrichelte Kennlinie aufweisen. Erfindungsgemäß folgt die Kennlinie jedoch beispielhaft der durchgezogene Linie. Deutlich ist zu erkennen, dass bei einer Geschwindigkeitszunahme oberhalb von v_G die Dämpfungskraft progressiv zunimmt. Die Zunahme der Dämpfungskraft wird bewirkt durch die Fliehkraftbremse, die eine ausreichende Reibleistung bereitstellt. Die Fliehkraft wächst quadratisch mit der Dämpfergeschwindigkeit, so dass sich ein progressiver Verlauf bei der bereitgestellten Reibleistung der Fliehkraftbremse einstellt.
Der erfindungsgemäße Stoßdämpfer kann derart ausgelegt sein, dass die Fliehkraftbremse lediglich in extremen Situationen zugeschaltet wird, in der ungewöhnlich hohe Dämpfergeschwindigkeiten auftreten. Bspw. in der Verwendung als Federbeindämpfer eines Kraftfahrzeuges kann der erfindungsgemäße Stoßdämpfer so ausgelegt sein, dass selbst bei schlechten Wegstrecken die erforderliche Dämpfung ausschließlich von dem Elektromotor bereitgestellt wird und lediglich bei Überschreitung der Grenzgeschwindigkeit v_G die Fliehkraftbremse aktiviert wird. In der 3 ist beispielhaft eine unter normalen Bedingungen zu erwartende Dämpfergeschwindigkeit v_B eingezeichnet.
Bezugszeichenliste

1: Dämpferteil
2: Federteller
3: Dämpferteil
4: Dämpferachse
5: Gehäuse
6: Elektromotor
7: Stator
8: Rotor
9: Kugelgewindetrieb
10: Gewindespindel
11: Spindelmutter
12: Kugellager
13: Fliehkraftbremse
14: Bremselement
15: Bremsträger
16: Bremsteil
17: Bremsbelag
18: Bremskörper
19: Bremsfläche
20: Feder
21: Antriebswelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 60306159 T2 [0002]

Claims

Stoßdämpfer, mit zwei entlang einer Dämpferachse (4) verschieblich zueinander angeordneten Dämpferteilen (1, 3), zwischen denen Dämpfungsmittel wirksam angeordnet sind, um Relativbewegungen der beiden Dämpferteile (1, 3) entlang der Dämpferachse (4) zu dämpfen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen den Dämpferteilen (4) wirksam angeordnete Fliehkraftbremse (13) angeordnet ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem ein zwischen den beiden Dämpferteilen (1, 3) wirksam angeordnetes Getriebe Relativbewegungen der Dämpferteile (1, 3) entlang der Dämpferachse (4) in Rotation einer Antriebswelle (21) für den Antrieb der Fliehkraftbremse (13) umwandelt.
Stoßdämpfer nach Anspruch 3, bei dem ein unter Fliehkraft auslenkbares Bremselement (14) der Fliehkraftbremse (13) gegen einen Bremspartner (18) andrückbar ist, wobei das Bremselement (14) gemeinsam mit der Antriebswelle (21) rotiert.
Stoßdämpfer nach Anspruch 3, bei dem das Bremselement (14) mehrere um eine Rotationsachse herum verteilt angeordnete Bremsteile (16) aufweist, die entgegen einer Federkraft und unter Einwirkung von Fliehkraft gegen den Bremspartner (18) andrückbar sind.
Stoßdämpfer nach Anspruch 2, bei dem die Dämpfungsmittel einen Elektromotor (6) aufweisen, dessen Rotor (8) an die Antriebswelle (21) angeschlossen ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 5, bei dem eines der Dämpferteile (1) ein Gehäuse (5) aufweist, das mit dem Bremspartner (18) und einem Stator (7) des Elektromotors (6) versehen ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 2, bei dem das als Kugelgewindetrieb (9) ausgebildete Getriebe eine mit einer Spindelmutter (11) versehene Gewindespindel (10) aufweist, wobei die Spindelmutter (11) die Antriebswelle (21) zum Antrieb der Fliehkraftbremse (13) bildet.
Stoßdämpfer nach Anspruch 7, bei dem die Gewindespindel (10) gemeinsam mit dem einen Dämpferteil (3) einerseits und die Spindelmutter (11) mit dem anderen Dämpferteil (1) andererseits für Relativverschiebungen zueinander entlang der Dämpferachse (4) vorgesehen sind.
Stoßdämpfer nach Anspruch 1, bei dem das eine Dämpferteil (1) ein Gehäuse (5) aufweist, das mit einem Stator (7) eines Elektromotors (6) sowie mit der Fliehkraftbremse (13) und ferner mit einem Bremspartner (18) der Fliehkraftbremse (13) versehen ist, wobei ein unter Fliehkraft gegen den Bremspartner (18) andrückbares Bremselement (14) der Fliehkraftbremse (13) drehbar mit einem Rotor (8) des Elektromotors (6) verbunden ist.
Stoßdämpfer nach Anspruch 9, bei dem das Gehäuse (5) mit einem Federteller (2) zur Lagerung einer Feder versehen ist.