DE102011078838A1

DE102011078838A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen

Info

Publication number: DE102011078838A1
Application number: DE102011078838A
Authority: DE
Inventors: Markus Renninger; Martin Münster
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-07-09
Also published as: DE102011078838B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, umfassend ein erstes Umwandlungsmittel zum Umwandeln der Relativbewegung der zwei Massen in eine zumindest teilweise Drehbewegung, sowie einen Rotationsdämpfer zum Dämpfen der Drehbewegung, wobei der Rotationsdämpfer ein zweites Umwandlungsmittel zum zumindest teilweisen Umwandeln der Drehbewegung in elektrische Energie umfasst, wobei das erste Umwandlungsmittel derart ausgebildet ist, sodass sich die Ebene der Drehbewegung und die Ebene senkrecht zur Richtung der Relativbewegung der zwei Massen unter einem vorgebbaren Winkel schneiden. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein entsprechendes Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 14.
Obwohl auf beliebige Massen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung und der ihr zugrunde liegende Hintergrund im Hinblick auf Massen in Kraftfahrzeugen, insbesondere Aufbau und Räder eines Kraftfahrzeugs, beschrieben.
Vorrichtungen zum Dämpfen von Schwingungen werden insbesondere in Kraftfahrzeugen verwendet, um zu vermeiden, dass beispielsweise Fahrbahnunebenheiten über die Räder an den Aufbau des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
Üblicherweise werden hierzu hydraulische Schwingungsdämpfer eingesetzt. Diese wandeln die Bewegungsenergie der Schwingung zumindest teilweise in Wärme um, sodass die Bewegung gedämpft wird. Diese Schwingungsdämpfer wirken also dissipativ. Hierzu ist es bekannt, die Kraft für die Dämpfung der Schwingung über eine Druckdifferenz an Ventilen des Schwingungsdämpfers bereitzustellen.
Um eine zumindest teilweise Nutzung der sonst in Wärme umgewandelten Energie zu ermöglichen, ist aus der DE 101 15 858 A1 ein elektrischer Dämpfer bekannt geworden. Der elektrische Dämpfer dämpft die Relativbewegung zwischen zwei Massen. Weiterhin ist ein Generator vorgesehen, der mittels des Dämpfers angetrieben wird. Für den Antrieb des Generators umfasst der Dämpfer ein Getriebe, beispielsweise eine Kugelgewindespindel, die eine Linearbewegung in eine Rotationsbewegung umwandelt. Durch die Rotationsbewegung wird der Generator angetrieben, welcher dann elektrische Energie zur Verfügung stellt.
Nachteilig ist, dass dabei große elektrische Maschinen oder hohe Getriebeübersetzungen notwendig sind, um eine entsprechende Bandbreite an Dämpfkräften zur Verfügung stellen zu können. Eine große Übersetzung hat wiederum den Nachteil, dass damit hohe Trägheitskräfte einhergehen, was sich negativ auf das Dämpfverhalten des Dämpfers auswirkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen zur Verfügung zu stellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar bzw. durchführbar sind. Darüber hinaus soll die Vorrichtung einen möglichst geringen Bauraum beanspruchen und eine Umwandlung zumindest eines Teils der Schwingungsenergie in elektrische Energie ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 14 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 14 gelöst.
Schneiden sich die Ebene der Drehbewegung und die Ebene senkrecht zur Richtung der Relativbewegung der zwei Massen in einem vorgebbaren Winkel, werden die Möglichkeiten der Festlegungspositionen der Vorrichtung wesentlich erhöht, da die Vorrichtung beispielsweise an besser zugänglichen Stellen für die Wartung, etc. angeordnet werden kann und so der vorhandene Bauraum in einem Kraftfahrzeug besser genutzt werden kann. Der Winkel ist dann insbesondere durch die Position der Vorrichtung relativ zu den zwei Massen bestimmt. Weiterhin ist die Vorrichtung einfach und kostengünstig herstellbar, da im Gegensatz zu dem elektrischen Dämpfer der DE 101 15 858 A1 bereits vorhandene Dämpfer weiterverwendet werden können. Ein aufwendiger Austausch entsprechender Dämpfer entfällt damit. Schließlich kann auf einfache und zuverlässige Weise zumindest ein Teil der Schwingungsenergie durch Dämpfung in elektrische Energie umgewandelt werden.
Die Ebene der Drehbewegung, also die Ebene senkrecht zur Drehachse, kann in beliebiger Winkelorientierung zur Ebene, welche senkecht zur Ebene der Relativbewegung ist, angeordnet sein. So kann beispielsweise die Ebene der Drehbewegung im Wesentlichen parallel zur Ebene der Relativbewegung angeordnet sein oder auch in einem Winkel von 45 Grad. Ebenso können die entsprechenden Ebenen auch Winkel von 30 Grad oder 60 Grad zueinander bilden.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorteilhafterweise ist ein zweiter Dämpfer angeordnet, welcher zur Dämpfung einer Bewegung in Richtung der Relativbewegung ausgebildet ist. Der zweite Dämpfer kann hierbei insbesondere als hydraulischer Schwingungsdämpfer ausgebildet sein. Ein Vorteil des zweiten Dämpfers ist, dass damit beispielsweise bereits am Fahrzeug vorhandene Dämpfer weitergenutzt werden können und so der Rotationsdämpfer entsprechend günstig ausgelegt und hergestellt werden kann. Zum anderen ist es damit möglich, die in Extremsituationen, beispielsweise bei zu schneller Kurvenfahrt des Fahrzeugs, notwendigen hohen Dämpfkräfte bereitzustellen. Vorzugsweise werden die Dämpferkennlinien des zweiten Dämpfers an die zusätzliche Dämpfung durch den Rotationsdämpfer angepasst und/oder diese entsprechend einem gewünschten Dämpfverhalten des Kraftfahrzeugs aufeinander abgestimmt. Vorteilhaft ist dabei, wenn bei niedrigen Einfedergeschwindigkeiten der Räder möglichst wenig Dämpfung durch den zweiten Dämpfer bereitgestellt wird, um eine möglichst hohe Bereitstellung elektrischer Energie durch den Rotationsdämpfer zu ermöglichen.
Zweckmäßigerweise ist der Rotationsdämpfer ausgebildet, die Drehbewegung in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung zu dämpfen. Auf diese Weise wird die Flexibilität der Vorrichtung hinsichtlich Dämpfverhalten weiter erhöht. So ist es damit beispielsweise möglich, bei geringen Winkelgeschwindigkeiten, also bei langsamer Kurvenfahrt des Fahrzeugs oder großem zu durchfahrendem Kurvenradius, eine geringe Dämpfung vorzusehen, da eine Wankbewegung des Fahrzeugs ebenfalls entsprechend gering ist. Wird beispielsweise das Fahrwerk sportlich abgestimmt, kann auch eine entsprechend starke Dämpfung vorgesehen werden, um die Wankbewegung des Fahrzeugs zu minimieren. Bei großen Winkelgeschwindigkeiten kann eine starke Dämpfung vorgesehen werden, um die Wankbewegung des Fahrzeugs, beispielsweise unterstützend zu einem zweiten Dämpfer, zu reduzieren.
Vorteilhafterweise umfasst der Rotationsdämpfer, insbesondere das zweite Umwandlungsmittel, ein Getriebe und eine damit verbundene elektrische Maschine. Damit kann auf einfache und zuverlässige Weise die Schwingungsenergie durch den Rotationsdämpfer in elektrische Energie umgewandelt werden. Das Getriebe kann zweckmäßigerweise als ein- oder mehrstufiges Planetengetriebe ausgebildet. Damit kann ein kostengünstiges Getriebe bereitgestellt werden. Gleichzeitig ist dieses auch flexibel an verschiedene Drehgeschwindigkeiten anpassbar. Selbstverständlich sind auch andere Getriebearten denkbar. So können beispielsweise auch ein Stirnradgetriebe oder dergleichen verwendet werden.
Vorteilhafterweise ist das erste Umwandlungsmittel mit einem vorgebbaren Drehmoment, insbesondere mittels der elektrischen Maschine, beaufschlagbar. Das vorgebbare Drehmoment kann dann beispielsweise im Falle eines Kraftfahrzeugs auf dessen Aufbau wirken, sodass das Fahrzeug dann insgesamt angehoben oder abgesenkt wird. Dies ist sowohl im Stillstand als auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs möglich: Verfügt das Kraftfahrzeug, z.B. auf Grund sportlicher Optik über eine nur geringe Bodenfreiheit, kann durch Beaufschlagung des ersten Umwandlungsmittels mit einem bestimmten Drehmomentwert die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs erhöht werden, um eine Schwelle einer Tiefgarageneinfahrt, überfahren zu können. Ebenso kann durch die Erhöhung oder Verkleinerung der Bodenfreiheit während der Fahrt des Kraftfahrzeugs aerodynamische Größen wie der Luftwiderstand und/oder der Auftriebsbeiwert entsprechend gewünschten Vorgaben beeinflusst werden.
Zweckmäßigerweise umfasst das erste Umwandlungsmittel eine Drehstabfeder und/oder einen, insbesondere gewinkelten, Hebel. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit das erste Umwandlungsmittel einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Darüber hinaus kann insbesondere wenn das erste Umwandlungsmittel selbst als Drehstabfeder ausgebildet ist, einfach bereits vorhandene Stabilisatoren des Kraftfahrzeugs verwendet werden, was die Herstellungskosten für die Vorrichtung noch weiter reduziert.
Vorteilhafterweise ist das erste Umwandlungsmittel als Stabilisator, insbesondere als Stabilisatorrohr, ausgebildet. Ist das erste Umwandlungsmittel als Stabilisator, insbesondere als Stabilisatorrohr ausgebildet, kann bei gleichseitigem Einfedern die Drehbewegung des Stabilisators durch den Rotationsdämpfer gedämpft und in elektrische Energie zumindest teilweise umgewandelt werden. Gleichzeitig reduziert der Stabilisator in vorteilhafter Weise eine Wankneigung des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt und/oder verbessert ein Einlenkverhalten des Fahrzeugs. Der Rotationsdämpfer kann weiter in vorteilhafter Weise mit einem zweiten Dämpfer, welche elektronisch regelbar ist, zusammenwirken. Da der Rotationsdämpfer, wenn das erste Umwandlungsmittel als Stabilisator ausgebildet ist, nicht auf Wankbewegungen des Fahrzeugs anspricht, werden diese durch den Rotationsdämpfer auch nicht gedämpft. Anhand des zweiten, elektronisch regelbaren Dämpfers ist es jedoch dann möglich, eine Wankbewegung des Fahrzeugs zu erkennen und die Dämpfung durch den zweiten Dämpfer entsprechend anzupassen.
Zweckmäßigerweise ist der Stabilisator als aktiver Stabilisator ausgebildet. Der damit erzielte Vorteil ist, dass damit eine Dämpfcharakteristik, insbesondere bei Wankschwingungen, für ein Fahrzeug flexibel an aktuelle Fahrbedingungen einfach und schnell anpassbar ist.
Vorteilhafterweise umfasst der aktive Stabilisator eine elektrische Maschine. Damit lässt sich auf einfache Weise zusätzlich eine Dämpfung von Wankbewegungen erreichen und gleichzeitig einen Teil der mechanischen Energie der Wankbewegung des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandeln. Diese elektrische Energie kann beispielsweise dem Bordnetz des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden. Die rekupierbare Leistung der Vorrichtung wird damit noch weiter erhöht.
Zweckmäßigerweise ist der Rotationsdämpfer zumindest teilweise elastisch an zumindest einer der Massen angeordnet. Damit es ist möglich, relativ grobe Toleranzen in den Abmessungen, des ersten Umwandlungsmittels insbesondere des Stabilisators, auszugleichen. Im Falle eines Stabilisatorrohres als erstes Umwandlungsmittel führen diese Toleranzen bei Belastung des Stabilisatorrohres zu einer Verformung des Stabilisatorrohrs in radialer Richtung. Diese können dann durch eine zumindest teilweise elastische Anordnung des Rotationsdämpfers ausgeglichen werden. Die Lebensdauer der Vorrichtung wird so erhöht.
Vorteilhafterweise ist das Getriebe koaxial oder achsparallel zu einer Welle des ersten Umwandlungsmittels angeordnet. Wird das Getriebe, also insbesondere zumindest eine der Wellen des Getriebes, koaxial angeordnet, kann der für eine Anbindung des Getriebes nötige Bauraum minimiert werden, wohingegen bei einer achsparallelen Anordnung des Getriebes eine äußerst einfache Anbindung des Getriebes an der Welle des ersten Umwandlungsmittels ermöglicht wird. Bei einer achsparallelen Anordnung können auch auf einfache Weise andere Getriebearten verwendet und angeordnet werden.
Zweckmäßigerweise ist eine Steuereinrichtung zur Steuerung zumindest des Rotationsdämpfers und/oder des zweiten Dämpfers angeordnet und insbesondere derart ausgebildet, dass diese in Abhängigkeit eines vorgegebenen Umgebungsparameters den Rotationsdämpfer und/oder den zweiten Dämpfer zur Anpassung der entsprechenden Dämpfung mit einem vorgebbaren Drehmoment beaufschlagen. Mittels der Steuereinrichtung kann auf einfache Weise das Dämpfverhalten des Rotationsdämpfers und/oder des zweiten Dämpfers eingestellt werden. So kann die Steuereinrichtung beispielsweise im Zusammenwirken mit Beschleunigungssensoren, Geschwindigkeitssensoren oder dergleichen anhand der sensierten Werte oder Umgebungsparameter die jeweilige Dämpfung des Rotationsdämpfers und/oder des zweiten Dämpfers einstellen. Beschleunigungssensoren können dabei Aufbau- und/oder Radbeschleunigungen messen, Geschwindigkeitssensoren die Fahrgeschwindigkeit. Mittels Regen- und/oder Lichtsensoren und/oder Temperatursensoren kann dann die Beschaffenheit der Fahrbahn mittels der Steuereinrichtung errechnet und das gewünschte Dämpferverhalten eingestellt werden. Gleichzeitig wird bei entsprechender Dämpfung des Rotationsdämpfers ein Teil der ansonsten durch die Dämpfung durch Dissipation in Wärme umgewandelten Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen ein vorgebbares Drehmoment am ersten Umwandlungsmittel zumindest temporär bereitgestellt. Wie bereits vorstehend beschrieben, ermöglicht dies beispielsweise im Falle eines Kraftfahrzeugs, dass dieses dann insgesamt angehoben oder abgesenkt wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt:
1 schematisch in einer Vorderansicht eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Kraftfahrzeug;
2 in schematischer Form eine weitere Detail-Darstellung der Vorrichtung gemäß 1;
3 in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 in schematischer Form eine weitere Detail-Darstellung der Vorrichtung gemäß 4; und
6 in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt in schematischer Form in Vorderansicht eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Kraftfahrzeug.
In 1 zeigt Bezugszeichen 1 einen Fahrzeugaufbau eines in einer Vorderansicht schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs. Der Fahrzeugaufbau 1 weist drei sich senkrecht nach unten erstreckende Verbindungselemente 1a auf. An den beiden äußeren Verbindungselementen 1a ist jeweils ein Rotationsdämpfer 5 festgelegt. Auf der linken und rechten Außenseite der Verbindungselemente 1a ist am Fahrzeugaufbau 1 jeweils ein sich senkrecht nach unten und parallel zu den jeweiligen Verbindungselementen 1a erstreckender Schwingungsdämpfer 2 angeordnet. Die beiden Schwingungsdämpfer 2 sind jeweils mit Radträgern 3 verbunden. An dem jeweiligen Radträger 3 ist wiederum ein entsprechendes Rad 4 des Fahrzeugs drehbar angeordnet. Selbstverständlich sind zur jeweiligen Radführung auch entsprechende Radlenker angeordnet, die in den Figuren jedoch nicht dargestellt sind.
Der jeweilige Radträger 3 ist mit einem gewinkelten Hebel 6a verbunden. Der gewinkelte Hebel 6a ist wiederum mit einer Tragfeder verbunden. Die Tragfeder ist dann, beispielsweise reib- und/oder formschlüssig, mit dem jeweiligen Rotationsdämpfer 5 verbunden. Die jeweilige Tragfeder ist in 1 wie auch in den 2 und 3 als Drehstabfeder 6 ausgeführt. Eine jeweilige Drehstabfeder 6 ist dabei mittels jeweils einer drehsteifen Anbindung 7 an dem inneren Verbindungselement 1a des Aufbaus 1 angeordnet und drehbar in dem jeweiligen Rotationsdämpfer 5 gelagert. Der jeweilige Rotationsdämpfer 5 weist jeweils ein Gehäuse 9 auf, welches fest mit dem jeweiligen äußeren Verbindungselement 1a des Aufbaus 1 verbunden ist.
Von links nach rechts in 1 ergibt sich somit im unteren Bereich des Aufbaus 1 folgende Abfolge von Bauteilen: Rad 4, Radträger 3, gewinkelter Hebel 6a, Rotationsdämpfer 5, erste Drehstabfeder 6, Anbindung 7, zweite Drehstabfeder 6, Rotationsdämpfer 5, gewinkelter Hebel 6a, Radträger 3, Rad 4. Die Drehstabfeder 6 ist somit parallel zu einer Straßenebene und senkrecht zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Es ist ebenso möglich, die Drehstabfeder 6 auch in einer anderen Richtung, die von der Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung abweicht, anzuordnen, beispielsweise in Längsrichtung.
Wird das Rad 4 nun eingefedert, d.h. das Rad 4 bewegt sich in Richtung R nach oben, wird durch den gewinkelten Hebel 6a zwischen Radträger 3 und Rotationsdämpfer 5 die Drehstabfeder 6 tordiert. Diese Torsion wird durch den Rotationsdämpfer 5 gedämpft, sodass insgesamt die Einfederbewegung des Rades 4 gedämpft wird. Der Rotationsdämpfer 5 ist als elektromechanischer Rotationsdämpfer ausgebildet und wandelt die von ihm aufgenommene mechanische Rotationsenergie in elektrische Energie zumindest teilweise um. Diese kann dann beispielsweise zur Aufladung von Akkumulatoren, Batterien, etc. des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
In 1 ist weiter gezeigt, dass die Ebene der Drehbewegung E_D und die Ebene E_S, welche senkrecht zur Richtung R der Relativbewegung zwischen Aufbau 1 und Rad 4 angeordnet ist, sich in einem Winkel W von im Wesentlichen 90 Grad schneiden. Die Ebene E_R der Relativbewegung zwischen Aufbau 1 und Rad 4 ist demnach gemäß 1 parallel zur Ebene der Drehbewegung E_D. Es sind auch Winkel W von 20 Grad, 30 Grad, 45 Grad, 60 Grad oder dergleichen denkbar. Der Winkel W kann dabei ebenfalls auch außerhalb der Blattebene der 1 liegen, beispielsweise senkrecht aus der Blattebene der 1 heraus.
2 zeigt in schematischer Form eine Detail-Darstellung der Vorrichtung gemäß 1.
In 2 sind nun im Wesentlichen der Hebel 6a, der mit der Drehstabfeder 6 verbunden ist, die Drehstabfeder 6 sowie der mit ihr zusammenwirkende Rotationsdämpfer 5 gezeigt, wie sie auf der linken Seite der 1 dargestellt sind. Der Hebel 6a ist dabei mit seinem einen, hier rechten, Ende an dem linken Ende der Drehstabfeder 6 festgelegt bzw. mit dieser verbunden. In 2 weist der Hebel 6a einen Winkel in Bezug auf die Längserstreckung der Drehstabfeder 6 von 90 Grad auf. Hierbei sind auch andere Winkel denkbar, beispielsweise 30 Grad, 45 Grad, 60 Grad oder dergleichen. An ihrem anderen Ende ist die Drehstabfeder 6 an einer Lagerstelle 13 eines Verbindungselementes 1a des Aufbaus 1 drehfest angeordnet.
Bei ca. 1/3 der Längserstreckung der Drehstabfeder 6, also im Wesentlichen dem Hebel 6a direkt nachgeordnet, ist der Rotationsdämpfer 5 angeordnet. Der Rotationsdämpfer 5 ist im Wesentlichen koaxial zur Drehstabfeder 6 angeordnet und umfasst ein Gehäuse 9. Im Gehäuse 9, welches drehfest mit dem Fahrzeugaufbau 1 und/oder mit Verbindungselementen 1a des Fahrzeugaufbaus 1 verbunden ist, ist weiter ein koaxial zur Drehstabfeder 6 angeordnetes Getriebe 8 angeordnet. Die Drehstabfeder 6 dient dabei als Eingangswelle für das Getriebe 8 des Rotationsdämpfers 5. Ebenso ist es dabei möglich, eine separate Antriebswelle für das Getriebe 8 vorzusehen und diese beispielsweise reib- und/oder formschlüssig mit der Drehstabfeder 6 zu verbinden. Das Getriebe 8 umfasst eine hohle Abtriebswelle 12, welche, beispielsweise über eine Kupplung K, mit einer hohlen Eingangswelle 11 einer elektrischen Maschine 10, beispielsweise einem Elektromotor, des Rotationsdämpfers 5 verbunden ist. Die elektrische Maschine 10 ist hierbei ebenfalls drehfest mit dem Fahrzeugaufbau 1 oder dessen Verbindungselementen 1a verbunden. Die elektrische Maschine 10 kann dabei ebenfalls koaxial zur Drehstabfeder 6 ausgebildet sein, beispielsweise indem eine mittige Aussparung für die Drehstabfeder 6 vorgesehen ist.
Erfolgt nun eine Drehbewegung der Drehstabfeder 6 auf Grund einer Einfederung eines Rades 4, wird diese tordiert. Durch die mechanische Kopplung der Drehstabfeder 6 mit dem Getriebe 8 des Rotationsdämpfers 5 wird dessen elektrische Maschine 10 betätigt und erzeugt elektrische Energie.
Die elektrische Maschine 10 kann weiterhin mit einer Steuereinrichtung S verbunden sein. Die Steuereinrichtung S steuert dann beispielsweise in Abhängigkeit von Werten von Sensoren 20, insbesondere unter Berücksichtigung von Fahrzeugaufbau- und Radbeschleunigungen, Geschwindigkeit des Fahrzeugs und insbesondere anhand von Werten der Sensoren 20 errechneten und/oder abgeschätzten Fahrbahnqualität, ein Drehmoment, welches von der elektrischen Maschine 10 auf die Drehstabfeder 6 aufgebracht wird. Auf diese Weise lässt sich eine Dämpfercharakteristik des Kraftfahrzeugs variieren. Ebenso kann die Steuereinrichtung S auch ausgebildet sein, zusätzlich oder alternativ den Schwingungsdämpfer 2 zu steuern. Hierzu können ebenfalls geeignete Mittel am Schwingungsdämpfer 2 angeordnet sein, sodass dieser in seiner Dämpfcharakteristik mittels der Steuereinrichtung S verändert werden kann.
Weiterhin kann die Steuereinrichtung S mit einem GPS-Modul G zur Ermittlung der aktuellen Kraftfahrzeugposition mittels Satellit und/oder Radsensoren verbunden werden. So kann beispielsweise automatisch bei Einfahrt in eine Tiefgarage das GPS-Modul G anhand der aktuellen Fahrzeugposition die Einfahrt in die Tiefgarage erkennen und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung S übermitteln. Es ist ebenso denkbar, dass beispielsweise bei Auswahl einer Tiefgarage als Navigationsziel das GPS-Modul G die aktuelle Fahrzeugposition an die Steuereinrichtung S übermittelt und die Steuereinrichtung S beispielsweise 200m vor dem Ziel, also der Tiefgarage, die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs automatisch durch Beaufschlagung der Drehstabfeder 6 mit einem entsprechenden Drehmoment erhöht. Es ist ebenso möglich, eine Änderung der Bodenfreiheit bei Erreichen einer bestimmten Position, bei Unterschreiten oder Überschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit und/oder bei Aktivierung von Beleuchtung und/oder Blinkern des Kraftfahrzeugs mittels der Steuervorrichtung S vorzunehmen.
Selbstverständlich wird die Dämpfercharakteristik des Rotationsdämpfers 5 und des Schwingungsdämpfers 2 aufeinander zur Dämpfung des Kraftfahrzeugs abgestimmt und angepasst.
3 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 3 ist im Wesentlichen der gleiche Aufbau gemäß 2 gezeigt. Im Unterscheid zu 2 ist eine Ausgangswelle 12 des Getriebes 8 achsparallel zu einer Eingangswelle (nicht gezeigt) des Getriebes 8 und zur Drehstabfeder 6 angeordnet. Auch die elektrische Maschine 10 ist im Wesentlichen achsparallel zur Drehstabfeder 6 angeordnet. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die elektrische Maschine 10 abgewinkelt, d.h. nicht achsparallel zur Drehstabfeder 6 anzuordnen mittels eines entsprechenden alternativen oder zusätzlichen Getriebes. Dies erhöht die Flexibilität der Vorrichtung, da damit auch eine weiter entfernte Position für die Festlegung der elektrischen Maschine 10 von der Drehstabfeder 6 möglich ist.
4 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 4 ist im Wesentlichen dieselbe Vorrichtung gemäß 1 gezeigt. Im Unterschied zur 1 ist zusätzlich zum Schwingungsdämpfer 2 (in 4 nicht dargestellt) eine Tragfeder 2' angeordnet. Weiterhin ist der Radträger 3 des Rades 4 über eine Pendelstütze 3' mit einem Stabilisatorrohr 6', anstelle der Drehstabfeder 6, mit rechtwinkligen Schenkeln 6'a an den beiden Enden des Stabilisatorrohres 6' verbunden. Das Stabilisatorrohr 6' ist an zwei Lagerungen 7' drehbar an Verbindungselementen 1a des Fahrzeugaufbaus 1 gelagert. Wie in 1 sind drei Verbindungselemente 1a gezeigt, wobei die jeweilige Lagerung 7' für das Stabilisatorrohr 6' an jeweils einem äußeren, dem jeweiligen Rad 4 benachbarten Verbindungselement 1a angeordnet ist. Ebenso im Unterschied zur 1 ist an dem mittigen dritten Verbindungselement 1a ein einzelner Rotationsdämpfer 5 angeordnet. Der Rotationsdämpfer 5 ist dabei mit dem Stabilisatorrohr 6' drehfest verbunden. Das Stabilisatorrohr 6' oder allgemeiner ein Stabilisator dient dazu, die Wankneigung des Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt zu verringern und ein Einlenkverhalten des Fahrzeugs zu verbessern. Federn die Räder 4 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 gleichseitig ein, wird das Stabilisatorrohr 6' gedreht. Der Rotationsdämpfer 5 dämpft nun in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit des Stabilisatorrohres 6' die Relativbewegung zwischen den Rädern 4 und dem Fahrzeugaufbau 1 und wandelt die von ihm aufgenommene mechanische Rotationsenergie zumindest teilweise in elektrische Energie um.
Um eine möglichst hohe Umwandlung von mechanischer in elektrische Energie zu ermöglichen, kann eine Abstimmung der üblicherweise eingesetzten hydraulischen Dämpfer mit dem Rotationsdämpfer 5 vorgenommen werden. Diese ist vorteilhafterweise derart vorzunehmen, sodass bei niedrigen Einfedergeschwindigkeiten der Räder 4 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 1 eine reduzierte Dämpfungswirkung durch den Rotationsdämpfer 5 auf das Stabilisatorrohr 6' ausgeübt wird. Weiterhin kann dies auch derart erfolgen, indem das Stabilisatorrohr 6', insbesondere Schenkel des Stabilisatorrohres 6' möglichst steif ausgebildet werden und/oder die Lagerungen 7' des Stabilisatorrohres 6' möglichst reibungsarm ausgebildet werden.
5 zeigt in schematischer Form eine weitere Detail-Darstellung der Vorrichtung gemäß 4.
In 5 ist im Wesentlichen derselbe Aufbau der Vorrichtung gemäß 2 gezeigt. Im Unterschied zur 2 ist anstelle der Drehstabfeder 6 mit einem Hebel 6a, welche mit ihrem einen, in 2 rechten Ende in einer Lagerstelle 13 des Fahrzeugaufbaus 1 drehbar gelagert ist, das Stabilisatorrohr 6' angeordnet, welches jeweils endständig rechtwinklige Schenkel 6'a anstelle des Hebels 6a aufweist. Das Stabilisatorrohr 6' ist dabei drehbar in zwei Lagerungen 7' gelagert. Zwischen den beiden Lagerungen 7' ist der Rotationsdämpfer 5 für das Stabilisatorrohr 6' angeordnet, der eine Drehbewegung des Stabilisatorrohres 6' dämpft. Selbstverständlich sind anstelle rechtwinkliger Schenkel 6'a in Bezug auf die Erstreckung des Stabilisatorrohres 6' auch andere Winkel, beispielsweise 30, 45, 60, 75 Grad oder dergleichen denkbar.
6 zeigt in schematischer Form eine Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 6 ist im Wesentlichen der gleiche Aufbau gemäß 3 gezeigt. Im Unterschied zur 3 ist – wie auch in 2 – anstelle der Drehstabfeder 6 mit Hebel 6a ein Stabilisatorrohr 6' angeordnet. Ebenso ist das Stabilisatorrohr 6' nicht endständig gelagert, sondern weist an seinen Enden jeweils einen Schenkel 6'a auf und ist dabei drehbar in zwei Lagerungen 7' gelagert. Das Stabilisatorrohr 6' dient – wie auch die Drehstabfeder 6 in 3 – als Eingangswelle für das Getriebe 8. Alternativ ist es möglich, das Stabilisatorrohr 6' mit einer Antriebs- oder Eingangswelle des Getriebes 8 form- und/oder reibschlüssig zu verbinden. Im Wesentlichen sind analog für das Stabilisatorrohr 6' die in der Figurenbeschreibung der 1–3 dargestellten Ausführungsformen der Drehstabfeder 6 in Bezug auf den Rotationsdämpfer 5 und das Getriebe 8 möglich.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
So ist es beispielsweise möglich, anstelle einer Drehstabfeder auch eine Schraubenfeder oder eine Blattfeder zu verwenden. Hierzu wirkt der Rotationsdämpfer direkt mit einem an dem Kraftfahrzeug vorhandenen Fahrwerklenker zusammen, wird also von dem Fahrwerklenker angelenkt. Vorzugsweise wird der Rotationsdämpfer derart ausgebildet, sodass dieser den aufbauseitigen Gelenkpunkt des Fahrwerklenkers des Kraftfahrzeugs bildet.
Weiterhin ist es ebenfalls möglich, dass der Rotationsdämpfer eine elektronisch steuerbare Kupplung, steuerbar beispielsweise mittels der Steuereinrichtung aufweist. Eine elektronisch steuerbare Kupplung kann beispielsweise als eine Lamellenkupplung mit steuerbarer Anpressung der Lamellen, als eine Lamellenkupplung mit steuerbarer Viskosität eines Fluids, beispielsweise umfassend eine magneto- und/oder elektrorheologische Flüssigkeit, oder als elektromagnetische Axial-Kupplung mit steuerbarem Magnetfeld ausgebildet sein.
Zusammenfassend weist die Erfindung mehrere Vorteile auf. Zum einen können kleinere und kompaktere elektrische Maschinen verwendet werden, zum anderen können üblicherweise vorhandene Schwingungsdämpfer weiter verwendet werden und müssen nicht ausgetauscht werden. Weiterhin kann zumindest ein Teil der Schwingungsenergie in elektrische Energie umgewandelt werden. Ebenso kann die Dämpfcharakteristik des Kraftfahrzeugs für jedes Rad individuell verändert oder voreingestellt werden. Darüber hinaus kann eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs entweder manuell oder automatisch verändert werden, also beispielsweise zum Überfahren einer Schwelle erhöht werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugaufbau
1a: Verbindungselement
2: Schwingungsdämpfer
2': Tragfeder
3: Radträger
3': Pendelstütze
4: Rad
5: Rotationsdämpfer
6: Drehstabfeder
6a: Hebel
6': Stabilisatorrohr
6'a: Schenkel
7: Anbindung
7': Lagerung Stabilisatorrohr
8: Getriebe
9: Gehäuse
10: elektrische Maschine
11: Eingangswelle
12: Abtriebswelle
13: Lagerstelle
20: Sensor
K: Kupplung
R: Richtung
S: Steuereinrichtung
G: GPS-Modul
E_D, E_S, E_R: Ebenen
W: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10115858 A1 [0005, 0010]

Claims

Vorrichtung zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen (1, 4), insbesondere bei Kraftfahrzeugen, umfassend ein erstes Umwandlungsmittel (6, 6a, 6') zum Umwandeln der Relativbewegung der zwei Massen (1, 4) in eine zumindest teilweise Drehbewegung, und einen Rotationsdämpfer (5) zum Dämpfen der Drehbewegung, wobei der Rotationsdämpfer (5) ein zweites Umwandlungsmittel (8, 9, 10, 11, 12) zum zumindest teilweisen Umwandeln der Drehbewegung in elektrische Energie umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel (6, 6a, 6') derart ausgebildet ist, sodass sich die Ebene (E_D) der Drehbewegung und die Ebene (E_S) senkrecht zur Richtung (R) der Relativbewegung der zwei Massen (1, 4) unter einem vorgebbaren Winkel (W) schneiden.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Dämpfer (2) angeordnet ist, welcher zur Dämpfung einer Bewegung in Richtung (R) der Relativbewegung ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (5) ausgebildet ist, die Drehbewegung in Abhängigkeit der Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung zu dämpfen.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (5), insbesondere das zweite Umwandlungsmittel (8, 9, 10, 11, 12), ein Getriebe (8) und eine damit verbundene elektrische Maschine (10) umfasst.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel (6, 6a, 6') mit einem vorgebbaren Drehmoment, insbesondere mittels der elektrischen Maschine (10), beaufschlagbar ist.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel (6, 6a) eine Drehstabfeder (6) und/oder einen, insbesondere gewinkelten, Hebel (6a) umfasst.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umwandlungsmittel (6, 6a, 6') als Stabilisator (6'), insbesondere als Stabilisatorrohr, ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Dämpfer (2) als elektronisch geregelter Dämpfer ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator (6') als aktiver Stabilisator ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aktive Stabilisator (6') eine elektrische Maschine umfasst.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (5) zumindest teilweise elastisch an zumindest einer der Massen (1, 4) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 4–11, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) koaxial oder achsparallel zu einer Welle des ersten Umwandlungsmittels (6, 6a, 6') angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß zumindest einem der vorangehenden Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (S) zur Steuerung zumindest des Rotationsdämpfers (5) und/oder des zweiten Dämpfers (2) angeordnet ist und derart ausgebildet ist, dass diese in Abhängigkeit eines vorgegebenen Umgebungsparameters den Rotationsdämpfer (5) und/oder den zweiten Dämpfer (2) zur Anpassung der entsprechenden Dämpfung mit einem vorgebbaren Drehmoment beaufschlagt.
Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen zwei Massen (1, 4), insbesondere bei Kraftfahrzeugen, umfassend die Schritte a) Umwandeln der Relativbewegung der zwei Massen (1, 4) in eine Drehbewegung mittels eines ersten Umwandlungsmittels (6, 6a, 6'), b) Dämpfen der Drehbewegung, wobei ein zumindest teilweises Umwandeln der Drehbewegung in elektrische Energie mittels eines zweiten Umwandlungsmittels (8, 9, 10, 11, 12) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ebene (E_D) der Drehbewegung und die Ebene (E_S) senkrecht zur Richtung (R) der Relativbewegung der zwei Massen (1, 4) unter einem vorgebbaren Winkel (W) schneiden.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorgebbares Drehmoment am ersten Umwandlungsmittel (6, 6a, 6') zumindest temporär bereitgestellt wird.