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Die Erfindung betrifft eine Rotationsdämpferanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen. zwei Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 3.
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Im Fahrzeugbau ist die Dämpfung von Bauteilen, insbesondere zur Dämpfung der vertikalen Radbewegung mittels Rotationsdämpfern, bekannt.
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Die
DE 10 2009 051 469 A1 beschreibt einen elektrischen/elektromechanischen Rotationsdämpfer zur Dämpfung von Stößen, wobei der Rotationsdämpfer am Querlenker angebunden ist. Der Rotationsdämpfer kann demgemäß alternativ auch als hydraulischer Dämpfer, dessen Wirkung aufgrund einer elektrorheologischen Dämpfungsflüssigkeit beeinflusst werden kann, ausgeführt sein.
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Ein elektromagnetischer Rotationsdämpfer kann ein Drehmoment nur bis zu seinem maximalen. Kippmoment dämpfen. Um das maximale Kippmoment zur Dämpfung hoher Beschleunigungen auszulegen, muss ein elektromagnetischer Rotationsdämpfer so dimensioniert werden, dass das notwendige Gewicht für den Fahrzeugbau nicht länger attraktiv wäre.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine einfache und zuverlässige Dämpfung anzugeben, die auch eine Dämpfung von starken Stößen, die eine hohe Beschleunigung des Rotationsdämpfers zur Folge hat, bei geringem Gewicht erlaubt.
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Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und 3 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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In bekannter Weise umfasst eine Rotationsdämpferanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen einen Fluid-Rotationsdämpfer, aufweisend eine erste Lagerschale zur Befestigung an einem ersten Bauteil, insbesondere ein Fahrzeugrahmen, und eine relativ zur ersten Lagerschale drehbare zweite Lagerschale, zur Verbindung mit einem zweiten Bauteil.
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Erfindungsgemäß ist zwischen den Lagerschalen ein dilatantes Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, eingebracht. Ferner sind an der ersten und/oder zweiten Lagerschale Scherstrukturen angebracht, die bei Drehung gegeneinander zu einer Scherung des dilatanten Fluids führen.
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Bei einer Relativbewegung der Scherstrukturen zueinander wird abhängig von der Viskosität des Fluids ein entsprechender Dämpfungseffekt erzielt. Je höher die Viskosität, desto größer ist die Dämpfung.
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Der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer hat den Vorteil, dass aufgrund des dilatanten Fluids die Scherwirkung und damit die Dämpfung des Rotationsdämpfers abhängig von der Drehgeschwindigkeit des zweiten Bauteils zum ersten Bauteil ist.
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Dadurch kann auf selbstanpassende Weise ein Dämpfer für Spitzenlasten, die eine hohe Beschleunigung des Rotationsdämpfers zur Folge haben, bereitgestellt werden.
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Vorzugsweise sind die Scherstrukturen der Lagerschalen als Lamellen ausgeführt, die bei einer Relativdrehung ineinandergreifen. Dies sorgt für eine besonders effektive Scherung des Fluids.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Rotationsdämpferanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen, umfassend einen Fluid-Rotationsdämpfer, aufweisend eine erste Lagerschale zur Befestigung an einem ersten Bauteil, insbesondere ein Fahrzeugrahmen, und eine relativ zur ersten Lagerschale drehbare zweite Lagerschale, zur Verbindung mit einem zweiten Bauteil. Ferner ist zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil in einem parallelen Lastpfad ein elektrischer Rotationsdämpfer vorgesehen.
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Elektrischer Rotationsdämpfer und Fluid-Rotationsdämpfer sind derart aufeinander abgestimmt, dass der elektrische Rotationsdämpfer für einen Hauptanwendungsfall wirksam ist und der Fluid-Rotationsdämpfer bei Spitzenbelastung.
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Auf diese Weise kann ein Gesamtverhalten der Dämpferanordnung erzeugt werden, das eine ideale Kennlinie über das Kippmoment des elektrischen Rotationsdämpfers hinaus aufweist.
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In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung ist das Fluid ein dilatantes Fluid, insbesondere eine dilatante Flüssigkeit, wobei an der ersten und/oder zweiten Lagerschale Scherstrukturen angebracht sind, die bei Drehung zu einer Scherung des dilatanten Fluids führen.
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Die Verwendung eines dilatanten Fluids, insbesondere einer dilatenten Flüssigkeit, im Fluid-Rotationsdämpfer hat den Vorteil, dass eine Erhöhung der Drehbeschleunigung automatisch zu einer Erhöhung der Viskosität und damit zur Erhöhung des Dämpfmomentes führt.
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Alternativ kann das Fluid im Fluid-Rotationsdämpfer ein magneto- oder elektrorheologisches Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, sein. Ferner können an der ersten und/oder zweiten Lagerschale Scherstrukturen angebracht sein, die bei einer Relativdrehung der Lagerschalen zu einer Scherung des magneto- oder elektrorheologischen Fluids führen, und damit die Drehbewegung dämpfen. Ferner sind an den Lagerschalen Felderzeugungsmittel vorgesehen, die ein elektrisches oder magnetisches Feld erzeugen, um die Viskosität des magneto- oder elektrorheologischen Fluids zu beeinflussen.
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Die Viskosität wird aufgrund der bei der Drehbewegung in den elektrischen Rotationsdämpfer induzierten Spannung eingestellt. Je höher die induzierte Spannung ist, desto größer ist die Viskosität des Fluids und desto größer ist somit das Dämpfungsmoment.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist der fluidische Dämpfer der Dämpferanordnung Scherstrukturen in Form von Lamellen auf. Insbesondere weisen beide sich relativ zueinander bewegenden Lagerschalen Lamellen auf, die ineinandergreifend angeordnet sind.
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Vorzugsweise können der Fluid-Rotationsdämpfer und der elektrische Rotationsdämpfer über ein Getriebe verbunden sein. Durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes kann die Kennlinie des Gesamtdämpfungsverhaltens angepasst werden.
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Vorteilhaft erweist es sich, das Getriebe als Planetengetriebe umzusetzen. Dies erlaubt eine kompakte Ausführung der Dämpferanordnung.
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Die Anordnung des Planetengetriebes, kann so erfolgen, dass die erste Lagerschale des Fluid-Rotationsdämpfers mit dem Hohlrad des Planetengetriebes und das Sonnenrad mit der Welle des elektrischen Rotationsdämpfers verbunden sind.
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Dies sorgt dafür, dass die Drehgeschwindigkeit der ersten Lagerschale auf die Drehgeschwindigkeit des Sonnenrads übersetzt übertragen wird. Die Drehung des Sonnenrads wirkt auf die Welle des elektrischen Rotationsdämpfers. Durch die höhere Drehgeschwindigkeit der Welle im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit der ersten Lagerschale kann vom elektrischen Dämpfer eine erhöhte Dämpfkraft auf die zweite Lagerschale, die mit dem Stator des elektrischen Dämpfers verbunden ist, aufgebracht werden.
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Durch die Kopplung des Fluid-Rotationsdämpfers mit dem elektrischen Rotationsdämpfer über ein Planetengetriebe, kann eine äußerst kompakte Bauform der gesamten Dämpferanordnung erzielt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 schematisch eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs;
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2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpferanordnung mit einem dilatanten Fluiddämpfer;
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3 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dämpferanordnung mit einem elektrorheologischen Fluiddämpfer, und
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4 die Kennlinie einer Dämpferanordnung umfassend einen elektromagnetischen Rotationsdämpfers und einen Fluid-Rotationsdämpfer.
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1 zeigt schematisch eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Rad 12 über Querlenker 14 an die Karosserie angebunden ist. Der Radträger 16 ist über einen Hebelarm 18 mit einer erfindungsgemäßen Rotationsdämpferanordnung 10 verbunden, welche die Bewegung des Radträgers 14 gegenüber der Karosserie dämpft. 2 und 3 zeigen Beispiele, wie die Rotationsdämpferanordnung 10 vorzugsweise ausgestaltet sein kann.
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In einer ersten Ausgestaltungsvariante zeigt 2 die Kombination eines dilatanten Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19a mit einem elektromagnetischen Rotationsdämpfer, die parallel die Bewegung des Anlenkhebels 18 gegen die Karosserie dämpft. In der vorliegenden Ausgestaltung weist der dilatante Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19a eine mit der Karosserie verbundene erste Lagerschale 20 auf und eine mit dem Anlenkhebel verbundene zweite Lagerschale 22. Die erste Lagerschale 20 und die zweite Lagerschale 22 sind relativ zueinander drehbar. Zwischen den Lagerschalen 20, 22 ist eine ringförmige Kammer vorgesehen, in welche eine dilatante Flüssigkeit eingebracht ist. In der Kammer sind Lamellen 24 an der ersten und zweiten Lagerschale 20, 22 vorgesehen, die ineinander greifend angeordnet sind und auf diese Weise zu einer optimalen Scherung der dilatanten Flüssigkeit in der Kammer führen.
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Abhängig von der Schergeschwindigkeit erhöht sich die Viskosität der dilatanten Flüssigkeit und erhöht somit die Dämpfung der Drehbewegung gegenüber dem Fahrzeugrahmen. Dies ist insbesondere für Spitzenbeschleunigungen, wie sie beispielsweise Stößen auftreten können, besonders wirksam.
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In einem zweiten Lastpfad ist der Flüssigkeitsrotationsdämpfer 19a über Planetengetriebe parallel zum elektromagnetischen Rotationsdämpfer 30 verbunden. Der elektromagnetische Rotationsdämpfer 30 umfasst einen drehbar gegenüber der Karosserie gelagerten Rotor 32 und einen fest mit der Karosserie verbundenen Stator 34.
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Die Rotorwelle ist mit dem Sonnenrad 36 des Planetengetriebes verbunden, wobei diese über ein mit dem Anlenkhebel 18 und der ersten Lagerschale 20 des Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19a verbundenes Hohlrad 38 angetrieben wird.
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Auf diese Weise weist die Rotationsdämpferanordnung 10 10 zwei Lastpfade auf, wodurch insbesondere Spitzenlasten, die zu einer hohen Beschleunigung des Anlenkhebels 18 führen, von einem Flüssigkeitsrotationsdämpfer 19a aufgenommen werden. Auf der anderen Seite werden Stöße im Normalfall durch den elektromagnetischen Rotationsdämpfer 30 gedämpft. Der Normalfall ist so ausgelegt, dass 80% der Anwendungsfälle unter dem Kippmoment des elektromagnetischen Rotationsdämpfers 30 liegen. Lasten über dem Kippmoment werden durch den Flüssigkeitsrotationsdämpfer 19a aufgenommen.
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Aufgrund dieser parallelen Anordnung zweier Dämpfersysteme kann die in 4 dargestellte Dämpferkennlinie eingestellt und angepasst werden.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rotationsdämpferanordnung 10, analog 2. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Rotationsdämpferanordnung 10 ist der Flüssigkeitsrotationsdämpfer in Form eines elektrorheologischen Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19b ausgeführt.
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Der Flüssigkeitsrotationsdämpfer 19b weist eine erste Lagerschale 20 und eine zweite Lagerschale 22 auf, wobei die erste Lagerschale 20 mit der Fahrzeugkarosserie und die zweite Lagerschale 22 mit dem Anlenkhebel 18 verbunden ist. Zwischen erster und zweiter Lagerschale 20, 22 ist eine Kammer vorgesehen, in welche eine elektrorheologisches Flüssigkeit EF eingebracht ist. Um die Kammerwände sind Felderzeugungsmittel 40 vorgesehen, die mit dem Stator 34 des elektromagnetischen Rotationsdämpfers 30 verbunden sind. Abhängig von der Anlenkgeschwindigkeit bzw. Anlenkbeschleunigung wird Spannung vom Rotor 32 in' den Stator 34 induziert, die wiederum auf die Felderzeugungsmittel 40 an der Fluidkammer wirkt und zur Erhöhung der Viskosität des elektrorheologischen Flüssigkeit führt. Bei einer schnellen Bewegung wird eine hohe Spannung induziert, die zur Erhöhung der Viskosität führt. Entsprechend können auf diese Weise hohe Beschleunigungen durch den elektrorheologischen Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19b gedämpft werden. Dies ist insbesondere für Spitzenlasten sehr vorteilhaft.
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Durch die Kopplung des Stators 34 des Rotationsdämpfers an die Felderzeugungsmittel 40 des elektrorheologischen Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19b erfolgt eine automatische Anpassung der Viskosität des Dämpfungsfluids an die Drehgeschwindigkeit, ohne dass eine zusätzliche Steuer- oder Regeleinrichtung erforderlich ist.
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Durch die Kopplung der beiden Rotationsdämpfer 21, 30 über das Planetengetriebe, in dem die zweite Lagerschale 22 an den Stator 34 des elektromagnetischen Rotationsdämpfers angekoppelt ist, ergibt sich eine besonders kompakte Bauform der Rotationsdämpferanordnung 10.
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Eine durch die erfindungsgemäße Rotationsdämpferanordnung 10 erzeugbare Kennlinie C ist qualitativ in 4 näher dargestellt. 4 zeigt Kennlinie A des elektromagnetischen Rotationsdämpfers, der bei der Geschwindigkeit X sein Kippmoment aufweist. Zudem ist die Kennlinie B dargestellt, welche die Kennlinie einer Flüssigkeitsrotationsdämpfers 19a, 19b ist. Bei Parallelschaltung des Fluid-Rotationsdämpfers und des elektrischen Rotationsdämpfers, ergibt sich aus deren Kennlinien A und B bei einer erfindungsgemäßen Rotationsdämpferanordnung 10 qualitativ die resultierende Kennlinie C, die einem hydraulischen Dämpfungsverlauf entspricht.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann auf einfache Weise und sehr leicht bauend eine Dämpfung geschaffen werden, die die Kennlinie einer hydraulischen Dämpfung aufweisen und dennoch beispielsweise einen Rekuparationsbetrieb zulassen. Die Spitzenlasten, die vom Rotationsdämpfer nicht mehr aufgenommen werden können, werden über den zweiten Lastpfad vom Fluid-Rotationsdämpfer aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dämpferanordnung
- 12
- Rad
- 14
- Querlenker
- 16
- Radträger
- 18
- Anlenkhebel
- 19a
- dilatanter Flüssigkeitsrotationsdämpfer
- 19b
- elektrorheologischer Flüssigkeitsrotationsdämpfer
- 20
- Erste Lagerschale
- 22
- Zweite Lagerschale
- 24
- Lamellen
- 30
- elektromagnetischer Rotationsdämpfer
- 32
- Rotor
- 34
- Stator
- 36
- Sonnenrad
- 38
- Hohlrad
- 40
- Felderzeugungsmittel
- EF
- elektrorheologische Flüssigkeit
- DE
- dilatantische Flüssigkeit
- A
- Kennlinie elektromagnetischer Rotationsdämpfer
- B
- Kennlinie Flüssigkeitsrotationsdämpfer
- C
- Kennlinie Dämpferanordnung
- X
- Kippgeschwindigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009051469 A1 [0003]
