DE102013107759B4

DE102013107759B4 - Schwingungstilger und Schwingungstilgeranordnung

Info

Publication number: DE102013107759B4
Application number: DE102013107759.5A
Authority: DE
Inventors: Niklas Müller; Hans-Gerd Eckel
Original assignee: Trelleborg Vibracoustic GmbH
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2033-07-20
Also published as: DE102013107759A1; US20150021129A1; CN104295657A; US10150500B2; CN104295657B

Abstract

Schwingungstilger, insbesondere Lenkradschwingungstilger, mit einer Trageeinrichtung (12), einer Schwungmasse (14), mindestens zwei Spuleneinrichtungen (16), die jeweils mindestens eine Wicklung (30) aufweisen, und mit einer einzigen Permanentmagneteinrichtung (18) mit einem einzigen Permanentmagneten (34), dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (34) der Permanentmagneteinrichtung (18) ein Magnetfeld erzeugt, wobei eine aus einem ferromagnetischen Material hergestellte Jocheinrichtung (36) der Permanentmagneteinrichtung (18) derart angeordnet ist, dass das von dem Permanentmagneten (34) erzeugte Magnetfeld von der Jocheinrichtung (36) geführt durch einen Teil der Wicklungen (30) verläuft, so dass bei geeignet stromdurchflossenen Wicklungen (30) zwei Kräfte erzeugbar sind, die zwischen der Trageeinrichtung (12) und der Permanentmagneteinrichtung (18) wirken und einen Winkel ungleich 0° einschließen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger, insbesondere einen Lenkradschwingungstilger, der eine Trageeinrichtung, eine Schwungmasse, mindestens zwei Spuleneinrichtungen, die jeweils mindestens eine Wicklung aufweisen, und eine Permanentmagneteinrichtung aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Schwingungstilgeranordnung mit einem derartigen Schwingungstilger.
Schwingungstilger werden beispielsweise in Lenkrädern eines Kraftfahrzeuges verwendet, um Schwingungen zu tilgen, die vom Motor oder von dem Fahrwerk her rührend auf die Lenksäule übertragen werden. Aus dem Stand der Technik sind derartige Schwingungstilger bekannt. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2011 103 817 A1 einen aktiven Schwingungstilger, der für den Einsatz an einem Lenkrad konzipiert ist. In der DE 10 2011 011 823 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduktion, insbesondere zur Tilgung, von Schwingungen, die an einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs anliegen, beschrieben.
DE 11 2006 003 088 T5 offenbart eine Servolenkungsvorrichtung mit einem Motor, welcher die Servounterstützungskraft bereitstellt. DE 10 2011 103 817 A1 zeigt einen aktiven Schwingungstilger, der Permanentmagneten aufweist, die von einem ersten Halteblech und einem zweiten Halteblech gestützt werden. DE 10 2008 030 757 A1 offenbart eine Anordnung zur Verwendung in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, die einen Aktor zur Erzeugung von Drehschwingungen aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die eine verbesserte Tilgungswirkung aufweist. Insbesondere sollen auch starke Schwingungen über ein breites Frequenzband sowie nicht diskrete Schwingungen getilgt werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Schwingungstilger nach Anspruch 1 sowie durch die Schwingungstilgungsanordnung nach Anspruch 13 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Schwingungstilger, der insbesondere ein Lenkradschwingungstilger ist, weist eine Trageeinrichtung, eine Schwungmasse, wenigstens zwei Spuleneinrichtungen, die jeweils mindestens eine Wicklung aufweisen, und eine einzige Permanentmagneteinrichtung mit einem einzigen Permanentmagneten auf. Der Permanentmagnet der Permanentmagneteinrichtung erzeugt ein Magnetfeld, wobei eine Jocheinrichtung der Permanentmagneteinrichtung derart angeordnet ist, dass das von dem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld von der Jocheinrichtung geführt durch einen Teil der Wicklungen verläuft, so dass bei einem geeigneten Stromfluss durch die Wicklungen zwei Kräfte erzeugbar sind, die zwischen der Trageeinrichtung und der Permanentmagneteinrichtung wirken und einen Winkel ungleich 0° einschließen.
Unter einem Schwingungstilger soll im Rahmen dieser Erfindung eine Einrichtung verstanden werden, die Schwingungen in hohem Maße aktiv reduziert. Hierbei wird der passiver Tilger elektrisch getrieben, um die Leistungsfähigkeit des passiven Tilgers zu erhöhen.
Ein Lenkradschwingungstilger kann beispielsweise im Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise eines Pkw's, eingebaut werden.
Die Permanentmagneteinrichtung weist mindestens eine Jocheinrichtung aus einem ferromagnetischen Material auf. Die Spuleneinrichtung kann an einer der Schwungmasse oder der Trageeinrichtung befestigt sein, während die Permanentmagneteinrichtung an der jeweils anderen der Schwungmasse und der Trageeinrichtung befestigt ist.
Die Trageeinrichtung dient insbesondere zur Befestigung des Schwingungstilgers, beispielsweise an dem Lenkrad. Die Schwungmasse ist vorzugsweise gegenüber der Trageeinrichtung beweglich angeordnet und dient dazu, die an der Trageeinrichtung anliegenden Schwingungen oder Vibrationen zu dämpfen oder zu tilgen.
Dies geschieht dadurch, dass die Schwungmasse in die entgegengesetzte Richtung der Vibration schwingt. Eine passive Schwingungstilgung kann dadurch erreicht werden, dass die Schwungmasse gegenüber der Trageeinrichtung federnd gelagert ist, so dass bei geeigneter Abstimmung von Trägheit und Federrate die störende Schwingung getilgt werden kann.
Die Wicklung der Spuleneinrichtung kann mit einem Stromfluss beaufschlagt werden, so dass diese im Magnetfeld eine Kraft erfahren.
Die Permanentmagneteinrichtung kann so ausgestaltet sein, dass die Spuleneinrichtungen, insbesondere die beiden Spuleneinrichtungen, mit einer einzigen Permanentmagneteinrichtung wechselwirken können. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Spuleneinrichtungen an verschiedenen Seiten der Permanentmagneteinrichtung angeordnet. Alternativ können zwei Permanentmagneteinrichtungen verwendet werden, die dann jeweils mit der entsprechenden Jocheinrichtung wechselwirken. Der Permanentmagnet der Permanentmagneteinrichtung erzeugt ein Magnetfeld, das durch die dem Permanentmagneten zugeordnete Jocheinrichtung geführt wird. Da die Jocheinrichtung aus ferromagnetischen Material hergestellt ist, wie beispielsweise Eisen, Nickel und Kobalt und deren Legierungen, lassen sich die von dem Permanentmagneten erzeugten Feldlinien leiten. Die Jocheinrichtung ist so angeordnet, dass das von dem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld durch einen Teil der entsprechenden Wicklung verläuft. Insbesondere soll dies bedeuten, dass eine Spuleneinrichtung einer Permanentmagneteinrichtung zugeordnet ist. Die Einheit aus Spuleneinrichtung und Permanentmagneteinrichtung ist so angeordnet, dass die durch das Magnetfeld und den Stromfluss erzeugten Kräfte so ausgerichtet sind, dass sie einen Winkel ungleich 0°, insbesondere in einer Ebene, einschließen. Die so erzeugten Kräfte wirken zum einen auf die Spuleneinrichtung und zum anderen auf die Permanentmagneteinrichtung. Dadurch kann die Schwungmasse gegenüber der Trageeinrichtung bewegt werden. Der Permanentmagnet ist bevorzugt ein Scheiben- oder Ringmagnet.
Die zwei erzeugten Kräfte sind voneinander unabhängig, so dass ihre Superposition Kräfte in beliebiger Richtung in der Spulen-Ebene erzeugen können. Dies ist besonders einfach, wenn die Komponenten der erzeugten Kräfte aufeinander senkrecht stehen. Dies hat zur Folge, dass die Schwungmasse auch in zwei senkrecht aufeinander stehende Richtungen ausgelenkt werden kann. Es können somit auch Schwingungen in der Ebene, in der sich die Schwungmasse bewegen kann, reduziert werden. Dies kann dazu genutzt werden, dass der Lenkradtilger die in einer Raumrichtung auftretenden Schwingungen unabhängig von der WinkelPosition des Lenkrads tilgen kann. So ist es zum Beispiel möglich, eine Schwingung, die während des Einschlagens des Lenkrads in Bezug auf die Lenkradsäule in die gleiche Richtung schwingt, auch während des Drehens des Lenkrads und/oder bei eingeschlagenem Lenkrad zu tilgen. Ferner bietet der Schwingungstilger aufgrund seiner Fähigkeit, die Schwungmasse in alle Richtungen in einer Ebene auszulenken die Möglichkeit, bei verschiedenen Systemen mit unterschiedlichen Anregungsrichtungen eingesetzt zu werden.
Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Eigenschwingungsformen des Lenkrades in senkrechter und waagerechter Richtung unterschiedliche Frequenzlagen haben und beide Eigenschwingungsformen bekämpft werden sollen.
Der beschriebene Schwingungstilger kann dies bei beliebiger Winkellage des Lenkrades leisten.
So kann der Schwingungstilger auch in anderen Bereichen eines Fahrzeugs eingesetzt werden, um Schwingungen zu tilgen.
Ein Vorteil dieser Erfindung ist, dass mit Hilfe der Jocheinrichtung das von dem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld durch Wicklung geleitet werden kann, so dass es zu einer Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und der stromdurchflossenen Spule, der Lorenzkraft, kommt. Dies bedeutet, im Magnetfeld erfährt der stromdurchflossene Leiter eine Kraft.
Ferner kann der Schwingungstilger auch durch Ansteuern mit einem Steuersignal zur Erzeugung von Vibrationen verwendet werden, beispielsweise zur Erzeugung einer Warnvibration in einem Lenkrad als haptische Warnfunktion. Insbesondere lässt sich durch den Schwingungstilger eine exzentrisch umlaufende Bewegung der Schwungmasse erzeugen, die einer rotierenden Unwuchtmasse entspricht.
Ferner lassen sich auftretende Vibrationen in alle Richtungen reduzieren, da durch Superposition der erzeugten Kräfte eine Gesamtkraft erzeugbar ist, die in alle Richtungen zeigen kann.
Bei einer Verwendung nur einer Spuleneinrichtung mit einer Wicklung kann ein Schwingungstilger bereit gestellt werden, der eine Auslenkung der Schwungmasse in nur eine Richtung ermöglicht. Ein solcher Schwingungstilger ist dann besonders einfach im Aufbau und besonders leicht.
Es ist bevorzugt, dass die Kräfte einen Winkel von 90° einschließen. Dies stellt eine bevorzugte Anordnung zwei linear unabhängiger Kräfte dar. Somit wird in besonders einfacher Weise ermöglicht, eine Gesamtkraft zu erzeugen, die in eine beliebige Richtung zeigen kann. Zudem lassen sich neben diskreten auch nicht diskrete Schwingungen aktiv reduzieren.
Vorteilhaft ist, dass die Permanentmagneteinrichtung an der Schwungmasse befestigt ist.
Die Permanentmagneteinrichtung ist üblicherweise aufgrund des Permanentmagneten und der Jocheinrichtung schwerer als die Spuleneinrichtung. Durch die Anordnung der Permanentmagneteinrichtung an der Schwungmasse kann die Masse des Systems Schwungmasse und Permanentmagneteinrichtung einfach vergrößert werden, so dass Schwingungen mit größeren Amplituden reduziert werden können.
Vorteilhaft weist die Jocheinrichtung zwei Jochhälften auf, wobei vorzugsweise die einen Enden der beiden Jochhälften den jeweiligen Permanentmagneten einschließen und wobei weiter vorzugsweise die anderen Enden der beiden Jochhälften einen Luftspalt einschließen.
Insbesondere können die Jochhälften einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei die Enden der Jochhälften den freien Enden der Schenkel der U-förmigen Jochhälften entsprechen.
Durch diese Anordnung der zwei Jochhälften kann das Magnetfeld, das von dem Permanentmagneten erzeugt wird, von dem einen Pol über die eine Jochhälfte und über die andere Jochhälfte zu dem anderen Pol des Permanentmagneten rückgeführt werden. Dies bedeutet, dass das Magnetfeld in seinem fast kompletten Verlauf in der Jocheinrichtung geführt werden kann, so dass eine besonders gute Führung des Magnetfelds möglich ist.
Vorteilhaft ist die Jocheinrichtung kreissegmentförmig, insbesondere kreisringförmig, ausgebildet, wobei vorzugsweise die Jocheinrichtung nahe der entsprechenden Spuleneinrichtung eine Krümmung aufweist.
Dabei ist der Permanentmagnet der Jocheinrichtung vorzugsweise auf der Seite angeordnet, auf der der Mittelpunkt der kreissegmentförmigen Jocheinrichtung ist. Die Enden der Jocheinrichtung, die den Luftspalt zwischen sich einschließen, sind demnach an der dem Mittelpunkt abgewandten Seite angeordnet. Die kreissegmentförmigen Jocheinrichtungen und damit insbesondere die kreissegmentförmige Permanentmagneteinrichtung können beispielsweise ein Viertel einer kreisförmigen Permanentmagneteinrichtung ausmachen. Insbesondere sind die kreissegmentförmigen Jocheinrichtungen so angeordnet, dass sie nahe der Spuleneinrichtung platziert sind.
Bei einer kreisringförmigen Jocheinrichtung befindet sich der Permanentmagnet innen, auf der dem Mittelpunkt zugewandten Seite. Insbesondere bei einer kreisringförmigen Jocheinrichtung, aber auch bei einer kreissegmentförmigen Jocheinrichtung ist es möglich, nur einen Permanentmagneten zu verwenden. Bei einer kreisringförmigen Jocheinrichtung kann nur eine Permanentmagneteinrichtung verwendet werden, wobei die Spuleneinrichtungen an verschiedenen Seiten der Jocheinrichtung angeordnet sind. Bei kreissegmentförmigen Jocheinrichtungen können mehrere Permanentmagneteinrichtungen verwendet werden, denen jeweils eine Spuleneinrichtung zugeordnet sein kann.
Die Jocheinrichtung weist nahe der entsprechenden Spuleneinrichtung eine Krümmung, insbesondere eine kreisförmige Krümmung, auf. Dies bietet den Vorteil, dass die Permanentmagneteinrichtung im Umfang rund ist, was sich besonders für den Einbau in ein Lenkrad eignet.
Vorteilhaft weist die Spuleneinrichtung jeweils einen Spulenkörper auf, auf den eine Wicklung aufgewickelt ist, wobei vorzugsweise die Spuleneinrichtung jeweils zwei Spulenkörper aufweist, die gegenüberliegend angeordnet sind.
Als Spulenkörper soll das Element verstanden werden, auf das die Wicklungen aufgewickelt sind. Bei der Ausführungsform der Spuleneinrichtung mit zwei Spulenkörpern gibt es demnach zwei Wicklungen pro Spuleneinrichtung, die sich insbesondere gegenüberliegen. In diesem Fall sind insbesondere wenigstens zwei Spuleneinrichtungen vorgesehen. Demnach gibt es insgesamt vier Wicklungen, wobei sich jeweils zwei Wicklungen gegenüberliegen. Insbesondere sind die Wicklungen in der Umfangsrichtung um 90° beabstandet.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung befindet sich an jeder Wicklung eine Permanentmagneteinrichtung, so dass vier Wicklungen und vier Permanentmagneteinrichtungen vorgesehen sind. Alternativ können die vier Permanentmagneteinrichtungen durch eine einzige, kreisringförmige Permanentmagneteinrichtung ausgebildet sein.
Vorteilhaft weist der Spulenkörper einen Mittenbereich und zwei von dem Mittenbereich vorstehenden Vorsprünge auf, wobei vorzugsweise der Mittenbereich und die Vorsprünge einen Raum bilden, in dem die Wicklung angeordnet ist.
Die Vorsprünge können als die Schenkel eines U aufgefasst werden, während der Mittenbereich der Verbindung der beiden Schenkel eines U aufweisen. Vorzugsweise ist demnach ein Querschnitt des Spulenkörpers an einer Seite U-förmig. Die Wicklung ist dann zwischen beiden Schenkeln auf dem Mittenbereich aufgewickelt.
Vorteilhaft kann der Spulenkörper eine erste Seite aufweisen, welche in dem Luftspalt angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste Seite gerade ist.
Der Spulenkörper kann dabei länglich ausgebildet sein, wobei insbesondere eine der längeren Seiten die erste Seite ist. Die erste Seite ist vorzugsweise derart in dem Spalt angeordnet, dass das Magnetfeld, das die Jocheinrichtung verlässt, direkt durch die Wicklung, die sich an der ersten Seite befindet, hindurch verläuft.
Es hat sich gezeigt, dass eine gerade Ausführung der ersten Seite, wenn die Jocheinrichtung die Krümmung aufweist, eine besonders starke Kraft erzeugt. Dies liegt daran, dass die andere längere Seite des Spulenkörpers weiter von der ersten Seite entfernt ist, als dies bei einer bogenförmigen Kontur der ersten Seite (parallel zur anderen Seite) der Fall ist, so dass die von der anderen Seite des Spulenkörpers erzeugten Kräfte kleiner ausfallen (infolge des magnetisches Streufelds) und weniger stark den Kräften der ersten Seite entgegen wirken. Die der ersten Seite abgewandte Seite des Spulenkörpers ist vorzugsweise konvex ausgebildet.
Vorteilhaft weisen die Vorsprünge auf der ersten Seite jeweils wenigstens ein Loch auf, wobei vorzugsweise die Vorsprünge und/oder der Mittenbereich aus einem Material hergestellt sind, welches das Magnetfeld nicht beeinflusst und elektrisch isolierend ist. Ist das Material elektrisch nicht leitend, so können dort auftretende Wirbelströme vermieden werden. Beispielsweise hat das Material eine magnetische Permeabilität nahe 1.
Die Vorsprünge aus einem nicht magnetisch leitenden/nicht ferromagnetischen Werkstoff haben vorzugsweise keinen Einfluss auf den Feldlinienverlauf eines Magnetfeldes.
Vorteilhaft sind zwischen dem Spulenkörper und den Enden der Jochhälften zwei Spalte angeordnet.
Im Magnetkreis wird üblicherweise der Abstand der Magnetpole, hier magnetflussführend Joche, als Luftspalt bezeichnet. Die Abstände von Spule/ Spulenträger von den Jochen sind Teil des Luftspaltes. Es handelt sich vorzugsweise hier um funktionsrelevante Spiele.
Die beiden Spalte können vorteilhaft zwischen den beiden Jochhälften und den Vorsprüngen angeordnet sein. Vorteilhaft beträgt der Spalt zwischen dem Vorsprung und der entsprechenden Jochhälfte weniger als 2 mm, vorteilhaft im Bereich von 0,1 bis 0,3 mm.
Vorteilhaft sind die Spulenkörper, insbesondere die Vorsprünge, als Gleitlagerflächen für die Jocheinrichtung, insbesondere die Enden der Jochhälften, ausgebildet. Vorzugsweise wird demnach die Schwungmasse mit der Permanentmagneteinrichtung auf dem Spulenkörper als Gleitlager gelagert. Die Lagerung kommt besonders dann zum Einsatz, wenn die Schwungmasse senkrecht zu den Kräften ausgelenkt wird. Zusätzlich wird die Schwungmasse durch die eingesetzte (Elastomer-) Federkörper in axialer Richtung abgestützt, so dass es bei geeigneter Abstimmung lediglich bei großen Auslenkungen, senkrecht zu den Kräften der Permanentmagneteinrichtung, zum Kontakt zwischen Schwungmasse und Spulenkörper kommt.
In vorteilhafter Weiterbildung sind der Mittenbereich und/oder der Vorsprung aus einem reibungsvermindernden Material, insbesondere aus POM oder PTFE, hergestellt oder sind mit PTFE beschichtet.
Bei der Verwendung solcher Materialien für den Vorsprung auf der ersten Seite, insbesondere den gesamten Spulenkörper, der aus einem solchen Material hergestellt ist, das reibungsvermindernd ist, kann die Reibung zwischen dem Vorsprung und der Jocheinrichtung besonders stark reduziert werden.
Vorteilhaft ist die Wicklung aus lackisoliertem Kupferdraht hergestellt. Der Querschnitt des Kupferdrahtes kann kreisförmig oder rechteckig (mit gerundeten Kanten) ausgeführt werden. Eine besonders hohe Packungsdichte und damit Leistungsdichte kann mit dünnem Kupferband als Wicklung erreicht werden.
Diese stellen besonders einfache und damit kostengünstig hergestellte Varianten einer Wicklung dar.
Vorteilhaft weist die Schwungmasse eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung einer Zusatzschwungmasse, insbesondere ein und/oder mehrere Löcher für Schrauben, auf.
Als Zusatzschwungmasse kann insbesondere ein Gaserzeugungseinrichtung für einen Airbag und/oder der Airbag selbst verwendet werden. Der Schwingungstilger kann vorteilhaft einen Federkörper aus einem elastischen Material aufweisen, mittels welchem die Schwungmasse federnd an der Trageeinrichtung befestigt ist. Der Federkörper trägt die Schwungmasse mit der Permanenteinrichtung gegenüber der Trageeinrichtung. Durch den Federkörper kann sich die Schwungmasse gegenüber der Trageeinrichtung bewegen. Bei starken Bewegungen der Schwungmasse, insbesondere bei Bewegungen aus einer Ebene der Spulenkörper heraus, wirken die Vorsprünge und die Jocheinrichtungen als Gleitlagerflächen. Im unbestromten Zustand der Wicklungen wirkt der Schwingungstilger als passiver Schwingungstilger oder seismischer Dämpfer, abhängig von der gewählten Abstimmfrequenz.
Vorteilhaft hat die Masse der Schwungmasse und/oder der Zusatzschwungmasse im Zusammenhang mit der Elastizität des Federkörpers eine Eigenfrequenz, die mit der amplitudenstärksten Frequenz der Schwingung der Trageeinrichtung in Zusammenhang steht. Zum Beispiel beträgt die Eigenfrequenz bei einem üblichen Frequenzgang eines Tilgers von 80 % bis 94 %, insbesondere 85 %, der zu bekämpfenden Frequenz.
Zu der Schwungmasse zählt auch die Masse der Permanentmagneteinrichtung. Wenn die Trageeinrichtung an einem Lenkrad eines Fahrzeugs befestigt ist, gibt es gewöhnlich eine Frequenz der Vibration, deren Amplitude besonders groß ist. Über die Masse der Schwungmasse und/oder der Zusatzschwungmasse sowie der Elastizität des Federkörpers lässt sich die Eigenfrequenz derart einstellen, dass die amplitudenstärkste Frequenz der Schwingung passiv reduziert werden kann.
Die Erfindung stellt ferner eine Schwingungstilgeranordnung bereit, die einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger eine Sensoreinrichtung und eine Steuereinrichtung aufweist. Die Sensoreinrichtung ist geeignet, Schwingungen in der Arbeitsebene bezüglich der Amplituden, der Frequenzen und der Richtungen zu detektieren. Die Steuereinrichtung ist geeignet, den Schwingungstilger derart anzusteuern, dass die vorgenannten Schwingungen in hohem Maße reduziert werden.
Hierzu wird in der Steuereinrichtung ein Regelalgorithmus abgearbeitet. Es muss zum Beispiel parallel in zwei lenkwinkelabhängigen Richtungen im geschlossenen Kreis in Minima geregelt werden.
Der Betriebsmodus „Warnen“ kann ebenfalls in der Steuereinrichtung zu hinterlegen werden.
Die Sensoreinrichtung detektiert insbesondere die Frequenzen der Schwingungen, die auf die Schwingungstilgeranordnung übertragen wird, beispielsweise durch die Lenksäule. Daneben detektiert die Sensoreinrichtung auch die Richtungen der Schwingungen, und damit auch den aktuellen Lenkwinkel. Die Sensoreinrichtung und die Steuereinrichtung können in die Trageeinrichtung integriert werden, so dass die Schwingungstilgeranordnung ein autarkes System darstellt.
Die Schwingungen und die Schwingungsamplituden werden an die Steuereinrichtung weitergeleitet, die den Stromfluss in den einzelnen Wicklungen regelt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die schematisch in den Figuren dargestellt sind. Darin zeigen:

1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger;
2 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäße Schwingungstilgeranordnung;
3 einen vergrößerten Teilquerschnitt des Schwingungstilgers;
4a eine Trageeinrichtung des Schwingungstilgers;
4b die Trageeinrichtung mit daran befestigten Spuleneinrichtungen;
5a eine Draufsicht einer Spuleneinrichtung;
5b eine Seitenansicht der Spuleneinrichtung;
6a eine Ansicht einer Wicklung in einer ersten Ausführungsform;
6b eine Wicklung in einer zweiten Ausführungsform;
7a die Wicklungen und eine Trageeinrichtung, wobei die seitlichen Wicklungen mit Strom beaufschlagt sind; und
7b die Wicklungen und eine Trageeinrichtung, wobei die obere und untere Wicklung mit Strom beaufschlagt sind.

1 zeigt einen Schwingungstilger 10 mit einer Trageeinrichtung 12, einer Schwungmasse 14, zwei Spuleneinrichtungen 16, bestehend aus zwei Paaren Spulenkörper 22 und eine Permanentmagneteinrichtung 18. Die Trageeinrichtung 12 hat, wie in 4a sichtbar, Befestigungslöcher 13, mittels welcher die Trageeinrichtung 12 zum Beispiel an einem Lenkrad befestigt werden kann. Die Trageeinrichtung 12 weist ferner, wie ebenfalls aus 4a ersichtlich ist, Spulenlöcher 15 mit einem Gewinde auf, mittels welchem ein Spulenkörper 22 mit Hilfe von Spulenschrauben 24 befestigt werden kann.
Die Schwungmasse 14 ist über einen Federkörper 20 mit der Trageeinrichtung 12 verbunden. Der Federkörper 20 besteht aus einem elastischen Material, so dass die Schwungmasse 14 gegenüber der Trageeinrichtung 12 schwingen kann. Die Schwungmasse 14 weist eine Zentralbohrung 54 auf, durch welche beispielsweise Kabel oder Stecker geführt werden können. Diese können an einen Airbag angeschlossen werden, der als Zusatzschwungmasse an der Schwungmasse 14 befestigt werden kann, zum Bespiel mit Schrauben 44, die in Löcher der Schwungmasse 14 eingeschraubt werden.
Jede Spuleneinrichtung 16 weist, wie in 4b dargestellt, zwei Spulenkörper 22a, 22b und 90° versetzt zwei Spulenkörper 22c und 22d auf, die jeweils gegenüberliegend angeordnet sind. Die Spulenkörper 22 sind an der Trageeinrichtung 12 mittels der Spulenschrauben 24 befestigt.
Der Spulenkörper 22 weist, wie dies beispielsweise in 3 und 5b sichtbar ist, einen Mittenbereich 26 und Vorsprünge 28 auf, die von dem Mittenbereich 26 vorstehen. In dem Raum zwischen den beiden Vorsprüngen 28 ist eine Wicklung 30 angeordnet. Die Wicklung 30 ist um den Mittenbereich 26 gewickelt.
Die Spulenkörper 22 sind länglich ausgebildet. An einer ersten Seite 31, an der der Spulenkörper 22 der Permanentmagneteinrichtung 18 zugewandt ist, weisen die Vorsprünge 28 Löcher 32 auf. Der Mittenbereich 26 und die Vorsprünge 28 sind aus POM oder PTFE hergestellt. Die Stirnseiten der Spulenkörper 22 können auch PTFE-beschichtet sein.
Wie in 3 dargestellt, weist die Permanentmagneteinrichtung 18 weist einen Permanentmagneten 34 auf, dessen Nordpol N in 3 oben angeordnet ist, während der Südpol S nach unten hin angeordnet ist. Die Permanentmagneteinrichtung 18 hat ferner eine Jocheinrichtung 36, die aus zwei Jochhälften 38a, 38b aufgebaut ist. Die einen Enden der Jochhälften 38a, 38b sind mit dem Permanentmagneten 34 in Kontakt, während sich die anderen Enden der Jochhälften 38a, 38b gegenüber stehen und darin ein Luftspalt 46 bilden. In dem Luftspalt 46 liegt der Spulenkörper 22, insbesondere dessen erste Seite 31.
Die Jochhälften 38a, 38b weisen auf der Seite des Luftspalts 46 eine Krümmung auf, die in der gezeigten Ausführungsform kreisförmig ist. Die in 3 oben gezeigte Jochhälfte 38a weist eine Verlängerung 42 auf, die als Befestigungseinrichtung zur Befestigung einer Zusatzmasse dient. Dazu weist die Verlängerung 42 zum Beispiel Gewindelöcher für Schrauben 44 auf, die zur Befestigung der Zusatzmasse verwendet werden kann. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass mit höherer Tilgermasse in der Regel höhere Tilgerwirkung erreicht werden kann.
Das von dem Permanentmagneten 34 erzeugte Magnetfeld fließt über eine Jochhälfte 38a in den Luftspalt 46, das heißt durch den Spulenkörper 22, insbesondere durch die Löcher 32 der Vorsprünge 28, und die Wicklung 30 hindurch, und über die andere Jochhälfte 38b zu dem Permanentmagneten 34 zurück. Zwischen den Jochhälften 38 und den Vorsprüngen 28 befindet sich jeweils oben und unten ein Spalt 40, der kleiner als 2 mm ist. Die Vorsprünge 28 dienen als Gleitlagerflächen für die Jochhälften 38a und 38b.
Die Relativbewegung der Schwungmasse 14 gegenüber der Trageeinrichtung 12 erfolgt in einer Ebene, die von den Stirnflächen der Spulenkörpern 22 oder auch der Vorsprünge 28 aufgespannt wird, wie dies auch aus 1 oder 4b ersichtlich ist.
In den 6a und 6b sind unterschiedliche Wicklungen des Spulenkörpers 22 der Spuleneinrichtung 16 dargestellt. Die Wicklung 30 kann, wie in 6a gezeigt, aus relativ dickem Draht mit Rechteckquerschnitt und gerundeten Kanten bestehen, wobei Anfang und Ende des Spuledrahts nicht dargestellt sind. In einer anderen Ausführungsform, die in 6b gezeigt ist, ist die Wicklung 30 aus dünnem Metallband aufgebaut.
In 6a ist die ersten Seite 31 gerade, in 6b ist die erste Seite 31 gekrümmt dargestellt.
7a und b zeigen die Anordnung der Spuleneinrichtungen 16a mit den Spulenkörpern 22a und 22b und der Spuleneinrichtung 16b mit den Spulenkörpern 22c und 22d. Die Spuleneinrichtung 16a und 16b sind um 90° versetzt angeordnet. Die Spuleneinrichtungen 16a und 16b sind am Außenumfang der Trageeinrichtung 12 angeordnet.
Geht man davon aus, dass sich das von dem Permanentmagnet generierte Magnetfeld über den Luftspalt 46 (Bereich der dargestellten Ringfläche 53) hinweg von einem oben befindlichen Nordpol zu einem unten befindlichen Südpol erstreckt und die Spulen der Spulenkörper 22a und 22b im Drehsinn gegensinnig (zum Beispiel Spulenkörper 22a im Uhrzeigerdrehsinn und Spulenkörper 22b entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn) stromdurchflossen sind, so lassen sich Kräfte in Richtung des Doppelpfeiles 51 auf die Trageinrichtung 12 erzeugen. Gleiche Ansteuerung der Spulen der Spulenkörper 22c und 22d der Spuleneinrichtung 16 ergibt eine Wirkrichtung gemäß Doppelpfeil 52, wie in 7b dargestellt ist.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Schwingungstilgeranordnung 47. Die Schwingungstilgeranordnung 47 weist den Schwingungstilger 10, eine Sensoreinrichtung 48 und eine Steuereinrichtung 50 auf. Die Sensoreinrichtung 48 dient dazu, Vibrationen, die an der Trageeinrichtung 12 anfallen, zu messen. Insbesondere misst sie die Frequenz der Vibration und die Richtung der anfallenden Vibration. Die Steuereinrichtung 50 ist mit den Wicklungen 30 elektrisch verbunden. Die Steuereinrichtung 50 steuert den Stromfluss durch die Wicklung 30.
Im Folgenden wird die prinzipielle Funktionsweise der Schwingungstilgeranordnung 47 beschrieben.
Die Sensoreinrichtung 48 detektiert die Frequenz und die Richtung der an der Trageeinrichtung 12 anliegenden Vibrationen, die beispielsweise von der Lenksäule übertragen werden. In Abhängigkeit von diesen Messwerten steuert die Steuereinrichtung 50 den Strom durch die Wicklungen 30 der Spuleneinrichtungen 16a und 16b. Durch die Wicklungen 30 fließt nun Strom, der auf der ersten Seite 31 mit dem Magnetfeld, das von dem Permanentmagneten 34 über die Jochhälften 38a und 38b zu der Wicklung 30 auf der ersten Seite 31 geleitet wird, wechselwirkt und eine Lorentzkraft erzeugt.
Die Kraft wirkt dabei in einer Ebene, die durch die Spulenkörper 22 der Spuleneinrichtungen 16a,16b aufgespannt ist. Durch die jeweiligen zwei Spulenkörper 22, die sich gegenüberliegen, wird eine Kraft in der Verbindungsrichtung der zwei sich gegenüberliegenden Spulenkörper 22 erzeugt. Durch die zwei Paare von sich gegenüberliegenden Spulenkörpern 22a, 22b beziehungsweise 22c, 22d kann durch Superposition eine Kraft in beliebiger Richtung in der Ebene erzeugt werden. Die Wicklungen 30 in den zwei sich gegenüberliegenden Spulenkörpern 22 werden so mit Strom durchflossen, dass die erzeugte Kraft, die auf die Schwungmasse 12 wirkt, in die gleiche Richtung zeigt.
Durch Variation des Stromflusses in den beiden Paaren von Wicklungen 30 der sich gegenüberliegenden Spulenkörpern 22 kann die daraus resultierende Gesamtkraft in jede Richtung und in unterschiedlicher Höhe erzeugt werden. Es wird demnach eine solche Kraft erzeugt, die in der Höhe und der Richtung der Vibration entgegensteht.
Dies ermöglicht es, am Lenkrad anliegende Vibrationen in allen Drehstellungen des Lenkrads zu tilgen.
Durch die Anordnung und Ausgestaltung der Permanentmagneteinrichtung 18 und der Spuleneinrichtung 16 (die schwere Permanentmagneteinrichtung 18 ist an der Schwungmasse 14 befestigt) können besonders hohe Kräfte erzeugt werden, die auch eine schwere Schwungasse 14 bewegen können. Daher können auch Vibrationen mit hohen Amplituden getilgt werden.
Aufgrund der Eigenfrequenz der Schwungmasse 14, die sich aus deren Masse und der Elastizität des Federkörpers 20 ergibt, kann eine Schwingungsfrequenz aufgrund der Trägheit der Schwungmasse 12 passiv, das heißt ohne Ansteuerung der Wicklungen 30, reduziert oder getilgt werden. Breitbandige Reduktion der Schwingungen bleibt der aktiven Tilgung vorbehalten.
Die Schwingungstilgeranordnung 47 weist eine aktive Tilgung mittels der MagnetSpulen-Wechselwirkung und eine passive Tilgung aufgrund des Federkörper-Schwungmessungs-Systems auf. Ferner kann der Schwingungstilger 10 zur Bereitstellung einer haptischen Warnfunktion am Lenkrad verwendet werden. Demnach werden drei Funktionen in einem System realisiert.
Bezugszeichenliste

10: Schwingungstilger
12: Trageeinrichtung
13: Befestigungsloch
14: Schwungmasse
15: Spulenloch
16, 16a, 16b: Spuleneinrichtung
18: Permanentmagneteinrichtung
20: Federkörper
22a, 22b, 22c, 22d: Spulenkörper
24: Spulenschraube
26: Mittenbereich
28: Vorsprung
30: Wicklung
31: erste Seite
32: Loch
34: Permanentmagnet
36: Jocheinrichtung
38a: Jochhälfte
38b: Jochhälfte
40: Spalt
42: Verlängerung
44: Schraube
46: Luftspalt
47: Schwingungstilgeranordnung
48: Sensoreinrichtung
50: Steuereinrichtung
51: Doppelpfeil
52: Doppelpfeil
53: Ringfläche
54: Zentralbohrung

Claims

Schwingungstilger, insbesondere Lenkradschwingungstilger, mit einer Trageeinrichtung (12), einer Schwungmasse (14), mindestens zwei Spuleneinrichtungen (16), die jeweils mindestens eine Wicklung (30) aufweisen, und mit einer einzigen Permanentmagneteinrichtung (18) mit einem einzigen Permanentmagneten (34), dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (34) der Permanentmagneteinrichtung (18) ein Magnetfeld erzeugt, wobei eine aus einem ferromagnetischen Material hergestellte Jocheinrichtung (36) der Permanentmagneteinrichtung (18) derart angeordnet ist, dass das von dem Permanentmagneten (34) erzeugte Magnetfeld von der Jocheinrichtung (36) geführt durch einen Teil der Wicklungen (30) verläuft, so dass bei geeignet stromdurchflossenen Wicklungen (30) zwei Kräfte erzeugbar sind, die zwischen der Trageeinrichtung (12) und der Permanentmagneteinrichtung (18) wirken und einen Winkel ungleich 0° einschließen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kräfte einen Winkel von 90° einschließen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneteinrichtung (18) an der Schwungmasse (14) befestigt ist.
Schwingungstilger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinrichtung (36) zwei Jochhälften (38a, 38b) aufweist, wobei vorzugsweise die einen Enden der beiden Jochhälften (38a, 38b) den jeweiligen Permanentmagnet (34) einschließen und wobei weiter vorzugsweise die anderen Enden der beiden Jochhälften (38a, 38b) einen Luftspalt (46) einschließen.
Schwingungstilger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Jocheinrichtung (36) kreissegmentförmig, insbesondere kreisringförmig, ist, wobei vorzugsweise die Jocheinrichtungen (36) nahe der entsprechenden Spuleneinrichtungen (16) eine Krümmung aufweisen.
Schwingungstilger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuleneinrichtungen (16) jeweils einen Spulenkörper (22) aufweisen, auf den eine Wicklung (30) aufgewickelt ist, wobei vorzugsweise die Spuleneinrichtungen (16) jeweils zwei Spulenkörper (22) aufweisen, die gegenüberliegend angeordnet sind.
Schwingungstilger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (22) einen Mittenbereich (26) und zwei von dem Mittenbereich (26) vorstehende Vorsprünge (28) aufweist, wobei vorzugsweise der Mittenbereich (26) und die Vorsprünge (28) einen Raum bilden, in dem die Wicklung (30) angeordnet ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (22) eine erste Seite (31) aufweist, welche in dem Luftspalt (46) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die erste Seite (31) gerade ist.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Spulenkörper (22) und den Enden der Jochhälften (38a, 38b) zwei Spalte (40) gebildet sind.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittenbereich (26) und/oder der Vorsprung (28) aus einem reibungsvermindernden Material, insbesondere aus POM oder PTFE hergestellt ist.
Schwingungstilger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (14) eine Befestigungseinrichtung zur Befestigung einer Zusatzschwungmasse aufweist.
Schwingungstilger nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Federkörper (20) aus einem elastischen Material, mittels welchem die Schwungmasse (14) federnd an der Trageeinrichtung (12) befestigt ist.
Schwingungstilgeranordnung (47) mit einem Schwingungstilger (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, mit einer Sensoreinrichtung (48), die geeignet ist, Vibrationen und deren Vibrationsrichtung zu detektieren, sowie mit einer Steuereinrichtung (50), die geeignet ist, einen Stromfluss durch die Wicklungen (30) zu steuern, wobei die Steuereinrichtung (50) den Stromfluss durch die Wicklungen (30) derart steuert, dass die aus den zwei Kräften resultierende Gesamtkraft der Vibrationsrichtung entgegensteht.