DE102013111460A1 - Method for obtaining electrical energy in motor vehicles and apparatus therefor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen elektrischer Energie in Kraftfahrzeugen, wobei im Bereich der Anbindung von Bauteilen 1 an Karosserieteile 2 oder Träger 2 im Kraftfahrzeug zumindest ein piezoelektrisches Element 7, 8 derart angeordnet ist, dass beim Auftreten von Schwingungen und/oder Vibrationen des Bauteils 2 gegenüber dem Träger oder der Karosserie 1 Druck auf das zumindest eine piezoelektrische Element 7, 8 ausgeübt wird.The invention relates to a method for obtaining electrical energy in motor vehicles, wherein at least one piezoelectric element 7, 8 is arranged in the region of the connection of components 1 to body parts 2 or 2 in the vehicle such that upon the occurrence of vibrations and / or vibrations of the component 2 against the carrier or the body 1 pressure on the at least one piezoelectric element 7, 8 is applied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gewinnen von elektrischer Energie in Kraftfahrzeugen und eine Vorrichtung hierfür.The invention relates to a method for obtaining electrical energy in motor vehicles and a device therefor.
Kraftfahrzeuge sind im Betrieb Systeme mit einer Unzahl von eingetragenen Schwingungen, sei es durch den Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine, sei es durch Schwingungseintrag im Fahrzustand.Motor vehicles are operating systems with a myriad of registered vibrations, either by the operation of an internal combustion engine, or by vibration input while driving.
Es ist deshalb notwendig in Fahrzeugen dafür zu sorgen, dass die eingetragenen Schwingungen nicht dazu führen, dass sich der Gesamtkomplex der Bauteile in Kraftfahrzeugen zu Eigenschwingungen anregen lässt, diese Eigenschwingungen zu dämpfen oder zu beseitigen.It is therefore necessary in vehicles to ensure that the registered vibrations do not cause the entire complex of components in motor vehicles to stimulate natural oscillations to dampen or eliminate these natural oscillations.
Eine Vielzahl von Teilen in Automobilen wird daher an einem Träger oder an einer Karosserie eines Kraftfahrzeuges mit Entkopplungselementen befestigt. Derartige Entkopplungselemente bestehen aus mehreren Komponenten, umfassend zumindest eine Einheit zur Fixierung des Bauteils am Träger, wie insbesondere Schrauben, Nieten, Klammern, Clips usw. und ein Dämpfungselement, welches die Fixiereinheit von dem Bauteil entkoppelt, d. h. zwischen dem Bauteil und dem Träger bzw. dem Bauteil und der Fixiereinheit oder der Fixiereinheit und dem Träger so angeordnet ist, dass eine Schwingungsentkopplung stattfindet. Im einfachsten Fall zum Beispiel bei Motorträgern handelt es sich hierbei um Gummipuffer. Nachdem die Fixiereinheit generell an beiden Seiten des zu befestigenden Bauteils angreift, werden in der Regel zwei separate Dämpfungselemente auf der Ober- und Unterseite der Bauteile angebracht.A plurality of parts in automobiles are therefore attached to a support or to a body of a motor vehicle with decoupling elements. Such decoupling elements consist of several components, comprising at least one unit for fixing the component to the carrier, such as in particular screws, rivets, clamps, clips, etc., and a damping element which decouples the fixing unit from the component, d. H. between the component and the carrier or the component and the fixing unit or the fixing unit and the carrier is arranged so that a vibration decoupling takes place. In the simplest case, for example with motor carriers, these are rubber buffers. After the fuser generally acts on both sides of the component to be fastened, two separate damping elements are usually mounted on the top and bottom of the components.
Zusätzlich ist es bekannt die Eigenschwingungen von Bauteilen oder die Resonanzschwingungen von Bauteilen dadurch zu beeinflussen, dass punktuell oder flächig Schwerschichten aufgebracht werden.In addition, it is known to influence the natural vibrations of components or the resonant vibrations of components by applying heavy layers selectively or over a wide area.
Sowohl Entkopplungselemente als auch entsprechend beschichtete Bauelemente dämpfen somit übertragende Schwingungen ausschließlich aufgrund der Trägheit.Both decoupling elements and correspondingly coated components thus dampen transmitted vibrations due solely to inertia.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Gewinnen von Energie und zum Beeinflussen von Vibrations- und Schwingungszuständen zu schaffen.The object of the invention is to provide a method for gaining energy and for influencing vibration and vibration states.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments are characterized in subclaims.
Es ist zudem eine Aufgabe eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.It is also an object to provide a device for carrying out the method.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved with a device having the features of claim 8. Advantageous developments are characterized in the dependent claims.
Erfindungsgemäß werden die Entkopplungselemente piezoaktiv ausgestaltet, was bedeutet, dass piezoelektrische Aufnehmer in den Entkopplungselementen integriert sind. Hierzu können beispielsweise piezoaktive Dünnschichten in den Verbund der Entkopplungselement-Gesamteinheit integriert werden. Insbesondere können hierbei die Schichten so integriert werden, dass die Dämpfungsaktion nicht gestört wird, andererseits jedoch ausreichend Druck im Bereich der Piezoelemente aufgebaut wird, so dass durch den eingetragenen Druck elektrische Energie frei wird. Hierdurch gelingt es, die Vibrations- bzw. Schwingungsenergie in Fahrzeugen an den Entkopplungselementen abzugreifen und der Fahrzeugelektrik zur Verfügung zu stellen. Durch die Vielzahl von Aufhängungen bzw. Entkopplungspunkten kann hierdurch ein nicht unerheblicher Teil an Energie entsprechend gewandelt werden.According to the invention, the decoupling elements are designed to be piezo-active, which means that piezoelectric transducers are integrated in the decoupling elements. For this purpose, for example, piezoactive thin films can be integrated into the composite of the decoupling element overall unit. In particular, in this case, the layers can be integrated so that the damping action is not disturbed, on the other hand, however, sufficient pressure in the region of the piezoelectric elements is built up, so that electrical energy is released by the registered pressure. This makes it possible to tap the vibration or vibration energy in vehicles to the decoupling elements and to provide the vehicle electrical system. As a result of the large number of suspensions or decoupling points, a considerable proportion of energy can thereby be correspondingly converted.
Hierzu können die piezoelektrischen Aufnehmer zwischen Bauteil und Dämpfungselement aber auch zwischen Dämpfungselement und Fixiereinheit angebracht werden.For this purpose, the piezoelectric transducer between the component and damping element but also between the damping element and fixing unit can be attached.
Stehen piezoaktive Elemente mit ausreichender Eigendämpfung zur Verfügung können sie klassische Dämpfungselemente aus den Entkopplungselementen vollständig ersetzen, so dass die Befestigung ausschließlich aus einem Fixierelement und einer piezoaktiven Einheit bestehen.If piezoactive elements with sufficient internal damping are available, they can completely replace classical damping elements from the decoupling elements, so that the fastening consists exclusively of a fixing element and a piezoactive unit.
Hierzu können die piezoaktiven Elemente selbstverständlich analog einer Dämpfungseinheit beidseitig auf einem zu befestigenden Bauteil derart angebracht werden, dass bei Schwingungsausschlägen zur Karosserie hin und von der Karosserie weg die Bewegungen für die Erzeugung elektrischer Energie verwertet werden können. Bevorzugt ist es, klassische Entkopplungselemente komplett durch piezoaktive Entkopplungselemente zu ersetzen. Vorteilhafterweise können derartige piezoaktive Einheiten bereits bei der Herstellung des zu befestigenden Bauteils in den Fixierbereichen werkseitig angebracht werden.For this purpose, the piezo-active elements can, of course, be mounted on both sides of a component to be fastened analogously to a damping unit in such a way that the movements for the production of electrical energy can be utilized in the event of oscillations to the body and away from the body. It is preferred to completely replace classic decoupling elements with piezoactive decoupling elements. Advantageously, such piezoactive units can already be factory-installed in the fixing areas during the production of the component to be fastened.
Insbesondere ist es möglich piezoaktive Elemente beispielsweise in Form von gelochten Scheiben beim Herstellungsprozess der zu befestigenden Bauteile im Bereich von Aufnahmebohrungen bzw. Löchern zur Aufnahme einer Fixiereinheit kreisscheibenartig um die Löcher herum beidseitig anzuordnen.In particular, it is possible to arrange piezo-active elements, for example in the form of perforated disks, in the production process of the components to be fastened in the region of receiving bores or holes for receiving a fixing unit in a circular disk around the holes on both sides.
Besonders bevorzugt ist es hierbei, dass eine korrekte Kabelführung und die Vormontage von Anschlüssen gewährleistet ist, da jedes piezoaktive Element zwei Spannungsanschlüsse benötigt. It is particularly preferred in this case that a correct cable routing and the pre-assembly of connections is ensured because each piezoactive element requires two voltage connections.
Kabel können insbesondere bei metallischen Bauteilen zumindest teilweise auch durch die metallischen Bauteile selbst ersetzt werden.Cables can be at least partially replaced by the metallic components themselves, especially in metallic components.
Vorteilhaft bei der Erfindung ist zudem, dass die piezoaktiven Entkopplungselemente über die Rückgewinnung von Schwingungsenergie hinaus umgekehrt auch zur aktiven Schwingungsdämpfung beitragen können. Hierzu kann gezielt ein Spannungsprofil an die Elemente angelegt werden, welches sehr stark von spezifischen Randbedingungen des Systems abhängt. Dieses Spannungsprofil, das auch in einem System an verschiedenen Entkopplungselementen unterschiedlich ausfallen kann, erzeugt dementsprechend eine Gegenanregung des zu befestigenden Bauteils und verringert hierdurch zum Beispiel effektiv mechanische Belastungen am Bauteil oder auftretende Vibrationen oder Geräusche. Selbstverständlich kann diese aktive Entkopplung auch nur temporär stattfinden beispielsweise wenn ein Bauteil bei bestimmten Last- oder Fahrzuständen in den Bereich von Resonanzschwingungen kommt (die im normalen Fahrzeugbetrieb möglichst schnell durchschritten werden sollen, insbesondere in niederen Drehzahlbereichen). Dies kann dazu führen, dass beispielsweise piezoelektrische Entkopplungselemente während einer Großzahl der Fahrzustände Energie liefern und bei bestimmten Fahrzuständen, die das Bauteil in die Nähe der Resonanzfrequenz bringen, das Bauteil über die Befestigungspunkte anregt, um anschließend wieder Energie zu erzeugen.Another advantage of the invention is that the piezoactive decoupling elements in addition to the recovery of vibration energy can also contribute to the active vibration damping. For this purpose, a voltage profile can be specifically applied to the elements, which depends very strongly on specific boundary conditions of the system. This voltage profile, which can also be different in a system on different decoupling elements, accordingly generates a counter-excitation of the component to be fastened and thereby reduces, for example, effectively mechanical loads on the component or occurring vibrations or noises. Of course, this active decoupling can take place only temporarily, for example, when a component in certain load or driving conditions in the range of resonant vibrations (which should be traversed as quickly as possible in normal vehicle operation, especially in low speed ranges). As a result, for example, piezoelectric decoupling elements can supply energy during a large number of driving states and, in the case of certain driving states that bring the component close to the resonance frequency, excite the component via the attachment points in order subsequently to generate energy again.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass die Erfindung eine einfache und kostengünstige Methode bereitstellt, an eine Vielzahl an Systemen, weitestgehend unabhängig von sonstigen Randbedingungen Energierückgewinnung zu betreiben. Zur Integration der vorgeschlagenen piezoaktiven Elemente werden keine unüblichen Prozesse benötigt, die Integration in bestehende Befestigungselemente ist in einfacher Weise möglich. Hierbei ist zudem von Vorteil, dass durch die große Zahl von Entkopplungspunkten nennenswerte Energie zur Verfügung gestellt werden kann.In the invention it is advantageous that the invention provides a simple and cost-effective method to operate energy recovery on a variety of systems, largely independent of other boundary conditions. For the integration of the proposed piezoactive elements no unusual processes are needed, the integration into existing fasteners is possible in a simple manner. It is also advantageous that significant energy can be made available by the large number of decoupling points.
Weiterhin können die piezoaktiven Entkopplungselemente zumindest zeitweise zur aktiven Schwingungsdämpfung eingesetzt werden und auf diese Weise mechanische Belastungen oder störende Vibrationen und/oder Geräusche dämpfen.Furthermore, the piezoactive decoupling elements can at least temporarily be used for active vibration damping and in this way dampen mechanical loads or disturbing vibrations and / or noises.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:The invention will be explained by way of example with reference to a drawing. It show here:
Um ein flächiges Bauteil
Führt das Bauteil
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform (
Hierbei liegt ein erstes kreisscheibenförmiges piezoelektrisches Element
An dem piezoelektrischen Element direkt anliegend ist das Bauteil mit seiner Bohrung
Anstelle eines Clipses
Bei dieser Ausführungsform kann insbesondere durch weitere fehlende Dämpfer über eine aktive Ansteuerung der piezoelektrischen Elemente
Darüber hinaus ist es bei einer vorteilhaften Ausführungsform (nicht gezeigt) möglich, eines der piezoelektrischen Elemente
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen einem Bauteil
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass einerseits in Fahrzeugen auftretende Schwingungsenergie nicht ungenutzt bleibt, sondern dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird, wobei zudem mit derartigen erfindungsgemäßen Systemen gezielt Schwingungen in Bauteile eingebracht werden können um beispielsweise durch Interferenz die Gesamtschwingungszustände so zu beeinflussen, dass schädliche Vibrationen oder Schwingungen reduziert oder abgebaut werden.In the invention it is advantageous that on the one hand occurring in vehicles vibration energy is not unused, but the vehicle is made available, and also with such inventive systems targeted vibrations can be introduced into components to influence, for example by interference, the overall vibration conditions so that harmful Vibrations or vibrations are reduced or reduced.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Bauteilcomponent
- 22
- Karosseriestrukturbody structure
- 33
- Fixiereinrichtungfixing
- 44
- Schaftshaft
- 55
- AuflagetellerSupport plate
- 66
- GummidämpfungselementRubber damping element
- 77
- piezoelektrisches Elementpiezoelectric element
- 88th
- piezoelektrisches Elementpiezoelectric element
- 1010
- Beilagscheibewasher
- 1111
- Muttermother
- 1212
- Bohrungdrilling
- 1313
- Clipclip
- 1414
- Rastbeinesupport legs
- 1515
- freies Endefree end
- 1616
- Bauteiloberflächecomponent surface
- 1717
- Bohrungdrilling
- 1818
- Bohrungdrilling
- 1919
- LinsenkopfPan head
- 2020
- Unterseitebottom
- 2121
- Anschlagdämpferstop damper
- 2222
- BereichArea
- 2323
- piezoelektrisches Elementpiezoelectric element
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