DE102015214650A1

DE102015214650A1 - Rotationsdämpfereinrichtung

Info

Publication number: DE102015214650A1
Application number: DE102015214650.2A
Authority: DE
Inventors: Daniel Wolf; Michael Klank; Achim Thomae
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsdämpfereinrichtung mit einem Rotationsdämpfer 1 zum Dämpfen einer Drehbewegung, wobei die Drehbewegung des Rotationsdämpfers 1 auf eine elektrische Maschine 17, 18, 22 übertragbar und von der elektrischen Maschine 17, 18, 22 in elektrische Energie umwandelbar ist. Der Rotationsdämpfer 1 weist eine mit einem Fluid gefüllte Verdrängungskammer 2 auf, die von einem drehbar gelagerten Verdrängerelement in eine erste Arbeitskammer 7 und eine zweite Arbeitskammer 8 unterteilt ist. Dabei ist durch die Drehbewegung des Verdrängerelements die erste Arbeitskammer 7 vergrößerbar und die zweite Arbeitskammer 8 verkleinerbar oder die erste Arbeitskammer 7 verkleinerbar und die zweite Arbeitskammer 8 vergrößerbar. Ein Anschluss 9 der ersten Arbeitskammer 7 ist mit einem Anschluss 11 der zweiten Arbeitskammer 8 über einen Verbindungskanal 10 verbunden, in dem eine hydrostatische oder hydrodynamische Fördereinrichtung 12 mit einem von dem die Fördereinrichtung 12 durchströmenden Fluidstrom drehbar antreibbaren Förderelement angeordnet ist, durch das die elektrische Maschine 17, 22 drehbar antreibbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationsdämpfereinrichtung mit einem Rotationsdämpfer zum Dämpfen einer Drehbewegung, wobei die Drehbewegung des Rotationsdämpfers auf eine elektrische Maschine übertragbar und von der elektrischen Maschine in elektrische Energie umwandelbar ist.
Derartige Rotationsdämpfer dienen zum Dämpfen einer Bewegung. Diese Bewegung kann z.B. bei Straßenfahrzeugen beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten entstehen. Durch eine Rotationsdämpfereinrichtung soll diese Bewegung in elektrische Energie umgewandelt und so nutzbar gemacht werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Rotationsdämpfereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine geringe Baugröße, eine hohe Leistungsdichte und eine hohe Ausfallsicherheit aufweisen, und einfach aufgebaut sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotationsdämpfer eine mit einem Fluid gefüllte Verdrängungskammer aufweist, die von einem drehbar gelagerten Verdrängerelement in eine erste Arbeitskammer und eine zweite Arbeitskammer unterteilt ist, wobei durch die Drehbewegung des Verdrängerelements die erste Arbeitskammer vergrößerbar und die zweite Arbeitskammer verkleinerbar oder die erste Arbeitskammer verkleinerbar und die zweite Arbeitskammer vergrößerbar ist und wobei ein Anschluss der ersten Arbeitskammer mit einem Anschluss der zweiten Arbeitskammer über einen Verbindungskanal verbunden ist, in dem eine hydrostatische oder hydrodynamische Fördereinrichtung mit einem von dem die Fördereinrichtung durchströmenden Fluidstrom drehbar antreibbaren Förderelement angeordnet ist, durch das die elektrische Maschine drehbar antreibbar ist.
Dabei können der Rotationsdämpfer mit der Verdrängungskammer und die Fördereinrichtung sowie die elektrische Maschine an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein, so dass sich günstige Einbauverhältnisse ergeben. Dies ist besonders von Vorteil, wenn die Rotationsdämfereinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere Straßenfahrzeug angeordnet ist, wobei die lineare Relativbewegung zueinander von gefederten Massen wie dem Fahrzeugaufbau und ungefederten Massen wie dem Fahrwerk in eine Drehbewegung zum Drehantrieb des Verdrängerelements des Rotationsdämpfers umgesetzt wird.
Die Leistungsdichte der Rotationsdämpfereinrichtung ist durch die Ausbildung als hydraulisches System hoch.
Die elektrische Maschine ist vorzugsweise ein Generator.
Weiterhin führt die Ausbildung als hydraulisches System mit einfachem Aufbau zu einer hohen Ausfallsicherheit auch bei Überlast und Missbrauch.
Die hydrostatische oder hydrodynamische Fördereinheit kann z.B. eine Zahnradpumpe, eine Sichelpumpe, eine Gerotorpumpe, eine Kreiselkolbenpumpe, eine Flügelzellenpumpe oder eine Radialkolbenpumpe sein. Dies Aufzählung ist aber nicht vollständig.
In einfacher und kostengünstig herstellbarer Weise kann die Verdrängungskammer einen zylindrischen oder teilzylindrischen Querschnitt aufweisen und das Verdrängerelement ein auf einer zur Zylinderachse der Verdrängerkammer koaxialen Welle angeordneter Flügel sein.
Ist in dem Verbindungskanal ein Durchflussbegrenzungselement angeordnet, das als einstellbare Drossel oder als im Durchfluss veränderbar einstellbares Ventil ausgebildet sein kann, so kann damit die Dämpfung des Rotationsdämpfers eingestellt werden. Das Ventil ist dabei ein in einfacher Weise elektrisch verstellbares Ventil.
Um eine Volumenänderung des Fluids infolge von Temperaturänderung ausgleichen zu können, kann der Verbindungskanal mit einem Ausgleichsbehälter verbunden sein, der vorzugsweise ein Gasdruckspeicher ist.
Grundsätzlich ist jede Art Fluid, also auch ein gasförmiges Fluid anwendbar. Vorzugsweise ist aber das Fluid ein Hydraulikfluid.
Die Fördereinrichtung kann eine Pumpe oder eine Turbine sein.
Das verdrehbar gelagerte Verdrängerelement kann auf einer Welle angeordnet sein, die aus der Verdrängungskammer ragt und von deren Drehbewegung eine weitere elektrische Maschine drehbar antreibbar ist. Dadurch ist die rekuperierende Energie vergößerbar.
Ebenfalls zu eine Vergrößerung der rekuperierenden Energie führt es, wenn die elektrische Maschine von dem drehbar antreibbaren Förderelement der Fördereinrichtung über eine oder mehrere Getriebestufen drehbar antreibbar ist und damit die Drehzahl der elektrischen Maschine gegenüber der Drehzahl des Verdrängungselements erhöht wird.
Ist von der Welle ein erstes Element eines Planetengetriebes und von der Fördereinrichtung ein zweites Element des Planetengetriebes drehbar antreibbar, wobei von der Ausgangswelle des Planetengetriebes eine einzige elektrische Maschine drehbar antreibbar ist, so wird sowohl durch den Fluidantrieb der Fördereinrichtung als auch durch die Drehbewegung des Verdrängerelements Energie erzeugt, was zu einer erhöhten Energieerzeugung führt.
Die Rotationsdämpfereinrichtung kann auch dazu genutzt werden, die Dämpfungsrate des Rotationsdämpfers zu erhöhen indem die elektrische Maschine motorisch betreibbar ist und die Fördereinrichtung derart antreibt, dass sie einen Fluidstrom erzeugt und in die Arbeitskammer fördert, in die hinein sich das Verdrängerelement bewegt. Auf diese Weise kann die Rotationsdämpfereinrichtung als teil- oder vollaktives System im Fahrwerk eines Fahrzeugs betrieben werden.
Vorzugsweise kann der Fördereinrichtung ein Überdruckventil vorgeschaltet ist, das in Überdruckposition zumindest einen Teil des Fluidstroms in einen die Fördereinrichtung umgehenden zweiten Bypass umleitet. D.h. dass das Überdruckventil in Normalbetriebsposition den ganzen Fluidstrom zur Fördereinrichtung durchlässt und in der Überdruckposition entweder zusätzlich einen zweiten Bypass ferigibt oder ganz auf diesen umschaltet.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden beschrieben. Es zeigen
1 eine Prinzipdarstellung einer Rotationsdämpfereinrichtung im Querschnitt ohne Antrieb einer elektrischen Maschine
2 eine Prinzipdarstellung der Rotationsdämpfereinrichtung nach 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Antriebs einer elektrischen Maschine
3 eine Prinzipdarstellung der Rotationsdämpfereinrichtung nach 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Antriebs einer elektrischen Maschine.
In den Figuren ist ein Rotationsdämpfer 1 dargestellt, der eine Verdrängungskammer 2 mit einem zylindrischen Querschnitt aufweist, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist. Koaxial durchragt die Verdrängungskammer 2 eine Welle 3. Radial ist an der umlaufenden Wandung der Verdrängungskammer 2 ein Trennungssteg 4 befestigt, der über eine erste Dichtlippe 5 an der Welle 3 in Anlage ist. An der Welle 3 ist radial ein Flügel 24 angeordnet, der mit seinem radial äußeren Ende über eine zweite Dichtlippe 6 an der radial umlaufenden Innenwand der Verdrängungskammer 2 in Anlage ist.
Durch den Trennungssteg 4 und den Flügel 4 ist die Verdrängungskammer 2 in eine erste Arbeitskammer 7 und eine zweite Arbeitskammer 8 unterteilt.
Ein im Bereich des Trennsteges 4 angeordneter erster Anschluss 9 ist über einen Verbindungskanal 10 mit einem im Bereich des Trennstegs 4 angeordneten zweiten Anschluss 11 verbunden. In dem Verbindungskanal 10 ist eine in 1 als Zahnradpumpe ausgebildete Fördereinrichtung 12 angeordnet.
Über einen weiteren Kanal 13 ist der Verbindungskanal 10 mit einem als Gasdruckspeicher 14 ausgebildeten Ausgleichsbehälter verbunden.
In dem Zweig des Verbindungskanals 10 zwischen Fördereinrichtung 12 und zweiter Arbeitskammer 8 ist ein als verstellbare Drossel 15 ausgebildetes Durchflussbegrenzungselement angeordnet.
In 1 sind die von der Welle 3 und der Fördereinrichtung 12 antreibbaren Elemente nicht dargestellt.
In 2 weist die Fördereinrichtung 12 eine Ausgangswelle 16 auf, die von der Fördereinrichtung 12 drehbar antreibbar ist und durch die eine als Generator ausgebildete erste elektrische Maschine 17 antreibbar ist, die elektrische Energie erzeugt, welche in einem nicht dargestellten Energiespeicher speicherbar ist.
Die Welle 3 ist einseitig aus der Verdrängungskammer 2 herausgeführt und treibt über ein erstes Planetengetriebe 19 und eine Ausgangswelle 25 eine als Generator ausgebildete zweite elektrische Maschine 18 an, die ebenfalls elektrische Energie erzeugt, welche ebenfalls in dem nicht dargestellten Energiespeicher speicherbar ist.
In 3 wird von der Ausgangswelle 16 der Fördereinrichtung 12 über ein Antriebsrad 20 ein Element eines zweiten Planetengetriebes 21 drehbar angetrieben, von dem ein weiteres Element durch die einseitig aus der Verdrängungskammer 2 herausgeführt Welle 3 angetrieben wird. Damit überlagern sich die Antriebe des zweiten Planetengetriebes 21 von dem Antriebsrad 20 und der Welle 3.
Durch die Ausgangswelle 25 des zweiten Planetengetriebes 21 ist eine als Generator ausgebildete erste elektrische Maschine 22 antreibbar ist, die elektrische Energie erzeugt, welche in einem nicht dargestellten Energiespeicher speicherbar ist.
In den 2 und 3 ist ein sich radial zur Welle 2 erstreckender Hebelarm 23 zu sehen, der von einer linearen Bewegung z.B. zwischen der gefederten Masse wie dem Fahrzeugaufbau und einer ungefederten Masse wie dem Fahrwerk eines Fahrzeugs schwenkbar antreibbar ist. Durch diese Schwenkbewegung wird auch der Flügel 24 verschenkt, so dass sich je nach Drehrichtung die erste Arbeitskammer 7 vergrößert und die zweite Arbeitskammer 8 verkleinert oder die erste Arbeitskammer 8 sich verkleinert und die zweite Arbeitskammer 7 vergrößert.
Aus der sich verkleinernden Arbeitskammer 7 bzw. 8 wird durch den Flügel 24 Hydraulikflüssigkeit über den Verbindungskanal 10 und die Fördereinrichtung 12 zur sich vergrößernden Arbeitskammer 8 bzw. 7 verdrängt und treibt ein Förderelement der Fördereinrichtung 12 sowie darüber auch direkt über die erste Ausgangswelle 16 die erste elektrische Maschine 17 oder über das Antriebsrad 20 und das zweite Planetengetriebe 21 die dritte elektrische Maschine 22 an.
Darüber hinaus erfolgt ein Drehantrieb des ersten Planetengetriebes 19 und der zweiten elektrischen Maschine 18 sowie des zweiten Planetengetriebes 21 und der dritten elektrischen Maschine über die Welle 3.
Bezugszeichenliste

1: Rotationsdämpfer
2: Verdrängungskammer
3: Welle
4: Trennungssteg
5: erste Dichtlippe
6: zweite Dichtlippe
7: erste Arbeitskammer
8: zweite Arbeitskammer
9: erster Anschluss
10: Verbindungskanal
11: zweiter Anschlußss
12: Fördereinrichtung
13: weiterer Kanal
14: Gasdruckspeicher
15: verstellbare Drossel
16: Ausgangswelle
17: erste elektrische Maschine
18: zweite elektrische Maschine
19: erstes Planetengetriebe
20: Antriebsrad
21: zweites Planetengetriebe
22: dritte elektrische Maschine
23: Hebelarm
24: Flügel
25: Ausgangswelle

Claims

Rotationsdämpfereinrichtung mit einem Rotationsdämpfer (1) zum Dämpfen einer Drehbewegung, wobei die Drehbewegung des Rotationsdämpfers (1) auf eine elektrische Maschine (17, 18, 22) übertragbar und von der elektrischen Maschine (17, 18, 22) in elektrische Energie umwandelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotationsdämpfer (1) eine mit einem Fluid gefüllte Verdrängungskammer (2) aufweist, die von einem drehbar gelagerten Verdrängerelement in eine erste Arbeitskammer (7) und eine zweite Arbeitskammer (8) unterteilt ist, wobei durch die Drehbewegung des Verdrängerelements die erste Arbeitskammer (7) vergrößerbar und die zweite Arbeitskammer (8) verkleinerbar oder die erste Arbeitskammer (7) verkleinerbar und die zweite Arbeitskammer (8) vergrößerbar ist und wobei ein Anschluss (9) der ersten Arbeitskammer (7) mit einem Anschluss (11) der zweiten Arbeitskammer (8) über einen Verbindungskanal (10) verbunden ist, in dem eine hydrostatische oder hydrodynamische Fördereinrichtung (12) mit einem von dem die Fördereinrichtung (12) durchströmenden Fluidstrom drehbar antreibbaren Förderelement angeordnet ist, durch das die elektrische Maschine (17, 22) drehbar antreibbar ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängungskammer (2) einen zylindrischen oder teilzylindrischen Querschnitt aufweist und das Verdrängerelement ein auf einer zur Zylinderachse der Verdrängerkammer koaxialen Welle angeordneter Flügel (24) ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungskanal (10) ein Durchflussbegrenzungselement angeordnet ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (10) mit einem Ausgleichsbehälter verbunden ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Hydraulikfluid ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung (12) eine Pumpe oder eine Turbine ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verdrehbar gelagerte Verdrängerelement auf einer Welle (2) angeordnet ist, die aus der Verdrängerkammer (2) ragt und von deren Drehbewegung eine weitere elektrische Maschine (18, 22) drehbar antreibbar ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (22) von dem drehbar antreibbaren Förderelement der Fördereinrichtung (12) über eine oder mehrere Getriebestufen drehbar antreibbar ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass von der Welle (2) ein erstes Element eines Planetengetriebes (21) und von der Fördereinrichtung (12) ein zweites Element des Planetengetriebes (21) drehbar antreibbar ist, wobei von der Ausgangswelle des Planetengetriebes (21) eine einzige elektrische Maschine (22) drehbar antreibbar ist.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine motorisch betreibbar ist und die Fördereinrichtung derart antreibt, dass sie einen Fluidstrom erzeugt und in die Arbeitskammer fördert, in die hinein sich das Verdrängerelement bewegt.
Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördereinrichtung (12) ein Überdruckventil vorgeschaltet ist, das in Überdruckposition zumindest einen Teil des Fluidstroms in einen die Fördereinrichtung (12) umgehenden zweiten Bypass umleitet.
Kraftfahrzeug mit wenigstens einer Rotationsdämpfereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsdämpfereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.