DE102016201512A1

DE102016201512A1 - Schwingungsdämpfer zur Energierückgewinnung

Info

Publication number: DE102016201512A1
Application number: DE102016201512.5A
Authority: DE
Inventors: Yuan Yao; Thomas Stöhr; Benjamin Rudin
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2017-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, umfassend einen in einem Zylinder (1) axial gedämpft geführten Magnetkolben (2), der aus einem Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei mindestens eine Spule (3a) konzentrisch zum Magnetkolben (2) am Zylinder (1) angeordnet ist, und wobei mindestens ein Fluid (4a) als Dämpfmittel in dem Zylinder (1) angeordnet ist, wobei ferner der Magnetkolben (2) mindestens eine axiale Bohrung (5a) zur Durchführung des mindestens einen Fluides (4a) aufweist, und wobei eine Relativbewegung zwischen dem Magnetkolben (2) und der mindestens einen Spule (3a) einen Strom in der mindestens einen Spule (3a) induziert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, der zur Energierückgewinnung vorgesehen ist. Das Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers erstreckt sich vornehmlich auf Fahrzeuge, vorzugsweise Kraftfahrzeuge, Motorräder sowie Fahrräder, und Umformmaschinen, wie beispielsweise Stanzautomaten.
Die DE 10 2011 088 008 A1 betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere ein Stoßdämpfer. Der Stoßdämpfer weist einen Zylinder auf, in welchem ein Kolben gedämpft geführt wird. In einem Raum zwischen dem Kolben und dem Zylinder befindet sich ein Dämpfmedium, insbesondere eine Flüssigkeit oder ein Gas, wodurch eine Relativbewegung von Kolben und Zylinder in axialer Richtung abgefedert wird. Ferner ist in dem Kolben ein Permanentmagnet angeordnet, wobei eine Leiterschleife um den Zylinder herum gewickelt ist, so dass bei einer Relativbewegung von Kolben und Zylinder ständig das Magnetfeld variiert, welches die durch die Leiterschleife gebildete Spule durchdringt. Dadurch wird Strom in der Spule induziert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art weiterzuentwickeln.
Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer umfasst einen in einem Zylinder axial gedämpft geführten Magnetkolben, der aus einem Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei mindestens eine Spule konzentrisch zum Magnetkolben am Zylinder angeordnet ist, und wobei mindestens ein Fluid als Dämpfmittel in dem Zylinder angeordnet ist, wobei ferner der Magnetkolben mindestens eine axiale Bohrung zur Durchführung des mindestens einen Fluides aufweist, und wobei eine Relativbewegung zwischen dem Magnetkolben und der mindestens einen Spule einen Strom in der mindestens einen Spule induziert. Der im Zylinder angeordnete Magnetkolben bildet zwei Druckkammern aus, die mit dem mindestens einen Fluid zumindest teilweise gefüllt sind. Bei einer axialen Bewegung des Magnetkolbens im Zylinder strömt das mindestens eine Fluid über die mindestens eine axiale Bohrung im Magnetkolben aus der sich verkleinernden Druckkamer in die sie vergrößernde Druckkammer. Dadurch wird die axiale Bewegung des Magnetkolbens gedämpft. Ferner wandelt der Schwingungsdämpfer die kinetische Energie der eingeleiteten mechanischen Schwingung mittels des Permanentmagneten und der mindestens einen Spule in elektrische Energie um. Mithin wird aus der axialen Bewegung des Magnetkolbens elektrische Energie generiert. Die generierte elektrische Energie wird mit Hilfe entsprechender Komponenten, beispielsweise Stromrichter, Spannungswandler, sowie eine geeignete Ladetechnik, wieder dem elektrischen Energiehaushalt des Fahrzeugs oder der Maschine zugeführt. Mithin ist der Schwingungsdämpfer als Rekuperationsvorrichtung für elektrische Energie vorgesehen, wobei der Magnetkolben und die mindestens eine Spule als Lineargenerator zusammenwirken.
Vorzugsweise ist die mindestens eine Spule axial bewegbar an einer Außenumfangsfläche des Zylinders angeordnet. Durch axiale Verschiebung am Zylinder kann die mindestens eine Spule an eine neutrale Lage des Magnetkolbens angepasst werden. Ferner sind vorzugsweise zwei Spulen an der Außenumfangsfläche des Zylinders angeordnet, wobei mindestens eine Spule axial bewegbar ist. Bevorzugt weist die zweite Spule einen größeren Durchmesser als die erste Spule auf und ist an einer Außenumfangsfläche der ersten Spule angeordnet. Ferner ist mindestens eine der beiden Spulen variabel ein- und ausschaltbar, wodurch der Schwingungsdämpfer einen adaptiven Charakter aufweist. Ein Zuschalten der zweiten Spule zur ersten Spule generiert darüber hinaus auch mehr elektrischen Strom bei einer axialen Bewegung des Magnetkolbens.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Fluid eine magnetorheologische Flüssigkeit. Dies ermöglicht eine gezielte Einstellung der Dämpfungseigenschaften des Schwingungsdämpfers über das vorherrschende Magnetfeld. Insbesondere wird die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit mit zunehmender Feldstärke erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind ein inkompressibles Fluid und ein kompressibles Fluid im Zylinder angeordnet, wobei die beiden Fluide durch eine Membran voneinander getrennt sind. Insbesondere ist das inkompressible Fluid ein Öl oder eine magnetorheologische Flüssigkeit, wobei das kompressible Fluid als Gas ausgebildet ist. Die Membran ist dazu vorgesehen, das inkompressible Fluid von dem kompressiblen Fluid zu trennen, um insbesondere ein Schäumen des inkompressiblen Fluids zu vermeiden. Des Weiteren generiert das kompressiblen Fluid eine definierte Vorspannung für das inkompressible Fluid.
Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
2 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Gemäß der 1 und 2 weist ein erfindungsgemäßer Schwingungsdämpfer einen in einem Zylinder 1 axial gedämpft geführten Magnetkolben 2 auf, wobei der Magnetkolben 2 aus einem Permanentmagneten ausgebildet und mit einer Kolbenstange 7 verbunden ist. In dem Zylinder 1 sind drei Druckkammern 8a, 8b und 8c ausgebildet, wobei in der ersten und zweiten Druckkammer 8a, 8b ein inkompressibles Fluid 4a angeordnet ist, und wobei in der dritten Druckkammer 8c ein kompressibles Fluid angeordnet ist. Die erste und zweite Druckkammer 8a, 8b sind über den Magnetkolben 2 zumindest teilweise voneinander getrennt, wobei der Magnetkolben 2 mehrere axiale Bohrungen 5a, 5b zur Durchführung des inkompressiblen Fluides 4a aufweist. Demgegenüber sind die zweite und dritte Druckkammer 8b, 8c durch eine Membran 6 fluidtechnisch voneinander getrennt. Ein Teil der Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers wird über das Durchströmen des inkompressiblen Fluids 4a durch die dazu vorgesehenen Bohrungen 5a, 5b am Magnetkolben 2 realisiert. Ferner wird ein weiterer Teil der Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers durch die Kompression des kompressiblen Fluid 4b realisiert.
Nach 1 ist eine Spule 3a konzentrisch zum Magnetkolben 2 an einer Außenumfangsfläche des Zylinders 1 angeordnet. Eine Relativbewegung zwischen dem Magnetkolben 2 und der Spule 3a induziert einen Strom in der Spule 3a. Ferner ist die Spule 3a axial bewegbar an der Außenumfangsfläche des Zylinders 1 angeordnet.
Durch die axiale Verschiebung der Spule 3a am Zylinder 1 kann die Spule 3a an eine neutrale Lage des Magnetkolbens 2 angepasst werden.
Gemäß 2 sind eine erste und zweite Spule 3a, 3b konzentrisch zum Magnetkolben 2 am Zylinder 1 angeordnet, wobei die erste Spule 3a radial an der Außenumfangsfläche des Zylinders 1 angeordnet ist, und wobei die zweite Spule 3b radial an der Außenumfangsfläche der ersten Spule 3a angeordnet ist. Eine Relativbewegung zwischen dem Magnetkolben 2 und der jeweiligen Spule 3a, 3b induziert einen Strom in die jeweilige Spule 3a, 3b. Zur Veränderung der Dämpfungseigenschaften des Schwingungsdämpfers ist die zweiten Spule 3b ein- und ausschaltbar. Ferner ist das inkompressible Fluid 4a als magnetorheologische Flüssigkeit ausgebildet.
Bezugszeichenliste

1: Zylinder
2: Magnetkolben
3a, 3b: Spule
4a, 4b: Fluid
5a, 5b: Bohrung
6: Membran
7: Kolbenstange
8a, 8b, 8c: Druckkammer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011088008 A1 [0002]

Claims

Schwingungsdämpfer, umfassend einen in einem Zylinder (1) axial gedämpft geführten Magnetkolben (2), der aus einem Permanentmagneten ausgebildet ist, wobei mindestens eine Spule (3a) konzentrisch zum Magnetkolben (2) am Zylinder (1) angeordnet ist, und wobei mindestens ein Fluid (4a) als Dämpfmittel in dem Zylinder (1) angeordnet ist, wobei ferner der Magnetkolben (2) mindestens eine axiale Bohrung (5a) zur Durchführung des mindestens einen Fluides (4a) aufweist, und wobei eine Relativbewegung zwischen dem Magnetkolben (2) und der mindestens einen Spule (3a) einen Strom in der mindestens einen Spule (3a) induziert.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Fluid (4a) eine magnetorheologische Flüssigkeit ist.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein inkompressibles Fluid (4a) und ein kompressibles Fluid (4b) im Zylinder (1) angeordnet sind, wobei die beiden Fluide (4a, 4b) durch eine Membran (6) voneinander getrennt sind.
Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule (3a) axial bewegbar an einer Außenumfangsfläche des Zylinders (1) angeordnet ist.