DE10220846A1

DE10220846A1 - Fahrzeug, insbesondere motorgetriebenes Strassenfahrzeug

Info

Publication number: DE10220846A1
Application number: DE2002120846
Authority: DE
Inventors: Holger G Weber
Original assignee: WILLY WEBER FA
Current assignee: WILLY WEBER FA
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Mit der Erfindung werden Schwingungsdämpfer vorgeschlagen, mit welchen die Vertikalschwingungen von auf unebenen Fahrbahnen bewegten Straßenfahrzeugen zur Energierückgewinnung ausgenutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein motorgetriebenes Straßenfahrzeug, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugantriebes.
Die Erfindung geht hierbei von folgendem Sachverhalt aus.
Da keine Fahrbahn völlig eben ist, sind der Hauptbewegung eines Fahrzeuges in Längsrichtung stets Querbewegungen überlagert. Diese Querbewegungen werden aus Gründen der Fahrsicherheit und des Fahrkomforts durch Federelemente oder sonstige Schwingungsdämpfer gedämpft. Der Fahrzeugaufbau führt hierbei Schwingungen in folgenden wichtigsten Richtungen durch:
Hubschwingungen oder Stöße, nämlich geradlinige Schwingungen in Richtung der Hochachse,
Wanken (Schlingern), nämlich Drehschwingungen um die Längsachse,
Nicken (Stampfen), nämlich Drehschwingungen um die Querachse,
Gieren, nämlich Drehschwingungen um die Hochachse.
Die Abstimmung der Federung durch Schwingungsdämpfern stellt einen Kompromiss zwischen Fahrkomfort und Fahrsicherheit dar.
Bei Kraftfahrzeugen werden üblicherweise Teleskopschwingungsdämpfer verwendet. Diese sind Flüssigkeitsdämpfer, welche die Schwingungsenergie der Aufbau- und Radschwingungen in Reibungswärme umsetzen. Diese Schwingungsdämpfer bestehen im Wesentlichen aus einem ölgefüllten Zylinder, in welchem sich ein Kolben unter Überwindung von Strömungswiderständen hin und her bewegt. Die derart gedämpfte Schwingungsenergie wird in Wärme umgesetzt, welche direkt über das Außenrohr durch die anströmende Luft des Fahrtwindes abgeführt wird.
Berechnungen haben ergeben, dass die hierbei vernichtete Energie nicht unerheblich ist.
So liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Energie rückzugewinnen, um sie dem Fahrzeugantrieb zuzuführen.
Gelöst wird diese Aufgabe allgemein mit der in Anspruch 1 angegebenen Anordnung.
Hierbei bieten sich grundsätzlich zwei Möglichkeiten.
Die Energie der etwa senkrecht zur Fahrbahn erfolgenden Schwingungen kann unmittelbar mechanisch gespeichert und dem Antrieb zugeführt werden. Die Speicherung kann hierbei gemäß Anspruch 2 wie bei einem Kreisel mit einer Drehmasse erfolgen, welche getrieblich unmittelbar mit dem Antrieb oder aber gemäß Anspruch 3 mit einem elektrischen Generator verbunden bzw. kombiniert ist.
Nach einem weiteren Vorschlag gemäß Anspruch 4 wird die lineare Schwingbewegung wie bei einem Lineargenerator unmittelbar in elektrische Energie umgewandelt, die entweder in einem Energiespeicher, also einem Akkumulator oder einer Batterie, gespeichert oder einem elektrischen Antriebs- bzw. Servomotor zugeführt wird.
Einzelheiten dieser Anordnung sind mit den Ansprüchen 5 und 6 gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer ersetzen bzw. ergänzen die herkömmlichen, einleitend erwähnten konventionellen Schwingungsdämpfer bzw. Stoßdämpfer. Bei entsprechender Auslegung bzw. Abstimmung kann ggf. auf herkömmliche Stoßdämpfer ganz verzichtet werden, wobei nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 6 die Dämpfungskonstante durch elektrische Schaltmaßnahmen, die softwaregesteuert sein können, in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer können sowohl speziell für Neufahrzeuge als auch als Nachrüstbauelemente entwickelt werden.
Mit diesen Schwingungsdämpfern wird eine Vielzahl von Vorteilen erreicht.
Zum einen kann unmittelbar Antriebsenergie und damit Treibstoff gespart werden.
Zum anderen kann die zusätzlich gewonnene Energie für die Fahrzeugelektrik und auch für das Laden der Batterien ausgenutzt werden. Batterien mit kleinerer Kapazität können eingesetzt werden.
Soweit zum Antrieb des Fahrzeuges alternative Energien eingesetzt werden, kann die rückgewonnene elektrische Energie, z. B. bei der Herstellung des Wasserstoffs, für Brennstoffzellen genutzt werden.
Ein weiterer ökologischer Vorteil besteht darin, dass auf Schwingungdämpfer mit Ölfüllung, welche im Falle des Defektwerdens und bei der Entsorgung nicht unproblematisch ist, ganz verzichtet werden kann.
Anhand von zwei schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen sind nachstehend zwei Realisierungsmöglichkeiten erläutert. In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 Ansicht eines Fahrzeugrades mit einem Schwingungsdämpfer nach einem ersten Ausführungsbeispiel und
Fig. 2 Schwingungsdämpfer nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeugrad 10, dessen Radachse 11 von einem Achsschenkel 12 getragen ist. Ähnlich wie bei einem konventionellen hydraulischen Teleskopstoßdämpfer ist zwischen einer Befestigung 13 am Fahrzeugaufbau und dem Achsschenkel 12 ein Schwingungsdämpfer 20 angeordnet, der jedoch gemäß der Erfindung im Wesentlichen aus einem im Führungszylinder 21 axial verschiebbaren Kolben 22 und einer mit dieser verbundener Spindel-Kolbenstange 23 besteht. Diese Spindel-Kolbenstange 23 durchsetzt eine Schwungmasse 24, welche eine im einzelnen nicht dargestellte Spindelaufnahme 25 mit Freilauf ähnlich der Mechanik bei einem Spielzeugkreisel besitzt, welche über eine gleichfalls nicht dargestellte Kupplung mit der Schwingungsmasse derart verbunden ist, dass die Schwingungsmasse bei Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 23 einen Drehimpuls erhält, bei Abwärtsbewegung dagegen frei umläuft. Mittels eines Horizontallagers 14 ist die Schwungmasse 24 gegenüber dem Kolben 22 und der Spindel-Kolbenstange 23 ortsfest gelagert.
Diese Anordnung bewirkt, dass die Schwungmasse 24 bei der schwingungsbedingten Auf- und Abwährtsbewegung des Kolbens 22 in Rotation versetzt wird. Die Schwungmasse 24 weist Permanentmagnete eines Generators auf, welche in den Generatorspulen 30 einen Strom induzieren, so dass von den elektrischen Ausgangsklemmen 32 elektrische Leistung abgenommen werden kann.
Die Anordnung gemäß Fig. 2 bietet eine andere Möglichkeit zur Umsetzung der Schwingbewegung in elektrische Energie.
Ein konventioneller Schwingungsdämpfer kann durch den erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer 40 ersetzt werden. Dieser Schwingungsdämpfer besteht im Wesentlichen aus einem Führungszylinder 41, welcher bei 46 mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Innerhalb des Führungszylinders 41 ist axial beweglich der Kolben 43 geführt, welcher über die Kolbenstange 42 mit dem nicht dargestellten Achsschenkel bei 47 verbunden ist. Der vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Kolben 43 trägt unter Zwischenschaltung von Abstandshaltern 45 ringförmige Dauermagnete 44. Diesen sind auf der Außenseite des Führungszylinders 41 Induktionsspulen 50 zugeordnet. Bei axialer Schwingbewegung des Kolbens wird in den Spulen 50, die vorzugsweise in Reihe geschaltet sind, ein elektrischer Wechselstrom induziert, welcher mit dem Gleichrichter, vorzugsweise einer Graetz- Gleichrichterschaltung 51, gleichgerichtet wird, so dass an den Ausgangsklemmen 52 ein pulsierender Gleichstrom abgenommen werden kann.
Die Dämpfungseigenschaften dieses Schwingungsdämpfers lassen sich durch eine mit den Ausgangsklemmen 52 zu verbindende elektrische Last hervorragend beeinflussen. So ist es beispielsweise möglich, die Härte eines derartigen Schwingungsdämpfers in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu beeinflussen, beispielsweise mit zunehmender Geschwindigkeit zu erhöhen. Bezugszeichenliste 10 Rad
11 Radachse
12 Achsschenkel
13 Befestigung am Fahrzeugaufbau
14 Horizontallager
20 Schwingungdämpfer
21 Führungszylinder
22 Kolben
23 Spindel-Kolbenstange
24 Schwungmasse
25 Antriebszahnrad
30 Generatorspulen
32 Ausgangsklemmen
40 Schwingungsdämpfer
41 Führungszylinder
42 Stößel
43 Kolben
44 ringförmige Dauermagnete
45 Abstandshalter
46 Befestigung am Fahrzeugaufbau
47 Befestigung am Achsschenkel
50 Induktionsspule
51 Gleichrichter
52 Anschlussklemmen

Claims

1. Fahrzeug, insbesondere motorgetriebenes Straßenfahrzeug mit zwischen den Radachsen und dem Fahrzeugaufbau oder anderen sich relativ zueinander bewegenden Teilen angeordneten Schwingungsdämpfern, gekennzeichnet durch eine Anordnung, mit welcher die Schwingungsenergie der bei Fahrt über eine unebene Fahrbahn etwa senkrecht zur Fahrbahn erfolgenden Schwingungen gespeichert und dem Antrieb bzw. der Stromversorgung des Fahrzeuges zugeführt wird.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schwingungsdämpfer (20) eine Schwungmasse (24) mechanisch derart gekoppelt ist, dass die linearen Schwingungen des Dämpfers (20) in Drehenergie gewandelt werden, welche entweder direkt oder indirekt nach Wandlung in elektrische Energie rückgeführt wird.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schwungmasse (24) ein elektrischer Generator zur Umwandlung der Drehenergie in elektrische Energie verbunden oder kombiniert ist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (40) auf einem Stößel (42) hintereinander angeordnete ringförmige Dauermagnete (44) aufweist, welche von gegenüber dem Stößel (42) ortsfesten Induktionsspulen (50) umgeben sind, die elektrisch mit einem Energiespeicher oder einem Elektromotor verbunden sind.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspulen (50) elektrisch in Reihe geschaltet und mit einem Gleichrichter (51) verbunden sind.

6. Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mit den Spulen elektrisch verbundene Last in Anhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit steuerbar ist.