EP3245423A1 - Rotationsdämpfer für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Rotationsdämpfer für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP3245423A1
EP3245423A1 EP15816664.5A EP15816664A EP3245423A1 EP 3245423 A1 EP3245423 A1 EP 3245423A1 EP 15816664 A EP15816664 A EP 15816664A EP 3245423 A1 EP3245423 A1 EP 3245423A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing element
flywheel
axis
bearing
rotation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15816664.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilo Koch
Frank Gauterin
Bastian Scheurich
Michael Frey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Original Assignee
Audi AG
Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG, Karlsruher Institut fuer Technologie KIT filed Critical Audi AG
Publication of EP3245423A1 publication Critical patent/EP3245423A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/16—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dynamic absorbers as main damping means, i.e. spring-mass system vibrating out of phase
    • B60G13/18—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dynamic absorbers as main damping means, i.e. spring-mass system vibrating out of phase combined with energy-absorbing means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/001—Arrangements for attachment of dampers
    • B60G13/005—Arrangements for attachment of dampers characterised by the mounting on the axle or suspension arm of the damper unit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/02—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers dissipating energy, e.g. frictionally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/14—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers accumulating utilisable energy, e.g. compressing air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/16—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dynamic absorbers as main damping means, i.e. spring-mass system vibrating out of phase
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2202/00—Indexing codes relating to the type of spring, damper or actuator
    • B60G2202/20—Type of damper
    • B60G2202/22—Rotary Damper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2202/00—Indexing codes relating to the type of spring, damper or actuator
    • B60G2202/40—Type of actuator
    • B60G2202/42—Electric actuator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2401/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60G2401/28—Gyroscopes

Definitions

  • the invention relates to a rotary damper for a motor vehicle according to the type specified in claim 1.
  • Rotary damper for building vibration damping of a motor vehicle are known from the prior art.
  • DE 10 2011 101 350 A1 discloses a rotary damper for a motor vehicle, comprising at least one damper element for damping the relative movement between a first mass arranged on the wheel suspension side and a second mass arranged on the vehicle body side.
  • the damper element has at least one rotatable damper part, which can be set into a rotational movement by means of a lever element which is mechanically coupled thereto, movable by the mass movement, and into which a mechanical movement coupling between the lever element and the rotatable element
  • Damper part is integrated at least one spring damping element.
  • the invention has for its object to provide a rotary damper for a motor vehicle available, which has a compact design and in which the damping effect is due to a gimbal-mounted on the motor vehicle body, gyroscopically acting flywheel. This object is solved by the features of claim 1.
  • the rotational damper according to the invention for a motor vehicle comprises a driven via a drive, about a rotational axis with the angular velocity ⁇ ⁇ rotating flywheel, which is gimbaled via a first bearing element and a second bearing element.
  • the Flywheel rotatably mounted on the first bearing element by a rotational angle ⁇ and the first bearing element is rotatably mounted about a first rotational angle ⁇ aligned on the first bearing member about a first rotational angle ⁇ and the second bearing element is about an orthogonal to the first axis aligned second Axis about a second angle of rotation ⁇ rotatably mounted on the vehicle body.
  • the first bearing element is operatively connected to a shaft drive and the second bearing element is connectable via means to a wheel carrier of the motor vehicle, so that during a rebound / rebound movement of the wheel carrier a rotational movement of the second bearing element relative to the motor vehicle body causes the second rotational angle ⁇ .
  • the rotary damper comprises a control device which regulates the angular velocity ⁇ ⁇ and / or the torque Mo of the first bearing element about the first axis as a function of the rotational angle ⁇ and / or the torque ⁇ ⁇ of the second position element about the second axis via the shaft drive.
  • the first bearing element is designed in the form of a hollow shaft, in the interior of which the flywheel is rotatably supported by the rotational angle ⁇ .
  • the second bearing element is two orthogonally aligned to the second axis bearing legs and two aligned parallel to the second axis, the two bearing legs interconnecting bearing struts comprising formed, wherein the first bearing element between the two Lagerstre- ben around the first rotation angle ⁇ is rotatably mounted.
  • the inventive design a rotary damper in which the damping effect is due to a gimbal-mounted on the vehicle body, gyroscopically acting flywheel, and due to the formation of the second bearing element has a particularly compact design as a hollow shaft.
  • the flywheel in the form of a circumferential ring having a shaft - hereinafter also referred to as flywheel - is formed, wherein the flywheel is formed as a hollow part, in the interior of the drive of the flywheel is integrated.
  • This embodiment has the advantage that a particularly space-saving construction is made possible due to the nested arrangement of flywheel and drive.
  • the drive of the flywheel arranged or integrated into the flywheel is preferably designed as an electric motor whose stator is fixedly connected to the first bearing element and whose rotor is the flywheel designed as a hollow part.
  • the flywheel formed as a hollow part is formed with a rib structure.
  • the ribbed structure proves to be particularly advantageous, since on the one hand a weight-optimized construction is made possible on the other hand, and on the other hand cooling of the internal electric motor is ensured due to the ribs.
  • the circumferential ring is formed of a different material from the remaining material of the flywheel, wherein the material of the circumferential ring has a higher density than the remaining material of the flywheel. This ensures that the inertia tensor of the flywheel necessary for the gyroscopic effect is provided in a compact manner.
  • the first bearing element is arranged in a housing arranged on the second bearing element.
  • the shaft drive of the first bearing element is flanged to a bearing strut of the second bearing element.
  • the shaft motor is preferably designed in the form of an electric motor.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that between the first and second bearing element a stop limiting the rotational movement of the first bearing element is arranged, wherein the stop is arranged such that the rotational angle of the first bearing element to an interval - ⁇ / 2 ⁇ ⁇ + ⁇ / 2 is limited.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the operation of a
  • FIG. 2 is a view obliquely from above of a constructive design of the rotary damper of Fig. 1, and
  • FIG. 3 is a sectional view of the rotary damper of FIG. 2
  • the rotary damper 10 comprises a rotating about an axis of rotation 12 at the angular velocity ⁇ ⁇ rotating flywheel 14 which is gimbaled via a first bearing element 16 and a second bearing element 18.
  • the flywheel 14 is rotatably supported by the rotational angle ⁇ on the first bearing element 16 and the first bearing element 16 is rotatably mounted on the second bearing element 18 about an orthogonal to the rotational axis 12 of the flywheel 14 aligned first axis 16a by a rotation angle ⁇ and the second bearing element 18 is around a orthogonal to the first axis 16a aligned second axis 18a by a second rotation angle ⁇ rotatably mounted on the motor vehicle body 100.
  • the rotational damper 10 shown schematically uses the effect of rotational inertia to initiate forces in the chassis at a suitable location. These forces are intended to replace and extend the function of a conventional damper element.
  • the flywheel 14 rotates at the angular velocity ⁇ ⁇ about the axis of rotation 12.
  • a torque M ⁇ is effective on the first axis 16a of the first bearing element 16
  • a torque ⁇ ⁇ arises around the axis second axis 18a.
  • the moments lead to an angular velocity of the first or second bearing element 16, 18.
  • a torque M ⁇ thus leads to an angular velocity ⁇ ⁇ of the first bearing element 16.
  • This rotation alters the direction of the angular velocity vector ⁇ ⁇ of the flywheel 14 Disturbance, the rotating flywheel 14 reacts with the mentioned precession ⁇ .
  • the angular velocity ⁇ ⁇ of the flywheel 14 will increase due to the feedback effect.
  • the excess energy is stored in the rotary motion of the flywheel 14 in the form of kinetic energy.
  • the transmission ratio of the individual moments is determined by the rotational inertia of the flywheel 14.
  • the second bearing element 18 is thus connected to a wheel carrier such that a compression / rebound movement of the wheel carrier causes a torque ⁇ and an angular velocity ⁇ ⁇ of the second bearing element 18 about the second axis 18a, a relative movement of the first bearing element 16 occurs around the first Axis 16a. If a counter-moment M ⁇ is applied to the angular velocity ⁇ ⁇ of the first bearing element 16, then the relative movement of the bearing element 16 around the first axis 16 a is damped. This in turn leads to damping of the angular velocity ⁇ of the second bearing element 18 about the second axis 18a. Depending on the magnitude of the amount of the counter-torque M ⁇ attenuation is stronger or weaker.
  • the rotary damper 10 can also be used as an actuator to actively provide vertical forces on the wheel and thus to take over functions of an active chassis.
  • FIGS. 2 and 3 A structural design of the rotary damper 10 is shown in FIGS. 2 and 3: 2, the structural design is characterized in that the second bearing element 18 in the form of two aligned orthogonally to the second axis 18a bearing legs 18-1 and 18-2 and two aligned parallel to the second axis 18a, the two Bearing legs 18-1 and 18-2 interconnecting bearing struts 18-3 and 18-4 formed is formed, wherein the first bearing member 16 is rotatably supported by the rotation angle Kir between the two bearing struts 18-3 and 18-4 of the first bearing element 18.
  • FIG. 2 it can be seen further attached to the bearing strut 18-3 flanged to the first bearing member 16 in operative connection shaft motor 20.
  • the first one is
  • Bearing element 16 is formed in the form of a hollow shaft, inside which the flywheel 14 is rotatably mounted.
  • the flywheel 14 in the form of a circumferential ring 14a having a shaft - hereinafter also referred to as flywheel 14 - formed, which in turn is formed as a hollow part, and in the interior of which is necessary to drive the flywheel drive 22 is mounted.
  • the peripheral ring 14a of the flywheel 14 is formed from a material different from the rest of the material of the flywheel 14, wherein the material of the circumferential ring 14a has a higher density than the remaining material of the flywheel 14.
  • the drive 22 of the flywheel 14 is presently designed as an electric motor whose stator is fixedly connected to the first bearing element 16 and whose rotor designed as a hollow part flywheel 14 is.
  • the flywheel 14 is formed with a rib structure.
  • the ribbed structure proves to be particularly advantageous, since on the one hand a weight-optimized construction is made possible on the other hand, and on the other hand cooling of the internal electric motor is ensured due to the ribs.
  • a housing 24 is arranged, in which the first bearing element 16 is received protective.
  • the second bearing element 18 is connected to the wheel carrier and / or handlebar such that a vertical movement of the wheel carrier opens in a rotation of the second bearing element 18 about the second axis 18a.
  • a further embodiment would be to use the complete second bearing element 18 as a transverse or trailing arm of a vehicle axle. This handlebar would then have an integrated damper properties.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer (10) für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine über einen Antrieb (22) angetriebene mit der Winkelgeschwindigkeit (ωφ)um eine Drehachse (12) rotierende Schwungmasse (14) über ein erstes Lagerelement (16) und zweites Lagerelement (18) kardanisch gelagert ist, wobei die Schwungmasse (14) um den Drehwinkel (φ) drehbar am ersten Lagerelement (16) gelagert ist und das erste Lagerelement (16) um eine orthogonal zur Drehachse (12) der Schwungmasse (14) ausgerichteten ersten Achse (16a) um einen ersten Drehwinkel (θ) drehbar am zweiten Lagerelement (18) gelagert ist und das zweite Lagerelement (18) um eine orthogonal zur ersten Achse (16a) ausgerichteten zweiten Achse (18a) um einen zweiten Drehwinkel (ψ) drehbar gelagert ist, wobei das erste Lagerelement (16) mit einem Wellenantrieb (20) in Wirkverbindung steht und das zweite Lagerelement (18) über Mittel mit einem Radträger des Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das erste Lagerelement (16) in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Inneren die Schwungmasse (14) drehbar um den Drehwinkel (φ) gelagert ist, und wobei das zweite Lagerelement (18) zwei orthogonal zur zweiten Achse (18a) ausgerichtete Lagerschenkel (18-1, 18-2) und zwei parallel zur zweiten Achse (18a) ausgerichtete, die beiden Lagerschenkel (18-1, 18-2) miteinander verbindende Lagerstreben (18-3,18-4) aufweisend ausgebildet ist, wobei das erste Lagerelement (16) zwischen den beiden Lagerstreben (18-3, 18-4) um den Winkel (θ) drehbar gelagert ist.

Description

Rotationsdämpfers für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer für ein Kraftfahrzeug gemäß der in Patentanspruch 1 angegebenen Art.
Rotationsdämpfer zur Aufbauschwingungsdämpfung eines Kraftfahrzeugs sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart die DE 10 2011 101 350 A1 einen Rotationsdämpfer für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Dämpferelement zum Dämpfen der Relativbewegung zwischen einer radaufhängungsseitig angeordneten ersten Masse und einer fahrzeugkaros- serieseitig angeordneten zweiten Masse. Hierbei weist das Dämpferelement wenigstens ein drehbares Dämpferteil auf, welches über ein mit diesem mechanisch bewegungsgekoppeltes, durch die Massenbewegung bewegbares Hebelelement in eine Drehbewegung versetzbar ist, wobei in die mechanische Bewegungskopplung zwischen Hebelelement und drehbarem
Dämpferteil wenigstens ein Federdämpfungselement integriert ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotationsdämpfer für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen, der eine kompakte Bauform aufweist und bei dem der Dämpfungseffekt auf eine kardanisch am Kraftfahrzeugaufbau gelagerte, gyroskopisch wirkende Schwungmasse zurückzuführen ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Rotationsdämpfer für ein Kraftfahrzeug umfasst eine über einen Antrieb angetriebene, um eine Drehachse mit der Winkelgeschwindigkeit ωφ rotierende Schwungmasse, die über ein erstes Lagerelement und ein zweites Lagerelement kardanisch gelagert ist. Hierzu ist die Schwungmasse um einen Drehwinkel φ drehbar am ersten Lagerelement gelagert und das erste Lagerelement ist um eine orthogonal zur Drehachse der Schwungmasse ausgerichteten ersten Achse um einen ersten Drehwinkel Θ drehbar am zweiten Lagerelement gelagert und das zweite Lagerele- ment ist um eine orthogonal zur ersten Achse ausgerichteten zweiten Achse um einen zweiten Drehwinkel Ψ drehbar am Kraftfahrzeugaufbau gelagert. Weiterhin steht das erste Lagerelement mit einem Wellenantrieb in Wirkverbindung und das zweite Lagerelement ist über Mittel mit einem Radträger des Kraftfahrzeugs verbindbar, so dass bei einer Ein-/Ausfederbewegung des Radträgers eine Drehbewegung des zweiten Lagerelements relativ zum Kraftfahrzeugaufbau um den zweiten Drehwinkel Ψ bewirkt. Zudem umfasst der Rotationsdämpfer eine Reglereinrichtung, die über den Wellenantrieb die Winkelgeschwindigkeit ω© und/oder das Drehmoment Mo des ersten Lagerelements um die erste Achse in Abhängigkeit vom Drehwinkel Ψ und/oder des Drehmoments ΜΨ des zweiten Lageelements um die zweite Achse regelt.
Gemäß der erfindungsgemäßen Ausführung des Rotationsdämpfers ist hierbei das erste Lagerelement in Form einer Hohlwelle ausgebildet, in deren Innern die Schwungmasse drehbar um den Drehwinkel φ gelagert ist. Zudem ist das zweite Lagerelement zwei orthogonal zur zweiten Achse ausgerichtete Lagerschenkel und zwei parallel zur zweiten Achse ausgerichtete, die beiden Lagerschenkel miteinander verbindende Lagerstreben aufweisend, ausgebildet, wobei das erste Lagerelement zwischen den beiden Lagerstre- ben um den ersten Drehwinkel Θ drehbar gelagert ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist nunmehr ein Rotationsdämpfer zur Verfügung gestellt, bei dem der Dämpfungseffekt auf eine kardanisch am Kraftfahrzeugaufbau gelagerte, gyroskopisch wirkende Schwungmasse zurückzuführen ist, und der aufgrund der Ausbildung des zweiten Lagerelements als Hohlwelle eine besonders kompakte Bauform aufweist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schwungmasse in Form einer einen umlaufenden Ring aufweisenden Welle - nachfolgend auch als Schwungwelle bezeichnet - ausgebildet ist, wobei die Schwungwelle als ein Hohlteil ausgebildet ist, in deren Innern der Antrieb der Schwungwelle integriert ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass aufgrund der ineinander verschachtelte Anordnung von Schwungwelle und Antrieb eine besonders bauraumsparende Konstruktion ermöglicht ist.
Vorzugsweise ist hierbei der in die Schwungwelle angeordnete bzw. inte- grierte Antrieb der Schwungwelle als ein Elektromotor ausgebildet, dessen Stator mit dem ersten Lagerelement fest verbunden ist und dessen Rotor die als Hohlteil ausgebildete Schwungwelle ist.
Vorzugsweise ist die als Hohlteil ausgebildete Schwungwelle mit einer Rip- penstruktur ausgebildet. Die Rippenstruktur erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierdurch zum einen eine gewichtsoptimierte Konstruktion ermöglicht ist und zum anderen aufgrund der Rippen eine Kühlung des im Innern angeordneten Elektromotors gewährleistet ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der umlaufende Ring aus einem vom restlichen Material der Schwungwelle unterschiedlichen Material ausgebildet, wobei das Material des umlaufenden Rings eine höhere Dichte als das restliche Material der Schwungwelle aufweist. Hierdurch ist gewährleistet, dass der für den gyroskopischen Effekt notwendige Trägheitstensor der Schwungwelle auf eine kompakte Art und Weise zur Verfügung gestellt ist.
Vorzugsweise ist das erste Lagerelement in einem am zweiten Lagerelement angeordneten Gehäuse angeordnet. Dies erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch ein Schutz des relativ zum zweiten Lagerelemente drehbaren ersten Lagerelements gegenüber äußeren Einflüssen, wie z.B. Steinschlag, zur Verfügung gestellt ist. Vorzugsweise ist der Wellenantrieb des ersten Lagerelements an einer Lagerstrebe des zweiten Lagerelements angeflanscht. Der Wellenmotor ist vorzugsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwischen ersten und zweiten Lagerelement ein die Drehbewegung des ersten Lagerelements begrenzender Anschlag angeordnet ist, wobei der Anschlag derart angeordnet ist, dass der Drehwinkel des ersten Lagerelements auf ein Intervall -ττ/2 < θ < +ττ/2 begrenzt ist. Hierdurch ist auf eine einfache konstruktive Art und Weise gewährleistet, dass eine Singularität, d.h. ein "Über- einanderliegen" der Drehachse der Schwungmasse und der Drehachse des Lagerelements, verhindert ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung bedeutet:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Funktionsweise eines
erfindungsgemäßen Rotationsdämpfers;
Fig. 2 eine Ansicht schräg von oben auf eine konstruktive Ausgestal- tung des Rotationsdämpfers aus Fig. 1 , und
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Rotationsdämpfers aus Fig. 2
Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichneten Rotations- dämpfer für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung. Der Rotationsdämpfer 10 umfasst eine um eine Drehachse 12 mit der Winkelgeschwindigkeit ωφ rotierende Schwungmasse 14, die über ein erstes Lagerelement 16 und ein zweites Lagerelement 18 kardanisch gelagert ist. Hierbei ist die Schwungmasse 14 um den Drehwinkel φ drehbar am ersten Lagerelement 16 gelagert und das erste Lagerelement 16 ist um eine orthogonal zur Drehachse 12 der Schwungmasse 14 ausgerichteten ersten Achse 16a um einen Drehwinkel Θ drehbar am zweiten Lagerelement 18 gelagert und das zweite Lagerelement 18 ist um eine orthogonal zur ersten Achse 16a ausgerichteten zweiten Achse 18a um einen zweiten Drehwinkel ψ drehbar am Kraftfahrzeugaufbau 100 gelagert.
Der schematisch dargestellte Rotationsdämpfer 10 verwendet den Effekt der Drehträgheit, um an geeigneter Stelle Kräfte in Fahrwerk einzuleiten. Diese Kräfte sollen die Funktion eines herkömmlichen Dämpferelements ersetzen und erweitern.
Nachfolgend eine kurze Erläuterung des Funktionsprinzips: Im Anfangszustand rotiert die Schwungmasse 14 mit der Winkelgeschwindigkeit ωφ um die Drehachse 12. Wenn an der ersten Achse 16a des ersten Lagerelements 16 ein Drehmoment M© wirksam wird, entsteht aufgrund der Präzession ein Drehmoment ΜΨ um die zweite Achse 18a. Die Momente führen zu einer Winkelgeschwindigkeit des ersten bzw. zweiten Lagerele- ments 16, 18. Ein Drehmoment M© führt folglich zu einer Winkelgeschwindigkeit ω© des ersten Lagerelements 16. Diese Verdrehung verändert die Richtung des Winkelgeschwindigkeitsvektors ωφ der Schwungmasse 14. Auf eine solche Störung reagiert die rotierende Schwungmasse 14 mit dem angesprochenen Präzessionsmoment Μψ. Da aber die Winkelgeschwindigkeit ωψ konstruktionsbedingt ebenfalls den Winkelgeschwindigkeitsvektor ωφ der Schwungmasse 14 verändert, besteht ein direkter Einfluss aller drei Achsen. Das Einbringen von Energie in eine Achse zeigt eine Veränderung der Ener- gie der beiden anderen Achsen. Wird das zweite Lagerelement 18 als Eingang betrachtet, so sind ψ und ωΨ gleichgerichtet. An der ersten Achse 16a des ersten Lagerelements 16 kann diese Energie wieder entnommen werden, dabei sind M© und ω© entgegengesetzt orientiert. Der umgekehrte Fall ist ebenso möglich. Gleichgerichtete Beträge von M© und ω© führen zu ungleich gerichteten Beträgen von ΜΨ und ωψ. Wird nicht die gesamte Energie des Drehmoments M© entnommen, so wird aufgrund des Rückkopplungseffekts die Winkelgeschwindigkeit ωφ der Schwungmasse 14 steigen. Die überschüssige Energie wird in Form kinetischer Energie in der Drehbewe- gung der Schwungmasse 14 gespeichert. Das Übersetzungsverhältnis der einzelnen Momente wird dabei durch die Drehträgheiten der Schwungmasse 14 bestimmt.
Ist nun das zweite Lagerelement 18 derart mit einem Radträger verbunden, so dass eine Ein-/Ausfederbewegung des Radträgers ein Drehmoment Μψ und eine Winkelgeschwindigkeit ωΨ des zweiten Lagerelement 18 um die zweite Achse 18a bewirken, entsteht eine Relativbewegung des ersten Lagerelements 16 um die erste Achse 16a. Wird zur Winkelgeschwindigkeit ω© des ersten Lagerelements 16 ein Gegenmoment M© aufgebracht, so wird die Relativbewegung des Lagerelements 16 um die erste Achse 16a gedämpft. Dies führt wiederum zum Dämpfen der Winkelgeschwindigkeit ωψ des zweiten Lagerelements 18 um die zweite Achse 18a. Je nach Größe des Betrages des Gegenmoments M© fällt die Dämpfung stärker oder schwächer aus. Wird im Gegensatz dazu ein der Winkelgeschwindigkeit ω© gleichgerichtetes Moment M© aufgebracht, führt dies zu einer Unterstützung der Ein- /Ausfederbewegung. D.h. der Rotationsdämpfer 10 kann auch als Aktuator verwendet werden, um aktiv Vertikalkräften am Radträger zu stellen und somit Funktionen eines aktiven Fahrwerks zu übernehmen.
Eine konstruktive Ausgestaltung des Rotationsdämpfers 10 ist in Fig. 2 und 3 dargestellt: Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, zeichnet sich die konstruktive Ausgestaltung dadurch aus, dass das zweite Lagerelement 18 in Form von zwei orthogonal zur zweiten Achse 18a ausgerichtete Lagerschenkel 18-1 und 18-2 sowie zwei parallel zur zweiten Achse 18a ausgerichtete, die beiden Lagerschenkel 18-1 und 18-2 miteinander verbindende Lagerstreben 18-3 und 18-4 aufweisend ausgebildet ist, wobei das erste Lagerelement 16 um den Drehwinkel Θ drehbar zwischen den beiden Lagerstreben 18-3 und 18-4 des ersten Lagerelements 18 gelagert ist.
Weiterhin ist, wie Fig. 2 weiter zu entnehmen ist, an der Lagerstrebe 18-3 ein mit dem ersten Lagerelement 16 in Wirkverbindung stehender Wellenmotor 20 angeflanscht. Wie der Schnittdarstellung gemäß Fig. 3 zu entnehmen ist, ist das erste
Lagerelement 16 in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Innern die Schwungmasse 14 drehbar gelagert ist. Hierbei ist die Schwungmasse 14 in Form einer einen umlaufenden Ring 14a aufweisenden Welle - nachfolgend auch als Schwungwelle 14 bezeichnet - ausgebildet, die ihrerseits wiederum als Hohlteil ausgebildet ist, und in deren Innern der für den Antrieb der Schwungwelle notwendige Antrieb 22 gelagert ist.
Vorliegend ist der umlaufende Ring 14a der Schwungwelle 14 aus einem vom restlichen Material der Schwungwelle 14 unterschiedlichen Material ausgebildet, wobei das Material des umlaufenden Rings 14a eine höhere Dichte als das restliche Material der Schwungwelle 14 aufweist. Vorliegend ist das Material so gewählt, dass der Schwungwelle in Richtung ihrer Drehachse betrachtet eine Trägheit von ca. J = 0,01 kgm2 und in die beiden anderen Richtungen von jeweils ca. J = 0.005 km2 aufweist. Bei der Frage der Materialen der Schwungwelle 14 ist darauf zu achten, dass eine sehr hohe Dichte des Rings 4a erreicht wird. Ausführungen in Wolfram oder anderen Materialien mit einer Dichte von p= 7800 kg/m3 sind denkbar Der Antrieb 22 der Schwungwelle 14 ist vorliegend als Elektromotor ausgebildet, dessen Stator sich mit dem ersten Lagerelement 16 fest verbunden ist und dessen Rotor die als Hohlteil ausgebildete Schwungwelle 14 ist.
Weiterhin ist die Schwungwelle 14 mit einer Rippenstruktur ausgebildet. Die Rippenstruktur erweist sich als besonders vorteilhaft, da hierdurch zum einen eine gewichtsoptimierte Konstruktion ermöglicht ist und zum anderen aufgrund der Rippen eine Kühlung des im Innern angeordneten Elektromotors gewährleistet ist. Zudem ist, wie Fig. 3 weiter zu entnehmen ist, am zweiten Lagerelement 18 ein Gehäuse 24 angeordnet, in dem das erste Lagerelement 16 schützend aufgenommen ist.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist das zweite Lagerelement 18 derart an den Radträger und/oder Lenker angebunden, dass eine vertikale Bewegung des Radträgers in einer Rotation des zweiten Lagerelements 18 um die zweite Achse 18a mündet. Eine weitere Ausführung wäre allerdings das komplette zweite Lagerelement 18 als Quer- oder Längslenker einer Fahrzeugachse zu verwenden. Dieser Lenker hätte dann eine integrierte Dämpfereigenschaften.

Claims

Patentansprüche
Rotationsdämpfer (10) für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine über einen Antrieb (22) angetriebene, mit der Winkelgeschwindigkeit (ωφ) um eine Drehachse (12) rotierende Schwungmasse (14) über ein erstes Lagerelement (16) und zweites Lagerelement (18) kardanisch gelagert ist,
wobei die Schwungmasse (14) um den Drehwinkel (φ) drehbar am ersten Lagerelement (16) gelagert ist und das erste Lagerelement (16) um eine orthogonal zur Drehachse (12) der Schwungmasse (14) ausgerichteten ersten Achse (16a) um einen ersten Drehwinkel (Θ) drehbar am zweiten Lagerelement (18) gelagert ist und das zweite Lagerelement (18) um eine orthogonal zur ersten Achse (16a) ausgerichteten zweiten Achse (18a) um einen zweiten Drehwinkel (ψ) drehbar gelagert ist,
wobei das erste Lagerelement (16) mit einem Wellenantrieb (20) in Wirkverbindung steht und das zweite Lagerelement (18) über Mittel mit einem Radträger des Kraftfahrzeugs verbindbar ist,
wobei das erste Lagerelement (16) in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist, in deren Inneren die Schwungmasse (14) drehbar um den Drehwinkel (φ) gelagert ist, und
wobei das zweite Lagerelement (18) zwei orthogonal zur zweiten Achse (18a) ausgerichtete Lagerschenkel (18-1 , 18-2) und zwei parallel zur zweiten Achse (18a) ausgerichtete, die beiden Lagerschenkel (18-1 , 18-2) miteinander verbindende Lagerstreben (18-3,18-4) aufweisend ausgebildet ist, wobei das erste Lagerelement (16) zwischen den beiden Lagerstreben (18-3, 18-4) um den Winkel (Θ) drehbar gelagert ist. Rotationsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (14) in Form einer einen umlaufenden Ring (14a) aufweisenden Welle - Schwungwelle - ausgebildet ist, wobei die Schwungwelle (14a) als ein Hohlteil ausgebildet ist, in deren Inneren der Antrieb (22) angeordnet ist.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Schwungwelle (14) angeordnete Antrieb (22) als ein Elektromotor ausgebildet ist, dessen Stator mit dem ersten Lagerelement (16) fest verbunden ist und dessen Rotor die als Hohlteil ausgebildete Schwungwelle (14) ist.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die als Hohlteil ausgebildete Schwungwelle (14) eine Rippenstruktur aufweisend ausgebildet ist.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Ring (14a) aus einem vom restlichen Material der Schwungwelle (14a) unterschiedlichen Material ausgebildet ist, wobei das Material des umlaufenden Rings (14a) eine höhere Dichte als das restliche Material der Schwungwelle (14) aufweist.
Rotationsdämpfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerelement (16) in einem am zweiten Lagerelement (18) angeordneten Gehäuse (24) angeordnet ist.
Rotationsdämpfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenantrieb (20) des ersten Lagerelements (16) an einer Lagerstrebe (18-3) des zweiten
Lagerelements (18) angeflanscht ist.
8. Rotationsdämpfer nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen dem ersten Lagerelement (16) und dem zweiten Lagerelement (18) ein die
Drehbewegung des ersten Lagerelements (18) begrenzender An- schlag angeordnet ist, wobei der Anschlag derart angeordnet ist, dass der Drehwinkel (Θ) des ersten Lagerelements (16) auf ein Intervall -TT/2 < θ < +TT/2 begrenzt ist.
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