WO2003033935A1

WO2003033935A1 - Dämpfungsvorrichtung sowie verfahren zum bedämpfen von bewegungen in einer dämpfungsvorrichtung

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Publication number: WO2003033935A1
Application number: PCT/DE2002/003730
Authority: WO
Inventors: Andreas Wolff; Carsten Schuh; Thorsten Steinkopff; Michael Denzler
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2003-04-24
Also published as: EP1434953A1

Abstract

Es wird unter anderem beschrieben eine Dämpfungsvorrichtung (10), mit wenigstens einer Dämpfungseinrichtung (20), aufweisend wenigstens eine erste Kammer (21) für ein Dämpfungsmedium, wenigstens eine zweite Kammer (22) für ein Dämpfungsmedium und wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten (21) und der wenigstens einen zweiten (22) Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement (23), beispielsweise einen Kolben. Um eine Bedämpfung der Dämpfungsvorrichtung (10) insbesondere auch bei hochfrequenter Bewegung erreichen zu können, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass wenigstens eine erste Kammer (21) der ersten Dämpfungseinrichtung (20) über wenigstens eine Bypassleitung (11; 12, 13) mit wenigstens einer zweiten Kammer (22) der ersten Dämpfungseinrichtung (20) verbunden ist, dass in der Bypassleitung (11; 12, 13) wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung (30) angeordnet ist, dass die zweite Dämpfungseinrichtung (30) wenigstens ein bewegliches Dämpfungselement (33), beispielsweise einen Kolben, aufweist, und dass das bewegliche Dämpfungselement (33) der zweiten Dämpfungseinrichtung (30) zumindest zeitweilig mit einem als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildeten Antrieb (35) verbunden ist.

Description

Beschreibung

Dämpfungsvorrichtung sowie Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer Dämpfungsvorrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Dämpfungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer Dämpfungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 13.

Dämpfungsvorrichtungen sind bereits bekannt und werden auf vielfältigste Weise eingesetzt. Beispielsweise kommen derartige Dämpfungsvorrichtungen als Schwingungsdämpfer, auch Stoßdämpfer genannt, zum Einsatz. Schwingungsdämpfer haben die Aufgabe, auftretende Schwingungen schneller abklingen zu lassen. Solche Schwingungsdämpfer können beispielsweise aus einem Zylinder bestehen, in dem sich ein bewegliches Dämpfungselement, beispielsweise ein Kolben mit Kolbenstange auf- und abbewegen kann. Das Dämpfungselement unterteilt dabei den Zylinder in eine erste Kammer für ein Dämpfungsmedium sowie eine zweite Kammer für ein Dämpfungsmedium. Je nach Bewegungsrichtung des Dämpfungselements kann dabei das Volumen der ersten beziehungsweise zweiten Kammer vergrößert oder verkleinert werden. Solche Schwingungsdämpfer sind beispielsweise als hydraulische oder pneumatische Systeme ausgebildet.

Herkömmliche Dämpfungsvorrichtungen, beispielsweise hydraulische oder pneumatische Stoßdämpfer, arbeiten in der Regel nur in einem begrenzten Frequenzbereich der zu bedämpfenden Schwingungen beziehungsweise Bewegungen optimal. Insbesondere oberhalb dieser Frequenzen wird die Dämpfungsvorrichtung zunehmend steifer, wodurch deren Wirksamkeit reduziert wird. Wenn die Dämpfungsvorrichtung etwa als Hydrauliksystem ausgebildet ist, kann die zunehmende Steifigkeit beispielsweise durch sich verändernde Fließeigenschaften des Hydraulikmediums verursacht werden. Sobald ein solcher Zustand erreicht ist, hat dies zur nachteiligen Folge, daß die Dämpfungsvorrichtung im wesentlichen nur noch starre Körperbewegungen ausführen kann.

Aus der Literatur ist weiterhin eine als Stoßdämpfer für Automobilanwendungen ausgebildete Dämpfungsvorrichtung bekannt, die über einen piezokeramischen Aktor und Sensor verfügt. In „Development of Piezo-Electric Actuators and Sensors for Electronically Controlled Suspension, Fukami et al., JSAE Review, Vol. 12, Nr. 3, Seiten 48 bis 52" ist beschrieben, daß der Sensor zunächst Fahrbahnunebenheiten erkennt und dementsprechend den piezokeramischen Aktor ansteuert. Dieser wiederum betätigt ein Ventil, über das eine Bypassöffnung innerhalb des Stoßdämpferkolbens freigegeben wird. Dadurch soll der Dämpfungswert des Stoßdämpfers reduziert werden. Der Sensor, der Piezoaktor sowie das Ventil sind dabei im Kolben des Stoßdämpfers integriert. Dies führt jedoch zu einer konstruktiv aufwendigen und damit kostenintensiven Ausgestaltung der gesamten Dämpfungsvorrichtung .

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Dämpfungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer Dämpfungsvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß die im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll eine Möglichkeit geschaffen werden, mit der auf einfache und kostengünstige Weise auch hochfrequente Bewegungen wirksam bedämpft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer Dämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13. Weitere Vorteile, Merkmale, Details, Aspekte und Effekte der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, und umgekehrt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, daß mittels einer aktiven Regelung über wenigstens einen piezoelektrischen Aktor besonders gute Dämpfungseigenschaften der Dämpfungsvorrichtung erzielt werden können.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Dämpfungsvorrichtung bereitgestellt mit wenigstens einer ersten Dämpfungseinrichtung, aufweisend wenigstens eine erste Kammer für ein Dämpfungsmedium, wenigstens eine zweite Kammer für ein Dämpfungsmedium und wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement . Die Dämpfungsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (der ersten Dämpfungseinrichtung) über wenigstens eine Bypassleitung mit der zweiten Kammer (der ersten Dämpfungseinrichtung) verbunden ist, daß in der Bypassleitung wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung angeordnet ist, daß die zweite Dämpfungseinrichtung wenigstens ein bewegliches Dämpfungselement aufweist und daß das bewegliche Dämpfungselement der zweiten Dämpfungseinrichtung zumindest zeitweilig mit einem als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildeten Antrieb verbunden ist.

Durch die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung wird insbesondere eine piezoelektrische Bewegungskompensation von Dämpfungsvorrichtungen ermöglicht. Dabei beruht die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung im Wesentlichen auf den sehr kurzen Reaktionszeiten des Piezoeffekts, die typischerweise im Mikrosekundenbereich liegen. Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung besteht zunächst aus wenigstens einer ersten Dämpfungseinrichtung, wobei selbstverständlich auch mehr als eine erste Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein kann. Jede Dämpfungseinrichtung weist wenigstens eine erste Kammer für ein Dämpfungsmedium sowie wenigstens eine zweite Kammer für ein Dämpfungsmedium auf. Im einfachsten Fall besteht die Dämpfungseinrichtung folglich aus zwei Kammern. Je nach Ausgestaltung der Dämpfungsvorrichtung kann in den Kammern ein und dasselbe Dämpfungsmedium vorhanden sein. Es sind jedoch auch Ausgestaltungsvarianten für die Dämpfungsvorrichtung denkbar, bei denen in den einzelnen Kammern unterschiedliche Dämpfungsmedien vorhanden sind.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Arten von Dämpfungsvorrichtungen beschränkt. So kann es sich beispielsweise um hydraulische, pneumatische Dämpfungsvorrichtungen oder dergleichen handeln.

Die erste Kammer sowie die zweite Kammer der Dämpfungseinrichtung sind über wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement getrennt. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für das bewegliche Dämpfungselement beschränkt. Einige nicht ausschließliche Beispiele werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Vorteilhaft ist das bewegliche Dämpfungselement derart zwischen der/den ersten und zweiten Kammer (n) angeordnet, daß über dessen Bewegung das Volumen innerhalb der Kammern variiert werden kann.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß die wenigstens eine erste Kammer und die wenigstens eine zweite Kammer über eine Bypassleitung miteinander verbunden sind. Über die Bypassleitung kann Dämpfungsmedium von der ersten Kammer in die zweite Kammer eintreten und umgekehrt. Innerhalb der Bypassleitung ist wenigstens ein zweite Dämpfungseinrichtung angeordnet. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn eine einzige zweite Dämpfungseinrichtung in der Bypassleitung angeordnet ist. Es sind jedoch auch Ausgestaltungsvarianten denkbar, in denen mehr als eine zweite Dämpfungseinrichtung in der Bypassleitung angeordnet ist.

Die zweite Dämpfungseinrichtung, die im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert wird, weist wenigstens ein bewegliches Dämpfungselement auf. Dieses Dämpfungselement ist zumindest zeitweilig mit einem Antrieb verbunden, wobei der Antrieb für die Bewegung des Dämpfungselements sorgt. „Zumindest zeitweilig" bedeutet im vorliegenden Fall, daß der Antrieb nicht permanent mit dem Dämpfungselement verbunden sein muß. Dann können zwischen Antrieb und Dämpfungselement geeignete Verbindungsmittel, beispielsweise Schalter oder dergleichen, vorgesehen sein. Es ist jedoch auch denkbar, daß der Antrieb permanent mit dem Dämpfungselement verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der Antrieb für das Dämpfungselement als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildet ist. Die Bewegung des Dämpfungselements wird somit über den wenigstens einen Piezoaktor gesteuert.

Die zweite Dämpfungseinrichtung wird vorzugsweise nicht permanent betrieben. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß die zweite Dämpfungseinrichtung über eine Aktivierung des wenigstens einen Piezoaktors nur dann in Betrieb genommen wird, wenn die mittels der gesamten Dämpfungsvorrichtung zu dämpfenden Bewegungen so schnell sind, daß eine herkömmliche Dämpfungsvorrichtung, die beispielsweise nur aus einer wie oben beschriebenen ersten Dämpfungseinrichtung besteht, unwirksam wäre. Durch die vorliegende Erfindung wird es somit möglich, auch hochfrequente Bewegungen von Dämpfungsvorrichtungen zu bedampfen. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, daß bei niederfrequenten Bewegungen der Piezoaktor nicht angesteuert wird, und daß die Dämpfungsvorrichtung in diesem Fall in der herkömmlichen Weise arbeitet. Als „herkömmliche Weise" wird dabei eine Arbeitsweise verstanden, bei der in der Dämpfungsvorrichtung nur die wenigstens eine erste Dämpfungseinrichtung aktiv ist.

Bei dem vorgenannten Beispiel ist die Erfindung nicht auf bestimmte Bewegungsfrequenzen beschränkt. Die Frage, ab welcher Bewegungsfrequenz innerhalb der Dämpfungsvorrichtung die wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung zugeschaltet wird, ergibt sich je nach Bedarf und Anwendungsfall für die Dämpfungsvorrichtung .

Insbesondere dann, wenn die zweite Dämpfungseinrichtung zugeschaltet ist - etwa wenn die mittels der Dämpfungsvorrichtung zu bedämpfenden Bewegungen zu schnell sind - wird erreicht, daß der Fußpunkt der Dämpfungsvorrichtung in Ruhe verbleibt.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Ausgestaltungsformen für den wenigstens einen Piezoaktor beschränkt. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von Piezoaktoren beschränkt. Einige nicht ausschließliche Beispiele für geeignete Piezoaktoren werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert. Grundsätzlich können Piezoaktoren, beziehungsweise piezoelektrische Bauteile, als Vielschichtbauelemente mit einer Anzahl von jeweils alternierend angeordneten piezoelektrischen Schichten und Elektrodenschichten ausgebildet sein. Bei derartigen piezoelektrischen Aktoren wird der Effekt ausgenutzt, daß sich diese bei Anlegen einer elektrischen Spannung ausdehnen beziehungsweise zusammenziehen .

Vorzugsweise kann die wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung wenigstens eine erste Kammer für ein Dämpfungsmedium, wenigstens eine zweite Kammer für ein Dämpfungsmedium und wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten und der wenigstens einen zweiten Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement aufweisen. In einem solchen Fall weist die zweite Dämpfungseinrichtung eine im Vergleich zur ersten Dämpfungseinrichtung zumindest sehr ähnliche Bauweise auf, so daß diesbezüglich auf die vorstehenden Ausführungen zur ersten Dämpfungseinrichtung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen wird.

Bei einer entsprechenden Ausgestaltung der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung kann insbesondere vorgesehen sein, daß die erste Kammer der ersten Dämpfungseinrichtung über die Bypassleitung, beziehungsweise einen Teilbereich der Bypassleitung, mit der ersten Kammer der zweiten Dämpfungseinrichtung verbunden ist. Gleichzeitig kann die zweite Kammer der ersten Dämpfungseinrichtung über die Bypassleitung, beziehungsweise einen Teilbereich der Bypassleitung, mit der zweiten Kammer der zweiten Dämpfungseinrichtung verbunden sein.

Vorteilhaft kann das bewegliche Dämpfungselement der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung als Kolben ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Dämpfungsvorrichtung beispielsweise in einer wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschriebenen herkömmlichen Bauweise ausgestaltet sein. So ist es beispielsweise denkbar, daß die erste und/oder zweite Dämpfungseinrichtung zunächst einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben gleitbeweglich angeordnet ist. Über den Kolben wird der Zylinder in jeweils eine erste und eine zweite Kammer aufgeteilt. Innerhalb der Kammern befindet sich dann das Dämpfungsmedium, bei dem es sich beispielsweise um ein pneumatisches oder hydraulisches Medium handeln kann. Natürlich ist die Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, daß die Kammern der Dämpfungseinrichtung (en) trotz Ausbildung der Dämpfungselemente in Form von Kolben anders ausgestaltet sind. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene beispielhafte Ausgestaltung der Dämpfungselemente beschränkt. So ist es beispielsweise auch denkbar, daß die Dämpfungselemente in Form entsprechender Membrankonstruktionen oder dergleichen ausgebildet sind. Wichtig ist lediglich, daß die Dämpfungselemente in irgendeiner Form beweglich sind, so daß insbesondere über die Bewegung der Dämpfungselemente die Volumina innerhalb der einzelnen Kammern verändert werden können.

Vorzugsweise kann in der Bypassleitung wenigstens ein Ventil vorgesehen sein. Über ein derartiges Ventil kann die Verbindung zwischen der ersten Dämpfungseinrichtung und der zweiten Dämpfungseinrichtung je nach Wunsch gedrosselt oder gesperrt werden. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine bestimme Anzahl oder eine besondere Ausgestaltungsform der Ventile beschränkt. Wenn beispielsweise die einzelnen Kammern der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung in der wie weiter oben beschriebenen Weise über die Bypassleitung, beziehungsweise einen Teilbereich der Bypassleitung, miteinander verbunden sind, kann ein Ventil vorzugsweise in einem oder aber auch in beiden Teilbereichen der Bypassleitung vorgesehen sein.

In weiterer Ausgestaltung kann eine Steuereinrichtung für den wenigstens einen Piezoaktor und/oder das wenigstens eine Ventil vorgesehen sein. Über die Steuereinrichtung wird der Piezoaktor elektrisch angesteuert. Weiterhin kann über die Steuereinrichtung je nach Bedarf auch das wenigstens eine Ventil angesteuert werden. Dabei kann die Steuereinrichtung beispielsweise Mittel zum Erzeugen einer variablen elektrischen Spannung aufweisen. Wie im weiteren Verlauf der Beschreibung noch näher erläutert wird, ist die Höhe der elektrischen Spannung unter anderem für die Größe des Hubs des piezoelektrischen Aktors verantwortlich. Auf diese Weise lassen sich über die Steuereinrichtung gezielt unterschiedlich große Hübe im Piezoaktor realisieren. Vorteilhaft kann die Steuereinrichtung wenigstens einen elektronischen Rechner aufweisen. Weiterhin kann die Steuereinrichtung Mittel aufweisen, mit Hilfe derer der wenigstens eine Piezoaktor, beziehungsweise das wenigstens eine Ventil, gesteuert wird. Bei diesen Mitteln kann es sich beispielsweise um Bestandteile des wenigstens einen elektronischen Rechners, um elektronische Bauteile, Komponenten, Schaltungen, Schaltungsteile, um geeignete Programmittel, beziehungsweise Software, und dergleichen handeln.

Vorzugsweise kann zur Schaffung einer direkten Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung im Dämpfungselement der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung wenigstens eine Verbindungsöffnung vorgesehen sein. Diese Verbindungsöffnung ermöglicht den Durchfluß des Dämpfungsmediums, beispielsweise eines hydraulischen Mediums, zwischen den beiden Kammern, beziehungsweise den von diesen begrenzten Teilvolumina, bei hinreichend langsamer Bewegung des Dämpfungselements, beispielsweise eines Kolbens.

Vorteilhaft können die Grundflächen der Dämpfungselemente der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung in einem definierten Verhältnis zueinander ausgebildet sein. Wenn die Dämpfungselemente als Kolben ausgebildet sind, können die Kolbenflächen der Dämpfungselemente der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung vorzugsweise in einem definierten Verhältnis zueinander ausgebildet sein. Über das Verhältnis der Kolbenflächen kann die Aktorkennlinie des Piezoaktors an die erforderlichen Hübe und Kräfte angepaßt werden. Dabei ergibt sich ein geeignetes Verhältnis der Kolbenflächen je nach Ausgestaltung der Dämpfungsvorrichtung sowie nach deren Einsatzart. Natürlich kann die Hub- und Kraftübersetzung des wenigstens einen Piezoaktors auch auf andere Weise erreicht werden, so daß die Erfindung nicht auf das vorgenannte Beispiel beschränkt ist. In weiterer Ausgestaltung kann das bewegliche Dämpfungselement der zweiten Dämpfungseinrichtung wenigstens ein Rückführelement aufweisen. Dieses Rückführelement kann beispielsweise als Rückstellfeder, etwa als Schraubenfeder oder dergleichen, ausgebildet sein. Dabei ist die Erfindung nicht auf die zuvor beschriebenen Beispiele beschränkt. Über das Rückführelement kann eine Rückführung des beweglichen Dämpfungselements bewerkstelligt werden, etwa wenn der wenigstens eine Piezoaktor deaktiviert wurde.

Vorteilhaft kann der Piezoaktor mindestens einen Schichtverbund mit wenigstens einer piezoelektrisch aktiven Schicht und wenigstens einer Elektrodenschicht aufweisen. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von piezoelektrisch aktiven Schichten und Elektrodenschichten beschränkt. Weiterhin kann der Piezoaktor auch piezoelektrisch inaktive Schichten aufweisen. Die jeweils geeignete Ausgestaltung des Piezoaktors ergibt sich dabei je nach Anwendungsfall, insbesondere nach der Größe des durch den Piezoaktor zu erreichenden Hubs .

Bei der piezoelektrisch aktiven Schicht kann es sich beispielsweise um eine piezoelektrisch aktive Keramikschicht handeln. Unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das über die wenigstens eine Elektrodenschicht eingebracht wird, kommt es zu einem Ausdehnen beziehungsweise Zusammenziehen des Piezoaktors. Dabei hängt das Ausmaß des Hubs unter anderem von der Stärke des elektrischen Feldes ab, das in der piezoelektrisch aktiven Schicht wirkt.

Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des piezoelektrischen Aktors kann dieser zumindest eine piezoelektrisch aktive und zumindest eine piezoelektrisch inaktive Schicht aufweisen. In weiterer Ausgestaltung kann der Piezoaktor beispielsweise mindestens einen Schichtverbund mit wenigstens einer ersten piezoelektrischen Keramikschicht, wenigstens einer zweiten piezoelektrischen Keramikschicht sowie wenigstens einer zwischen der ersten und zweiten Keramikschicht angeordneten Elektrodenschicht aufweisen. Bei den piezoelektrischen Keramikschichten kann es sich vorteilhaft um piezoelektrisch aktive Keramikschichten handeln.

Beispielsweise besteht ein derartiger Schichtverbund aus mehreren piezoelektrisch aktiven Keramikschichten und dazwischen angeordneten Elektrodenschichten. Jede der inneren Elektrodenschichten dient der Erzeugung der elektrischen Felder in den benachbarten piezoelektrisch aktiven Keramikschichten. Jede der piezoelektrisch aktiven Keramikschichten ist in bestimmter Weise polarisiert. Beim Polarisieren werden bei Anlegen alternierender Polaritäten an benachbarten Elektrodenschichten in benachbarten Keramikschichten entgegengesetzte Polarisationsrichtungen erzeugt. Durch die elektrische Ansteuerung der Elektrodenschichten im Betrieb des Piezoaktors, das heißt durch Erzeugung elektrischer Felder parallel zu den Polarisationsrichtungen, kommt es zu Abmessungsänderungen innerhalb der Keramikschichten. Die Keramikschichten werden dadurch in Richtung des Aktuatorhubs verkürzt, beziehungsweise verlängert.

Um eine möglichst gute Abstimmung der Abmessungsänderungen innerhalb der einzelnen Schichten des Piezoaktors zu erhalten, ist vorteilhaft jeweils zwischen zwei piezoelektrisch aktiven Keramikschichten eine Elektrodenschicht vorhanden. Die Elektrodenschicht ist im Vergleich zu den Keramikschichten vorteilhaft sehr dünn. Mit Hilfe der Elektrodenschicht wird jeweils eine bestimmte Polarisation der benachbarten Keramikschichten erzeugt. Zudem dient die Elektrodenschicht zur Erzeugung der für die Abmessungsänderungen der Einzelschichten des Piezoaktors benötigten elektrischen Felder. Sowohl die Polarisationen als auch die elektrischen Felder, beziehungsweise die Stärken der elektrischen Felder, können sehr einfach und genau eingestellt werden, was beispielsweise mittels der weiter oben beschriebenen Steuereinrichtung realisiert wird.

Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf bestimmte Materialien für die piezoelektrisch aktiven beziehungsweise inaktiven Schichten beschränkt. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß die einzelnen piezoelektrischen Schichten jeweils aus dem gleichen oder aber aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Vorzugsweise können die piezoelektrischen Schichten als Keramikschichten, insbesondere als Bleizirkonattitanatschichten (PZT) ausgebildet sein. Die Elektrodenschichten können beispielsweise aus einer Silber- Palladium-Paste hergestellt sein. Natürlich sind auch andere Materialien für die Elektrodenschichten denkbar.

Vorteilhaft können alle Keramikschichten ein gleiches Keramikmaterial aufweisen. Das hat beispielsweise den Vorteil, daß bei hinreichend gleicher Polarisation der Keramikschichten nahezu keine Biegung auf Grund eines unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterschiedlichen Keramikmaterials auftritt. Es kommt daher zu keiner thermisch induzierten Abmessungsänderung innerhalb der einzelnen Schichten. Denkbar ist aber auch, daß die Keramikschichten unterschiedliches Keramikmaterial aufweisen. Vorteilhaft ist dabei, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Keramikmaterialien ähnlich sind.

Je nach Ausgestaltungsform des Piezoaktors können die piezoelektrischen Schichten im Wesentlichen gleiche Schichtdicken aufweisen. „Im Wesentlichen gleich" bedeutet in diesem Fall, daß eine Toleranz von bis zu 10 % zulässig sein kann. Selbstverständlich ist auch denkbar, daß die Schichten unterschiedliche Schichtdicken aufweisen.

In weiterer Ausgestaltung kann der Schichtverbund als monolithischer Schichtverbund ausgebildet sein. Monolithisch bedeutet in diesem Fall, daß der Schichtverbund durch gemeinsames Sintern (Co-Firing) der piezoelektrischen Schichten, insbesondere der Keramikschichten und der dazwischen angeordneten Elektrodenschichten, hergestellt werden kann. Beispielsweise werden zum Herstellen eines monolithischen Schichtverbunds mehrere mit Elektrodenmaterial bedruckte keramische Grünfolien übereinander gestapelt, laminiert, gegebenenfalls entbindert und nachfolgend gesintert .

Vorzugsweise kann mehr als ein Schichtverbund vorgesehen sein, wobei jeder Schichtverbund Bestandteil eines Stapels ist. Auf diese Weise werden mehrere Schichtverbünde, insbesondere monolithische Schichtverbünde, zu einem einzigen Stapel, der dann den Piezoaktor bildet, zusammengefaßt.

In weiterer Ausgestaltung kann der Piezoaktor Sensormittel zur Regelung der Ansteuerung des Piezoaktors aufweisen. Auf diese Weise kann der Piezoaktor gleichzeitig auch als entsprechender Sensor in einem Regelkreis dienen. Das bedeutet, daß ein entsprechendes, vom Piezoaktor in Funktion als Sensor geliefertes Signal zur nachfolgenden Regelung der Ansteuerung des Piezoaktors verwendet werden kann.

Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, daß das Sensormittel als wenigstens eine elektrisch nicht angesteuerte Schicht des Piezoaktors ausgebildet ist. In einer derartigen Ausgestaltungsform kann die wenigstens eine zusätzliche, elektrisch nicht angesteuerte Schicht im Piezoaktor beispielsweise dazu benutzt werden, um elektronisch auswertbare Signale über die an dem mit dem Piezoaktor verbundenen beweglichen Dämpfungselement wirksamen Kräfte zu erhalten. Diese Signale können zur Regelung des Piezoantriebs genutzt werden, beispielsweise um eine optimale Arbeitsweise des Piezoaktors zu ermöglichen. In weiterer Ausgestaltung kann wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung der Bewegung des beweglichen Dämpfungselements der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung vorgesehen sein. Die von dem Sensorelement erfaßten Werte können an die Steuereinrichtung weitergeleitet und dort in geeigneter Weise weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann über ein entsprechendes Sensorelement die Bewegungsfrequenz des beweglichen Dämpfungselements in der ersten Dämpfungseinrichtung erfaßt werden. Die gemessenen Bewegungswerte können beispielsweise in Form von Istwerten an die Steuereinrichtung weitergeleitet werden, wo sie mit einem Sollwert für die Bewegungsfrequenz verglichen werden. Wenn bei einer entsprechenden Soll-Ist-Analyse eine Übereinstimmung der Bewegungsfrequenzwerte festgestellt wird, das heißt der Sollwert erreicht wird, kann über die Steuereinrichtung beispielsweise die zweite Dämpfungseinrichtung aktiviert werden, was über eine entsprechende Ansteuerung des wenigstens einen Piezoaktors erfolgt .

Zusammenfassend ist es durch die wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung nunmehr möglich, passive (beispielsweise die erste Dämpfungseinrichtung) und aktive (beispielsweise die zweite Dämpfungseinrichtung) Dämpfungseinrichtungen für unterschiedliche Hübe und Frequenzen zu kombinieren. Weiterhin ist die Realisierung einer intrinsischen Hubübersetzung für die zweite Dämpfungseinrichtung möglich. Durch die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung lassen sich auf einfache Weise insbesondere die Kammervolumina von hydraulischen und pneumatischen Dämpfersystemen piezoelektrisch steuern. Die Regelung dieses Vorgans kann dabei durch Sensoreigenschaften des wenigstens einen Piezoaktors selbst unterstützt werden.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer wie vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung bereitgestellt, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß bei Erreichen einer definierten Bewegungsfrequenz des bewegliches Dämpfungselernents der wenigstens einen ersten Dämpfungseinrichtung die wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung aktiviert wird, indem das bewegliche Dämpfungselement der zweiten Dämpfungseinrichtung zumindest zeitweilig über den als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildeten Antrieb angetrieben wird.

Dabei kann zum Antreiben des beweglichen Dämpfungselernents der zweiten Dämpfungseinrichtung der Piezoaktor vorteilhaft über die Steuereinrichtung angesteuert werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einfache und kostengünstige Weise eine piezoelektrische

Bewegungskompensation von Dämpfungsvorrichtung, insbesondere bei hohen Bewegungsfrequenzen, möglich. Zu den Vorteilen, Wirkungen und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei auf die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Nachfolgend wird nun die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 in schematischer Ansicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dämpfungsvorrichtung .

Die in Figur 1 dargestellte Dämpfungsvorrichtung 10 besteht zunächst aus einer ersten Dämpfungseinrichtung 20 sowie einer zweiten Dämpfungseinrichtung 30. Dabei ist die Erfindung nicht auf eine bestimmte Anzahl von ersten und zweiten Dämpfungseinrichtungen 20, 30 beschränkt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der besseren Übersicht halber jeweils nur eine erste Dämpfungseinrichtung 20 sowie eine zweite Dämpfungseinrichtung 30 dargestellt. Die erste Dämpfungseinrichtung 20 besteht aus einer ersten Kammer 21, einer zweiten Kammer 22 sowie einem zwischen den beiden Kammern 21, 22 befindlichen, beweglichen Dämpfungselement 23, das im vorliegenden Beispiel als Kolben ausgebildet ist. Die erste Dämpfungseinrichtung 20 weist dazu ein zylindrisches Gehäuse 26 auf, in dem der Kolben 23 gleitbeweglich angeordnet ist. Die Richtung der Kolbenbewegung ist dabei durch den Pfeil 25 angegeben. Der Kolben 23 unterteilt das Gehäuse 26 in die beiden Kammern 21 und 22. Beide Kammern 21, 22 sind mit einem Dämpfungsmedium befüllt, bei dem es sich beispielsweise um ein pneumatisches oder hydraulisches Dämpfungsmedium handeln kann. Wenn der Kolben 23 in Richtung 25 bewegt wird, wird dadurch die erste Kammer 21 sowie die zweite Kammer 22 entweder vergrößert oder verkleinert. Der Kolben 23 separiert somit zwei Teilvolumina des Dämpfungsmediums . Im Kolben 23 sind weiterhin Verbindungsöffnungen 24 eingearbeitet, die den Durchfluß des Dämpfungsmediums zwischen den beiden Teilvolumina, das heißt den Kammern 21, 22 bei hinreichend langsamer Bewegung des Kolbens 23 ermöglichen.

Eine Dämpfungsvorrichtung mit einem derartigen, allein aus der ersten Dämpfungseinrichtung 20 bestehenden Aufbau ist aus dem S.tand der Technik bereits grundsätzlich bekannt. Derartige herkömmliche Dämpfungsvorrichtungen 10 arbeiten jedoch nur in einem begrenzten Frequenzbereich der zu bedämpfenden Schwingungen optimal . Insbesondere oberhalb dieser Frequenzen wird die Dämpfungsvorrichtung 10 zunehmend steifer, wodurch diese ihre Wirksamkeit verliert. Um eine derartige Dämpfungsvorrichtung 10 nunmehr auch bei hochfrequenten Bewegungen wirksam bedampfen zu können, ist eine weitere, die zweite Dämpfungseinrichtung 30 vorgesehen.

Die zweite Dämpfungseinrichtung 30 ist innerhalb einer Bypassleitung 11 angeordnet, über die die Kammer 21 der ersten Dämpfungseinrichtung 20 mit deren zweiter Kammer 22 verbunden ist. Ähnlich wie die erste Dämpfungseinrichtung 20 weist auch die zweite Dämpfungseinrichtung 30 zunächst ein zylindrisches Gehäuse 37 auf, innerhalb dessen ein Dämpfungselement 33, im vorliegenden Beispiel ein Kolben, gleitbeweglich angeordnet ist. Der Kolben 33 unterteilt das Gehäuse 37 wiederum in eine erste Kammer 31 sowie eine zweite Kammer 32 mit jeweils veränderlichen Teilvolumina. Die Kammern 31 und 32 sind dabei wiederum zur Aufnahme eines entsprechenden Dämpfungsmediums ausgebildet.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Kammer 21 der ersten Dämpfungseinrichtung 20 über einen Teilbereich 12 der Bypassleitung 11 mit der ersten Kammer 31 der zweiten Dämpfungseinrichtung 30 verbunden. Weiterhin ist die zweite Kammer 22 der ersten Dämpfungseinrichtung 30 über einen Teilbereich 13 der Bypassleitung 11 mit der zweiten Kammer 32 der zweiten Dämpfungseinrichtung verbunden. Zum Steuern eines Mediumflusses zwischen den einzelnen Kammern kann beispielsweise wenigstens ein entsprechend ausgestaltetes Ventil (nicht dargestellt) vorgesehen sein, das beispielsweise in einem oder beiden Teilbereichen 12, 13 der Bypassleitung 11 angeordnet sein kann.

Der Kolben 33 ist zumindest zeitweilig mit einem entsprechenden Antrieb 35 verbunden, bei dem es sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel um wenigstens einen Piezoaktor handelt. Der Piezoaktor 35 wiederum ist mit einer Steuereinrichtung 38 verbunden, über die dieser elektrisch angesteuert werden kann. Wenn nun der Piezoaktor 35 in der wie weiter oben beschriebenen Weise über die Steuereinrichtung 38 angesteuert wird, führt dieser einen entsprechenden Hub aus, so daß sich der Kolben 33 innerhalb des Gehäuses 37 bewegen kann, wobei die Bewegungsrichtung des Kolbens 33 durch den Pfeil 34 dargestellt ist. Die Rückführung des Kolbens 33 kann beispielsweise durch ein geeignetes Rückführelement 36, im vorliegenden Fall eine Rückstellfeder, bewerkstelligt werden. Weiterhin kann der Piezoaktor 35 zusätzliche, elektrisch nicht angesteuerte Schichten aufweisen, die als Sensormittel herangezogen werden können, um elektronisch auswertbare Signale über die am Kolben 33 wirksamen Kräfte zu erhalten. Diese Signale können dann an die Steuereinrichtung 38 weitergeleitet und dort zur Regelung des Piezoantriebs genutzt werden, um eine optimale Arbeitsweise zu ermöglichen.

Schließlich können weitere Sensorelemente (nicht dargestellt) zur Erfassung der Bewegung der Kolben 23 und/oder 33 vorgesehen sein. Diese von den Sensorelementen erfaßten Werte können dann an die Steuereinrichtung 38 weitergeleitet und in dieser weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann über ein entsprechendes Sensorelement die Bewegungsfrequenz des Kolbens 23 in der ersten Dämpfungseinrichtung 20 gemessen werden. Wenn diese einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird von der Steuereinrichtung 38 die zweite Dämpfungseinrichtung 30 aktiviert, indem der Piezoaktor 35 angesteuert wird. Wenn die Bewegungsfrequenz des Kolbens 23 unterhalb des festgelegten Grenzwerts liegt, kann vorgesehen sein, daß der Piezoaktor 35 nicht angesteuert wird, so daß die Dämpfungsvorrichtung 10 in der herkömmlichen Weise arbeitet, was bedeutet, daß nur die erste

Dämpfungseinrichtung 20 in Betrieb ist. In einem solchen Fall kann die Verbindung zwischen der ersten Dämpfungseinrichtung 20 und der zweiten Dämpfungseinrichtung 30 zusätzlich über die weiter oben beschriebenen - in der Bypassleitung 11 befindlichen Ventile - gesperrt oder gedrosselt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Dämpfungsvorrichtung, mit wenigstens einer ersten Dämpfungseinrichtung (20) aufweisend wenigstens eine erste Kammer (21) für ein Dämpfungsmedium, wenigstens eine zweite Kammer (22) für ein Dämpfungsmedium und wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten (21) und der wenigstens einen zweiten (22) Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement (23), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (21) über wenigstens eine Bypassleitung (11; 12, 13) mit der zweiten Kammer (22) verbunden ist, daß in der Bypassleitung (11; 12, 13) wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung (30) angeordnet ist, daß die zweite Dämpfungseinrichtung (30) wenigstens ein bewegliches Dämpfungselement (33) aufweist und daß das bewegliche Dämpfungselement (33) der zweiten Dämpfungseinrichtung

(30) zumindest zeitweilig mit einem als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildeten Antrieb (35) verbunden ist.

2. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung (30) wenigstens eine erste Kammer

(31) für ein Dämpfungsmedium, wenigstens eine zweite Kammer (32) für ein Dämpfungsmedium und wenigstens ein zwischen der wenigstens einen ersten (31) und der wenigstens einen zweiten (32) Kammer angeordnetes bewegliches Dämpfungselement (33) aufweist.

3. Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Dämpfungselement (23, 33) der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung (20, 30) als Kolben ausgebildet ist.

4. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypassleitung (11; 12, 13) wenigstens ein Ventil vorgesehen ist.

5. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (38) für den wenigstens einen Piezoaktor (35) und/oder das wenigstens eine Ventil vorgesehen ist.

6. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung einer direkten Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer (21, 22; 31, 32) der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung (20, 30) im Dämpfungselement (23, 33) der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung (20, 30) wenigstens eine Verbindungsöffnung (24) vorgesehen ist.

7. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundflächen der Dämpfungselemente (23, 33) der ersten und zweiten Dämpfungseinrichtung (20, 30) in einem definierten Verhältnis zueinander ausgebildet sind.

8. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Dämpfungselement (33) der zweiten Dämpfungseinrichtung

(30) wenigstens ein Rückführelement (36) aufweist.

9. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor (35) mindestens einen Schichtverbund mit wenigstens einer piezoelektrisch aktiven Schicht und wenigstens einer Elektrodenschicht aufweist.

10. Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Piezoaktor (35) Sensormittel zur Regelung der Anteuerung des Piezoaktors (35) aufweist.

11.Dämpfungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormittel als wenigstens eine elektrisch nicht angesteuerte Schicht des Piezoaktors (35) ausgebildet ist.

12.Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Sensorelement zur Erfassung der Bewegung des beweglichen Dämpfungselernents (23, 33) der ersten und/oder zweiten Dämpfungseinrichtung (20, 30) vorgesehen ist.

13. Verfahren zum Bedampfen von Bewegungen in einer

Dämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen einer definierten Bewegungsfrequenz des beweglichen Dämpfungselements der wenigstens einen ersten Dämpfungseinrichtung die wenigstens eine zweite Dämpfungseinrichtung aktiviert wird, indem das bewegliche Dämpfungselement der zweiten Dämpfungseinrichtung zumindest zeitweilig über den als wenigstens ein Piezoaktor ausgebildeten Antrieb angetrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antreiben des beweglichen Dämpfungselements der zweiten Dämpfungseinrichtung der Piezoaktor über die Steuereinrichtung angesteuert wird.