Die Erfindung betrifft einen Energie rekuperierenden Fluidschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Konventionelle Schwingungsdämpfer, wie sie z. B. in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, arbeiten nach dem Prinzip, dass Bewegungsenergie aufgrund einer äußeren Anregung über die Verdrängung von einem Dämpfungsfluid durch eine Drossel in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme wird dann über die Wandung des Schwingungsdämpfers ggf. durch die Ausnutzung von Fahrtwind abgeführt. Die großen Vorteile dieses Bauprinzips liegen in der Einfachheit des Schwingungsdämpfers und der langjährigen Erfahrung in der Produktionstechnik.

Mit diesem Bauprinzip ist aber auch der Nachteil verbunden, dass die erzeugte Energie ungenutzt abgeführt wird. Aus diesem Grund gibt es schon länger das Bestreben, die durch die Anregung des Schwingungsdämpfers erzeugte Energie auszunutzen. Die WO 2009/060296 A2 beschreibt einen Schwingungsdämpfer, bei dem ein Flu- idstrom einen Hydraulikmotor antreibt, der mit einem Generator verbunden ist. Dadurch steht die aus der Anregung erzeugte Energie in Form von elektrischem Strom zur Verfügung.

Des Weiteren offenbart die WO 2009/060296 A2 eine Notbetriebsfunktion. Steigt der Druck in einer Fluidleitung zum Hydraulikmotor, dann öffnet ein parallel geschaltetes Druckbegrenzungsventil.

Das Funktionsprinzip enthält den Nachteil, dass größere Änderungen der Kolbenstangengeschwindigkeit genauso auch die Erzeugung der elektrischen Energie be- einflusst. Des Weiteren wird keine Lösung für das Problem einer übergroßen Leckage im Hydraulikmotor aufgezeigt. Bei einer derartigen Leckagen könnte bei einer Kolbenstangenbewegung Fluid zwischen den beiden Arbeitsräumen nahezu drosselfrei umgepumpt werden, so dass keine ausreichende Dämpfkraft vorläge. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu minimieren.

Erfindungsgemäß wird eine Teilaufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich zum Ausgleichsraum ein Druckspeicher vorgesehen ist, der mit dem Fluidmotor verbunden und parallel geschaltet ist.

Der zusätzliche Druckspeicher nimmt die bei plötzlichen Anregungsänderungen auftretenden Druckschwankungen auf und sorgt damit für einen gleichmäßigeren Antrieb des Fluidmotors. Damit sinkt auch die mechanische Belastung des Fluidmotors.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist der Abfluss von Druckfluid aus dem Druckspeicher direkt in den Arbeitsraum durch mindestens ein Rückschlagventil gesperrt. Damit ist der Vorteil verbunden, dass der Druckspeicher sich nicht entleert und z. B. entsprechend einer zusätzlichen Federkraft einen Fahrzeugaufbau anhebt.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Stationärdruck im zusätzlichen Druckspeicher größer ist als ein Arbeitsdruck bei maximaler Nutzung des Ausgleichsraums. Mit dieser Maßnahme soll erreicht werden, dass der zusätzliche Druckspeicher nicht als Ausgleichsraum für alle Anregungen auf den Schwingungsdämpfer dienen soll, sondern lediglich Druckspitzen ausgleichen soll.

Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass pro Anströmungsrichtung zum Fluidmotor ein separater zusätzlicher Druckspeicher angeschlossen ist. Damit besteht die Möglichkeit die zusätzlichen Druckspeicher unabhängig voneinander auf die Erfordernisse abzustimmen.

Im Hinblick auf eine bauraumsparende Konstruktion des Schwingungsdämpfers wird der Verdränger von einer Kolben-Kolbenstange-Baugruppe gebildet, wobei der zusätzlich Druckspeicher innerhalb dieser Baugruppe angeordnet ist. Dabei kann man vorsehen, dass die Kolbenstange rohrförmig ausgeführt ist und der zusätzliche Druckspeicher innerhalb der Kolbenstange angeordnet ist. Diese Variante ermöglicht ein sehr großes Druckspeichervolumen.

Alternativ kann der Druckspeicher auch innerhalb des Kolbens angeordnet sein. Diese Variante ist insbesondere für die Schaffung von Bauraum für den Anschluss des Fluidmotors vorteilhaft, da dann durch die hohle Kolbenstange Leitungen o. ä. verlegt werden können.

Eine zweite Teilaufgabe wird dadurch gelöst, dem Fluidmotor ein Notbetrieber- kennungsventil vorgeschaltet ist, das bei Vorliegen eines Notbetriebs einen Fluiden- strom einem Dämpfventil zuführt. Das Dämpfventil kann als konventionelles Ventil mit Ventilscheiben ausgeführt sein, so dass eine fahrzeuggerechte Dämpfkraftkennlinie vorliegt.

So wird das Notbetrieberkennungsventil von einem Steuerdruck betätigt, der proportional einem Zugangsdruck zum Fluidmotor ist.

Des Weiteren wird das Notbetrieberkennungsventil von einem Steuerdruck betätigt wird, der proportional einem Ausgangsdruck vom Fluidmotor ist. Liegt z. B. eine übergroße Leckage vor, dann schaltet das Notbetrieberkennungsventil den Fluidstrom in Richtung des Dämpfventils.

Durch einen Druckvergleich beider Steuerdrücke können alle auftretenden Druckabweichungen am oder im Fluidmotor erkannt werden.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Schwingungsdämpfe mit einem zusätzlichen Druckspeicher Fig. 2 Schwingungsdämpfer mit einem zusätzlichen Druckspeicher pro Arbeitsrichtung

Fig. 3 Schwingungsdämpfer mit einem Notbetrieberkennungsventil

Die Figur 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Schwingungsdämpfers 1, der einen Zylinder 3 aufweist, in der ein Verdränger eine axiale Betriebsbewegung ausführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Bauform eingeschränkt. Als Verdränger dient eine Kolben-Kolbenstangenbaugruppe, wobei ein Kolben 5 fest mit einer Kolbenstange 7 verbunden ist. Der Kolben unterteilt den Zylinder in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11 , wobei bei beide Arbeitsräume 9; 11 vollständig mit einem Druckfluid gefüllt sind, z. B, Hydrauliköl. Eine Kolbendichtung 13 verhindert ein seitliches Umströmen des Kolbens 5. Das von der Kolbenstange 7 verdrängte Volumen wird von einem Ausgleichsraum 15 aufgenommen, der in Abhängigkeit der Bauform ggf. eine Druckvorspannung auf die Arbeitsräume 9; 11 ausübt. In diesem Ausführungsbeispiel trennt ein Trennkolben den Ausgleichsraum 15 vom kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 11 , wobei aber auch andere Bauformen 9; 11 möglich sind.

Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der Kolben 5 ein Fluidleitungsnetz 17 aufweist, in dem Rückschlagventile für eine Gleichrichtung des Druckfluidstroms zu einem Fluidmotor 27 sorgen, der wiederum einen Generator 29 zur Erzeugung von elektrischer Energie antreibt. Das Fluidleitungsnetz 17 verbindet über zwei parallel geschaltete Hauptleitungen die beiden Arbeitsräume 9; 11. Beide Hauptleitungen umfassen einen Zuleitungsabschnitt 31 ; 33 und einen Ableitungsabschnitt 35; 37. In den Zuleitungsabschnitten 31; 33 sind Rückschlagventile 19; 21 mit einer Öffnungsfunktion zum Fluidmotor 27 angeordnet. Die Ableitungsabschnitte 35; 37 weisen die Rückschlagventile 23; 25 mit einer Öffnungsfunktion in Richtung der Arbeitsräume 9; 11 auf. In einer Verbindungsleitung 39 zwischen den beiden Hauptleitungen ist der Fluidmotor 27 eingebunden.

In einer Parallelverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 ist ein Druckbegrenzungsventil 43 angeordnet, das oberhalb eines definierten Druckniveaus öffnet und damit eine Überlastung des Schwingungsdämpfers 1 verhindert. Zusätzlich zum Ausgleichsraum 15 ist ein Druckspeicher 45 vorgesehen, der einerseits mit dem Fluidmotor 27 über die Verbindungsleitung 39 verbunden und zu dem Fluidmotor 27 funktional parallel geschaltet ist. Der Druck an einer Eingangsseite des Fluidmotors 27 ist proportional dem Druck im Druckspeicher 45. Durch die Rückschlagventile 19; 21 und dem Fluidmotor 27 ist der Abfluss von Druckfluid aus dem Druckspeicher 45 direkt in einen der Arbeitsräume 9; 11 gesperrt. Folglich kann der Druckspeicher 45 keine Ausfahrkraft auf die Kolbenstange 7 ausüben. Beispielhaft ist der Druckspeicher 45 innerhalb der Kolben-Kolbenstangen-Baugruppe angeordnet. In Abhängigkeit der Bauraumverhältnisse und der Dimensionierung des Druckspeichers 45 kann man die Kolbenstange 7 rohrförmig ausführen und damit den Druckspeicher 45 innerhalb der Kolbenstange 7 anordnen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Druckspeicher 45 direkt im Kolben 5 zu platzieren.

Das Druckniveau im zusätzlichen Druckspeicher 45 ist auf ein Druckniveau im Ausgleichsraum 15 abgestimmt. So Ist ein Stationärdruck im Druckspeicher 45, der sich bei stillstehender Kolbenstange und bei maximaler Nutzung des Ausgleichsraums 15, d. h. maximale Kompression, auftritt, größer als ein unter diesen Bedingungen herrschender Arbeitsdruck im Ausgleichsraum 15.

Bei einer Kompression des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 9 aufgrund einer äußeren Anregung des Schwingungsdämpfers 1 wird Druckfluid über das geöffnete Rückschlagventil 19 in den Zuleitungsabschnitt 31 verdrängt. Gleichzeitig ist das Rückschlagventil 21 im Zuleitungsabschnitt 33 geschlossen, so dass eine Direktverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 blockiert ist. Das Druckfluid strömt von dem Zuleitungsabschnitt 33 zum Fluidmotor 27 und zum Speicher 45. Führt die Anregung zu einem derart großen Volumenstrom, so dass die Grenze des Schluckvermögens des Fluidmotors 27 überschritten ist, dann fließt das überschüssige Volumen in den Speicher 45. Sinkt der Volumenstrom aufgrund einer Veriangsamung der Kolbenstangenbewegung, dann baut sich das Druckniveau im Druckspeicher 45 wieder ab, indem Druckfluid aus dem Druckspeicher 45 dem Fluidmotor 27 zugeführt und über den Ableitungsabschnitt 37 in den kolbenstangenfemen Arbeitsraum 11 abfließt. Wenn das maximale Speichervolumen des Druckspeichers 45 erreicht ist und trotzdem noch ein kritischer Druck im Fluidleitungsnetz 17 anliegt, dann öffnet das parallel geschaltete Druckbegrenzungsventil 43 und gibt die Parallelverbindung 41 frei. Mit dem Druckspeicher 45 werden Druckspitzen innerhalb des Fluidleitungsnetzes geglättet und damit ein gleichmäßigerer Lauf des Fluidmotors 17 erreicht.

Die Figur 2 zeigt eine Abwandlung zur Fig. 1 , bei der pro Anströmrichtung des Kolbens 5, bzw. pro Bewegungsrichtung der Kolbenstange 7 bezogen auf den Fluidmo- tor 27a; 27b mit den Generatoren 29a; 29b ein separater Druckspeicher 45a; 45b angeschlossen ist. In diesem Fall liegen zwei völlig getrennte Fluidleitungsnetzwerke 17a; 17b vor, die zusätzlich ein separates Druckbegrenzungsventil 43a, 43b aufweisen. Dafürwird pro Fluidleitungsnetzwerk 17a; 17b jeweils nur ein einziges Rückschlagventil 23, 25 benötigt. Der Vorteil dieser Bauform besteht darin, dass eine von der Bewegungsrichtung der Kolbenstange 5 abhängige Funktion des Fluidmotors 27a; 27b und damit der Erzeugung von elektrischer Energie erreicht wird.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform basierend auf der Variante nach Fig. 1. In dem Fluidleitungsnetz 17 ist ein Notbetrieberkennungsventil 47 in der Bauform eines 2/3-Wegeventils eingebunden. Das Notbetrieberkennungsventil 47 ist dem Fluidmotor vorgeschaltet und führt bei Vorliegen eines Notbetriebs einen Fluidenstrom einem Dämpfventil 49; 51 zu. Als Dämpfventile 49; 51 dienen allgemein bekannte Drosselöffnungen in Verbindung mit mindestens einer Ventilscheibe. Diese Bauform ermöglicht auch im Notbetriebstatus eine gute Dämpfkraftcharakteristik.

Angesteuert wird das Notbetrieberkennungsventil 47 über eine erste Steuerleitung 53 mit einem Steuerdruck proportional einem Fluidendruck pi zum Fluidmotor 27, d. h. eingangsseitig zum Fluidmotor 27. Der eingangsseitige Druck pi am Fluidmotor 27 ist bei intaktem Fluidmotor stets größer als ein Ausgangsdruck p ₂ vom Fluidmotor. Ein zweiter Steuerdruck ist proportional dem Ausgangsdruck p ₂ und wirkt dem ersten Steuerdruck über eine zweite Steuerleitung 55 am Notbetrieberkennungsventil 47 entgegen. Eine Stellfeder 57 stabilisiert eine Normalbetriebstellung 1 des Notbetrieberkennungs- ventils 47, wie sie in der Fig. 3 dargestellt ist. Bei einer Kolbenbewegung in Richtung des kolbenstangenseitigen Arbeitsraums 9 wird Druckfluid durch das geöffnete Rückschlagventil 19 und den Zuleitungsabschnitt 31 dem Fluidmotor 27 zugeführt. Der Eingangsdruck p ₁ steht somit am Fluidmotor 27, am zusätzlichen Druckspeicher 45 und über die erste Steuerleitung 53 am Notbetrie- berkennungsventil 47 an. Wenn der Fluidmotor und der zusätzliche Druckspeicher bestimmungsgemäß funktionieren, dann nimmt das Notbetrieberkennungsventil 47 die besagte Normalbetriebstellung 1 ein. Eine Bypassleitung 59 ausgehend von den Zuleitungsabschnitten 31 ; 33 zum Eingangsanschluss des Notbetrieberkennungsventil 47 ist von einem Ausgangsanschluss getrennt. Damit fließt das gesamte verdrängte Druckfluid durch den Fluidmotor 27, ggf. in den zusätzlichen Druckspeicher 45. Der Schwingungsdämpfer wandelt damit Bewegungsenergie über den Fluidmotor 27 in Kombination mit dem Generator 29 in elektrische Energie um.

Tritt der Fall, dass z. B. der Fluidmotor 27 blockiert ist, dann steigt der eingangs- seitige Druck p ₁ über ein definiertes Niveau zum ausgangsseitigen Druck p ₂ an. Der Differenzdruck p ₁ minus P ₂ wirkt zumindest proportional auf das Notbetrieberkennungsventil 47, das dann die Schaltstellung 2 einnimmt und eine erste Abflussleitung 61 ausgehend vom Notbetrieberkennungsventil 47 zum Dämpfventil 49 freigibt. Ein weiteres Rückschlagventil 63 öffnet und somit ist eine Strömungsverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 hergestellt. In dieser Schaltstellung des Notbetrieberken- nungsventils 47 fungiert der Schwingungsdämpfer 1 wie ein konventioneller fluidischer Schwingungsdämpfer.

Im Fall einer Leckagesituation innerhalb des Fluidmotors 27 ist der Druckabfall im Fluidmotor 27 deutlich geringer als im Normalbetrieb. Folglich ist der ausgangsseiti- ge Druck p ₂ relativ größer als im Normaltbetrieb. Zwischen der Ausgangsseite des Fluidmotors 27 und den beiden Ableitungsabschnitten 35; 37 ist ein Sperrventil 65, ebenfalls von dem Differenzdruck p ₁ minus p ₂ angesteuert, angeordnet, um einen Abfluss von Leckage bedingtem Druckfluid aus dem Fluidmotor 27 zu verhindern. Der geringere Druckunterschied pi minus P ₂ bewegt das Notbetrieberkennungsventil 47 in die Schaltstellung 3. Das Sperrventil 65 nimmt aufgrund des geringen Differenzdruck p ₁ minus p ₂ die Sperrstellung ein. Ein Abfluss über das Rückschlagventil 25 ist somit unterbunden. Das Druckfluid strömt nun ebenfalls durch das Dämpfventil 49. Eine gleiche Funktion wird bei einer Kompression des kolbenstangenfernen Arbeitsraums 11 erreicht. Ergänzend wird angemerkt, dass eine bezogen auf das Notbe- trieberkennungsventil 47 ausgabeseitige zweite Abflussleitung 67 zu dem zweiten Dämpfventil 51 führt. Das Druckfluid strömt dieser Arbeitsbewegung des Schwingungsdämpfers über das Rückschlagventil 21 in das Fluidleitungsnetz 17 und steht eingangs- seitig am Fluidmotor 27 an. Wenn der Fluidmotor bestimmungsgemäß arbeitet und der Differenzdruck pi minus in einer definierten Größe liegt, dann nehmen das Notbe- trieberkennungsventil 47 wie auch das Sperrventil 65 die dargestellte Schaltstellung ein. Bei einer fluidischen oder mechanischen Blockade des Fluidmotors 27 ist der Eingangsdruck pi sehr viel größer als der Ausgangsdruck P2 am Fluidmotor 17. Folglich geht das Notbetrieberkennungsventil 47 in die Schaltstellung 2 über. Das Sperrventil 65 behält seine geöffnete Schaltstellung bei. Das gesamte Druckfluid fließt über die By- passleitung 59 durch das Notbetrieberkennungsventil 47 und der zweiten Abflussleitung 67 zum zweiten Dämpfventil 51.

Im Falle einer Leckage im Fluidmotor 17 gehen das Notbetrieberkennungsventil 47 in die Schaltstellung 3 und das Sperrventil 65 in die Sperrstellung über. Dann fließt ebenfalls das gesamte Druckfluid durch das Notbetrieberkennungsventil 47 und über die zweite Abflussleitung 67 weiter durch das zweite Dämpfventil 51 über ein Rückschlagventil 69 in den kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9.