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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE AND METHOD FOR MECHANICAL COUPLING OF AT LEAST ONE OSCILLATINGLY MOUNTED BODY AND THE USE THEREOF AS A VARIABLY ADJUSTABLE DAMPING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/029217
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device and a method for influencing a dynamic property of at least one movably mounted body of two bodies mechanically coupled at least via a variably adjustable stiffness along a first force path. The invention is characterized in that a damping element (7') with constant damping properties is directly or indirectly coupled in series to the variably adjustable stiffness (9') along the first force path (K1), both bodies (1, 2) are directly or indirectly mechanically coupled via a second force path (K2) running parallel to the first force path (K1), along which at least one adjustable stiffness (9") is incorporated, and in that the damping property of damping element (7') and the adjustable stiffnesses (9', 9") are designed and coordinated with one another in such a way that a damping property assigned to the device for mechanical coupling can be varied exclusively by the adjustable stiffnesses (9', 9").

Inventors:
HANSMANN JAN (DE)
WOLTER STEFAN (DE)
SEIPEL BJÖRN (DE)
KAAL WILLIAM (DE)
HEROLD SVEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2016/069239
Publication Date:
February 23, 2017
Filing Date:
August 12, 2016
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E V (DE)
International Classes:
F16F15/02
Domestic Patent References:
WO2009064640A12009-05-22
WO2002087909A12002-11-07
Foreign References:
DE102009047134A12011-05-26
DE19958178C12000-11-30
DE3721811A11989-01-12
DE10214325A12003-10-16
EP2615325A12013-07-17
DE102009047134A12011-05-26
DE102009015166A12010-09-30
DE102008057577A12010-05-20
DE102011015798B42012-12-06
Other References:
HEISSING ET AL.: "Fahrwerkhandbuch", 2013, pages: 75 FF
Attorney, Agent or Firm:
RÖSLER, Uwe (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 .

1 . Vorrichtung zur mechanischen Kopplung eines schwingend gelagerten Körpers (1 ) längs eines ersten Kraftpfades (K1 ), längs dem wenigstens eine variabel einstellbare Steifigkeit (9') enthalten ist, mit einem ruhenden Körper (2),

dadurch gekennzeichnet, dass längs des ersten Kraftpfades (K1 ) ein

Dämpfungselement (7') mit konstanten Dämpfungseigenschaften in Serie mit der variabel einstellbaren Steifigkeit (9') mittel- oder unmittelbar gekoppelt ist,

dass beide Körper (1 , 2) über einen parallel zum ersten Kraftpfad (K1 ) verlaufenden, zweiten Kraftpfad (K2) mechanisch mittel- oder unmittelbar gekoppelt sind, längs dem wenigstens eine einstellbare Steifigkeit (9") eingebracht ist, und

dass die Dämpfungseigenschaft des Dämpfungselementes (7') und die einstellbaren

Steifigkeiten (9', 9") derart aufeinander abgestimmt und ausgebildet sind, dass eine der Vorrichtung zur mechanischen Kopplung zugeordnete Dämpfungseigenschaft ausschließlich durch die einstellbaren Steifigkeiten (9', 9") variierbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (7') längs des ersten Kraftpfades über eine erste starre Verbindungsstruktur mit der variabel einstellbaren Steifigkeit (9') mechanisch gekoppelt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die variabel einstellbaren Steifigkeiten (9', 9") in diskreten Steif ig keitsstufen oder stufenlos einstellbar sind .

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, dass die variabel einstellbaren Steifigkeiten (9',9") mit einer Aktorik versehen sind, die die Steifigkeit vorgebbar verändert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (17) zur Erfassung einer relativen Lageänderung zwischen den beiden Körpern (1 , 2) vorgesehen ist, und

dass eine Regelung oder Steuerung vorgesehen ist, die unter Maßgabe einer sensorisch erfassten Lageänderung (18) zwischen beiden Körpern (1 , 2) sowie eines Sollwertes die Aktorik aktiviert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 ,

dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftsensor (27) zwischen beiden Körpern (1 , 2) derart vorgesehen ist, dass der Kraftsensor (27) die Summe der längs des ersten und zweiten Kraftpfades wirkenden Kräfte erfasst, und

dass eine Regelung oder Steuerung vorgesehen ist, die unter Maßgabe der sensorisch erfassten Kraft zwischen beiden Körpern (1 , 2) sowie eines Sollwertes die Aktorik aktiviert.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (7') derart ausgebildet ist, so dass dessen dynamische Eigenschaften geschwindigkeits- und wegabhängig sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (7') ein Elastomer ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die längs des zweiten Kraftpfades (K2) angeordnete variabel einstellbare Steifigkeit (9") wenigstens ein elastisch

verformbares Federelement aufweist, dessen Federhärte variabel einstellbar ist.

10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als variabel einstellbares Dämpfungselement zwischen den beiden mechanisch gekoppelten Körpern, die relativ zueinander beweglich gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsverhalten der Vorrichtung durch Änderung der variabel einstellbaren Steifigkeiten einstellbar ist.

1 1 . Verwendung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, dass das variabel einstellbare Dämpfungsverhalten der Vorrichtung dem Dämpfungsverhalten eines Elastomers entspricht, so dass das Dämpfungsverhalten mit einer vorgebbaren Dämpfung und einer sich ändernden Schwingungsfrequenz des wenigstens einen beweglich gelagerten Körpers über einen weiten Frequenzbereich konstant bleibt.

12. Verfahren zur Beeinflussung einer mechanischen Kopplung zwischen zwei wenigstens über eine variabel einstellbare Steifigkeit längs eines Kraftpfades mechanisch gekoppelter Körper,

dadurch gekennzeichnet, dass längs des einen Kraftpfades oder längs wenigstens eines weiteren, beide Körper miteinander mechanisch koppelnden Kraftpfades wenigstens ein Dämpfungselement eingebracht wird, dessen

Dämpfungseigenschaften die die mechanische Kopplung in ihren dynamischen Eigenschaften dominieren, und

dass zur variablen Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften der mechanischen Kopplung ausschließlich die Steifigkeit längs des einen und/oder des anderen Kraftpfades variiert wird.

Description:
VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR MECHANISCHEN KOPPLUNG WENIGSTENS EINES SCHWINGEND GELAGERTEN KÖRPERS SOWIE DEREN VERWENDUNG ALS VARIABEL EINSTELLBARES DÄMPFUNGSELEMENT

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur

mechanischen Kopplung eines schwingend gelagerten Körpers längs eines ersten Kraftpfades, längs dem wenigstens eine variabel einstellbare Steifigkeit enthalten ist, mit einem ruhenden Körper. Ferner wird eine Verwendung der vorstehenden

Vorrichtung als Dämpfungselement mit variabel einstellbaren Dämpfungs- und Steif ig keitseigenschaften erläutert.

Stand der Technik

Gattungsgemäße Vorrichtungen dienen vorzugsweise als mechanische Lager im Maschinen-, Fahrzeug- und Gerätebau und vermögen aufgrund ihrer dynamischen Eigenschaften das Bewegungs- bzw. Schwingungsverhalten eines beweglich gelagerten Körpers, der über das Lager mit wenigstens einem zweiten Körper mechanisch gekoppelt ist, zu beeinflussen. Unter dem Begriff des„beweglich gelagerten Körpers" sind beliebige Bauteile, Bauteilgruppen, Strukturen oder

Komponenten zu verstehen, die zumeist auf einer ruhenden Tragstruktur, die dem zweiten Körper entsprechen, beweglich oder vorzugsweise schwingend lagern. Zu Zwecken einer Beeinflussung der Bewegung zumindest des beweglich gelagerten Körpers verfügt das Lager über Dämpfungseigenschaften, durch die die

Körperbewegung des beweglichen Körpers durch eine ihrer Bewegungsrichtung entgegen gerichtete Kraft gebremst wird. Diese Kraft ist abhängig von der relativen Bewegungsgeschwindigkeit beider über das Lager mechanisch miteinander gekoppelter Körper und vermag dem sich relativ zueinander bewegenden

Zweikörper-System Energie zu entziehen, wobei Energie dissipiert wird. Je nach technisch-konstruktiver Ausbildung des dämpfend wirkenden Lagers beruht der in Erscheinung tretende Dämpfungseffekt auf unterschiedlichen physikalischen

Wirkmechanismen, wie beispielsweise der Reibung zwischen Oberflächen oder innerhalb eines Fluids oder innerhalb elastomerer Materialien, um nur einige

Dämpfungseffekte zu nennen.

Neben den dämpfenden Lagereigenschaften einer mechanischen Kopplung zwischen zwei Körpern ist die mechanische Kopplung zudem auch durch deren Steifigkeit charakterisierbar, die den Widerstand gegen eine elastische Verformung der mechanischen Kopplung beschreibt. Die Steifigkeit verursacht eine

Rückstellkraft, die von den elastischen Eigenschaften der mechanischen Kopplung ausgehend von einer von außen wirkenden Kraft abhängig ist.

Zur Beschreibung und Beeinflussung sämtlicher dynamischer Eigenschaften eines beweglich über eine mechanische Kopplung gelagerten Körpers bedarf es daher sowohl die Steifigkeits- als auch Dämpfungseigenschaften der mechanischen Kopplung zu berücksichtigen. Je nach Ausbildung der mechanischen Kopplung können Dämpfungs- oder Steif ig keitseigenschaften dominieren.

Sind beispielsweise zwei Körper über einen metallischen Biegebalken miteinander verbunden, so ist zweifelsohne die mechanische Kopplung im Wesentlichen durch die Steifigkeit des Biegebalkens charakterisiert. Gleichwohl derartige Biegebalken grundsätzlich auch über Dämpfungseigenschaften verfügen treten diese nur in einem sehr geringen Umfang in Erscheinung, bedingt beispielsweise durch

materialinhärente Reibungseffekte bei Verformung des Biegebalkens oder durch den Luftwiderstand, dem der schwingende Biegebalken ausgesetzt ist. Auch kann eine mögliche Schallabstrahlung zur Schwingungsdämpfung beitragen.

Demgegenüber dominieren beispielsweise bei einem hydraulischen Dämpfer, der typischerweise zwei über eine Drosselöffnung fluidisch miteinander

kommunizierende Kammern vorsieht, die mit einem Hydraulik Fluid teilweise befüllt sind, die Dämpfungseigenschaften gegenüber der dem Dämpfersystem dennoch innewohnenden Steifigkeit, die konstruktiv bedingt den Bauteilen sowie der dem Fluid innewohnenden Steifigkeit geschuldet ist.

Die weiteren Betrachtungen und Ausführungen sind auf eine mechanische Kopplung zwischen zwei Körper gerichtet, deren dynamische Kopplungs-Eigenschaften von der Dämpfung dominiert wird gegenüber einer systemimmanenten Kopplungs- Steifigkeit.

Wie eingangs erläutert sind als Dämpfungselemente konzipierte, mechanischen Kopplungen zwischen zwei Körpern durch eine geschwindigkeitsabhängige Kraft charakterisierbar, mit der den sich über das Dämpfungselement miteinander verbundene, relativ beweglichen Körpern kinetische Energie entzogen wird, wodurch letztlich der jeweils beweglich gegenüber dem ruhend gelagerten Körper beruhigt wird.

Je nach Einsatzzweck der mechanisch miteinander gekoppelten Körper kann es von Vorteil sein, den Zusammenhang zwischen der Dämpfungskraft und der

Bewegungsgeschwindigkeit zu verändern, das heißt die Dämpfungseigenschaften variabel einzustellen.

Dämpfungselemente mit einer variabel einstellbaren Dämpfungscharakteristik stellen zum Beispiel an sich bekannte hydraulische oder pneumatische Dämpfungselemente dar, die einen durchströmten Fluidkanal einschließen, dessen Kanalquerschnitt einstellbar variierbar ist. Aus der DE 372181 1 A1 geht in diesem Zusammenhang ein Motorlager mit hydraulischer Dämpfung hervor, bei dem zwischen zwei

flüssigkeitsgefüllten Räumen eine Trennwand angeordnet ist, die von einer

Drosselöffnung durchdrungen ist. Im Bereich der Drosselöffnung ist zudem eine Lochblende vorgesehen, deren Öffnungsweite zwischen einem Kleinstmaß und einem Größtmaß mittels einer Signal-betätigbaren Versteileinrichtung verstellbar ist.

Ein weiteres Prinzip zur variablen Einstellung der Dämpfung ist der Druckschrift DE 102 14 325 A1 zu entnehmen, die ein Hydrolager beschreibt, das zwei voneinander getrennte, über einen sogenannten Überstromkanal fluidisch miteinander verbundene Fluidkammern vorsieht. Längs des Überstromkanals ist eine Magnetkraft unterstützte, bidirektional auslenkbare Magnetkolbenanordnung eingebracht, die je nach Auslenkung eine zusätzliche Krafteinwirkung längs des, in erster Näherung inkompressiblen Fluides innerhalb des Überstromkanals auszuüben vermag, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Hydrolagers aktiv beeinflussbar sind.

Sämtliche Fluid enthaltende Dämpfungssysteme erfordern einen erhöhten

konstruktiven und kostenrelevanten Aufwand, bedingt durch nötige fluidische

Abdichtungsmaßnahmen. Zudem unterliegen derartige fluidbasierte

Dämpfungselemente einer Erhöhung der dynamischen Steifigkeit mit zunehmenden Schwingungsfrequenzen des auf das Dämpfungssystem einwirkenden, beweglich im Sinne von schwingend gelagerten Körpers.

Des Weiteren sind fluidbasierte Dämpfungselemente bekannt, deren

Dämpfungseigenschaften durch Variation der Viskosität des Fluides und damit verbunden des Fließwiderstandes eines von einem Kammersystem umschlossenen Fluides einstellbar sind. Hierzu werden elektrorheologische oder

magnetorheologische Fluide eingesetzt, deren Viskosität durch Wechselwirkung mit elektrischen oder magnetischen Feldern veränderbar ist. Neben dem bereits erwähnten konstruktiven Aufwand wegen des fluidbedingten Abdichtens, haftet magnethreologischen sowie elektrorheologischen Fluiden zudem das Problem der Sedimentation elektrisch leitfähiger oder magnetischer Partikel an. Zudem besteht auch hier das Problem der Erhöhung der dynamischen Steifigkeit hin zu hohen Schwingungsfrequenzen.

In einem Fachbuch Artikel von Heißing et al., Fahrwerkhandbuch, 4. Auflage, 2013, S. 75 ff, ISBN 978-3-658-01991 -4, sind Ausführungen zu einem

Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge zu entnehmen, die für eine

Dämpferauslegung einen optimalen Kompromiss zwischen harter

Sicherheitsdämpfung und weicher Komfortdämpfung anstreben. Hierzu ist die Radaufhängung über zwei separate Kraftpfade mit der Karosserie verbunden; längs eines ersten Kraftpfades ist ein Dämpferelement in Serie mit dem Rad angeordnet und längs des zweiten Kraftpfades ist eine Federsteif ig keit vorgesehen.

Die Druckschrift EP 2 615 325 A1 beschreibt ein aktives Lager das zwei parallele Kraftpfade zwischen zwei Körper vorsieht. Längs des einen Kraftpfades sind in serieller Reihenfolge ein einstellbares Dämpfungselement, ein elastisch

verformbares Element, eine Getriebeeinheit sowie ein Linearaktor vorgesehen, die parallel zum zweiten Kraftpfad angeordnet sind, längs dem ein elastisches

Abstützelement angeordnet ist.

Die Druckschrift DE 10 2009 047 134 A1 offenbart eine Radaufhängung für ein Fahrzeug mit einem zwischen einem Fahrzeugrad und der Fahrzeugkarosserie angeordneten Federsystem, das ein Federelement aufweist, dessen Federsteif ig keit über eine Stelleinrichtung einstellbar ist.

Die Druckschrift DE 10 2009 015 166 A1 beschreibt eine adaptive

Aggregatelagerung für Kraftfahrzeuge zur Variation deren Dämpfung und Steifigkeit. Vorgesehen sind Stellglieder sowohl zur Einstellung von Dämpfereinheiten als auch von Steifigkeiten.

Die Druckschrift DE 10 2008 057 577 A1 offenbart ein Elastomer-Lager mit einem Feder-/Dämpferkörper, dessen Dehnfähigkeit durch Einwirken wenigstens eines Stützkörpers beeinflussbar ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur mechanischen Kopplung eines schwingend gelagerten Körpers längs eines ersten Kraftpfades, längs dem wenigstens eine variabel einstellbare Steifigkeit enthalten ist, mit einem ruhenden Körper, derart weiterzubilden, dass die gegenüber der Steifigkeit der mechanischen Kopplung dominierenden Dämpfungseigenschaften der beide Körper mechanisch miteinander verbindenden Kopplung variabel, d.h. individuell einstellbar sein soll, wobei das jeweils eingestellte Dämpfungsverhalten über einen großen Frequenzbereich, insbesondere zu hohen Frequenzen konstant bzw. weitgehend konstant bleiben soll. Die lösungsgemäße Vorrichtung soll überdies mechanisch einfach, kostengünstig und möglichst wartungsfreundlich sein, so gilt es

insbesondere auf fluidbasierte Dämpfungssysteme zu verzichten.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Eine bevorzugte Verwendung der Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruches 10. Eine der Funktionsweise der Vorrichtung zugrundeliegende allgemeine Verfahrensweise ist Gegenstand des Anspruches 12. Den

Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind

Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter

Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Die lösungsgemäße Vorrichtung zur Beeinflussung einer dynamischen Eigenschaft wenigstens eines beweglich gelagerten Körpers zweier wenigstens über eine variabel einstellbare Steifigkeit längs eines ersten Kraftpfades mechanisch gekoppelter Körper zeichnet sich dadurch aus, dass längs des ersten Kraftpfades ein Dämpfungselement mit konstanten Dämpfungseigenschaften in Serie mit der variabel einstellbaren Steifigkeit mittel- oder unmittelbar gekoppelt ist. Beide Körper sind über einen parallel zum ersten Kraftpfad verlaufenden, zweiten Kraftpfad mechanisch mittel- oder unmittelbar gekoppelt, längs dem wenigstens eine einstellbare Steifigkeit eingebracht ist, wobei die Dämpfungseigenschaft des

Dämpfungselementes und die einstellbaren Steifigkeiten derart aufeinander abgestimmt und ausgebildet sind, dass eine der Vorrichtung zur mechanischen Kopplung zugeordnete Dämpfungseigenschaft ausschließlich durch die einstellbaren Steifigkeiten variierbar ist.

Die jeweils längs des ersten und zweiten Kraftpfades angeordnete, variabel einstellbare Steifigkeit ist vorzugsweise unter ausschließlicher Nutzung eines rein mechanischen Kopplungssystems realisiert, sodass keinerlei Abdichtungsprobleme existieren, wie sie vorstehend bei den erläuterten fluidbasierten hydraulischen oder pneumatischen Elementen mit dynamischen Eigenschaften vorhanden sind. Dies eröffnet die neuartige Möglichkeit eines variabel einstellbaren Dämpfungssystems, dessen Dämpfungsverhalten ausschließlich durch Änderung einer variabel einstellbaren Steifigkeit variabel einstellbar ist.

Wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein Elastomer als Dämpfungselement eingesetzt, so verfügt die lösungsgemäße Vorrichtung über eine variabel einstellbare Dämpfung, deren Dämpfungsverhalten qualitativ weitestgehend dem eines

Elastomers entspricht, das heißt das Dämpfungsverhalten bleibt bei einer

vorgegebenen Dämpfung selbst bei sich zu höheren Frequenzen ändernden

Schwingungsfrequenzen des jeweils schwingend gelagerten Körpers weitestgehend konstant. Mit anderen Worten bildet die lösungsgemäße Vorrichtung in nahezu idealer Weise die weitgehend frequenzunabhängige Dämpfungscharakteristik eines Elastomers nach, wobei der Dämpfungsgrad ohne jegliche Änderung der in der Vorrichtung enthaltenen Dämpfungselemente mit Hilfe der variabel einstellbaren Steifigkeiten variabel einstellbar ist. Die lösungsgemäße Vorrichtung verfügt somit, wie die nachstehenden Erläuterungen unter Bezugnahme auf konkrete

Ausführungsbeispiele zeigen werden nach entsprechender Einstellung eines konkreten Dämpfungswertes, bzw. Dämpfungsgrades, der auch als Verlustwinkel bezeichnet wird, über ein variabel einstellbares elastomeres Dämpfungsverhalten, das heißt die Dämpfung bzw. der Verlustwinkel bleibt über einen großen

Frequenzbereich konstant.

Die der vorstehend erläuterten Vorrichtung zugrundeliegende, lösungsgemäße Erkenntnis spiegelt sich auch in dem lösungsgemäßen Verfahren zur Beeinflussung der dynamischen Eigenschaft wenigstens eines beweglich gelagerten Körpers zweier wenigstens über eine variabel einstellbare Steifigkeit längs eines Kraftpfades mechanisch gekoppelter Körper, wider, bei dem längs des einen Kraftpfades oder längs wenigstens eines weiteren, beide Körper miteinander mechanisch koppelnden Kraftpfades wenigstens ein die dynamischen Eigenschaften der mechanischen Kopplung längs des wenigstens einen Kraftpfades beeinflussendes

Dämpfungselement eingebracht wird, dessen Dämpfungseigenschaften die dynamischen Eigenschaften der mechanischen Kopplung dominiert. Es handelt sich somit um eine überwiegend durch dämpfende Eigenschaften charakterisierbare mechanische Kopplung zwischen dem ersten und zweiten Körper. Lösungsgemäß wird zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens nicht das wenigstens eine

Dämpfungselement herangezogen, sondern zur variablen Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften der mechanischen Kopplung ausschließlich die Steifigkeit längs des einen Kraftpfades variiert.

Aus diesem Grunde eignet sich die lösungsgemäß ausgebildete mechanische Kopplung zwischen den beiden Körpern, die relativ zueinander beweglich gelagert sind, als variabel einstellbares Dämpfungselement, dessen Dämpfungsverhalten durch Änderung der variabel einstellbaren Steifigkeit vorgebbar einstellbar ist.

Weitere Einzelheiten sind der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Es zeigen:

Fig. 1 a, b schematisierte Darstellungen einer Schaltungstopologie für ein

Dämpfungssystem mit variabel einstellbarer Dämpfung

Fig. 2 Schaltungstopologie für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung mit variablen einstellbarer Dämpfung,

Fig. 3 a, b Diagramme zur Illustration des Dämpfungsverhaltens

Fig. 4 Schaltungstopologie einer lösungsgemäßen Vorrichtung mit

Wegsensor basierten Regelung sowie

Fig. 5 Schaltungstopologie wie zu Figur 5 ergänzt durch eine

sensorische Kraftmessung. Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die Figur 1 a illustriert eine mechanische Kopplungstopologie zwischen zwei Körper 1 , 2, wobei sich die mechanische Kopplung durch dämpfende Eigenschaften auszeichnet, das heißt die Dämpfungswirkung dominiert gegenüber der ebenfalls der mechanischen Kopplung innewohnenden Steifigkeit.

Zudem zeichnet sich das Kopplungssystem durch variabel einstellbare dynamische Eigenschaften aus, d.h. das Kopplungssystem verfügt übervariabel einstellbare Dämpfungseigenschaften, die durch das Dämpfungssystem 6 illustriert sein sollen. Es sei zudem angenommen, dass der Körper 1 gegenüber dem ruhenden Körper 2 schwingend gelagert ist.

In der in Figur 1 b illustrierten Ausführungsform, auf die im Weiteren mehrfach Bezug genommen wird, sind beide Körper 1 , 2 über zwei Kraftpfade K1 , K2 mechanisch miteinander gekoppelt. Längs des ersten Kraftpfades K1 ist ein erstes

Dämpfungselement 7' vorgesehen, das in Serie mit einer variabel einstellbaren Steifigkeit 9' gekoppelt ist. Längs des zweiten Kraftpfades K2 ist eine Einheit mit dynamischen Eigenschaften in Form einer variabel einstellbaren Steifigkeit 9" vorgesehen. Durch die längs des zweiten Kraftpfades K2 eingebrachte variabel einstellbare Steifigkeit 9" können Kompensationen bezüglich des veränderlichen Steif ig keitsverhalten der längs des ersten Kraftpfades angeordneten, einstellbaren Steifigkeit 9' vorgenommen werden, mit der das Dämpfungsverhalten der

mechanischen Kopplung zwischen beiden Körper variabel einstellbar ist.

Der illustrierten Kopplungstopologie liegt das Prinzip zugrunde, dass ihre

dominierenden Dämpfungseigenschaften variabel vorgebbar einstellbar sind durch ausschließliche Variation mindestens einer in der Kopplungstopologie eingebrachten variabel einstellbaren Steifigkeit 9' bzw. 9". Das Dämpfungselement 7' verfügt über konstante Dämpfungseigenschaften und ist vorzugsweise aus einem Elastomerkörper oder aus einer, mindestens einen Elastomerkörper aufweisende Dämpfungseinheit ausgebildet.

Die Besonderheit der erläuterte Kopplungstopologie besteht darin, dass ihre resultierenden Dämpfungseigenschaften qualitativ denen des verwendeten

Dämpfungselementes entsprechen, dabei in Ihrem Betrag quantitativ aber einstellbar sind, ohne dabei die Steifigkeitseigenschaften der Kopplungstopologie zu verändern. Es wird eine weitestgehend unabhängige Einstellung von Steifigkeits- und

Dämpfungseigenschaften ermöglicht. Verwendet man beispielsweise ein Elastomer als Dämpfungseinheit oder eine mindestens einen Elastomerkörper aufweisende, Dämpfungseinheit, so wird es möglich die über einen weiten Bereich

frequenzunabhängigen Dämpfungseigenschaften des Elastomers für die gesamte Kopplungstopologie beizubehalten, gleichzeitig aber eine unabhängige Verstellung von Steifigkeit und Verlustwinkel zu ermöglichen.

Figur 2 illustriert die bevorzugte Ausführungsform gemäß Figur 1 b im Detail. Der beweglich bzw. schwingend gelagerte Körper 1 sowie der vorzugsweise ruhend gelagerte Körper 2 sind über das lösungsgemäße variabel einstellbare

Dämpfungssystem 6 miteinander verbunden bzw. gekoppelt. Das in seinen

Dämpfungseigenschaften variabel einstellbare Dämpfungssystem 6 sieht zwei in Reihe geschaltete, beide Körper 1 , 2 längs des ersten Kraftpfades K1 miteinander verbindende Elemente vor, nämlich ein Dämpfungselement 7' und eine einstellbare Steifigkeit 9' vor. Parallel zum ersten Kraftpfad K1 ist zusätzlich ein

Steifigkeitselement 9" angeordnet, dessen Steifigkeit einstellbar bzw. veränderbar ist. Die einstellbaren Steifigkeitselemente 9' und 9" sind jeweils durch eine untere und durch eine obere Grenze Ihres Steifigkeitsverstellbereiches gekennzeichnet, diese sind von der verwendeten Ausbildungsform der einstellbaren Steifigkeitselemente 9' und 9" und deren Auslegung abhängig. Die Veränderbarkeit der Steifigkeit ist je nach konstruktiver Auslegung der Steifigkeit variabel, das heißt stufenlos oder in diskreten Schritten bzw. Stufen einstellbar. Eine bevorzugte Ausbildungsform für die variabel einstellbare Steifigkeit 9" ist in der Druckschrift DE 10 201 1 015 798 B4 offenbart. Die bekannte variabel einstellbare Steifigkeit koppelt zwei Komponenten, eine erste und eine zweite Komponente, längs wenigstens einer Wirkrichtung, längs der zumindest eine Komponente schwingend gelagert ist und weist ein Flächenelement auf mit einer Flächenober- und einer Flächenunterseite sowie einer Flächenlängserstreckung, das formstabil in und elastisch lateral zur Flächenlängserstreckung ist. An der ersten Komponente sind n > 2 Kontaktmittel raumfest angebracht, über die die erste Komponente an n > 2 erste Kontaktstellen mit der Flächenunterseite und/oder Flächenoberseite des

Flächenelementes in Berührung tritt. An der zweiten Komponente sind ebenfalls n > 2 Kontaktmittel raumfest angebracht, über die die zweite Komponente an n > 2 zweite Kontaktstellen mit der Flächenunterseite und/oder Flächenoberseite des Flächenelementes in Berührung tritt. Beide Komponenten sind relativ zueinander um eine orthogonal zur Flächenlängserstreckung orientierte Raumachse, die mit der wenigstens einen Wirkrichtung längs der zumindest eine Komponente schwingend gelagert ist zusammenfällt, drehbar angeordnet, so dass bei Verdrehung die

Flächensteifigkeit des Flächenelementes variierbar ist.

Das lösungsgemäß ausgebildete einstellbare Dämpfungssystem 6 weist sowohl ein wegabhängiges, d.h. elastisches, sowie auch geschwindigkeitsabhängiges, d.h. dämpfendes, dynamisches Verhalten auf, wobei das geschwindigkeitsabhängige Dämpfungsverhalten dominiert. Grundsätzlich ist es möglich, das einstellbare Dämpfungssystem 6 auch als gedämpftes Element mit einstellbarer Steifigkeit zu verwenden, dies wird in Figur 3b erläutert.

Das Dämpfungsverhalten, das sich auch über den so genannten Verlustwinkel charakterisiert, sowie das Steif ig keitsverhalten sind für das lösungsgemäß

ausgebildete Dämpfungssystem 6 in den in den Figuren 3 a, b illustrierten

Diagrammen illustriert. Längs der Abszisse ist jeweils die Steifigkeit [N/mm] (S) angetragen, längs der Ordinate ist der Verlustwinkel [°] (V) dargestellt. Figur 3a zeigt eine Fläche 32, die den gesamten Einstellbereich des einstellbaren Dämpfungssystems 6 charakterisiert. Dieser wird durch die vier Eckpunkte A, B, C, D aufgespannt. Am Eckpunkt A hat das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Steifigkeit

51 und den Verlustwinkel V1 . Am Eckpunkt B hat das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Steifigkeit S2 und den Verlustwinkel V2. Am Eckpunkt C hat das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Steifigkeit S3 und den Verlustwinkel V3. Am Eckpunkt D hat das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Steifigkeit S4 und den Verlustwinkel V4. Eckpunkt A stellt sich ein, wenn die einstellbaren Steifigkeitselemente 9' und 9" jeweils auf deren minimal mögliche Steifigkeit eingestellt sind. Belässt man nun das Steifigkeitselement 9" auf dessen minimal möglicher Steifigkeit und verstellt das Steifigkeitselement 9' auf dessen maximal mögliche Steifigkeit, so stellen sich für das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Eigenschaften am Eckpunkt B ein. Belässt man nun das Steifigkeitselement 9' auf dessen maximal möglicher Steifigkeit und verstellt das Steifigkeitselement 9" auf dessen maximal mögliche Steifigkeit, so stellen sich für das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Eigenschaften am Eckpunkt D ein.

Belässt man nun das Steifigkeitselement 9" auf dessen maximal möglicher Steifigkeit und verstellt das Steifigkeitselement 9' auf dessen minimal mögliche Steifigkeit, so stellen sich für das einstellbare Dämpfungssystem 6 die Eigenschaften am Eckpunkt C ein. Verändert man die Eigenschaft nur eines einstellbaren Steifigkeitselements 9' oder 9", so verändern sich die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften des einstellbaren Dämpfungssystems 6 abhängig von einander.

Figur 3b zeigt eine Fläche 32, die den gesamten Einstellbereich des einstellbaren Dämpfungssystems 6 charakterisiert und illustriert zudem zwei Beispiele zur unabhängigen Verstellung der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften. Verändert man, ausgehend vom Eckpunkt B, die Eigenschaften der beiden einstellbaren Steifigkeitselemente 9' und 9" gemeinsam, so ist es möglich bei konstanter Steifigkeit

52 die Dämpfung des einstellbaren Dämpfungselements 6 einzustellen. Verändert man, ausgehend vom Eckpunkt A, die Eigenschaften der beiden einstellbaren Steifigkeitselemente 9' und 9" gemeinsam, so ist es möglich bei konstantem

Verlustwinkel V1 die Steifigkeit des einstellbaren Dämpfungselements 6 einzustellen. Das lösungsgemäß ausgebildete einstellbare Dämpfungssystem ist gemäß

Ausführungsbeispiel in Figur 4 in vorteilhafter Weise mit einer Regelung zu

kombinieren, mit der die Steifigkeiten 9' und 9" aktorisch einstellbar sind, wodurch das Dämpfungsverhalten und das Steif ig keitsverhalten des einstellbaren

Dämpfungssystems regelbar ist. Zur sensorischen Weggrößenerfassung der jeweils beweglich bzw. schwingend zueinander gelagerten Körper 1 und 2 ist eine Sensorik 17 vorgesehen, mit der es möglich ist, den Verstellweg, die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung zwischen beiden Körpern 1 , 2 zu erfassen. Die

Sensorik 17 ist mit einer Regeleinheit 19 verbunden, die wiederum mit einer Aktorik 21 zur Verstellung der einstellbaren Steifigkeiten 9 in Verbindung steht.

Die Sensorik 17 erfasst beispielsweise eine Weggröße 18 zwischen beiden Körpern 1 , 2. Gleichsam dienen relative Beschleunigungsgrößen oder

Geschwindigkeitsgrößen zwischen beiden Körpern 1 , 2 als sensorisch erfassbare Ist- Größen, die Regelung 19 zugrunde gelegt werden können. Der für die Regelung erforderliche Vergleichs-Sollwert kann innerhalb des Reglers 19 festgelegt sein oder als Soll-Signal 30 von einem Ursprung 31 , beispielsweise in Form eines

Regelungssystems oder einer Steuerung bereitgestellt werden.

In Figur 5 ist eine vorteilhafte Ergänzung des in Figur 4 illustrierten

Ausführungsbeispiels mit Regelungssystem dargestellt. In Ergänzung sieht das in Figur 5 illustrierte Ausführungsbeispiel einen zusätzlichen Kraftmesssensor 27 vor, der zwischen den Körpern 1 und 2 in Reihe mit dem lösungsgemäß ausgebildeten Dämpfungssystem 6 geschaltet ist. Die mit Hilfe der Wegmesssensorik 17 erfasste Weggröße 18 sowie das mit Hilfe des Kraftmesssensors 27 erfasste Kraftsignal 28 werden zu einem Regler 29 geführt, die beide Grundlage für die Ermittlung sowohl der Steifigkeit als auch des Verlustwinkels des einstellbaren Dämpfungselementes sind. Die auf diese Weise ermittelte Steifigkeit sowie auch der ermittelte

Verlustwinkel werden mit Hilfe des Reglers 29 einem Soll-Signal 30 angepasst, der von Seiten eines Ursprunges 31 , beispielsweise in Form eines weiteren

Regelsystems oder einer Steuerung bereitgestellt wird. Bezugszeichenliste Erster Körper

Zweiter Körper

Einstellbares Dämpfungselennent

' Dämpfungselennent

', 9" Variabel einstellbare Steifigkeit

7 Wegsensor

8 Weggröße

9 Regler

0 Regelsignal

1 Aktorik

7 Kraftmessung

8 Kraftsignal

9 Regler

0 Soll-Signal

1 Ursprung

2 Fläche