DE8222808U1

DE8222808U1 - Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung

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Publication number: DE8222808U1
Application number: DE19828222808
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-08-12
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1982-12-23

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA 82 6 3 2 4 4 OE

Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung

Die Neuerung bezieht sich auf eine induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach dem Prinzip einer linearen Synchronmaschine zur Aufnahme linearer Auslenkungen, insbesondere als Zusatzfeder und Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge, mit einer kolbenartigen Magnetpolanordnung, die in einem zylinderförmigen Innenraum einer hohlzylindrischen Wicklung mit mehreren parallel zueinander angeordneten Magnetspulen beweglich gehalten ist und die mehrere parallel zueinander angeordnete, ringförmige Permanentmagnetpole mit in Einrauchrichtung der Magnetpolanordnung in das von den Magnetspulen hervorgerufene Magnetfeld gesehen abwechselnder Polarität aufweist.

An heutigen Automobilen sind die Achsen im allgemeinen über mechanische Federn mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Zusätzliche hydraulische oder pneumatische Stoßdämpfer sorgen dafür, daß Schwingungen in ihren Amplituden klein bleiben und nach Ende der Anregung rasch wieder abklingen. Die Abstimmungen dieses Systems hat einen wesentlichen Einfluß auf den Komfort des Fahrzeuges.

Es besteht Interesse an Feder- und Dämpfersystemen, deren Charakteristiken sich an unterschiedliche Fahrzeugbeladungen und unterschiedliche Straßenbeschaffenheiten anpassen lassen. Entsprechende Systeme werden auch für die Entwicklung neuer Automodelle gefordert,

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SIm 2 Gr / 6.8.1982

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wobei Versuche zur Abstimmung der Radaufhängungen wegen der notwendigen Montagearbeiten äußerst aufwendig sind. Mit einem solchen Feder- und Dämpfersystem soll nämlich zunächst in Versuchsfahrzeugen durch Veränderung der Aufhängungscharakteristiken während der Fahrt die günstigste Abstimmung ermittelt werden können, die dann in der Großserie durch konventionelle Feder- und Dämpfer systeme verwirklicht wird.

Aus der DE-AS 1 062 989 ist ein Dämpfungsglied für lineare Schwingungen bekannt, bei dem auf induktivem Wege die Stromstöße ausgenutzt werden, die eine mit mehreren ringförmigen Polschuhen versehene, kolbenartige Magnetpolanordnung erzeugt, welche im Inneren einer hohlzylindrischen Wicklung beweglich geführt ist. Diese Wicklung besteht dabei aus einer Vielzahl von kreisrunden Ringen aus nicht-magnetischem, elektrisch gut leitendem Material, welche untereinander jeweils durch entsprechend geformte Ringe aus magnetischem Metall beabstandet sind. Ein solcher Stapel aus diesen abwechselnd aus magnetischem Metall und nicht-magnetischem, elektrisch gut leitendem Material bestehenden § Ringen ist auf der Innenseite eines Rohres aus magnetischem Material angebracht, in dem die kolbenartige Magnetpolanordnung ihre schwingenden Auf- und Abwärtsbewegungen ausführen kann. Es ergibt sich so eine Wicklung mit kurzgeschlossenen Spulen, die in Nuten an der Innenseite eines rohrförmigen Körpers aus magnetischem Material angeordnet sind,

Darüber hinaus sind auch Feder- und Dämpfervorrichtungen mit hohlzylindrischen Wicklungen bekannt, deren Magnetspulen nicht kurzgeschlossen, sondern mit einer Stromversorgungseinrichtung verbunden sind (vgl. DE-OS 23 36 und DE-OS 27 25 855).

Die Wicklung aus den rinförmigen

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Magnetspulen des aus der DE-AS 1 062 989 bekannten Dämpfungsgliedes kann als Primärwicklung einer linearen Synchronmaschine angesehen werden, deren Sekundärsystem die Magnetpolanordnung darstellt. 5

Da bei diesem bekannten Dämpfungsglied die Ringe aus dem elektrisch leitenden Material alle gleich sind und untereinander auch gleiche Abstände haben, ergibt sich eine zumindest annähernd lineare, von der Geschwindigkeit der Auf- und Abwärtsbewegung der Magnetpolanordnung abhängige Dämpfungscharakteristik dieses Dämpfungsgliedes. Vielfach wird jedoch eine nicht-lineare, insbesondere eine degressive Dämpfungscharakteristik und zugleich eine von der jeweiligen Auslenkung abhängige Feder-15 charakteristik gefordert, die linear, progressiv oder

gegebenenfalls sogar degressiv ist.

Der Neuerung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das bekannte Dämpfungsglied so auszugestalten, daß mit ihm auf einfache Weise nicht-lineare, insbesondere degressive Dämpfungsverhältnisse erreichbar sind und zusätzlich eine % Federkraft erhalten werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Keder- und Dämpfervor-

25 richtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch das in dessen Kennzeichen genannte Merkmal gelöst.

Die mit der Neuerung erreichten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß die Wicklungsdichten von einzelnen oder allen Magnetspulen ohne Schwierigkeit in weiten Grenzen vorgegeben werden können und so eine leichte Anpassung an geforderte nicht-lineare Feder- u. Dämpfungscharakteristiken ermöglicht wird. Dabei kann man außerdem die magnetische Feldstärke bzw. die Größe

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der Feldgradienten im Innenraum der Wicklung durch eine entsprechende Wahl einer Gleichstromerregung der einzelnen Magnetspulen noch weiter in Abhängigkeit von den jeweiligen Erfordernissen wie z.B. von Belastungen ändern, so daß sich eine entsprechende Zusatzkraft auf die in das Magnetfeld der Wicklung von einer Seite her eintauchende bzw. eingetauchte Magnetpolanordnung ergibt.

Die Neuerung wird nachfolgend anhand der Zeichnung noch weiter erläutert. Dabei ist in FIG 1 eine Feder- und Dämpfervorrichtung gemäß der Neuerung schematisch dargestellt. FIG 2 zeigt eine mit dieser Vorrichtung verbundene Regelelektronik, während in den Figuren 3 und 4 je ein Schaltungsbeispiel für ein Stellglied dieser Elektronik angedeutet ist.

Die Feder- und Dämpfervorrichtung gemäß der Neuerung kann insbesondere für ein Kraftfahrzeug dienen. Dabei kann die Achskonstruktion und insbesondere die Radaufhängung konventioneller Fahrzeuge im wesentlichen beibehalten werden; nur werden die hydraulischen oder pneumatischen Stoßdämpfer durch die neuartigen Vorrichtungen ersetzt. In FIG 1 ist als Längsschnitt eine solche Vorrichtung dargestellt, die allgemein mit :2 bezeichnet ist und deren Gehäuse 3_ an einem Befestigungsteil 4 mit dem in der Figur nicht ausgeführten Rahmen eines Fahrzeuges starr verbunden ist. Diese Vorrichtung J2 ist als zylinderförmige lineare Synchronmaschine ausgebildet, die sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet.

Dementsprechend enthält die Feder- und Dämpfervorrichtung £ als Primärteil eine hohlzylindrische Wicklung _5, die einen zylinderförmigen Innenraum 6 umschließt. Diese

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Wicklung umfaßt mehrere ringförmige Einzelspulen 8 bis ;; 16. Diese in der FIG nur angedeuteten Spulen befinden |

sich in Nuten 17, welche in einem Wicklungsträger 18, *

der Teil des Gehäuses _3 ist, in bekannter Weise ausgebildet sind. Die Nuten bzw. die in ihnen angeordneten "■

Einzelspulen haben dabei untereinander gleiche Abstände. § Der Wicklungsträger 18 kann insbesondere aus ferro- I

magnetischem Material bestehen. Außerdem kann der f

Wicklungsträger vorteilhaft geblecht (lamelliert) sein. Die Ausrichtung der einzelnen Lamellen ist dabei insbesondere radial bezüglich der zentralen Achse der Vorrichtung.

Gemäß der Neuerung ist die Wickeldichte der Einzelspulen 8 bis 16 in den Nuten 17 nicht überall gleich, sondern nimmt gemäß dem in der FIG gezeigten Ausführungsbeispiels von unten nach oben zu. Die Zunahme kann dabei insbesondere nicht-linear sein. Da die einzelnen Nuten 17 zweckmäßigerweise gleiche Abmessungen haben, sind deshalb noch in den Nuten zur Aufnahme der Einzelspulen 8 bis 15 mit geringerer Wickeldichte gegenüber der obersten Einzelspule 16 entsprechende Blindfüllkörper 19 an dem dem Innenraum 6 abgewandten Nutengrund angeordnet.

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Als Sekundärteil der als lineare Synchronmaschine ausgebildeten Feder- und Dämpfervorrichtung £ ist eine kolbenartige Magnetpolanordimng ££ vorgesehen, die innerhalb des Innenraumes 6 über ein Verbindungselement 21 starr mit einer in der FIG nicht dargestellten Achskonstruktion des Fahrzeuges verbunden ist. Diese Magnetpolanordnung 2_0_ enthält mehrere, gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei ringförmige Permanent-

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magnetpole 22 bis 24, die untereinander gleiche Abstände haben. Es kann jedoch auch eine andere Anzahl von Magnetpolen vorgesehen werden. Die Polarität dieser Pole ist in der in der FIG durch einen Doppelpfeil 25 angedeuteten Führungsrichtung der Polanordnung abwechselnd und in bekannter Weise durch "N" und "S" bezeichnet.

Gemäß FIG 1 wurde angenommen, daß die in das Magnetfeld der Wicklung J5 eintauchende Magnetpolanordnung 2Ό der Feder- und Dämpfervorrichtung 2_ mit einer Achse eines Fahrzeuges verbunden ist, während das die Wicklung !5 aufnehmende Gehäuse 2 starr am Aufbau des Fahrzeuges befestigt ist. Ebensogut ist jedoch die Befestigung der Vorrichtung 2_ zwischen Achse und Aufbau auch umgekehrt möglich.

Für die Dämpfungsfunktion der in FIG 1 dargestellten Vorrichtung arbeitet die lineare Synchronmaschine als

2Q Generator, während die Funktion als Zusatzfeder einem festgebremsten Motor entspricht. Für ein Fahrzeug mit vier Rädern werden im allgemeinen vier solcher Vorrichtungen zwischen Achsen und Aufbau des Fahrzeuges angebracht. Diese Vorrichtungen sind elektrisch an eine Regelelektronik angeschlossen, welche den Synchronmaschinen bei Relativbewegung zwischen Aufbau und Achsen Leistung entzieht und somit eine Dämpfung bewirkt. Die Dämpfungscharakteristik läßt sich dabei in weitem Rahmen durch die Elektronik vorgeben und gegebenenfalls selbst während der Fahrt verändern und anpassen. Zugleich speist zur Niveauregelung die Elektronik Gleichstrom in die jeweiligen elektrischen Maschinen ein. Hierbei lassen sich beide Funktionen überlagern. Das

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Ausführungsbeispiel einer entsprechenden Regelelektronik ist in FLG 2 nur angedeutet, wobei die Komponenten dieser EJektronik für eine Radaufhängugn angedeutet sind. Diese Elektronik» welche auch an die Fahrzeugbatterie 30 angeschlossen ist, sorgt dafür, daß die Ströme I in der richtigen Phasenlage zu den induzierten Spannungen U in der Wicklung der Maschine 2_ fließen. Pie Regelelektronik umfaßt ein Geschwindigkeitsglied 31, ein Lageglied 32, ein Kraft-Ist-Glied 33, ein Kraft-Soll-Glied 34, ein Vergleichsglied 35, ein Stellglied 36 sowie ein Steuerungsglied 37 für das Stellglied 36. Die Verknüpfung dieser einzelnen Glieder untereinander geht aus der Zeichnung durch entsprechende gepfeilte linien hervor. Die Verbindungen zu den Komponenten der anderen Radaufhängungen sind durch eine mit V bezeichnete geschweifte Klammer angedeutet. Die Stromregelung der Regelelektronik kann, wie in FIG 2 dargestellt, in Einzel-Baugruppen erfolgen; sie kann aber auch mit allen gewünschten Verknüpfungen durch einen Mikroprozessor vorgenommen werden.

Für das Stellglied 36 der in FIG 2 gezeigten Regelelektronik kommen elektronische Schaltelemente wie Transistoren, Thyristoren oder Triacs in Frage. In den Figuren 3 und 4 ist jeweils ein Schaltungsbeispiel für ein solches Stellglied mit Thyristoren 40 bzw. Triacs angedeutet. Hierbei ist angenommen, daß die Wicklung der Feder- und Dämpfervorrichtung 2_ 3-phasig ist. Für die Vorrichtung gemäß der Neuerung können jedoch auch anders-

phasige Wicklungen vorgesehen werden. ^

Bei dem Ausführungsbeispiel einer Feder- und Dämpfervorrichtung gemäß den Figuren wurde davon ausgegangen, daß mittels eines Gleichstromes in den Spulen der Wicklung

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eine zusätzliche Federkraft mit beliebiger, d.h. positiver wie negativer Charakteristik eingestellt wird. Gegebenenfalls kann jedoch auf eine solche Federkraft der Vorrichtung nach der Neuerung verzichtet werden, so daß diese dann lediglich als Dämpfervorrichtung arbeitet.

Weitere Abweichungen von einer linearen Dämpfungs- oder Federcharakteristik können vorteilhaft auch dadurch erreicht werden, daß man zumindest einzelne der Abstände ) zwischen benachbarten Magnetspulen bzw. Nuten verschieden groß wählt. Außerdem läßt sich eine Magnetpolanordnung vorsehen, bei der die Abstände zwischen benachbarten Permanentmagnetpolen nicht gleiche, sondern verschiedene Größe haben.

Die Feder- und Dämpfervorrichtung ,2 nach der Neuerung kann neben dem erwähnten Einsatz in Fahrzeugen auch für andere Einrichtungen vorgesehen werden,wo stoßartige Iineare Auslenkungen gedämpft und gegebenenfalls abgefedert werden sollen.

11 Schutzansprüche

4 Figuren
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Claims

Neue Schutzansprüche 1 bis 9 Unser Zeichen VPA 82 G 3244 DE Aktenzeichen G 82 22 808.6

1. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach dem Prinzip einer linearen Synchronmaschine zur Aufnahme linearer Auslenkungen, insbesondere als Zusatzfeder und Stoßdämpfer für Kraftfahrzeuge, mit einer kolbenartigen Magnetpolanordnung, die in dem zylinderförmigen Innenraum einer hohlzylindrischen Wicklung mit mehreren parallel zueinander angeordneten Magnetspulen beweglieh gehalten ist und die mehrere parallel zueinander angeordnete, ringförmige. Permanentmagnetpole mit in Eintauchrichtung der Anordnung in das von den Magnetspulen hervorgerufene Magnetfeld gesehen abwechselnder Polarität aufweist, gekennzeichnet durch einzelne Magnetspulen (8 bis 16), deren Wicklungsdichten verschieden groß sind.

2. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsdichte der Magnetspulen (8 bis 16) in Richtung der Eintauchtiefe der kolbenartigen Magnetpolanordnung (2_0) in das von den Magnetspulen hervorgerufene Magnetfeld zunehmend ausgeführt ist.

3. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach Anspruch

2, gekennzeichnet durch eine Zunahme der Wicklungsdichte, die mehr als linear ist.

4. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (8 bis 16) in ringförmige Nuten (17) an der Innenseite eines hohzylindrischen Trägerkörpers (3, 18) eingebracht sind.

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5. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen laraellierten Trägerkörper (3^ 18).

6. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Ausrichtung der Lamellen des Trägerkörpers (_3, 18) in radialer Richtung bezüglich der zentralen Achse der Vorrichtung.
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7. Induktive Jeder- und Dämpfervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Nuten (17) gleiche Abmessungen haben und in einzelnen Nuten Blindfüllkörper

(19) jeweils am Nutengrund angeordnet sind.

8. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abstände zwischen benachharten Magnetspulen (8 bis 16) zumindest teilweise verschieden groß sind.

9. Induktive Feder- und Dämpfervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8} dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen benachbarten Permanentmagnetpolen zumindest teilweise verschieden groß sind.