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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Dämpfer, der als solcher die
Relativverlagerung zwischen einer Fahrzeugkarosserie und einer Radachse
unter Wirkung einer elektromagnetischen Kraft reduziert, die durch
einen Motor generiert wird.
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Die
Druckschrift
JP
2003-343648 A , die durch das Japanische Patentamt veröffentlicht
wurde, offenbart den folgenden Dämpfer:
Ein Dämpfer umfasst
eine Kugelspindelmutter und eine Spindelwelle, die drehbar in die
Spindelmutter eingeschraubt ist und mit einer Rotorwelle eines Motors über eine Torsionsstange
verbunden ist. In Folge dieses Aufbaus konvertiert der Dämpfer die
Linearbewegung der Kugelspindelmutter in eine Drehbewegung der Schraubenspindel
welche wiederum die Drehbewegung über die Torsionsstange auf
die Rotorwelle des Motors überträgt, um eine
elektromagnetische Kraft in dem Motor zu erzeugen, wobei das Drehmoment gegen
die Drehung der Motorwelle, das als solches aus der motorseitig
generierten elektromagnetischen Kraft resultiert, als Dämpfungskraft
wirkt, die die Linearbewegung der Kugelspindelmutter entgegenwirkt.
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Bei
dem oben stehend beschriebenen Dämpfer
kann jedoch über
den Motor das generierte Drehmoment nicht erfasst werden und somit
ist es nicht möglich,
die Dämpfungskraft
zu verfolgen, die durch den Dämpfer
letztlich generiert wird.
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Des
weiteren vergrößert sich
die Länge
des Dämpfers
um die Länge
der Torsionsstange, da ein unteres Ende der Rotorwelle des Motors
und ein oberes Ende der Gewindespindel über die Torsionsstange miteinander
verbunden sind. Dies beeinträchtigt die
Einbaumöglichkeiten
des Dämpfers
und erschwert zudem die Sicherstellung eines ausreichenden Hubes.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuerbarkeit eines
Dämpfers,
der als solcher einen Motor verwendet, zu verbessern und zudem auch
die Gesamtlänge
des Dämpfers
zu verringern.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
schafft die vorliegende Erfindung einen Dämpfer, der eine Spindelmutter
aufweist, die an die Fahrzeugkarosserie und das Achssystem angebunden
ist, eine Schraubenspindel, die drehbar in die Spindelmutter eingeschraubt
ist, und einen Motor, der entsprechend mit dem Achssystem oder dem
Fahrzeugaufbau verbunden ist und auf welchen die Rotation der Schraubenspindel übertragen
wird, wobei der Motor eine hohle Rotorwelle umfasst und eine Ausgangswelle
in diese hohle Rotorwelle eingesetzt ist, wobei ein Ende der Ausgangswelle
mit der Rotorwelle verbunden ist und das andere Ende der Ausgangswelle
mit der Schraubenspindel verbunden ist und eine Erfassungsvorrichtung
vorgesehen ist, die als solche einen Torsionswinkel der Ausgangswelle
detektiert, der entsprechend einem Drehmoment variiert, das an der
Ausgangswelle anliegt.
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Diese
Details sowie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und sind
zudem in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Axialschnittansicht zur Veranschaulichung eines Dämpfers gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
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2 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung zur Veranschaulichung
einer Kupplung.
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3 zeigt
eine Axialschnittdarstellung zur Veranschaulichung eines Motors
und eines Dämpfers
gemäß einem
weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Dämpfer D1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung mit einer Kugelspindelmutter 11, einer Spindelwelle 12 und
einem Motor M1 ausgestattet. Die Schraubenspindel 12 ist
drehbar in die Kugelspindelmutter 11 eingeschraubt und
die Drehung der Schraubenspindel 12 wird auf den Motor M1 übertragen.
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Der
Motor M1 umfasst ein Gehäuse 2,
einen Rotor 1 und einen Stator 5, wie dies in 1 näher veranschaulicht
ist. Der Rotor 1 wird durch eine hohle Rotorwelle 3,
einen Magneten 4, der an der Außenwandung der Rotorwelle 3 befestigt
ist und eine Torsionsstange T gebildet, die als Ausgangswelle in
die Rotorwelle 3 eingesetzt ist. Der Rotor 1 ist
drehbar in dem Gehäuse 2 durch
Kugellager 8 und 9 gelagert.
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Das
Gehäuse 2 wird
durch einen mit einem Bodenabschnitt versehenen, zylindrischen Gehäusekörper 2a gebildet,
der eine von einem Flansch umsäumte Öffnung aufweist,
sowie einem Innendeckel 2b, der jene Öffnung schließt, und
einen ebenfalls mit einem Boden versehenen zylindrischen Außendeckel 2c,
der eine Öffnung
mit einem Flansch aufweist. Die untere Endfläche des Innendeckels 2b und
der Flansch des Außendeckels 2c tragen
zwischen einander einen Fahrzeugaufbau B eines Fahrzeugs. Der Motor
M1 ist fest an einer Innenseite der Fahrzeugkarosserie B unter Verwendung
einer hier nicht näher dargestellten
Schraube befestigt und durchsetzt den Gehäusekörper 2a, den Innendeckel 2b,
die Fahrzeugkarosserie B und den Außendeckel 2c.
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Sowohl
der Innendeckel 2b als auch der Außendeckel 2c haben
fluchtende Öffnungen,
in welche die Rotorwelle 3 und die Torsionsstange T eingesetzt sind.
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Der
Motor M1 kann an der Fahrzeugkarosserie B durch Schweißen oder
andere Befestigungsmethoden angebracht werden, jedoch wird es im
Hinblick auf eine erleichterte Wartung es bevorzugt, hier eine Befestigungsmethode
zu verwenden die es erlaubt, den Motor M1 einerseits fest mit der
Fahrzeugkarosserie B zu verbinden und zudem jedoch auch eine Entfernung
des Motors M1 zu ermöglichen.
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Der
Stator 5 wird durch einen Kern 6, der als Ankerkern
fungiert, gebildet, der an der Innenumfangswand des Gehäuses 2 in
solch einer Weise befestigt ist, dass dieser den Magneten 4 und
einer Spule 7 die um den Anker 6 gewunden ist,
zugewandt ist. Der Motor M1 ist als sog. bürstenloser Motor ausgebildet.
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Der
Magnet 4 weist eine ringförmige Gestalt auf und hat ein
geteiltes Polmuster in welchem der Nordpol und der Südpol alternierend
in Umfangsrichtung auftreten. Der Magnet 4 wird durch Zusammenkleben
einer Vielzahl von Magneten in einer ringförmigen Gestalt gebildet.
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Die
Rotorwelle 3 ist als Hohlwelle ausgeführt, die eine im wesentlichen
zylindrische, bodenseitig geschlossene Gestalt aufweist. Im Inneren
der Rotorwelle 3 ist ein oberes Ende der Torsionsstange
T, die als Ausgangswelle fungiert, eingesetzt und mit dem Ende der
Rotorwelle 3 verbunden. Eine Welle 62, die der
Befestigung eines Detektionsmagneten 62 dient, ist außerhalb
der Rotorwelle 3 vorgesehen.
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Der
Innendurchmesser der Rotorwelle 3 ist auf einen Wert festgelegt,
der größer ist
als der Außendurchmesser
der Torsionsstange T, sodass die Außenumfangsfläche der
Torsionsstange T nicht mit der Innenumfangsfläche der Rotorwelle 3 in
Kontakt gelangt, d. h. die Rotorwelle 3 beeinträchtigt nicht
die Torsinn der Torsionsstange T.
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Das
Kugellager 8 ist außenringseitig
an dem Gehäusekörper 2a fixiert.
Das Kugellager 9 ist außenringseitig an einer Innenumfangswandung
des inneren Deckels 2b fixiert. Die Rotorwelle 3 ist
in die beiden Innenringe des Kugellagers 8 und des Kugellagers 9 eingesetzt
und damit drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert.
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Ein
magnetometrischer Sensor 63 ist innerhalb eines oberen
Abschnitts des Gehäusekörpers 2a vorgesehen.
Der magnetometrische Sensor 63 ist mit einem Hall-Element
und einen magnetoresistiven (MR) Element oder dergleichen in solch
einer Weise ausgestattet, dass dieser den Sensormagneten 61, der
an dem Außenumfang
der Welle 62 der Rotorwelle 3 befestigt ist, zugewandt
ist. Durch die Kombination des Sensormagneten 61 und dem
magnetometrischen Sensor 63, welche eine Erfassungsvorrichtung
K1 bilden, wird es möglich,
einen Drehwinkel des oberen Endes der Rotorwelle 3 zu erfassen,
der aus einer Drehung des oberen Endes der Torsionsstange T resultiert,
die innenseitig in der Rotorwelle 3 fixiert ist.
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Ein
Erfassungsmagnet 64 ist an dem anderen Ende der Torsionsstange
T angebracht. Ein magnetometrischer Sensor 65 ist in dem
Außendeckel 2c in
solch einer Weise vorgesehen, dass dieser dem Sensormagneten 64 zugewandt
ist. Ein Seitenabschnitt eines unteren Endes der Torsionsstange
T ist in einen Innenring eines Kugellagers 10 eingesetzt dessen
Außenring
an der Innenumfangswandung des Außendeckels 2c fixiert
ist und damit drehbar in dem Gehäuse 2 als
Rotorwelle 3 gelagert ist.
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Durch
Kombination des Sensormagneten 64 und des magnetometrischen
Sensors 65, die als solche eine Erfassungsvorrichtung K2
bilden, wird es möglich,
einen Drehwinkel des anderen Endes der Torsionsstange T zu erfassen.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden
die Erfassungsvorrichtungen K1 und K2 durch die Erfassungsmagnete 61 und 64 und
die magnetometrischen Sensoren 63 und 65 jeweils
gebildet, jedoch können
diese Vorrichtungen auch als anderweitige Geber ausgebildet sein,
wobei der Sensormagnet eine Rotorspule oder ein Auflöserkern und
der magnetometrische Sensor eine Statorspule sein kann. Alternativ
können
auch optische oder andere Typen von Drehgebern dazu verwendet werden, um
den Verdrehwinkel des oberen gegenüber dem unteren Ende der Torsionsstange
T zu detektieren.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
die Ausgangswelle durch die Torsionsstange T gebildet, sodass eine
Differenz des Drehwinkels zwischen dem oberen und dem unteren Ende
der Ausgangswelle unter relativ geringen Momenten auftreten kann.
Für den
Fall, dass die Ausgangswelle jedoch eine hohe Torsionsfestigkeit
aufweist, werden vorzugsweise jedoch die Erfassungsvorrichtungen K1
und K2 so ausgeführt,
dass diese eine besonders hohe Auflösung haben.
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Die
Rotorwelle 3 kann so gestaltet sein, dass diese eine zylindrische
Gestalt aufweist. In diesem Falle wird die Rotorwelle 3 vorzugsweise
an dem Außenumfang
des oberen Endes der Ausgangswelle befestigt. Weiterhin wird empfohlen,
dass der Innendurchmesser der Rotorwelle 3 auf einen Wert
festgelegt wird, der größer ist
als der Außendurchmesser der
Ausgangswelle, sodass die Torsinn der Ausgangswelle nicht beeinträchtigt wird.
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Der
Motor M1 ist mit einer Steuereinheit und einer externen Spannungsquelle
(nicht dargestellt) über
eine elektrische Leitung (nicht dargestellt) verbunden, die in das
Gehäuse 2 durch
eine Durchführung
G geführt
ist, die an einem Seitenabschnitt des unteren Endes des Gehäusekörpers 2a vorgesehen ist.
Die Steuerung des Drehmomentes, das an dem Rotor 1 angreift,
ermöglicht
es, eine gewünschte Dämpfungskraft
herbeizuführen
und der Antriebsmotor M1 ermöglicht
es, den Dämpfer
D1 nicht nur als Dämpfer
zu betreiben, sondern auch als Aktuator.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird
ein bürstenloser
Motor als Motor M1 verwendet, jedoch können verschiedenste Motoren,
beispielsweise ein Gleichstrom-, oder auch ein Drehstrommotor mit
Bürste,
ein Induktionsmotor oder dergleichen, verwendet werden als Quelle
für die
elektromagnetische Kraft.
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Des
weiteren wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine thermische
Beschädigung des
Motors M1 verhindert, da die Wärmeaufnahmekapazität auf einen
hohen Level durch einen vergrößerten Durchmesser
des Motors M1 gesetzt ist und damit eine Hitzedemagnetisation des
Magneten 4 verhindert ist. Des weiteren ist der Motor M1
so gestaltet, dass dieser eine kurze axiale Baulänge aufweist, sodass selbst
wenn der Motor M1 im Innenbereich der Fahrzeugkarosserie B verbaut
ist, dieser keine erheblichen Behinderung verursacht.
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Des
weiteren umfasst der Dämpfer
D1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Schraubenspindel 12 und eine Kugelspindelmutter 11,
die drehbar mit der Schraubenspindel 12 verschraubt ist, um
eine Expansions- und eine Kontraktionsbewegung des Dämpfers D1
in eine Drehbewegung der Schraubenspindel 12 umzuwandeln.
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Die
Schraubenspindel 12 ist drehbar in einem inneren Rohr 20 durch
Kugellager 23 und 24 gelagert. Die Kugellager 23 und 24 sind
in einer Kappe 41 gehalten, die innenseitig am oberen Ende
des inneren Rohres 20 eingesetzt ist. Ein Flansch 22,
der an dem Außenumfang
der Kappe 21 vorgesehen ist, ist mit einem Bolzen an ein
tassenförmiges
Verbindungsteil 25 angebunden, das als solches eine Öffnung mit
einem Flansch und einen Bodenabschnitt mit einer Bohrung aufweist.
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Die
Kugellager 23 und 24 sind zwischen einer Schulter 12a gehalten,
die an einem oberen Ende der Schraubenspindel 12 vorgesehen
ist und eine Mutter 60, die verhindert, dass die Schraubenspindel 12 gegenüber dem
Innenrohr 20 taumelt.
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Durch
Einsetzen des Außendeckels
in eine Innenumfangswandung am oberen Ende des Verbindungsteiles 25 wird
das Innenrohr 20 in der Fahrzeugkarosserie gelagert. Der
Motor M1 und das Verbindungsteil 25 können mit der Fahrzeugkarosserie B über einen
Bolzen (nicht dargestellt) befestigt werden, der auch dazu verwendet
wird, den Motor M1 an der Fahrzeugkarosserie B zu befestigen.
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Ein
elastischer Körper,
beispielsweise ein vibrationsbeständiger Gummi, können zwischen
dem Flansch des Verbindungsteiles 25 und dem Außendeckel 2c angeordnet
werden. In diesem Falle werden etwaige Vibrationen des Dämpfers D1
durch den elastischen Körper
absorbiert und das Fahrverhalten des Fahrzeugs wird hierdurch verbessert.
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Eine
flexible Kupplung 30 ist mit dem oberen Ende der Schraubenspindel 12 verbunden.
Das untere Ende der Torsionsstange T ist in ein oberes Ende dieser
flexiblen Kupplung 30 eingesetzt und mit dieser verbunden.
Die Rotation der Schraubenspindel 12 wird über die
flexible Kupplung 30 zu dem Rotor 1 des Motors
M1 übertragen.
Die flexible Kupplung 30 ist in dem Verbindungsteil 25 aufgenommen.
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Die
elastische Kupplung 30 besteht aus einem Paar von oberen
und unteren Eingriffsteilen 31 und 32 und elastischen
Körpern 33,
die zwischen den beiden Eingriffsteilen 31 und 32 angeordnet
sind, wie dies in 2 näher veranschaulicht ist. Eines
der Eingriffsteile 31 ist mit einem zylindrischen Körper und
einem Paar Überständen versehen,
die von dem zylindrischen Körper
abstehen und jeder derselben hat einen sektoralen Querabschnitt
und das andere Eingriffsteil hat die gleiche Gestalt wie das Eingriffsteil 31.
Die Eingriffsteile 31 und 32 sind in solch einer Weise
zusammengesetzt, dass die Überstände dieser
Eingriffsteile ineinandergreifen, wobei zwischen die Überstände der
Eingriffsteile jene elastischen Körper 33 eingesetzt
und beispielsweise durch beispielsweise Schweißen oder dergleichen eingebunden
sind.
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Die
flexible Kupplung 30 ermöglicht es damit, die Schraubenspindel 12 gegenüber der
Torsionsstange 3 geringfügig zu tordieren. Dies bedeutet,
in einem Zustand, in welchem die Torsionsstange T und die Schraubenspindel 12 miteinander
verbunden sind, wird eine Umfangsrotation der Gewindespindel 12 gegenüber der
Torsionsstange T ermöglicht.
Da des weiteren die elastischen Körper 33 vorgesehen sind,
kann eine hohe Winkelbeschleunigung und Drehung der Schraubenspindel 12 an
einer direkten Übertragung
auf die Torsionsstange T verhindert werden.
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Als
flexible Kupplung 30 können
zusätzlich zu
der hier dargestellten flexiblen Kupplung verschiedenste Typen,
beispielsweise Balgtypen, oder Blattfedern beinhaltende Varianten
verwendet werden. Des weiteren erlaubt die flexible Kupplung 30 eine gewisse
Exzentrizität
und der Zusammenbau des Dämpfers 1 wird
hierdurch erleichtert.
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Der
Vorteil der Verwendung eines tassenförmigen Verbindungsteiles 25 ist
der, dass ein direktes Freiliegen der flexiblen Kupplung zu einem
Steinschlag- und Spritzwasser-gefährdeten Bereich während der
Fahrt vermieden wird.
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Zudem
ist die Kugelspindelmutter 11 mit der Schraubenspindel 12 verschraubt,
die undrehbar mit einem oberen Ende eines mitlaufenden Rohres 40 verbunden
ist, das einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der des
Innenrohrs 20. Das mitlaufende Rohr 40, das hier
im Detail nicht näher
veranschaulicht ist achsseitig über
ein Verbindungsteil E mit einem unteren Ende an ein Außenrohr 41 angebunden. Das
Innenrohr 20 ist gleitbewegbar in das Außenrohr 41 über Lager 35 und 36 eingesetzt.
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Die
Kugelspindelmutter 11 ist mit der achsseitigen Seite des
Fahrzeugs über
mitlaufende Rohr 40 und das Befestigungsteil E an der Achsseite
verbunden. Wenn die Kugelspindelmutter 11 eine Linearbewegung
in vertikaler Richtung gegenüber
der Schraubenspindel 12 vollführt, wird die Drehung der Kugelspindelmutter 11 durch
das mitlaufende Rohr 40, das an der Achsseite befestigt
ist, verhindert und demgemäß wird die
Schraubenspindel 12 dazu gezwungen, sich zu drehen. Andererseits
wird, wenn der Motor M1 so betrieben wird, dass dieser die Schraubenspindel 12 dreht,
die Drehung der Kugelspindelmutter 11 verhindert und demgemäss kann sich
die Kugelspindelmutter 11 in vertikaler Richtung bewegen.
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Da
die Lager 35 und 36 zwischen dem Außenrohr 41 und
dem Innenrohr 20 angeordnet sind, wird das Innenrohr 20 vor
einem Taumeln gegenüber dem
Außenrohr 41 bewahrt
und demzufolge wird die Schabenspindel 12 auch vor einem
Wackeln gegenüber
der Kugelspindelmutter 11 gehindert. Dies verhindert eine
Belastung, die sich an bestimmten Kugeln (nicht dargestellt) der
Kugelspindelmutter konzentriert und ermöglicht es damit, einer Beschädigung der
Kugeln oder der Gewindenuten der Schraubenspindel 12 entgegenzutreten.
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Da
die Beeinträchtigung
der Kugeln oder der Gewindenuten der Schraubenspindel 12 verhindert werden
kann, wird es möglich,
eine Leichtgängigkeit der
Drehung der Schraubenspindel 12 gegenüber der Kugelspindelmutter 11 und
damit der Bewegung des Dämpfers
D1 in Expansions- und Kontraktionsrichtung sicherzustellen und dabei
eine Beeinträchtigung
des Dämpfers
D1 ohne Verschlechterung der Funktion als Dämpfer zu verhindern.
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Die
Schraubenspindel 12 und die Kugelspindelmutter 11,
die in dem Innenrohr 20 und dem Außenrohr 41 aufgenommen
sind, sind frei von äußeren Einflüssen durch
Steineinschlag oder dergleichen und eine Beeinträchtigung oder Beschädigung oder dergleichen
des Dämpfers
D1 wird verhindert.
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An
einem oberen Ende des Außenrohrs 41 ist
ein zylindrisches Stopperteil 42 vorgesehen, das einen
Flansch an einem oberen Ende desselben aufweist. Eine ringförmige Staubdichtung 43 ist
um einen Innenumfangsabschnitt des Stopperteils 42 angeordnet
und dichtet zwischen dem Außenrohr 41 und
einem Außenumfang des
Innenrohrs 20 ab, um den Eintritt von Schmutz und Regenwasser
oder dergleichen in das Außenrohr 41 und
das Innenrohr 20 zu verhindern. Demgemäss wird eine Qualitätsbeeinträchtigung
der Schraubenwelle 12 und der Kugelspindelmutter 11 verhindert.
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Das
obere Ende des Stopperteils 42 gelangt dann, wenn der Dämpfer D1
auf eine vorgegebene Länge
zusammengefahren ist, mit einem balgartigen, zylindrischen Stoßstopper 21 in
Kontakt, der am Außenumfang
des oberen Endes des Innenrohres 20 angebracht ist. Dies
ermöglicht
es, dass das Stopperteil 42 jeglichen Schlag während der
Kontraktion des Dämpfers
D1 abfedert und verhindert damit eine Kollision des oberen Endes
der Schraubenwelle 12 mit dem Befestigungsteil E an der
Achsseite, nämlich
einen sog. Bodenschlag des Dämpfers
D1, wodurch die Fahrcharakteristik des Fahrzeugs in einen Zustand
maximaler Kontraktion des Dämpfers
verbessert wird.
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Des
weiteren ist ein Federgummi 29 innerhalb des Innenrohrs 20 angeordnet
und steht in Kontakt mit einem unteren Ende der Kappe 21,
die jeglichen Stoß der
durch eine Kollision der Kugelspindelmutter 11 mit der
Kappe 21 verursacht werden würde, ab. Dies erlaubt es, dem
Federgummi 29 eine Qualitätsverschlechterung der Kugelspindelmutter und
damit des Dämpfers
D1 zu verhindern und die Laufqualität des Fahrzeugs im Zeitpunkt
maximaler Kontraktion des Dämpfers
ebenfalls zu verbessern.
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Bei
dem Dämpfer
D1, der wie oben stehend beschrieben aufgebaut ist, erzeugt dann
wenn die Fahrzeugkarosserie und die Fahrzeugachse gegeneinander
eine lineare Relativbewegung unter der Wirkung der durch die Fahrbahnfläche eingeleiteten Kräfte vollführen, die
Kugelspindelmutter, die mit der Achsseite und die Schraubenspindel 12,
die mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, zueinander lineare Relativbewegungen.
Diese Relativbewegungen werden in eine Rotation der Schraubenspindel 12,
wie oben stehend beschrieben, umgewandelt und die Rotation der Schraubenspindel 12 wird
auf den Rotor 1 des Motors M1 über die Torsionsstange T übertragen.
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Wenn
der Rotor 1 des Motors M1 sich dreht, bewegt sich die Spule 7 innerhalb
des Motors M1 durch ein magnetisches Feld des Magneten 4 und
als Resultat hiervon wird eine elektromagnetische Kraft auf die
Spule 7 induziert. Diese elektromagnetische Kraft wird über den
Motor M1 in Energie umgewandelt, um eine elektromagnetische Gegenkraft
zu erzeugen. Ein Drehmoment, das durch die elektromagnetische Kraft,
die aus der induzierten, elektromagnetischen Kraft resultiert, greift
an dem Rotor 1 des Motors M1 an und stellt das Drehmoment
dar, das der Drehung des Rotors 1 entgegenwirkt.
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Diese
Wirkung der Unterdrückung
der Rotation des Rotors 1 unterdrückt auch die Rotation der Schraubenspindel 12 und
dies wiederum unterdrückt die
Linearbewegung der Kugelspindelmutter 11. Auf diese Weise
produziert der Dämpfer
D1 eine Stellkraft, die als Dämpfungskraft
wirkt durch Verwendung der elektromagnetischen Feldkraft, um Vibrationsenergie
zu absorbieren und zu dämpfen.
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Wenn
die Spule 7 von einer externen Spannungsquelle mit Spannung
beaufschlagt wird, kann durch Einstellung des an dem Rotor 1 angreifenden Drehmomentes
die Expansion und die Kontraktion des Dämpfers 1 frei gesteuert
werden, d. h. die Stellkraft des Dämpfers D1 kann frei in dem
Ausmaß eingestellt
werden wie sie auch produziert werden kann. Auch die Dämpfungseigenschaften
des Dämpfers
D1 können
variiert werden und der Dämpfer
D1 kann zudem auch als Aktuator fungieren. Wenn der Dämpfer D1
so angesteuert wird, dass dieser als Aktuator fungiert, kann in Übereinstimmung
mit der Dämpfungskraft,
die durch die oben genannte Energieregeneration erreicht wird, der
Dämpfer
D1 auch als aktive Federung fungieren.
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Wenn
der Dämpfer
nicht als Aktuator fungieren muss, d. h. der Dämpfer D1 lediglich dazu verwendet
wird, eine Dämpfungskraft
zu generieren, ist es nicht notwendig, den Motor M1 mit einer externen Spannungsquelle
zu verbinden. In diesem Falle kann eine lineare Relativbewegung
der Schraubenspindel 12 und der Kugelspindelmutter 11 bereits
durch die induzierte elektromagnetische Kraft unterdrück werden,
die in der Spule 7 auftritt, wenn der Rotor 1 des Motors
M1 dazu gezwungen wird, zu rotieren, d. h. durch ein Drehmoment,
das aus der elektromagnetischen Kraft resultiert, die durch Energieregeneration erzeugt
wird.
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Der
Motor M1 in dem Dämpfer
D1 kann einen Drehwinkel des unteren Endes der Torsionsstange T
und des Rotationswinkels des oberen Endes, das mit der Rotorwelle 3 verbunden
ist, detektieren. Dies macht es möglich, ein Drehmoment zu erfassen, das
praktisch an dem Rotor 11 angreift aufgrund eines Unterschiedes
des Rotationswinkels zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende.
Durch Verwendung des auf diese Weise detektierten Drehmomentes kann
der Motor M1 angesteuert werden und damit wird es möglich, den
Motor M1 noch präziser anzusteuern.
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Wenn
das Drehmoment, das detektiert wurde, durch Detektion des Torsionswinkels
der Torsionsstange oder dergleichen, ist es bislang üblich, zunächst die
Torsionsstange zwischen dem Motor und einer Welle einer durch den
Motor angetriebenen Vorrichtung anzuordnen und dann die Drehwinkelsensoren
an beiden Enden dieser Torsionsstange anzubringen. Jedoch die Einbindung
der Torsionsstange zwischen dem Motor und dieser Vorrichtung bewirkt
bislang eine Zunahme der Baulänge
des gesamten Gerätes.
Dann, wenn der Motor bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Torsionsstange T
aufweist, die im Inneren der Rotorwelle 3 angeordnet ist,
erlaubt dies eine Erfassung des Drehmomentes innerhalb des Motors
M1 ohne dass hierbei die Gesamtlänge
des Motors M1 zunimmt und konsequenterweise auch die Vorrichtung,
in welcher der Motor M1 angewendet wird, verringert wird.
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Insbesondere
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel,
bei welchem die Vorrichtung ein Dämpfer ist, kann die gesamte
Länge des
Dämpfers D1
verglichen mit herkömmlichen
Dämpfern
wenigstens um die Länge
der Torsionsstange reduziert werden und damit wird es einfach, einen
ausreichenden Hub des Dämpfers
sicherzustellen und die Einbaubarkeit in das Fahrzeug zu verbessern.
Bei den herkömmlichen
Dämpfern
kann ein Drehmoment nicht erfasst werden, jedoch bei dem Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung kann das Drehmoment erfasst werden. Die Steuerung des
Drehmomentes, das von dem Motor M1 ausgegeben wird basierend auf
dem detektierten Drehmoment erlaubt es, die Fahrcharakteristik des
Fahrzeugs zu verbessern.
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Mit
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht,
da der Motor M1 der vorzugsweise im Innenbereich des Kraftfahrzeuges
B fixiert ist, die Länge
des Relativbewegungsabschnittes des Dämpfers D1 im wesentlichen dem
Ergebnis, das erreicht wird, wenn man die Länge des Motors M1 von der Gesamtlänge des
Dämpfers
D1 subtrahiert. Auch in dieser Hinsicht wird es einfach, einen ausreichenden Hub
des Dämpfers
sicherzustellen. Insbesondere wird im Vergleich zu einem Fall, bei
welchem der Motor M1 in einem unteren Abschnitt der Fahrzeugkarosserie
B d. h. außerhalb
der Fahrzeugkarosserie verbaut wird, jedoch selbst in diesem Falle
wird es durch das erfindungsgemäße Konzept
möglich,
den Hub um die Länge
des Motors zu vergrößern.
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Bei
diesem Motor M1 wird, da die Torsionsstange T, die die Ausgangswelle
darstellt, als Feder fungiert, dann, wenn das Ausgangsdrehmoment
des Motors M1 ein Übermaß annimmt
verhindert, dass dieses Drehmoment direkt auf die Antriebswelle
der Vorrichtung wirkt und damit eine Überlast auf die mit dem Motor
M1 verbundene Vorrichtung reduziert.
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Der
Dämpfer
D1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann einen rapiden Wechsel hinsichtlich des an der Schraubenspindel 12 angreifenden
und vom Motor M1 übertragenen
Drehmomentes verhindern und reduziert damit die Belastung der Kugelspindelmutter 11 und
der Schraubenspindel 12, um hierbei eine sanfte Expansion
und Kontraktion sicherzustellen.
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Da
der Dämpfer
D1 des Motors M1 an der Fahrzeugkarosserie fixiert ist, wird die
Masse des Motors M1 nicht in die ungefederte Masse eingeschlossen
und die ungefederte Masse wird hierdurch reduziert.
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Dies
macht es möglich,
eine Kraft zu reduzieren, die achsseitig eingeleitete Vibrationen
aus einem Bereich unterhalb einer Feder des Fahrzeugs auf die Fahrzeugkarosserieseite,
die sich oberhalb der Fahrzeugfeder befindet, zu reduzieren und
damit die Laufqualität
des Fahrzeugs zu verbessern. Die flexible Kupplung 30 erlaubt
die Torsinn der Schraubenwelle 12 gegenüber dem Rotor 1, d.
h. die flexible Kupplung 30 erlaubt in einem Zustand, in
welchem der Rotor 1 und die Schraubenwelle 12 miteinander
verbunden sind, eine Umfangsdrehung der Schraubenspindel 12 gegenüber dem
Rotor 1 und damit wird es möglich, eine unnötige Dämpfungskraft
zu reduzieren, die durch ein Trägheitsmoment
des Dämpfers D1
mit der oben stehend beschriebenen Konstruktion generiert werden
würde.
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Nachfolgend
wird die Dämpfungskraft,
die durch das Trägheitsmoment
generiert wird, beschrieben. Die Dämpfungskraft, die durch den
Dämpfer
D1 generiert wird, ist allgemein die Gesamtsumme aus dem Trägheitsmoment
der Schraubenspindel, dem Trägheitsmoment
des Rotors 1 des Motors M1, einem Trägheitsmoment der Kugelspindelmutter 11 und
einer elektromagnetischen Kraft, die durch den Motor M1 generiert
wird. Aus der Tatsache, dass die Winkelbeschleunigung des Rotors 1 des
Motors M1 proportional ist zur Beschleunigung der Expansions- oder
Kontraktionsbewegung des Dämpfers
D1, nimmt jedes Trägheitsmoment
proportional zu dieser Beschleunigung der Expansions- oder Kontraktionsbewegung
des Dämpfers
D1 zu. Da jedoch das Trägheitsmoment
der Schraubenspindel 12 relativ groß ist und daher kann der Effekt
dieses Trägheitsmomentes
der Dämpfungskraft
nicht ignoriert werden.
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Da
die oben beschriebenen Trägheitsmomente
alle proportional zur Beschleunigung der Expansions- oder Kontraktionsbewegung
des Dämpfers
D1 sind, produzieren diese eine Dämpfungskraft unabhängig von
der elektromagnetischen Kraft des Motors M1 entgegen einer Axialkraft
des Dämpfers D1,
die von der Fahrbahnoberfläche
oder dergleichen in den Dämpfer
eingeleitet wird. Der Dämpfer D1
produziert insbesondere dann, wenn eine rapide Axialkraft eingeleitet
wird, eine höhere
Dämpfungskraft
und bewirkt dadurch für
die Fahrzeuginsassen die Empfindung einer gewissen Rauhigkeit.
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Als
Resultat wird, bevor eine Dämpfungskraft
erzeugt wird, die stets von der elektromagnetischen Kraft abhängt, eine
Dämpfungskraft,
produziert durch das Trägheitsmoment
der Schraubenspindel 12. Da die Dämpfungskraft, die durch die
Schraubenspindel 12 generiert wird, abhängig ist von der Beschleunigung
der Expansions- oder Kontraktionsbewegung des Dämpfers D1 ist es schwierig,
die kleineren Trägheitsmomente
der Schraubenspindel 12 zu steuern und der Effekt des Trägermomentes 12 an der
Dämpfungskraft
wird unterdrückt.
Zudem zu diesem kann, da die flexiblen Kupplungen 30 eine
Torsinn der Schraubenspindel 12, wie oben stehend beschrieben,
erlauben, die Dämpfungskraft,
die durch das Drehmoment der Schraubenspindel 12 erzeugt wird,
reduziert werden durch die flexiblen Kupplungen. Dies erlaubt es,
die Steuerbarkeit der Dämpfungskraft,
die durch den Dämpfer
D1 generiert wird, zu verbessern, wenn der Dämpfer D1 bei einem Fahrzeug
angewendet wird und die Fahrqualitäten des Fahrzeugs können verbessert
werden.
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Da
die Torsionsstange T des Motors M1 ebenfalls als Feder agiert, wird
die Dämpfungskraft, die
durch die oben stehend beschriebenen Trägheitsmomente erzeugt wird,
ebenfalls durch diese Torsionsstange T reduziert. Nämlich ist
es möglich,
diese Dämpfungskraft,
die durch die oben beschriebenen Trägheitsmomente produziert wird,
zu reduzieren, wenn die flexible Kupplung 30 nicht verwendet
wird. Auf der anderen Seite ist, selbst wenn ein Bauteil mit einer
relativ hohen Torsionsfestigkeit für die Ausgangswelle verwendet
wird, es möglich,
die Dämpfungskraft,
die durch die Trägheitsmomente,
wie oben stehend beschrieben, generiert wird über die flexible Kupplung 30 zu
reduzieren, welche eine Kupplung darstellt, die eine gewisse Verlagerung
der Schraubenspindel 12 gegenüber der Ausgangswelle erlaubt.
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Die
Verwendung der Torsionsstange T und der flexiblen Kupplung 30 erlaubt
es, die Dämpfungskraft,
die durch das Trägheitsmoment
produziert wird, effektiver zu reduzieren.
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Des
weiteren kann durch Anordnung des Motors M1 im Innenbereich der
Fahrzeugkarosserie die elektrische Verkabelung (nicht dargestellt),
die von jeder Elektrode des Motors M1 ausgeht, im Inneren der Karosserie
verlegt werden und macht es damit einfach, diese elektrischen Leitungen
an eine externe Steuereinheit oder an einen Steuerschaltkreis anzuschließen. In
diesem Falle können
die elektrischen Leitungen, die in der Fahrzeugkarosserie B aufgenommen
sind, geschützt
und damit die Gefahr der Beeinträchtigung
derselben reduziert werden.
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Bei
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist
der Motor M1 im Innenbereich der Fahrzeugkarosserie B fixiert, jedoch
selbst wenn der Motor M1 außerhalb
der Karosserie B des Fahrzeugs angeordnet ist, wird der spezielle
Effekt der Reduzierung der Gesamtlänge des Dämpfers nicht verloren.
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Als
nächstes
wird ein Dämpfer
D2 gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Die gleichen Bauteile wie bei dem oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel
sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die detaillierten
Beschreibungen dieser Bauteile entfällt.
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Der
Dämpfer
D2 bei diesem weiteren Ausführungsbeispiel
ist in 3 gezeigt. Dieser Dämpfer D2 unterscheidet sich
von dem oben stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, dass
ein Außenumfang
eines Zwischenabschnitts der Torsionstange T als Ausgangswelle des
Motors M2 von einem zylindrischen Gummi 70 abgedeckt ist,
der als elastischer Körper
fungiert.
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Da
der Gummi 70 an seinem Außenumfang mit dem Innenumfang
der Rotorwelle 3 in Kontakt steht, kann die Torsionsvibration
der Torsionsstange T vermittels des Gummis 70 gedämpft werden.
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Nämlich, wenn
die Torsionsstange T sich gegenüber
der Rotorwelle 3 dreht, kann die Reibung, die zwischen
der Außenumfangsfläche der
Torsionsstange und der Innenumfangsfläche des Gummis 70 auftritt,
Torsionsvibrationsenergie der Torsionsstange T in Wärmeenergie
oder dergleichen konvertieren mit dem Resultat, dass die Torsionsvibration
der Torsionsstange T gedämpft
wird.
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Zusätzlich kann,
da eine Außenumfangsfläche des
Gummis 70 mit der Innenumfangsfläche der Rotorwelle 3 in
Kontakt steht, eine Reibung erzeugt werden zwischen der Innenumfangsfläche der
Rotorwelle 3 und der Außenumfangsseite des Gummis 70, und
die Torsionsvibrationsenergie der Torsionsstange T wird umgewandelt
in Wärmeenergie
oder dergleichen mit dem Resultat, dass die Torsionsvibration der
Torsionsstange T gedämpft
wird.
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Selbst
wenn die Außenumfangsfläche des Gummis 70 nicht
mit der Innenumfangsfläche
der Rotorwelle 3 in Kontakt steht, kann die Torsionsvibration der
Torsionsstange T gedämpft
werden, jedoch führt der
Kontaktzustand zu effektiveren Resultaten.
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Daher
wird in einem anderen Ausführungsbeispiel,
nachdem die Torsionsstange T verdreht wird, die Torsionsvibration
gedämpft
durch eine Federwirkung der Ausgangswelle für eine kurze Zeitperiode und
demgemäss
kann die Vorrichtung, an welche der Motor M2 angebunden ist, stabil
betrieben werden.
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Bei
dem Dämpfer
D2, in welchem der Motor M2 angeordnet ist, kann die Torsionsvibration
der Torsionsstange T keine Variationen der Dämpfungskraft verursachen und
die Steuerbarkeit beeinträchtigen.
Demgemäss
wird die Fahrqualität
des Fahrzeugs verbessert.
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Bei
dem oben stehenden Ausführungsbeispiel
ist die Außenumfangsfläche der
Torsionsstange T mit dem Gummi überdeckt,
jedoch kann die Torsionsstange auch mit einer Hohlgestalt ausgebildet werden
und die Innenseite der Torsionsstange kann mit einem Gummi, einer
Masse oder einem Granulat, wie beispielsweise Sand oder Gießsand gefüllt werden.
Auch in diesem Falle können,
da die Torsionsvibrationsenergie der Torsionsstange gedämpft wird durch
Reibung zwischen der Torsionsstange und dem Füllmaterial wie jenem Gummi,
die gleichen Funktionen und Effekte erreicht werden wie oben beschrieben.