DE10352315A1

DE10352315A1 - Feder-/Dämpfer-Element

Info

Publication number: DE10352315A1
Application number: DE2003152315
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Rosenfeldt; Andreas Pohl
Original assignee: Fludicon GmbH
Current assignee: Fludicon GmbH
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2003-11-06
Publication date: 2005-06-09

Abstract

Ein Feder-/Dämpferelement mit mehreren mechanischen Feder-/Dämpferteilelementen, die mittels zwischengeschalteter elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Einrichtungen koppelbar sind, soll derart weitergebildet werden, dass eine gezielte Beeinflussung der Federsteifigkeit und/oder Dämpfungseigenschaften unabhängig voneinander möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass mindestens zwei der elektrorheologischen/magnetorheologischen Einrichtungen derart ausgeführt sind, dass das elektrorheologische/magnetorheologische Medium unter Wirkung einer Betriebsbelastung auf eine voneinander unterschiedliche Beanspruchungsart belastet bzw. verformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feder-/Dämpferelement mit mehreren mechanischen Feder-/Dämpferteilelementen, die mittels zwischengeschalteter elektro- und/oder magnetorheologischer Einrichtungen koppelbar sind. Ein derartiges Bauteil ist aus der US 4923057 bekannt geworden, wobei die Teilelemente der bekannten Anordnungen jeweils mit gleichartigen elektrorheolgischen Zwischenelementen koppelbar sind, die unter Belastung im wesentlichen einer Scherbeanspruchung unterworfen sind.
Mit einer solchen Einrichtung kann zwar die mechanische Eigenschaft des Bauteils beeinflußt werden, jedoch ist eine gezielte Beeinflussung der Steifigkeit und/oder der Dämpfung nicht unabhängig voneinander möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Feder-/Dämpferelement zu schaffen, bei welchem mit geringem Aufwand eine gezielte Beeinflussung der Federsteifigkeit und/oder Dämpfungseigenschaften unabhängig voneinander möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei der elektro-/magnetorheologischen Einrichtungen derart ausgeführt sind, daß das elektro-/magnetorheologische Medium unter Wirkung einer Betriebsbelastung auf einer voneinander unterschiedliche Beanspruchungsart belastet bzw. verformt wird.
Ein erfindungsgemäßes Feder-/Dämpferelement besteht also aus einer Anzahl von Teilelementen, die unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen können, zwischen denen sich eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit befindet.
Elektrorheologische Flüssigkeiten bzw. magnetorheologische Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, bei denen die rheologischen Eigenschaften stufenlos über das elektrische bzw. magnetische Feld steuerbar sind. In der Regel handelt es sich bei elektrorheologischen Flüssigkeiten bzw. magnetorheologischen Flüssigkeiten um Suspensionen, d.h. in einem Trägermedium suspendierte Festpartikel, die über das elektrische bzw. magnetische Feld polarisierbar sind. Je nach Ausführung der elektro-/magnetorheologischen Einrichtung wird die genannte Flüssigkeit unter Belastung verdrängt (Fließmodus), geschert (Schermodus) oder gedrückt (Quetschmodus). Es kann auch eine Kombination der vorgenannten Moden auftreten (Mischmode). Nähere Einzelheiten hierzu können dem Buch „Technischer Einsatz neuer Aktoren", Expert-Verlag, Renningen-Meinsheim, 1995, Kapitel 2.3.1 und Bild 3.1 entnommen werden.
Es hat sich nun gezeigt, daß bei einer Koppelung der Teilelemente über eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Einrichtung, die im Schermodus beansprucht ist, im wesentlichen eine gemeinsame Beeinflussung des Feder- und Dämpfungsverhaltens erfolgt. Durch eine Koppelung, die zu einer Beanspruchung im Quetschmodus führt, wird im wesentlichen die Steifigkeit des Systems veränderbar sein, während eine Koppelung im Fließmodus sich am stärksten auf das Dämpfungsverhalten auswirkt. Durch die erfindungsgemäße Kombination von mindestens zwei unterschiedlichen Modi, lassen sich in einem nahezu unbegrenzten Frequenzbereich die gewünschten mechanischen Eigenschaften sowohl für die Federsteifigkeit, als auch für das Dämpfungsverhalten exakt auf die gewünschten Bedingungen einstellen.
Die Funktion sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.
In 1a bzw. 1b ist ein als Blattfederanordnung 1 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement dargestellt, das aus einer Vielzahl von parallel beabstandet angeordneten scheibenförmigen Elementen 2 besteht. Die zwischen den Elementen 2 verbleibenden Spalte 3 sind als abgedichtete Kammern ausgebildet und enthalten eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit.
Die Elemente 2 sind bei Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit als ansteuerbare Kondensatorplattenelemente ausgebildet, die ein variables elektrisches Feld in dem jeweils dazwischenliegenden mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllten Spalt erzeugen können. Bei der Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit sind die Elemente 2 als ansteuerbare Spulenanordnung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgebildet. Auf eine Darstellung sowie Beschreibung der entsprechenden Ansteuerung sowie der Isolatoren wird an dieser Stelle verzichtet.
In den 1a bzw. 1b ist die Blattfederanordnung 1' als einseitig eingespannter Kragträger eingestellt. Die Krafteinleitung ist durch den Doppelpfeil 4 an dem dem eingespannten Ende gegenüberliegenden freien Ende angedeutet. 1a zeigt die Blattfederanordnung im unbelasteten Zustand, 1b zeigt die Blattfederanordnung im belasteten Zustand.
2a, 2b zeigt ebenfalls ein als Blattfederanordnung 1' ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement. Im Unterschied zu der in den 1a, 1b dargestellten Ausführungsform ist hier die Blattfederanordnung 1' zweiseitig eingespannt dargestellt. 2a zeigt den unbelasteten Zustand, 2b zeigt die Blattfederanordnung 1' mit mittiger Krafteinleitung im belasteten Zustand. (Krafteinleitung dargestellt durch Pfeil 5).
3 zeigt ein als Spiralfederanordnung 6 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement, das aus einem dreilagig beabstandet aufgewickelten Federmaterial 7 besteht. Das Federmaterial 7 kann beispielsweise als Flach- oder Rundmaterial ausgebildet sein. Wie es aus der 3 ersichtlich ist, wird zwischen den benachbarten aufgewickelten Lagen aus Federmaterial 7, jeweils eine Flüssigkeitskammer 8 gebildet, die beispielsweise mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllt sind. Das Federmaterial 7, d.h. die benachbarten Lagen, bilden die Kondensatorplattenelemente und sind mit wechselnder Polarität ansteuerbar ausgebildet. Durch Veränderung des in der Flüssigkeitskammer 8 wirkenden elektrischen Feldes ist die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit einstellbar und die benachbarten Lagen 7 werden über die elektrorheologische Flüssigkeit gekoppelt. Durch diese Einstellbarkeit kann ein angreifendes Moment dosiert werden.
4 und 5 zeigen eine als Konusfeder 10 bzw. als Schraubenfeder 11 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement. Die dargestellten Ausführungsformen sind jeweils als dreilagig gewickelte Feder-/Dämpferteilelemente 12 dargestellt. Wie es zu der 3 bereits beschrieben ist, kann als Federmaterial rundes bzw. rechteckiges Drahtmaterial verwendet werden. Die Flüssigkeitskammern 13 werden zwischen den benachbarten Lagen gebildet und enthalten die elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit.
Die dargestellten Feder-/Dämpferteilelemente können prinzipiell auch einlagig gewickelt ausgebildet sein, dann wird als Drahtmaterial ein Hohldraht verwendet. Der Hohlraum im Draht bildet dann entsprechend die Flüssigkeitskammer die mit elektrorheologischer Flüssigkeit und/oder magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllt ist.
Die vorstehend in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen von Feder-/Dämpferteilelementen können nun durch Parallel- und/oder Reihenschaltung in beliebiger Kombination miteinander gekoppelt werden, so daß für beliebige Anwendungsgebiete die verschiedensten Feder-/Dämpfereigenschaften erzielbar sind.
ES wird demnach durch die Erfindung ein elektrisches und/oder magnetisch einstellbare Feder-/Dämpferelement realisiert, bei dem Feder-/Dämpferteilelemente gekoppelt und somit die Federkennlinien in Abhängigkeit eines elektrischen Signals variiert werden können. Die Feder-/Dämpferkräfte können beliebig variiert werden und die Einsatzmöglichkeiten derartiger Feder-/Dämpferelemente sind vielfältig (Dämpfer, Tilger, Motorlager, adaptives Transportsystem). Bei der Kopplung derartiger Feder-/Dämpferelemente mit Massen kann die Eigenresonanz des schwingfähigen Systems verändert werden.
Nachfolgend wird anhand von 6 ein kombiniertes Feder-/Dämpferelement 15 beschrieben, das je nach Ansteuerung unter Belastung unterschiedlichen Moden unterworfen wird. Eine gemäß den 1a, 1b beschriebene einseitig über einen Stützpunkt 16 gelagerte Blattfederanordnung 17 ist über einen mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllter Fließkanal 18 mit einem Hydraulikspeicher 19 verbunden. Der Fließkanal 18 ist ebenfalls als elektrisch aufladbare ansteuerbare Kondensatoranordnung ausgebildet. Der Hydraulikspeicher 19 kann gasseitig von einer Pumpe 20 mit verschiedenen Drücken geladen werden.
Werden nun die Kondensatorplattenanordnungen sowohl der Blattfederanordnung 17 als auch des Fließkanals 18 derart angesteuert, dass die elektrorheologische Flüssigkeit in den Kammern bzw. im Fließkanal sich vollständig verfestigt, dann kann die Blattfederanordnung 17 im Quetschmodus betrieben werden.
Wird die Spannung von den Kondensatorplattenanordnungen der Blattfederanordnung 17 weggenommen, dann kann über den Fließkanal 18 der Fließmodus betrieben werden.

Claims

Feder-/Dämpferelement mit mehreren mechanischen Feder-/Dämpferteilelementen, die mittels zwischengeschalteter elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Einrichtungen koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der elektrorheologischen/magnetorheologischen Einrichtungen derart ausgeführt sind, daß das elektrorheologische/magnetorheologische Medium unter Wirkung einer Betriebsbelastung auf eine voneinander unterschiedliche Beanspruchungsart belastet bzw. verformt wird.
Feder-/Dämpferelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne elektro-/magnetorheologische Einrichtungen separat ansteuerbar sind.
Feder-/Dämpferelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente jeweils unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen.
Feder-/Dämpferelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente parallel geschaltet sind.
Feder-/Dämpferelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente in Serie geschaltet sind.