DE19816549A1 - Dämpfeinrichtung mit veränderbarer Viskosität des Dämpfmediums - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dämpfeinrichtung entsprechend dem Oberbegriff von Pa­ tentanspruch 1.

Aus der US 5,277,281 ist ein Schwingungsdämpfer mit einer magnetrheologischen Dämpfflüssigkeit bekannt, bei der durch Anlegen eines Magnetfeldes die Dämpfwirkung des Schwingungsdämpfers verändert werden kann. Dazu verfügt der Schwingungs­ dämpfer über eine Dämpfeinrichtung, die mindestens eine Durchflußöffnung aufweist, die im Bereich von Feldkräften, in diesem Fall Magnetfeldkräften, liegt. Der gesamte Volumenstrom, der beim Betrieb des Schwingungsdämpfers verdrängt wird, fließt durch die besagten Durchflußöffnungen und wird von den Feldkräften in dem Sinne beein­ flußt, daß eine Veränderung der Viskosität der Dämpfflüssigkeit eintritt.

Der grundsätzliche Vorteil eines Schwingungsdämpfers mit magnetrheologischer oder auch elektrorheologischer Dämpfflüssigkeit liegt darin, daß die Dämpfkraftänderung im Vergleich zu einer Ventileinrichtung mit einem Schrittmotor oder einem Hubmagneten ohne bewegliche Teile erreicht werden kann. Auf der anderen Seite ist die Dämpfkraft­ ansteuerung noch nicht so feinfühlig steuerbar, wie es wünschenswert wäre. Insbeson­ dere entspricht der Dämpfkraftkennlinienverlauf einer Ventileinrichtung mit magneto­ rheologischen Dämpfflüssigkeiten nicht den Wünschen hinsichtlich der Dämpfkraftab­ stimmung bei einem Fahrzeug. Im stromlosen Zustand wird eine äußerst geringe Dämpfkrafteinstellung erreicht, wobei die Dämpfkraftkennlinie aufgrund rein hydrauli­ scher Gesetzmäßigkeiten eine Ursprungsfunktion aufweist, d. h. durch den Punkt 0/0 in einem Dämpfkraftdiagramm mit der Funktion Dämpfkraft F_D = f(V_D). Schon bei gering­ sten Strömen ist eine deutliche Dämpfkraftsteigerung zu verzeichnen, so daß bei einer sehr geringen Dämpfergeschwindigkeit V_D schon eine sehr deutliche Dämpfkraft zu messen ist, was sich bei einem Fahrzeug als sehr unkomfortabel auswirken würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannte Schwierigkeit der Dämpfkräfte bei geringen Dämpfergeschwindigkeiten zu beheben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dämpfeinrichtung minde­ stens eine weitere Drosselstelle aufweist, deren Dämpfkraft unabhängig von der ersten Drosselstelle ist. Die Dämpfkraft der weiteren Drosselstelle überlagert sich mit der Dämpfkraft der ersten Drosselstelle, die den Feldkräften unterliegt. Damit kann bei klei­ nen Dämpfkräften die rein hydraulische Wirkung der weiteren Drosselstelle ausgenutzt werden, die in der Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer für einen gesteigerten Komfort sorgt. Die weitere Drosselstelle sorgt dafür, daß auch bei einer kleinen Strö­ mungsgeschwindigkeit der Dämpfflüssigkeit und wirksamen Feldkräften, die eine Vis­ kositätssteigerung der Dämpfflüssigkeit innerhalb der ersten Drosselstelle bewirken, eine geringe Gesamtdämpfkraft vorliegt, da die Dämpfflüssigkeit stets den Strömungsweg des geringsten Widerstandes zurücklegt.

Ein besonders einfacher Aufbau der Dämpfeinrichtung ergibt sich dann, wenn die wei­ tere Drosselstelle zu der ersten Drosselstelle hydraulisch parallel geschaltet ist. Des weite­ ren kann die Gesamtdämpfkraft gut abgeschätzt werden, wenn die Einzelkennlinien der Drosselstellen bekannt sind.

Im Hinblick auf besondere Anwendungsfälle, wie beispielsweise bei einem Schwin­ gungsdämpfer ist vorgesehen, daß die weitere Drosselstelle ein strömungsrichtungsab­ hängiges Durchlaßventil aufweist. Man stellt mit der ersten Drosselstelle, deren Dämpf­ kraft, wie bereits ausgeführt wurde, veränderlich ist, eine gewünschte Dämpfkraftkenn­ linie ein und überlagert diese Dämpfkraftkennlinie strömungsrichtungsabhängig mit einer weiteren Drosselstelle für eine bestimmte Strömungsrichtung, beispielsweise in Zug- oder Druckrichtung bei einem Schwingungsdämpfer.

Der zur Verfügung stehende Bauraum ist bei den meisten Dämpfeinrichtung äußerst knapp bemessen. Deshalb umschließt mindestens ein Rückschlußkörper den Spulenkör­ per, wobei der Rückschlußkörper mindestens eine Aussparung aufweist, die zusammen mit dem Spulenkörper die erste Drosselstelle bildet. Zudem bildet der Rückschlußkörper mit Teilen seiner Außenmantelfläche und mit Teilen einer Innenwandung eines Gehäu­ ses der Dämpfeinrichtung mindestens eine Anschlußverbindung zu der/den weitere(n) Drosselstellen. Die Teilezahl beschränkt sich auf ein Minimum. Der Rückschlußkörper kann als Strangpreßprofil sehr leicht hergestellt werden. Ein Querschnitt durch die Dämpfeinrichtung in Höhe des Spulenkörpers zeigt daß man mit dem Gehäuse, dem Rückschlußkörper und dem Spulenkörper nur drei Bauteile benötigt, um eine funktio­ nierende Dämpfeinrichtung zu schaffen.

Für kleine Stückzahlen bieten es sich an, wenn der Rückschlußkörper zweiteilig ausge­ führt ist und die einzelnen Rückschlußkörper einen im wesentlichen u-förmigen Quer­ schnitt aufweisen, wobei Außenflächen der Stege der Rückschlußkörper zusammen mit der Wandung des Gehäuses der Dämpfeinrichtung die mindestens eine Anschlußver­ bindung zu der/den weitere(n) Drosselstellen bildet/bilden. Mit dieser weiteren vom Rückschlußkörper übernommenen Funktion kann die Teilezahl der Dämpfeinrichtung klein gehalten werden. Im übrigen läßt sich der zweiteilige Rückschlußkörper sehr leicht herstellen, da der Raum im Rückschlußkörper für den Spulenkörper offen liegt.

Damit das Dämpfmedium bei einer Durchströmung der Dämpfeinrichtung die erste Drosselstelle möglichst direkt erreicht, weist das Gehäuse der Dämpfeinrichtung ein Bo­ denstück auf, auf dem sich der Spulenkörper abstützt, wobei der Spulenkörper einen Sammelraum für das durch die erste Drosselstelle strömende Dämpfmedium aufweist. Unter dem Begriff erste Drosselstelle ist die Zusammenfassung auch mehrerer Einzel­ drosselstellen zu verstehen, die den Feldkräften des Spulenkörpers unterliegen. Gerade bei mehreren Teildrosselstellen sorgt der Sammelraum für eine gleichmäßige Durch­ strömung.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der Sammelraum trichterförmig ausgebildet und weist eine in Richtung des Spulenkörpers sich vergrößernde Ausdehnung auf. Die Trichterform sorgt für eine drosselfreie Zuströmung des Dämpfmediums zu der ersten Drosselstelle. Dabei deckt eine Auflagescheibe den trichterförmigen Sammelraum teil­ weise ab, damit der Spulenkörper eine ausreichende Abstützung erhält.

Zusätzlich weist die Auflagescheibe Strömungsverbindungen zwischen der ersten Dros­ selstelle und dem Sammelraum auf. Diese werden nach Möglichkeit den Aussparungen im Rückschlußkörper angepaßt, so daß wiederum dafür gesorgt ist, daß keine zusätzli­ chen Drosselstellen schwer erfaßbarer Größe im Bereich der ersten Drosselstelle auftre­ ten.

Für die Anordnung der weiteren Drosselstelle in der Dämpfeinrichtung gibt es verschie­ dene Möglichkeiten. So können die weiteren Drosselstellen beispielsweise im Boden­ stück des Gehäuses ausgeführt sein. Wenn man einen Rückschlußkörper mit der ersten Drosselstelle und einer Anschlußöffnung für die weitere Drosselstelle ausführen kann, so läßt sich im Bodenstück sicherlich auch die weitere Drosselstelle anordnen, wie Versuch­ sträger bewiesen haben. Dabei bringt die Trichterform des Sammelraums zusätzliche nutzbare Bauräume im Bodenstück.

Man kann die weitere(n) Drosselstellen auch in einem vom Gehäuse unabhängigen Ventilkörper ausführen. Dann kann man vorsehen, daß das Gehäuse mit der Wandung des Arbeitsraumes einen Spalt bildet, wobei der Spalt eine Anschlußverbindung zu der weiteren Drosselstelle bildet. Die Geometrie des Rückschlußkörpers und der radiale Bau­ raumbedarf für das Gehäuse der Dämpfeinrichtung verringern sich.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 Ventileinrichtung mit einer Rechteckspule

Fig. 2 Draufsicht der Fig. 2

Fig. 3 Ventileinrichtung mit einer Tororidspule

Fig. 4 Draufsicht der Fig. 3

Fig. 5 Dämpfkraftkennfeld

Die Fig. 1 zeigt eine Dämpfeinrichtung 1 innerhalb eines von einer Wandung begrenz­ ten Arbeitsraums, beispielsweise eines Schwingungsdämpfers, wobei der Arbeitsraum in diesem Ausführungsbeispiel von einem Gehäuse 3 der Dämpfeinrichtung in zwei einzel­ ne Arbeitsräume 5; 7 unterteilt wird und mit einer Dämpfflüssigkeit gefüllt ist, deren Viskosität in Abhängigkeit von Feldkräften veränderbar ist. Als Verdränger fungiert das Gehäuse 3, in dem ein Spulenkörper 9 in Verbindung mit einem Spulenkern 11 ange­ ordnet ist. Bei der Spule handelt es sich um eine Rechteckspule. Parallel zu zwei Seiten der Rechteckspule sind gegenüberliegend zwei Rückschlußkörper 13; 15 angeordnet, die einen u-förmigen Querschnitt aufweisen und mit ihren Stegen 13a; 13b; 15a; 15b den Spulenkörper einrahmen. An ihren Innenseiten weisen die Rückschlußkörper Aus­ sparungen 17; 19 auf, die mit dem Spulenkörper 9 erste Drosselstelle bilden, deren Dämpfwirkung in Abhängigkeit des Spulenstroms veränderbar ist. Die ersten Drosselstel­ len erstrecken sich über die ganze Länge des Spulenkerns, wobei in einem Gehäusedec­ kel 21 Durchtrittsquerschnitte 23; 25 ausgeführt sind. An der Unterseite der Spule ist eine Auflagescheibe 27 montiert, die sich auf einem Bodenstück 29 des Gehäuses ab­ stützt und damit die Spule trägt. Wie in der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 erkennbar ist, bilden die zueinander ausgerichteten Stege 13a; 13b, 15a; 15b der Rückschlußkör­ per 13; 15 mit ihren dem Gehäuse zugewandten Außenflächen Anschlußverbindun­ gen 31; 33, die außerhalb der wirksamen Feldkräfte liegen. In der Auflagescheibe 27 sind für die ersten Drosselstellen der Aussparungen 17; 19 und für die Anschlußverbin­ dungen 31; 33 Strömungsverbindungen 35; 37; 39; 41 ausgeführt. Die radial innenlie­ genden ersten Drosselstellen werden von einem Sammelraum 43 im Bodenstück 29 zu einem Strom vereinigt. Die Strömungsverbindungen 35 und 41 münden in weitere Drosselstellen 45; 47, die mit richtungsabhängigen Durchlaßventilen 49; 51 versehen sind.

Beim Dämpfbetrieb strömt die Dämpfflüssigkeit aus dem Arbeitsraum 5 durch die Durchtrittsquerschnitte 23 gleichzeitig in die Aussparungen 17; 19 und die Anschluß­ verbindungen 31; 33, die räumlich und hydraulisch parallel geschaltet sind. Die Dämpf­ flüssigkeit wird von den Feldkräften des Spulenkörpers 9 bei entsprechender Bestro­ mung in ihrer Viskosität verändert. Die parallelen Anschlußverbindungen unterliegen nicht dem Einfluß der Feldkräfte, so daß an dieser Stelle keine Viskositätsänderungen auftreten und rein hydraulische Strömungszustände vorliegen. Sobald das Dämpfmedi­ um die weitere Drosselstelle 45 erreicht hat, sperrt das richtungsabhängige Durchlaß­ ventil den weiteren Durchfluß. Damit kann die Drosselstelle 45 keine Drosselwirkung entfalten. An der Drosselstelle 47 öffnet das richtungsabhängige Durchlaßventil 51 den Strömungsweg, so daß diese weitere Drosselstelle unabhängig von der Dämpfwirkung in den Aussparungen eine zusätzliche Dämpfwirkung ausübt. Die Gesamtdämpfwirkung ergibt sich aus der Überlagerung der beiden Drosselstellen Aussparungen 17; 19 und Drosselstelle 47 für diese Durchströmungsrichtung. In der Fig. 5 ist dieser Zusammen­ hang dargestellt.

Bei der umgekehrten Anströmrichtung, wenn Dämpfflüssigkeit aus dem Raum 7 in das Gehäuse der Dämpfeinrichtung 1 einströmt, vollzieht sich der entsprechende Vorgang. Einerseits kann durch die Sperrwirkung des Durchlaßventils 51 nur die Drosselstelle 45 hydraulisch wirksam werden und andererseits wird Dämpfmedium aus dem Sammel­ raum 43 in die Aussparungen 17; 19 verdrängt, wo die Feldkräfte je nach Stromeinstel­ lung an der Spule eine mehr oder weniger starke Viskositätsänderung vornehmen. Der Austritt der gesamten Dämpfflüssigkeit erfolgt über die Durchtrittsquerschnitte 23; 25.

Die Beschreibung beschränkt sich nicht auf die Anwendung bei einem Schwingungs­ dämpfer, sondern ist auch bei anderen hydraulischen Aggregaten einsetzbar, beispiels­ weise Gummilager o. ä.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Variante der Erfindung, bei der der Spulenkörper als Toroid ausgeführt ist. Funktional bestehen keine Unterschiede zu der Ausführung nach den Fig. 1 und 2. Es soll verdeutlicht werden, daß die weiteren Drosselstellen 45; 47 in einem separaten Ventilkörper 53 angeordnet sein können und anstelle der Anschluß­ verbindungen 31; 33 ganz einfach ein Ringspalt 55 zwischen dem Gehäuse 3 und einer die Arbeitsräume 5; 7 begrenzenden Wandung 57 ausgenutzt werden kann.

Die Aufgaben der Aussparungen 19, 21 werden von Schlitzen 59 (Fig. 4) im Spulenkör­ per übernommen.

Die Entscheidung für oder gegen eine der beiden Varianten ergibt sich aus dem Bau­ raum und den Herstellmöglichkeiten beim Spulenkörper.

Claims (13)

1. Verstellbare Dämpfeinrichtung, umfassend einen Arbeitsraum, in dem ein Verdrän­ ger eine Dämpfflüssigkeit mit veränderbarer Viskosität durch eine Drosselstelle be­ wegt, wobei die Viskosität durch Feldkräfte steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfeinrichtung (1) mindestens eine weitere Drosselstelle (45; 47) auf­ weist, deren Dämpfkraft unabhängig von der ersten Drosselstelle (17; 19) ist.

2. Verstellbare Dämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Drosselstelle (45, 47) zu der ersten Drosselstelle (17; 19) hydraulisch parallel geschaltet ist.

3. Verstellbare Dämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Drosselstelle (45; 47) ein strömungsrichtungsabhängiges Durchlaß­ ventil (49; 51) aufweist.

4. Verstellbare Dämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rückschlußkörper (13; 15) einen Spulenkörper (9) umschließt, wobei der Rückschlußkörper (13, 15) mindestens eine Aussparung (17; 19) auf­ weist, die zusammen mit dem Spulenkörper (9) die erste Drosselstelle bildet.

5. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlußkörper (13; 15) mit Teilen seiner Außenmantelfläche und mit Teilen einer Innenwandung eines Gehäuses (2) der Dämpfeinrichtung (1) minde­ stens eine Anschlußverbindung (31; 33) zu der/den weitere(n) Drosselstel­ len (45; 47) bildet/bilden.

6. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückschlußkörper (13; 15) zweiteilig ausgeführt ist und die einzelnen Rück­ schlußkörper einen im wesentlichen u-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei Au­ ßenflächen der Stege (13a; 13b; 15a; 15b) der Rückschlußkörper (13; 15) zusam­ men mit der Wandung (2) des Gehäuses der Dämpfeinrichtung die mindestens eine Anschlußverbindung (31; 33) zu der/den weitere(n) Drosselstellen (45; 47) bil­ det/bilden.

7. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) der Dämpfeinrichtung (1) ein Bodenstück (29) aufweist, auf dem sich der Spulenkörper (9) abstützt, wobei das Bodenstück einen Sammelraum (43) für das durch die erste Drosselstelle (17; 19) strömende Dämpfmedium auf­ weist.

8. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (43) trichterförmig ausgebildet ist und eine in Richtung des Spulenkörpers (9) sich vergrößernde Ausdehnung aufweist.

9. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auflagescheibe (27) den trichterförmigen Sammelraum (43) teilweise ab­ deckt.

10. Dämpfeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagescheibe (27) Strömungsverbindungen (37; 39) zwischen der ersten Drosselstelle (17; 19) und dem Sammelraum (43) aufweist.

11. Dämpfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Drosselstelle(n) (45; 47) im Bodenstück (29) des Gehäuses (3) aus­ geführt ist/sind.

12. Dämpfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Drosselstelle(n) (45; 47) in einem vom Gehäuse (3) unabhängigen Ventilkörper (53) ausgeführt ist/sind.

13. Dämpfeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit der Wandung des Arbeitsraumes einen Spalt bildet, wobei der Spalt eine Anschlußverbindung zu der weiteren Drosselstelle(n) (45; 47) bildet.