DE4433056C2 - Schwingungsdämpfer für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Arbeitszylinder, einem den Arbeitszylinder in zwei Arbeitskammern unterteilenden, an einer Kolbenstange befestigten Ar­ beitskolben, einen Ausgleichsraum und einer die Kolbenstange gegen die Atmos­ phäre abdichtenden Kolbenstangenführung, wo bei die Arbeitskammern mit einem magnetorheologischen, durch eine, im Arbeitskolben angeordnete elektrische Spule beaufschlagbaren Fluid, gefüllt sind.

Derartige Schwingungsdämpfer sind bereits bekannt (z. B. US-PS 5 277 281), bei denen die Arbeitskammern des Arbeitszylinders durch einen Arbeitskolben ge­ trennt und mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt sind. Der Arbeitskolben besitzt dabei Strömungsdurchlässe, durch die das Fluid strömt und eine entspre­ chende Dämpfungskraft erzeugt. Ein derartiges Fluid verändert durch Beaufschla­ gung eines Magnetfeldes seine Viskosität, so daß somit die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers variabel, d. h. veränderbar einstellbar ist. Die Änderung des Viskositätsverhaltens wird über eine elektrische Spule und einen Weicheisen­ kreis und der damit verbundenen magnetischen Feldstärke erzeugt. Fließt kein Strom durch die Spule, verhält sich das magnetorheologische Fluid als normale Flüssigkeit mit relativ niedriger Viskosität. Erst bei Beaufschlagung der elektri­ schen Spule mit Strom wird im Magnetfeld die Viskosität des Fluids erhöht. Nachteilig ist somit, daß bei Auftreten eines Fehlers, z. B. Stromausfall oder Ka­ belbruch die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers relativ niedrig ist, ein derartiges Verhalten ist nicht erwünscht.

Darüber hinaus sind hydraulische Dämpfer (z. B. DE 18 13 849 A1) bekannt, bei denen eine Spule im Dämpfungskolben angeordnet ist, wobei diese Spule über die elektrische Erregbarkeit in der Dämpferflüssigkeit ein magnetisches Feld auf­ baut. Durch eine Veränderung des Spulenstromes wird die Dämpfungskraft im Drosselspalt zwischen dem metallischen Dämpfungsgehäuse und der Außen­ wandung des Dämpfungskolbens verändert. Bei dem verwendeten Fluid handelt es sich jedoch um ein Öl-Magnetpulver-Gemisch, wobei unterhalb des Dämp­ fungskolbens Dauermagnete angeordnet sind, die die Pulverteilchen des Magnet­ pulvers entgegen der Schwerkraft in der Schwebe halten. Die Dauermagnete er­ zeugen ein Magnetfeld, welches lediglich das Fluid in der unteren Arbeitskam­ mer beeinflußt und kann dabei nicht die Spule mit einem entsprechenden Magnet­ feld überlagern.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit, durch ein magne­ torheologisches Fluid, beeinflußbarer Dämpfungskraft so weiterzubilden, daß bei Ausfall des auf das Fluid wirkenden Magnetfeldes eine sicherheitsrelevante Dämpfungskraft automatisch eingenommen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das magnetor­ heologische Fluid über mindestens ein, durch wenigstens einen Permanent- Magneten erzeugtes Dauermagnetfeld beaufschlagt wird, und die elektrische Spule ein weiteres Magnetfeld erzeugt, wobei das Dauermagnetfeld die Viskosi­ tät des magnetorheologischen Fluids auf einen sicherheitsrelevanten Wert erhöht, und das Dauermagnetfeld durch das weitere Magnetfeld der Spule kompen­ siert oder verstärkt wird.

Bei dieser Ausführung ist von Vorteil, daß durch Hinzufügen eines oder mehrerer Dauermagnetfelder das Fluid vorgespannt wird, d. h. der dauermagnetische Fluß erhöht die Viskosität des magnetorheologischen Fluids auf einen Wert, der für einen sicheren Fahrzustand des Kraftfahrzeuges reicht.

Mit Vorteil läßt sich als Dauermagnetfeld mindestens ein Permanent-Magnet vor­ sehen.

Nach einem weiteren Vorteil wird das Dauermagnetfeld durch ein weiteres Ma­ gnetfeld kompensiert oder verstärkt. Das weitere Magnetfeld ist über die elektri­ sche Spule variierbar. Vorteilhaft ist bei dieser Ausführungsform darüber hinaus, daß durch die Strombeaufschlagung der Spule je nach Stromstärke und Polung das Magnetfeld erhöht oder erniedrigt werden kann, so daß damit die Viskosität des magnetorheologischen Fluids erhöht oder vermindert werden kann. Dies er­ gibt eine variable einstellbare Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Arbeitskolben mindestens teil­ weise mit Strömungskanälen versehen ist. Mit Vorteil lassen sich die Strömungs­ kanäle als Bohrungen oder als Ausnehmungen ausbilden.

Nach einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Ausnehmungen mit ei­ ner sich verändernden Breite versehen.

Darüber hinaus ist der Arbeitskolben in seinem, den Strömungskanälen benach­ barten Bereich mit Nuten versehen. Mit Vorteil sind hierbei die Nuten mit einem in seiner Tiefe sich verändernden Nutgrund versehen.

Vorteilhaft ist hierbei, daß der Arbeitskolben am Arbeitszylinder abgedichtet ge­ führt ist, und daß das magnetorheologische Fluid den Kolben durchströmt. Durch die besondere Formgebung der Strömungskanäle, die sich in der Breite der Aus­ nehmung über den Umfang ändern und wobei auch die Tiefe des Nutgrundes über den Umfang variiert werden kann, wird ein Widerstand für den magneti­ schen Fluß erzeugt, der die Induktion im Strömungskanal (Luftspalt) vermindert. Durch das Zusammenwirken von Nutgrund und Nutbreite kann eine im wesentli­ chen konstante Induktion im Strömungskanal, über den Umfang gesehen, erreicht werden. Darüber hinaus ist von Vorteil, daß über die Form des Strömungskanales die Scherrate und somit die erreichbare Scherspannung vom jeweiligen Ort des Strömungskanales abhängig ist, dabei wird es Bereich geben, in denen das Fluid nicht mehr strömt, sondern sich mehr oder weniger verfestigt. Die Grenze zwi­ schen fest und flüssigem Fluid hängt dabei vom angelegten Magnetfeld und dem Durchfluß ab.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen sche­ matisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer in Ansicht, teils geschnitten;

Fig. 2 einen Arbeitskolben eines Schwingungsdämpfers mit einem Perma­ nent-Magnet;

Fig. 3 u. 4 weitere Ausführungsformen eines Arbeitskolbens;

Fig. 5 einen Arbeitskolben mit Strömungskanälen;

Fig. 6 den Arbeitskolben gemäß Fig. 5 in Draufsicht;

Fig. 7 bis 9 verschiedene Schnitte durch den in Fig. 6 dar­ gestellten Arbeitskolben.

Der in Fig. 1 dargestellte Schwingungsdämpfer 1 besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 12, den Arbeitskolben 3, der den Arbeitszylinder 12 in zwei Arbeitsräume teilt, wobei der Arbeitskolben 3 über eine Kolbenstange 2 nach außen ge­ führt ist. Das Außenrohr 4 und die Kolbenstange 2 sind mit Befestigungsteilen 5 versehen. Es handelt sich hierbei um ei­ nen sogenannten Zweirohrschwingungsdämpfer, bei dem zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Außenrohr 4 ein Ausgleichsraum gebildet ist. Es sind jedoch ebenfalls Ausführungen als Ein­ rohrschwingungsdämpfer vorstellbar, bei denen der Ausgleichs­ raum innerhalb des Arbeitszylinders 12 in seinem Endbereich angeordnet ist.

In der Fig. 2 ist als Einzelheit ein Arbeitskolben 3 darge­ stellt, der sowohl einen Permanent-Magneten 6 wie auch eine elektrische Spule 7 zur Erzeugung entsprechender Magnetfelder aufweist. Als Strömungskanäle 8 wird bei diesem Ausführungs­ beispiel der Zwischenraum zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Außenumfang des Arbeitskolbens 3 verwendet. Der magne­ tische Flug wird vom Arbeitskolben 3 über die Strömungskanä­ le 8 und dem Arbeitszylinder 12 auf den Arbeitskolben 3 zu­ rückgeführt.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, bei dem der Arbeitskolben 3 ebenfalls mit einem Permanent-Magnet 6 versehen ist, wobei jedoch die elektrische Spule 7 und der Permanent-Magnet im Arbeitskolben 3 axial hintereinander ange­ ordnet sind, so daß der Permanent-Magnet ein Magnetfeld und die elektrische Spule 7 ein weiteres Magnetfeld erzeugt. Im Ge­ gensatz hierzu ist in der Fig. 4 ein Arbeitskolben 3 dage­ stellt, bei dem zwei Permanent-Magneten 6 am jeweiligen Ende des Arbeitskolbens 3 angebracht sind, wobei die elektrische Spule 7 zwischen den beiden Permanent-Magneten 6 angeordnet ist. Der magnetische Fluß verläuft wiederum vom Arbeitskol­ ben 3 über den Arbeitszylinder 12 zurück zum Arbeitskolben 3. In den Fig. 2-4 sind Führungselemente nicht dargestellt. Die Führungselemente sorgen dafür, daß der Arbeitskolben 3 bei seiner Bewegung im Arbeitszylinder 12 nicht verkantet.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die elektrische Spule 7 ebenfalls im Arbeitskolben 3 angeord­ net ist und einen Permanent-Magnet 6 und einem Weicheisenjoch, welches Strömungskanäle 8 enthält, so daß wiederum zwei un­ terschiedliche Magnetfelder erzeugbar sind. Die Strömungska­ näle 8 sind dabei im Bereich des Weicheisenjochs als Boh­ rungen 8a ausgebildet.

Die Fig. 6 zeigt die Draufsicht der Ausführung nach Fig. 5, bei der der Arbeitskolben 3 mit Strömungskanälen 8 versehen ist, wobei die Strömungskanäle 8 jedoch als Ausnehmungen 8b über mindestens einen Teil des Umfanges des Arbeitskolbens 3 verlaufend angeordnet sind. In den Fig. 7 bis 9 sind die ent­ sprechenden Schritte gemäß Fig. 6 dargestellt, wobei zu ent­ nehmen ist, daß die Ausnehmungen 8b über den Umfang verteilt eine unterschiedliche Breite 9 aufweisen. Zusätzlich kann da­ bei im benachbarten Bereich noch eine Nut 10 mit einer unter­ schiedlichen Tiefe des Nutgrundes 11 angeordnet werden. Diese Formgebung des Strömungskanales 8, bei der sich die Breite des Strömungskanales 8 über den Umfang verändert und bei der ggf. auch die Nut entsprechend angeordnet ist, stellt einen Wider­ stand für den magnetischen Flug dar, der die Induktion im Strömungskanal (Luftspalt) vermindert. Durch das Zusammenwir­ ken der Breite des Strömungskanales 8 und der Nut 10 läßt sich eine im wesentlichen konstante Induktion im Strömungskanal 8 (Luftspalt) über den Umfang erzielen.

Die Strömungskanäle 8 sind über den Umfang gesehen nicht durchlaufend. Alternativ lassen sich die Strömungskanäle 8 durchlaufend gestalten, wobei zur Verhinderung eines magne­ tischen Kurzschlusses dieser Bereich aus einem nichtmagne­ tischen Material, z. B. Aluminium, hergestellt ist.

Claims (8)

1. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Arbeitszylinder, einem den Arbeitszylinder in zwei Arbeitskammern untertei­ lenden, an einer Kolbenstange befestigten Arbeitskolben, einen Ausgleichs­ raum und einer die Kolbenstange gegen die Atmosphäre abdichtenden Kol­ benstangenführung, wobei die Arbeitskammern mit einem magnetorheologi­ schen, durch eine, im Arbeitskolben angeordnete elektrische Spule beauf­ schlagbaren Fluid, gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetorheologische Fluid über mindestens ein, durch wenigstens einen Permanent-Magneten (6) erzeugtes Dauermagnetfeld beaufschlagt wird, und die elektrische Spule (7) ein weiteres Magnetfeld erzeugt, wobei das Dauermagnetfeld die Viskosität des magnetorheologischen Fluids auf ei­ nen sicherheitsrelevanten Wert erhöht, und das Dauermagnetfeld durch das weitere Magnetfeld der Spule kompensiert oder verstärkt wird.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Magnetfeld über die elektrische Spule (7) variierbar ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) mindestens teilweise mit Strömungskanälen (8) versehen ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungskanal (8) Bohrungen (8a) vorgesehen sind.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Strömungskanal (8) Ausnehmungen (8b) vorgesehen sind.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (8b) mit einer sich verändernden Breite (9) versehen sind.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben (3) in seinem, den Strömungskanälen (8) benachbar­ ten Bereich mit Nuten (10) versehen ist.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (10) mit einem in seiner Tiefe sich verändernden Nutgrund (11) versehen sind.