DE10013586A1 - Vehicle suspension spring with controlled, variable characteristic is hollow and contains magneto-viscous fluid subjected to variable magnetic field - Google Patents

Vehicle suspension spring with controlled, variable characteristic is hollow and contains magneto-viscous fluid subjected to variable magnetic field

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Abstract

The hollow (3) spring body (2) is filled with magneto-viscous fluid. Its viscosity is altered by application of a variable magnetic field (4,6). Stiffness is increased from a low, constant and sufficient value, as the current is increased. A variant is offered, in which merely the pressure of a fluid is varied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wendelfeder oder Spiralfeder, auch Schraubenfe­ der genannt, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrwerk eines Kraft­ fahrzeuges, deren Wicklung aus einem mit einem geeigneten Medium be­ füllten oder befüllbaren hohlen Federkörper besteht und deren Federsteifig­ keit durch einen physikalische Veränderungsprozess des besagten Mediums veränderbar ist. Zum technischen Umfeld wird beispielshalber auf die US 5,497,861 verwiesen.The invention relates to a helical spring or coil spring, also screw spring the called, especially for use in a chassis of a force vehicle whose winding from a be with a suitable medium filled or fillable hollow spring body and their spring stiffness due to a physical process of change in the medium is changeable. For technical reasons, reference is made to the US 5,497,861.

Grundsätzlich wäre es erwünscht, die Federsteifigkeit insbesondere von in Fahrzeug-Fahrwerken eingebauten Spiral- oder Wendelfedern verändern zu können, da damit eine aktive bzw. variable, vom Fahrzeugführer individuell gewünschte Fahrwerksabstimmung realisierbar wäre. Beispielsweise könnte zwischen einer mehr komfortorientierten oder mehr sportlichen Fahr­ werksabstimmung umgeschaltet werden.Basically, it would be desirable to adjust the spring stiffness especially from in Spiral or helical springs installed in vehicle chassis change too can, because it is an active or variable, individually by the driver desired chassis tuning would be feasible. For example between a more comfort-oriented or more sporty driving factory settings can be switched.

Aus der o. g. US 5,497,861 ist ein spiral- bzw. wendelförmiger Bewegungs­ dämpfer bekannt, der durch einen Hohlkörper gebildet ist, der mit einem elektroviskosen Fluid befüllt ist. Durch Anlegen von unterschiedlicher elektri­ scher Spannung an dieses elektroviskose Fluid kann die Dämpfungscha­ rakteristik dieses Bewegungsdämpfers verändert werden. From the above US 5,497,861 is a spiral or helical movement damper known, which is formed by a hollow body with a electroviscous fluid is filled. By creating different electri The damping scha. sher voltage to this electroviscous fluid characteristics of this damper can be changed.  

Wie die Federcharakteristik bzw. genauer die Federsteifigkeit einer Spiral- oder Wendelfeder oder Schraubenfeder nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1 deutlich spürbar und somit gegenüber dem bekannten Stand der Technik erheblich verstärkt verändert werden kann, soll mit der vorliegenden Erfindung aufgezeigt werden (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung). Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den unabhängigen Patentansprüchen 1 oder 2 oder 6 angegebenen Merkmale vorgeschlagen, vorteilhafte Ausbil­ dungen sind Inhalt der jeweiligen Unteransprüche.Like the spring characteristics or more precisely the spring stiffness of a Spiral or coil spring or coil spring according to the preamble of the An Proverb 1 clearly noticeable and thus compared to the known state of the Technology can be changed significantly more with the present Invention are shown (= object of the present invention). For This problem is solved in the independent patent claims 1 or 2 or 6 specified features proposed, advantageous training are contents of the respective subclaims.

Es bestehen verschiedene Möglichkeiten, wie das Torsionsverhalten und somit die Federcharakteristik einer einen hohlen Federkörper aufweisenden und dabei mit einem geeigneten Medium, welches einem physikalischen Veränderungsprozess unterworfen werden kann, befüllten oder befüllbaren Wendel- oder Spiralfeder verändert werden kann. Generell ist es dabei be­ sonders vorteilhaft, wenn der hohle Federkörper derart gestaltet ist, daß bei nicht durchgeführtem physikalischen Veränderungsprozeß bereits eine aus­ reichende Federsteifigkeit vorliegt, so daß eine sog. Grund-Federsteifigkeit vorhanden ist, die mittels des abstrakt sog. physikalischen Veränderungs­ prozesses erhöht werden kann.There are various options such as torsion behavior and thus the spring characteristic of a hollow spring body and with a suitable medium, which is a physical Change process can be subjected to, filled or fillable Coil or spiral spring can be changed. Generally it is be particularly advantageous if the hollow spring body is designed such that at a physical change process that has not yet been carried out sufficient spring stiffness is present, so that a so-called basic spring stiffness is present by means of the abstract so-called physical change process can be increased.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim in den hohlen Federkörper eingefüllten Medium um eine magnetoviskose Flüs­ sigkeit, deren Viskosität durch ein veränderbar anlegbares Magnetfeld ver­ änderbar ist. Bei geringer Viskosität der Flüssigkeit stellt sich dann eine ge­ ringere Federsteifigkeit ein als bei einer höheren Viskosität, die durch Anle­ gen eines entsprechend starken Magnetfeldes erzeugbar ist. Derartige ma­ gnetoviskose Flüssigkeiten an sich sind im Stand der Technik bekannt. According to a first embodiment of the invention, the in the hollow spring filled medium around a magnetoviscous flow liquid, the viscosity of which can be changed by a changeable magnetic field is changeable. If the viscosity of the liquid is low, a ge then arises lower spring stiffness than with a higher viscosity, which is caused by app can be generated against a correspondingly strong magnetic field. Such ma Gnetoviscose liquids per se are known in the prior art.  

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich beim in den hohlen Federkörper eingefüllten Medium um eine Vielzahl von magneti­ sierbaren Kugeln oder dgl., deren Bewegbarkeit gegeneinander durch ein veränderbar anlegbares Magnetfeld veränderbar ist. Somit sei der Hohlraum des Federkörpers bspw. mit kleinen Ferritkugeln soweit als möglich befüllt, die ohne zusätzliche Einwirkung eines Magnetfeldes relativ einfach gegen­ einander bewegbar sind, so daß die Wendel- oder Spiralfeder in ihrer Ge­ samtheit mit relativ niedriger Krafteinwirkung verformbar ist. Werden jedoch diese Ferritkugeln durch Anlegen eines geeigneten Magnetfeldes mehr oder weniger stark magnetisiert, so wird deren Beweglichkeit gegeneinander er­ heblich eingeschränkt bzw. es ist eine erheblich größere Krafteinwirkung hierfür erforderlich, so daß dementsprechend die Wendel- oder Spiralfeder in ihrer Gesamtheit nur mit deutlich höherer Krafteinwirkung verformbar ist.According to a second embodiment of the invention, the in the hollow spring body filled with a variety of magneti sizable balls or the like. Their mobility against each other by a changeable magnetic field is changeable. So the cavity is filled the spring body with small ferrite balls as far as possible, which is relatively easy to counteract without additional action of a magnetic field are mutually movable, so that the coil or coil spring in their Ge velvet with a relatively low force is deformable. However these ferrite balls by applying a suitable magnetic field more or magnetized less strongly, so their mobility towards each other is increased considerably limited or it is a considerably greater force necessary for this, so that the coil or spiral spring accordingly their entirety can only be deformed with a significantly higher force.

Bevor zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele für eine derartige, durch ein veränderbar anlegbares Magnetfeld hinsichtlich ihrer Federsteifigkeit verän­ derbare Wendel- oder Spiralfeder beschrieben werden, sei noch eine dritte Ausführungsform der Erfindung erwähnt, bei welcher es sich beim in den hohlen Federkörper eingefüllten Medium um ein Fluid handelt, dessen Druck im Rahmen des physikalischen Veränderungsprozesses veränderbar ist. Dies setzt selbstverständlich eine geeignete Vorrichtung voraus, mit Hilfe derer das Fluid wahlweise komprimierbar ist. Beispielsweise kann hierfür zusätzliches Fluid in den hohlen Federkörper hineingepreßt werden, wo­ durch die Federsteifigkeit der Wendel- oder Spiralfeder erhöht wird. Dement­ sprechend verringert eine partielle Fluidentnahme und der daraus resultie­ rende Druckabbau die Federsteifigkeit.Before two preferred embodiments of such, by one changeable magnetic field change with regard to their spring stiffness derible coil or coil spring are described, be a third Embodiment of the invention mentioned, which is in the hollow spring filled medium is a fluid whose pressure is changeable within the framework of the physical change process. Of course, this requires a suitable device with the help which the fluid is optionally compressible. For example, this can additional fluid can be pressed into the hollow spring body where is increased by the spring stiffness of the helical or spiral spring. Dement speaking reduces a partial fluid withdrawal and the resultant pressure reduction the spring stiffness.

In der beigefügten einzigen Figur sind zwei bevorzugte Ausführungsbei­ spiele der Erfindung mit einem veränderbar anlegbarem Magnetfeld stark vereinfacht dargestellt, die im folgenden weiter erläutert werden. In the attached single figure there are two preferred embodiments play the invention strongly with a changeable magnetic field shown in simplified form, which are further explained below.  

Mit der Bezugsziffer 1 ist die Federachse einer Wendelfeder bezeichnet, die durch mehrere Windungen eines Federkörpers 2 gebildet wird, so wie dies bei bekannten Wendel- oder Spiralfedern, die durch einen gleichermaßen gewundenen Federdraht gebildet werden, üblich ist. Der hier im Querschnitt kreisförmige Federkörper 2 ist hohl ausgebildet und im hohlen Innenraum 3 dieses wendelförmig gewunden angeordneten Federkörpers 2 befindet sich ein Medium, das - wie oben beschrieben - einem physikalischen Verände­ rungsprozeß unterworfen werden kann, wodurch sich die Federsteifigkeit der Wendelfeder verändert. Wie ebenfalls bereits beschrieben, kann dieses Me­ dium eine magnetoviskose Flüssigkeit sein, deren Viskosität durch ein ver­ änderbar anlegbares Magnetfeld veränderbar ist, oder dieses Medium kann durch eine Vielzahl von magnetisierbaren Kugeln oder dgl. gebildet werden, deren Bewegbarkeit gegeneinander durch ein veränderbar anlegbares Ma­ gnetfeld veränderbar ist.The reference number 1 denotes the spring axis of a helical spring, which is formed by a plurality of turns of a spring body 2 , as is customary in the case of known helical or spiral springs, which are formed by an equally wound spring wire. The here in cross section circular spring body 2 is hollow and in the hollow interior 3 of this helically wound spring body 2 is a medium that - as described above - can be subjected to a physical process of change, whereby the spring stiffness of the coil spring changes. As also already described, this medium can be a magnetoviscose liquid, the viscosity of which can be changed by a changeable magnetic field, or this medium can be formed by a large number of magnetizable balls or the like, the mobility of which against one another can be changed by a magnetic field which can be changed is changeable.

Zur gewünschten Veränderung der Federsteifigkeit der durch den hohlen Federkörper 2 sowie durch das darin befindliche Medium gebildeten Wen­ delfeder muß dieses Medium mit einem veränderbaren Magnetfeld beauf­ schlagbar sein. Zwei mögliche Varianten zur Erzeugung dieses Magnetfel­ des sind in der Figur dargestellt.For the desired change in the spring stiffness of the del spring formed by the hollow spring body 2 and by the medium located therein, this medium must be beatable with a changeable magnetic field. Two possible variants for generating this magnetic field are shown in the figure.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist der hohle Federkörper 2 von einer Elektro-Magnetspule 4 umgeben, d. h. um den im Querschnitt ringförmigen Federkörper 2 herum erstreckt sich ebenfalls ringförmig über dessen gesamter Länge eine Elektro-Magnetspule 4. Wird diese bestromt, so wird in Zusammenwirken mit dem metallischen und ferromagnetischen Federkörper 2 ein Magnetfeld erzeugt, welches am im Hohlraum 3 befindli­ chen Medium die gewünschte physikalische Veränderung hervorruft. According to a first embodiment of the invention, the hollow spring body 2 is surrounded by an electrical solenoid 4, ie to the annular cross section around spring body 2 also extends annularly over the entire length thereof an electro-magnetic coil. 4 If this is energized, a magnetic field is generated in cooperation with the metallic and ferromagnetic spring body 2 , which causes the desired physical change in the medium 3 in the cavity 3 .

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist im von den Feder- Windungen begrenzten Innenraum 5 der Wendelfeder, innerhalb dessen zentral die Federachse 1 verläuft, ein geeignet dimensionierter Elektroma­ gnet 6 vorgesehen, der sich längs dieser Federachse 1 erstreckt. Bevorzugt - und wie figürlich dargestellt - sind dabei in Richtung der Federachse 1 hin­ tereinander abwechselnd mehrere Elektromagnete 6 und Permanentma­ gnete 7 angeordnet, so daß mittels eines kurzen Energieimpulses in den Elektromagneten 6 die Permanentmagnete 7 magnetisiert werden können und danach ohne weitere Energiezufuhr zu den Elektromagneten 6 konstant ein auf das sich im Hohlraum 3 befindende Medium einwirkendes Magnetfeld aufbauen. Durch geeignete Bestromung der Elektromagnete 6 können die Permanentmagnete 7 auch wieder entmagnetisiert und somit das Magnet­ feld abgebaut werden. Der Vorteil dieser Konstruktion mit Permanentma­ gneten 7 besteht dabei darin, daß keine kontinuierliche Bestromung der Elektromagnete 6 erforderlich ist, wodurch der Energiebedarf reduziert und eine unerwünschte Wärmeentwicklung verhindert wird.According to a second embodiment of the invention, in the interior 5 of the coil spring delimited by the spring windings, within which the spring axis 1 runs centrally, a suitably dimensioned electroma magnet 6 is provided which extends along this spring axis 1 . Preferably - and as shown in the figures - several electromagnets 6 and permanent magnets 7 are arranged alternately in the direction of the spring axis 1 , so that the permanent magnets 7 can be magnetized by means of a short energy pulse in the electromagnet 6 and then without further energy supply to the electromagnets 6 constantly build up a magnetic field acting on the medium located in the cavity 3 . By suitable energization of the electromagnets 6 , the permanent magnets 7 can also be demagnetized again and the magnetic field can thus be reduced. The advantage of this construction with permanentma 7 is that no continuous energization of the electromagnet 6 is required, which reduces the energy requirement and prevents undesirable heat generation.

Im übrigen ist die gezeigte Wendelfeder noch mit einer Abschirmung 8 um­ geben, die eine Ausbreitung des erzeugten Magnetfeldes nach außen unter­ bindet, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.In addition, the coil spring shown is still with a shield 8 to give a spread of the generated magnetic field to the outside under, but this and a variety of other details in particular of a constructive nature can be designed quite differently from the embodiment shown, without the content of the claims leave.

Claims (7)

1. Wendel- oder Spiralfeder, insbesondere, zur Verwendung in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, deren Wicklung aus einem mit einem geeigneten Medium befüllten oder befüllbaren hohlen Federkörper (2) besteht und deren Federsteifigkeit durch einen physikalischen Verän­ derungsprozess des besagten Mediums veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium eine magnetoviskose Flüssigkeit ist, deren Viskosität durch ein veränderbar anlegbares Ma­ gnetfeld veränderbar ist.1. Coil or spiral spring, in particular, for use in a chassis of a motor vehicle, the winding of which consists of a fillable or fillable with a suitable medium hollow spring body ( 2 ) and the spring stiffness can be changed by a physical change process of said medium, characterized that the medium is a magnetoviscous liquid, the viscosity of which can be changed by a changeable magnetic field. 2. Wendel- oder Spiralfeder, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, deren Wicklung aus einem mit einem geeigneten Medium befüllten oder befüllbaren hohlen Federkörper (2) besteht und deren Federsteifigkeit durch einen physikalischen Verän­ derungsprozess des besagten Mediums veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium durch eine Vielzahl von magnetisierbaren Kugeln oder dgl. gebildet wird, deren Bewegbarkeit gegeneinander durch ein veränderbar anlegbares Magnetfeld verän­ derbar ist.2. Coil or spiral spring, in particular for use in the undercarriage of a motor vehicle, the winding of which consists of a hollow spring body ( 2 ) filled or capable of being filled with a suitable medium and the spring stiffness of which can be changed by a physical process of changing the said medium, characterized in that that the medium is formed by a large number of magnetizable balls or the like, the mobility of which can be changed by a changeable magnetic field. 3. Wendel- oder Spiralfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Federkörper (2) von einer Elektro-Magnetspule (4) umgeben ist. 3. Coil or spiral spring according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow spring body ( 2 ) is surrounded by an electro-magnetic coil ( 4 ). 4. Wendel- oder Spiralfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im von den Feder-Windungen be­ grenzten Innenraum (5) ein geeignet dimensionierter Elektromagnet (6) vorgesehen ist.4. Coil or spiral spring according to claim 1 or 2, characterized in that a suitably dimensioned electromagnet ( 6 ) is provided in the interior ( 5 ), which is delimited by the spring windings. 5. Wendel- oder Spiralfeder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Federachsrichtung (1) hintereinander abwechselnd mehrere Elektromagnete (6) und Permanentmagnete (7) angeordnet sind.5. Coil or coil spring according to claim 4, characterized in that a plurality of electromagnets ( 6 ) and permanent magnets ( 7 ) are arranged alternately in the spring axis direction ( 1 ). 6. Wendel- oder Spiralfeder, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges, deren Wicklung aus einem mit einem geeigneten Medium befüllten oder befüllbaren hohlen Federkörper (2) besteht und deren Federsteifigkeit durch einen physikalischen Verän­ derungsprozess des besagten Mediums veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium ein Fluid ist, dessen Druck im Rahmen des physikalischen Veränderungsprozesses veränderbar ist.6. Coil or spiral spring, in particular for use in a chassis of a motor vehicle, the winding of which consists of a hollow spring body ( 2 ) which is or can be filled with a suitable medium and whose spring stiffness can be changed by a physical process of changing said medium, characterized in that that the medium is a fluid, the pressure of which can be changed as part of the physical change process. 7. Wendel- oder Spiralfeder nach einem der vorangegangenen Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Federkörper (2) derart ge­ staltet ist, daß bei nicht durchgeführtem physikalischen Verände­ rungsprozeß eine ausreichende Federsteifigkeit vorliegt.7. Coil or coil spring according to one of the preceding claims, characterized in that the hollow spring body ( 2 ) is designed in such a way that when physical changes are not carried out, the process of sufficient spring stiffness is present.
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