DE10055388A1 - Magnetorheologisches Kolben-Zylinderaggregat - Google Patents

Abstract

Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Verdränger axial beweglich angeordnet ist, wobei ein Arbeitsraum des Kolben-Zylinderaggregates ein magnetorheologisches Dämpfmedium aufweist, das von einem Magnetfeld einer Magnetspule, die ringförmig geschlossen ausgeführt und um eine Wickelachse gewickelt ist, hinsichtlich seiner Viskosität beeinflusst wird und in Abhängigkeit der Verdrängerbewegung durch mindestens einen Dämpfmediumkanal verdrängt wird, wobei die Wickelachse der Magnetspule im wesentlichen rechtwinklig zu dem mindestens einen Dämpfmediumkanal verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kolben-Zylinderaggregat gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Die US 5,277,281 beschreibt ein Kolben-Zylinderaggregat in der Bauform eines Schwingungsdämpfers, dessen Dämpfmedium in Abhängigkeit von einem wirk­ samen Magnetfeld seine Viskosität verändert. Das Magnetfeld wird von einer Spule erzeugt, die in einer Dämpfeinrichtung angeordnet ist. Ein Ventilgehäuse nimmt die Dämpfeinrichtung auf. In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 und 8 erstrecken sich Drosselkanäle der Dämpfeinrichtung radial und trennen den Spulenkörper in vier einzelne Wicklungsabschnitte, die fertigungstechnisch an­ spruchsvoll gewickelt werden müssen. Durch den unterschiedlichen Abstand der Windungen zueinander entsteht über den Querschnitt der Spule ein ungleichmä­ ßiges Magnetfeld.

Die Variante nach Fig. 9a verfügt über mehrere Dämpfkanäle, die radial außerhalb des Spulenkörpers angeordnet ist. Es wird offensichtlich eine als geschlossener Ring ausgeführte Magnetspule eingesetzt, deren Wickelachse parallel zu den Dämpfkanälen verläuft. Die Windungen der Magnetspulen verlaufen in Umfangs­ richtung des Kolbens. Folglich wirkt das Magnetfeld nur deckseitig zur Spule auf die Dämpfkanäle. Damit ist eine vergleichsweise schlechte räumliche Ausnutzung verbunden. Man erreicht zwar eine einfach zu wickelnde Spule, doch ist die Wir­ kung auf die Dämpfkanäle eher ungünstig. Das Verhältnis der Gesamtlänge des Dämpfmediumkanals zum der vom Magnetfeld beeinflussten Dämpfmediumkanal­ länge stellt einen Nachteil dieser Variante dar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Dämpfeinrichtung mit einem magnetorheologischen Dämpfmedium zu schaffen, die bei einem vorgegebenen Bauraum eine möglichst große Viskositätsänderung ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wickelachse der Magnetspule im wesentlichen rechtwinklig zu dem mindestens einen Dämpfme­ diumkanal verläuft.

Bei dieser Anordnung kann im Vergleich zum genannten Stand der Technik ein besonders großes Magnetfeld ausgenutzt und trotzdem eine einfach gewickelte Magnetspule eingesetzt werden.

Im Hinblick auf einen einfachen Aufbau der Dämpfeinrichtung ist die Magnetspule auf einem Spulenträger gewickelt und der mindestens eine Dämpfmediumkanal wird von einer Stirnfläche des Spulenträgers begrenzt. Der Spulenträger kann aus einem Kunststoff gespritzt und damit in seiner Form- und Maßhaltigkeit mit ei­ nem vergleichsweise geringem Aufwand sehr genau hergestellt werden.

Besonders einfach gestaltet sich der Dämpfmediumkanal, wenn sich der Dämpf­ mediumkanalquerschnitt parallel zu der Stirnfläche des Spulenträgers erstreckt.

Um ein möglichst gleichmäßiges Magnetfeld auf den Dämpfmediumkanal wirken zu lassen, weist die Magnetspule einen Spulenkern mit einem rechteckigen Quer­ schnitt bezogen auf die Wickelachse auf.

Damit keine unbestimmten Dämpfmediumströme parallel zu dem Dämpfmedium­ kanal auftreten, erstreckt sich der Dämpfmediumkanal maximal so breit wie der Spulenkern. Das Magnetfeld kann den gesamten Querschnitt des Dämpfmedium­ kanals beeinflussen.

Des weiteren ist vorgesehen, dass der Dämpfmediumkanal im Bereich des wirk­ samen Magnetfeldes bei einer vorgegebenen Breite einen kleineren Querschnitt aufweist, als in den außerhalb des Magnetfeldes verlaufenden Längenabschnit­ ten. Mit einem engen Dämpfmediumkanal kann zwar einerseits bei einem ver­ gleichbaren Magnetfeld die Viskosität des Dämpfmediums stärker verändert wer­ den, doch tritt gleichzeitig aufgrund der temperaturbedingten Viskositätsänderung eine unerwünschte Dämpfkraftstreuung auf. Um diesen Einfluss zu begrenzen, beschränkt sich der kleinere Querschnitt des Dämpfmediumkanals nur auf den Längenabschnitt, der vom Magnetfeld erfasst wird.

Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Dämpfeinrichtung innerhalb ei­ nes Kolbens an einer Kolbenstange angeordnet, wobei die Wickelachse der Mag­ netspule rechtwinklig zur Längsachse der Kolbenstange verläuft. Diese Art der Ausrichtung von Magnetspule zur Kolbenstange eine einfache elektrische Anbin­ dung der Magnetspule an die Versorgungsleitungen innerhalb der hohlen Kolben­ stange.

Um eine Grunddämpfung zu realisieren, weist die Dämpfeinrichtung mindestens eine Drosselstelle auf, die außerhalb des wirksamen Magnetfeldes angeordnet ist.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher beschrieben werden.

Fig. 1 Explosionsdarstellung der gesamten Dämpfeinrichtung.

Fig. 2 u. 3 Schnittdarstellung der Dämpfeinrichtung.

Fig. 4 Querschnitt durch die Dämpfeinrichtung.

Die Fig. 1 zeigt eine Dämpfeinrichtung 1, die innerhalb eines hohlen Kolbens 3 eines Kolben-Zylinderaggregates angeordnet ist. Es ist nicht unbedingt erforder­ lich, dass ein hohler Kolben als Anbringungsort gewählt wird. Man kann auch vorsehen, dass in einem Boden eines Kolben-Zylinderaggregates oder in einem ex­ ternen Gehäuse die Dämpfeinrichtung plaziert wird.

Der Kolben 3 verfügt über einen Anbindungszapfen 5 an eine Kolbenstange 7, wobei die Kolbenstange innerhalb eines mit einem magnetorheologischen Dämpfmedium gefüllten Zylinders 9 als Verdränger fungiert (s. Fig. 2). Innerhalb des Kolbens ist eine rechteckige Aufnahmeöffnung 11 ausgeführt, in der eine Magnetspule 13 angeordnet ist. Die Magnetspule verfügt über einen Spulenträger 14, bevorzugt aus Kunststoff gefertigt, der eine rechteckige Durchgangsöff­ nung 15 zur Aufnahme eines Spulenkerns 17 aufweist. Der Spulenkern besteht aus einem magnetisch leitenden Werkstoff. Ein erster Dichtring 19 zusammen mit einer Trägerplatte 21 aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff und einem Führungsbolzen 23 für die Anschlussleitungen an die Magnetspule 13 verhindern ein Eindringen von Dämpfmedium in die hohle Kolbenstange 7. Die axiale Fixie­ rung der Magnetspule erfolgt durch einen endseitigen Befestigungsring 25. Aus der Fig. 1 ist besonders gut ersichtlich, dass eine Wickelachse 27 der Magnetspule 13 rechtwinklig zur Längsachse des Kolbens und der Kolbenstange verläuft. Des weiteren kann man dieser Darstellung entnehmen, dass die Magnetspule einen rechteckigen Querschnitt mit einem rechteckigen Spulenkern aufweist, wobei sich die längere Seite des rechteckigen Querschnitts parallel zur der Längsachse der Kolbenstange erstreckt.

Die Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Dämpfeinrichtung entsprechend der Fig. 1 innerhalb des Zylinders 9 dar. Ein vom Zylinder 9 gebildeter erster Arbeits­ raum 29 wird von dem Kolben 3 in Verbindung mit einem Kolbenring 31 von einem zweiten Arbeitsraum 33 getrennt. Der Kolben verfügt über eine Drosselstelle 35, die außerhalb des wirksamen Magnetfelds angeordnet ist und beide Arbeits­ räume verbindet. Bei einer Axialbewegung des Kolbens wird die Drosselstelle in beiden Richtungen vom Dämpfmedium durchströmt.

Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Längsschnitt durch die Dämpfeinrichtung nach Fig. 1, wobei dieser Längsschnitt um 90° verdreht zu dem nach Fig. 2 ausgeführt ist. In dieser Darstellung sind radial außerhalb der Magnetspule verlaufende Dämpfmediumkanäle 37; 39 sichtbar, die jeweils von Stirnseiten 41 des Spulen­ trägers und Endflächen 43 des Spulenkerns begrenzt werden. Im Bereich der Stirnseiten des Spulenkerns 17 verfügt der Dämpfmediumkanal bei vorgegebener Breite über einen kleineren Querschnitt als in Längenbereichen 37a; 39a; 37b; 39b außerhalb vom wirksamen Magnetfeld. Dafür sind im Bereich des Spulenträgers Absätze 45 in den Kolben eingearbeitet, womit eine deutliche Querschnittserweiterung erreicht wird, um den Einfluss der temperaturbedingten Viskositätsänderung möglichst gering zu halten.

Die Fig. 4, die einen Querschnitt durch die Dämpfeinrichtung 1 im Bereich des Dämpfmediumkanals mit geringem Querschnitt darstellt, verdeutlicht, dass die maximale Breite B des Dämpfmediumkanals der Breite des Spulenkerns ent­ spricht. In der Fig. 1 ist dieser Zusammenhang ebenfalls ersichtlich. Der Dämpf­ mediumkanal ist schlitzförmig ausgeführt und erstreckt sich mit seiner Breite pa­ rallel zu den Stirnflächen des Spulenträgers und den Endflächen des Spulen­ kerns 17. Die Wickelachse 21 der Magnetspule ist im wesentlichen senkrecht zu den Dämpfmediumkanälen ausgerichtet. Mit den Pfeilen, die vom Spulenkern 17 ausgehend und zu ihm gerichtet sind, soll das Magnetfeld symbolisiert werden.

In Abhängigkeit der Stärke des Magnetfeldes, das auf die Dämpfmediumkanäle wirkt, verändert sich die Viskosität des magnetorheologischen Dämpfmediums. Bei einer großen Magnetfeldstärke strömt das Medium im wesentlichen durch die Drosselstelle 35. Andererseits kann ein nennenswerter Anteil des Dämpfmediums bei einer geringen Feldstärke parallel zu der Drosselstelle auch durch die Dämpf­ mediumkanäle 37, 39 fließen. Die Dämpfwirkung in den Dämpfmediumkanälen beschränkt sich im wesentlichen auf die Längenabschnitte außerhalb der Absätze 37a; 37b; 39a; 39b.

Claims (8)

1. Kolben-Zylinderaggregat, umfassend einen Zylinder, in dem ein Verdränger axial beweglich angeordnet ist, wobei ein Arbeitsraum des Kolben- Zylinderaggregates ein magnetorheologisches Dämpfmedium aufweist, das von einem Magnetfeld einer Magnetspule, die ringförmig geschlossen ausge­ führt und um eine Wickelachse gewickelt ist, hinsichtlich seiner Viskosität beeinflusst und in Abhängigkeit der Verdrängerbewegung durch mindestens einen Dämpfmediumkanal verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelachse (21) der Magnetspule (13) im wesentlichen rechtwink­ lig zu dem mindestens einen Dämpfmediumkanal (37; 39) verläuft.

2. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (13) auf einem Spulenträger (14) gewickelt ist und der mindestens eine Dämpfmediumkanal (37; 39) von einer Stirnfläche (41) des Spulenträgers (14) begrenzt wird.

3. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dämpfkanalquerschnitt parallel zu der Stirnfläche (41) des Spu­ lenträgers (14) erstreckt.

4. Kolben-Zylinderaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (13) einen Spulenkern (17) mit einem rechteckigen Querschnitt bezogen auf die Wickelachse (21) aufweist.

5. Kolben-Zylinderaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Dämpfmediumkanal (37; 39) maximal so breit erstreckt wie der Spulenkern (17).

6. Kolben-Zylinderaggregat nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfmediumkanal (37; 39) im Bereich des wirksamen Magnetfel­ des bei einer vorgegebenen Breite einen kleineren Querschnitt aufweist, als in den außerhalb des Magnetfeldes verlaufenden Längenabschnit­ ten (37a; 39a; 37b; 39b).

7. Kolben-Zylinderaggregat nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (1) innerhalb eines Kolbens (3) an einer Kolben­ stange (7) angeordnet ist, wobei die Wickelachse (21) der Magnetspule (13) rechtwinklig zur Längsachse der Kolbenstange (7) verläuft.

8. Kolben-Zylinderaggregat nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfeinrichtung (1) mindestens eine Drosselstelle (35) aufweist, die außerhalb des wirksamen Magnetfeldes angeordnet ist.