DE10131799A1 - Durchflussleitungsabschnitte für eine rheologische Systemflüssigkeit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Durchflussleitungsabschnitte eines kombinierten Feder-Dämpfersystems aus mindestens zwei hydraulische kommunizierenden Behältern mit mindestens zwei, zwischen den Behältern angeordneten, den Durchfluss einer elektrorheologischen Systemflüssigkeit ermöglichenden und steuernden Elementen, von denen eines eine Drossel oder Blende ist, wobei im Feder-Dämpfersystem mindestens ein Behälter auf der einen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter auf der anderen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein Hydrospeicher ist. DOLLAR A Mit der vorliegenden Erfindung werden Durchflussleitungsabschnitte für ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem mit geringem Bauraumbedarf geschaffen, über die die dämpfende und die federnde Kraft ohne mechanische Mittel konstant gehalten oder gezielt variiert werden kann.

Description

• Die Erfindung betrifft Durchflussleitungsabschnitte eines kombinierten Feder-Dämpfersystems aus mindestens zwei hydraulisch kommunizierenden Behältern mit mindestens zwei, zwischen den Behältern angeordneten, den Durchfluss einer rheologischen Systemflüssigkeit ermöglichenden und steuernden Elementen, von denen eines eine Drossel oder Blende ist, wobei im Feder-Dämpfersystem mindestens ein Behälter auf der einen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter auf der anderen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein Hydrospeicher ist.
• Aus der DE 199 61 715 ist ein Feder-Dämpfersystem bekannt, das aus einem Verdränger, einem Hydrospeicher und zwei diese Teile verbindenden Hydraulikleitungen besteht. In der einen Hydraulikleitung ist ein mechanisches Drosselventil angeordnet, während die andere Leitung von einer magnetfelderzeugenden Einrichtung umgeben ist. Der Verdränger verbindet, wie bei einem hydropneumatischen Federungssystem bekannt, die Fahrzeugradaufhängung mit dem Fahrzeugaufbau. Das System ist mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt. Letztere wird beim Einfedern eines Fahrzeugrades durch das Drosselventil und die in einem Magnetfeld angeordnete Leitung in einen Hydrospeicher verdrängt. Der Strömungswiderstand des Drosselventils erzeugt eine annähernd konstante dämpfende Kraft, während die im Magnetfeld angeordnete Leitung durch eine Änderung der Feldstärke eine veränderliche Dämpferkraft ermöglicht. Die Kompression des Gasvolumens im Hydrospeicher bewirkt eine federnde Kraft.
• Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, Durchflussleitungsabschnitte für ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem mit geringem Bauraumbedarf zu entwickeln, über die die dämpfende und die federnde Kraft ohne mechanische Mittel konstant gehalten oder gezielt variiert werden kann.
• Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu werden zwei Durchflussleitungsabschnitte gestaltet, die aus zwei zumindest annähernd koaxial angeordneten Rohrabschnitten bestehen, von denen ein innerer Rohrabschnitt in einem äußeren Rohrabschnitt angeordnet ist. Wenigstens die Innenwandung des äußeren Rohrabschnitts und wenigstens die Außenwandung des inneren Rohrabschnitts sind zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig, wobei die Innenwandung gegenüber der Außenwandung elektrisch isoliert ist. Die Innen- und die Außenwandung sind jeweils an einem Pol einer Spannungsquelle elektrisch angeschlossen. Sowohl zwischen dem äußeren und dem inneren Rohrabschnitt als auch im inneren Rohrabschnitt selbst, in den mindestens eine Drossel oder eine Blende angeordnet ist, wird eine elektrorheologische Flüssigkeit geführt.
• Bei einem Be- oder Entlasten des Verdrängers strömt zwischen dem Verdränger und dem Hydrospeicher über zwei Durchflussleitungsabschnitte in Form einer doppelwandigen hydraulischen Leitung eine elektrorheologische Systemflüssigkeit auf zwei Wegen. Der eine Weg führt durch den beispielsweise zentralen inneren Rohrabschnitt, in dem kein elektrisches Feld anliegt. Der andere Weg führt durch den Zwischenraum zwischen dem inneren und äußeren Rohrabschnitt. Da beide Rohrabschnitte zumindest an den einander gegenüberliegenden Oberflächen elektrisch leitfähig ausgebildet sind, entsteht bei einer unterschiedlich gepolten Bestromung der beiden einander zugewandten Oberflächen ein elektrischen Feld. Die in diesem Feld sich befindende Systemflüssigkeit hat eine der Feldstärke entsprechende dynamische Viskosität. Mit zunehmender elektrischer Leistungseinspeisung wird die Systemflüssigkeit zäher und folglich die Systemdämpfung größer.
• Die Rohrabschnitte können auch flexible Schläuche sein. Die elektrisch leitfähige Beschichtung wäre dann beispielsweise eine im Schlauchgewebe eingelassene Drahtarmierung.
• Das Gaspolster des Hydrospeichers bildet maßgeblich die Systemfederung.
• Die elektrorheologische Systemflüssigkeit ermöglicht im elektrischen Feld eine schnelle Änderung der Dämpfungs- und Federrate des Feder-Dämpfersystems. Durch ein Beeinflussen der dynamischen Zähigkeit der Systemflüssigkeit kann das Feder-Dämpfersystem unabhängig von der Umgebungstemperatur und ohne mechanische Ventilglieder innerhalb von Millisekunden auf nahezu jeden beliebigen Belastungsfall zugeschnitten werden. Die nicht über das elektrische Feld drosselbare Rohrleitung gewährleistet eine minimale Feder- und Dämpferwirkung.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform
• Fig. 1 ein mit einer elektrorheologischen Systemflüssigkeit teilbefülltes Feder-Dämpfersystem mit Verdränger und Hydrospeicher,
• Fig. 2 elektrisch leitfähige Durchflussleitungsabschnitte.
• Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Teil einer Radaufhängung mit einem auf einer Fahrbahn (9) abrollenden, am Fahrzeugaufbau (5) mittels eines Feder-Dämpfersystems abgestützten Rades (6). Das kombinierte Feder-Dämpfersystem umfasst z. B. einen Verdränger (10), einen Hydrospeicher (30) und zwei zwischen diesen angeordneten flüssigkeitsführenden Durchflussleitungsabschnitte (40) und (50).
• Der Verdränger (10) ist hier beispielsweise ein Zylinder-Kolben-Aggregat. Der Zylinder (11) des Aggregats ist hier am Fahrzeugaufbau (5) angelenkt. Der im Zylinder (11) geführte Kolben (12) stützt das Rad (6) über eine Kolbenstange (13) und ein Wälzlager (7) gegen die Fahrbahn (9) ab.
• Im oberen Zylinderboden befindet sich u. a. eine Bohrung, an der ein äußerer Rohrabschnitt (40) angeschlossen ist. Der Verdränger (10) kommuniziert direkt mit dem Hydrospeicher (30) über diesen Rohrabschnitt (40) und einen darin integrierten separaten inneren Rohrabschnitt (50). Letzterer hat die Funktion einer Bypassleitung.
• Die Innenwandung (41), vgl. Fig. 2, des äußeren Rohrabschnitts (40) und die Außenwandung (52) des inneren Rohrabschnitts (50) sind jeweils mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung (43, 53) versehen. Die gegeneinander elektrisch isolierten Beschichtungen (43, 53) sind beispielsweise an eine regelbare Gleichstromquelle (20) angeschlossen. Zwischen den einander zugewandten Beschichtungen (43, 53) wird bei einer Bestromung im Rohrzwischenraum (49) ein elektrisches Feld aufgebaut, das auf die rheologische Systemflüssigkeit (1) einwirkt. Die Systemflüssigkeit (1) besteht z. B. aus einer nichtleitenden Basisflüssigkeit, in der polarisierbare Partikel dispergiert sind. Unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes findet eine Polarisierung dieser Partikel statt, die sich in einer Änderung des rheologischen Verhaltens der Systemflüssigkeit (1) widerspiegelt. Die Systemflüssigkeit (1) verhält sich ohne Feldeinfluss wie eine normale newtonsche Flüssigkeit. Unter Feldeinfluss verändert sich das Fließverhalten hin zu einem plastischen Körper. Die Viskosität der Systemflüssigkeit (1) ändert sich in Abhängigkeit der angelegten Spannung nahezu proportional und äußerst reaktionsschnell.
• Mit einer Änderung der dynamischen Viskosität wird neben der Dämpferwirkung auch die Federwirkung verändert. Beispielsweise verhindert im Extremfall eine im Rohrzwischenraum (49) stockende Systemflüssigkeit (1) das Federn nahezu vollständig. Nur noch über den inneren Rohrabschnitt (50) mit dem integrierten Drosselventil (54), an dem kein elektrisches Feld anliegt, erfolgt ein Flüssigkeitsaustausch ohne Viskositätsbeeinflussung, so dass eine vollständige Blockierung der Federung ausbleibt.
• Alternativ zu den leitfähigen Beschichtungen, die beispielsweise durch galvanisches Auftragen oder durch Lackieren von isolierenden Grundmaterialien entstanden sind, können die einander gegenüberliegenden Rohrabschnitte (40, 50) selbst elektrisch leitfähig sein. Auch können z. B. bei mehrschichtigen Rohrwandungen die Innenwandung (41) des äußeren (40) und die Außenwandung (52) des inneren Rohrabschnitts (50) aus leitfähigem Material, u. a. als eigene, tragende Materialschicht, hergestellt sein. In einer weiteren Variante können an der Innenwandung (41) und der Außenwandung (52) auch leitfähige Netze, Fäden, Gitter oder dergleichen angeordnet sein.
• Zwischen dem Verdränger (10) und dem Hydrospeicher (30) mündet in den äußeren Rohrabschnitt (50) eine mittels eines Sperrventils (18) verschließbare Zuleitung (17). Letztere kann auch in den oberen Bereich des Zylinders (11) einmünden. Über die Zuleitung (17) wird in der Regel das Feder-Dämpfersystem mit der Systemflüssigkeit (1) befüllt. Die Zuleitung (17) kann auch zur Erzeugung eines aktiven Feder-Dämpfersystems bzw. einer Niveauregulierung an eine Pumpe angeschlossen werden. Mittels der Zuleitung (17) und den Rohrabschnitt (50) kann so dem Verdränger (10) Systemflüssigkeit (1) zugeführt oder entnommen werden. Durch die Zu- und Abfuhr bestimmter Flüssigkeitsmengen können in gewünschter Weise Zusatzkräfte realisiert werden. Die Auf- oder Wegnahme dieser Zusatzmengen ändert über die drosselnden Rohrabschnitte (40, 50) und den Hydrospeicher (30) die Dämpfer- und Federkräfte.
• Der Hydrospeicher (30) ist beispielsweise als Blasen- oder Membranspeicher ausgebildet. Ein durch die Blase oder Membrane (31) abgeteiltes Gaspolster (32) bildet die Federung des Feder-Dämpfersystems.
• Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für zwei elektrisch leitfähige, koaxial angeordnete Durchflussleitungsabschnitt (40, 50) im Längsschnitt. Die beiden Rohrabschnitt (40, 50) sind beispielsweise formsteife Rohre. Der äußere Rohrabschnitt (40) ummantelt den inneren Rohrabschnitt (50) mit radialem Abstand. Zwischen den Rohrabschnitten (40, 50) sind in mindestens zwei Querebenen jeweils zwei Stege (44) zum Beabstanden und Verbinden beider Rohrabschnitte (40, 50) angeordnet. Die Stege (44) sind beispielsweise in der Strömungslängsrichtung orientiert und beidseitig abgerundet. Im Längsschnitt haben die Stege (44) z. B. eine trapezförmige Außenkontur, wobei sich die Stegbreite vom äußeren Rohrabschnitt (40) zum inneren (50) hin verjüngt.
• Das Drosselventil (54) bildet im inneren Rohrabschnitt (50) beispielsweise eine düsenförmige Verengung. Die Oberfläche der Verengung besteht aus zwei spiegelsymmetrisch ausgerichteten kegelstumpfmantelförmigen Raumflächen (55, 56). Die Kegelwinkel beider Raumflächen (55, 56) sind beispielsweise identisch. Für bestimmte Fahrwerksabstimmungen können sie auch unterschiedlich ausgelegt werden.

Claims (7)

1. Durchflussleitungsabschnitte eines kombinierten Feder-Dämpfersystems aus mindestens zwei hydraulisch kommunizierenden Behältern mit mindestens zwei, zwischen den Behältern angeordneten, den Durchfluss einer rheologischen Systemflüssigkeit ermöglichenden und steuernden Elementen, von denen eines eine Drossel oder Blende ist, wobei im Feder-Dämpfersystem mindestens ein Behälter auf der einen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter auf der anderen Seite - der den Durchfluss ermöglichenden und steuernden Elemente - ein Hydrospeicher ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchflussleitungsabschnitte (40, 50) aus zwei zumindest annähernd koaxial angeordneten Rohrabschnitten bestehen, von denen ein innerer Rohrabschnitt (50) in einem äußeren Rohrabschnitt (40) angeordnet ist.
dass wenigstens die Innenwandung (41) des äußeren Rohrabschnitts (40) und wenigstens die Außenwandung (52) des inneren Rohrabschnitts (50) zumindest bereichsweise elektrisch leitfähig sind, wobei die Innenwandung (41) gegenüber der Außenwandung (52) elektrisch isoliert ist,
dass die Innen- (41) und die Außenwandung (52) jeweils an einem Pol einer Spannungsquelle (20) elektrisch angeschlossen sind und
dass sowohl zwischen dem äußeren (40) und dem inneren Rohrabschnitt (50) als auch im inneren Rohrabschnitt (50) selbst, in den mindestens eine Drossel (54) oder Blende angeordnet ist, eine elektrorheologische Flüssigkeit (1) geführt wird.

2. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Rohrabschnitte (40, 50) jeweils einen kreisförmigen Querschnitt haben.

3. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Minuspol der Spannungsquelle (20) am äußeren Rohrabschnitt (40) anliegt.

4. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger (10) eine Zylinder-Kolben- Einheit ist.

5. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem äußeren (40) und dem inneren Rohrabschnitt (50) Stege (44) angeordnet sind.

6. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (44) aufgrund ihrer Gestaltung zwischen dem äußeren (40) und inneren Rohrabschnitt (50) eine turbulente Strömung erzeugen.

7. Durchflussleitungsabschnitte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im inneren Rohrabschnitt (50) ein Drosselventil (54) angeordnet ist.