DE10352315A1 - Leaf spring damping system is made up of parallel leaf springs with chambers between which are filled with electrorheological or magnetorheological liquid, liquid in each chamber reacting differently to load - Google Patents

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Abstract

The leaf spring damping system is made up of parallel leaf springs (2) with chambers (3) between which are filled with electrorheological or magnetorheological liquid. The liquid in each chamber reacts differently to a load (4) and can be independently controlled.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feder-/Dämpferelement mit mehreren mechanischen Feder-/Dämpferteilelementen, die mittels zwischengeschalteter elektro- und/oder magnetorheologischer Einrichtungen koppelbar sind. Ein derartiges Bauteil ist aus der US 4923057 bekannt geworden, wobei die Teilelemente der bekannten Anordnungen jeweils mit gleichartigen elektrorheolgischen Zwischenelementen koppelbar sind, die unter Belastung im wesentlichen einer Scherbeanspruchung unterworfen sind.The invention relates to a spring / damper element with a plurality of mechanical spring / damper sub-elements, which can be coupled by means of interposed electro- and / or magnetorheological devices. Such a component is from the US 4923057 become known, wherein the sub-elements of the known arrangements can be coupled in each case with similar electro-rheological intermediate elements, which are subjected under load substantially a shearing stress.

Mit einer solchen Einrichtung kann zwar die mechanische Eigenschaft des Bauteils beeinflußt werden, jedoch ist eine gezielte Beeinflussung der Steifigkeit und/oder der Dämpfung nicht unabhängig voneinander möglich.With Although such a device may be the mechanical property of the component are affected, However, a targeted influence on the stiffness and / or the damping not independent of each other possible.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Feder-/Dämpferelement zu schaffen, bei welchem mit geringem Aufwand eine gezielte Beeinflussung der Federsteifigkeit und/oder Dämpfungseigenschaften unabhängig voneinander möglich ist.Of the Invention is therefore based on the object, a generic spring / damper element to create, in which with little effort a targeted influence the spring stiffness and / or damping properties independently of each other possible is.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei der elektro-/magnetorheologischen Einrichtungen derart ausgeführt sind, daß das elektro-/magnetorheologische Medium unter Wirkung einer Betriebsbelastung auf einer voneinander unterschiedliche Beanspruchungsart belastet bzw. verformt wird.These Task is inventively characterized solved, that at least two of the electro / magnetorheological devices are designed in such a way that this electro- / magnetorheological Medium under the effect of an operating load on one another different stress type is loaded or deformed.

Ein erfindungsgemäßes Feder-/Dämpferelement besteht also aus einer Anzahl von Teilelementen, die unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen können, zwischen denen sich eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit befindet.One Inventive spring / damper element consists of a number of sub-elements, the different may possess mechanical properties, between which a electrorheological and / or magnetorheological fluid located.

Elektrorheologische Flüssigkeiten bzw. magnetorheologische Flüssigkeiten sind Flüssigkeiten, bei denen die rheologischen Eigenschaften stufenlos über das elektrische bzw. magnetische Feld steuerbar sind. In der Regel handelt es sich bei elektrorheologischen Flüssigkeiten bzw. magnetorheologischen Flüssigkeiten um Suspensionen, d.h. in einem Trägermedium suspendierte Festpartikel, die über das elektrische bzw. magnetische Feld polarisierbar sind. Je nach Ausführung der elektro-/magnetorheologischen Einrichtung wird die genannte Flüssigkeit unter Belastung verdrängt (Fließmodus), geschert (Schermodus) oder gedrückt (Quetschmodus). Es kann auch eine Kombination der vorgenannten Moden auftreten (Mischmode). Nähere Einzelheiten hierzu können dem Buch „Technischer Einsatz neuer Aktoren", Expert-Verlag, Renningen-Meinsheim, 1995, Kapitel 2.3.1 und Bild 3.1 entnommen werden.electrorheological liquids or magnetorheological fluids are liquids, at which the rheological properties steplessly over the electrical or magnetic Field are controllable. As a rule, they are electrorheological liquids or magnetorheological fluids to suspensions, i. solid particles suspended in a carrier medium, the over the electric or magnetic field can be polarized. Depending on the version of the electro- / magnetorheological device is the said liquid under Stress displaced (Flow mode), sheared (shear mode) or pressed (Squeeze). It can also be a combination of the aforementioned modes occur (mixed mode). details Details can be the book "Technical Use of new actuators ", Expert-Verlag, Renningen-Meinsheim, 1995, chapter 2.3.1 and picture 3.1 are taken.

Es hat sich nun gezeigt, daß bei einer Koppelung der Teilelemente über eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Einrichtung, die im Schermodus beansprucht ist, im wesentlichen eine gemeinsame Beeinflussung des Feder- und Dämpfungsverhaltens erfolgt. Durch eine Koppelung, die zu einer Beanspruchung im Quetschmodus führt, wird im wesentlichen die Steifigkeit des Systems veränderbar sein, während eine Koppelung im Fließmodus sich am stärksten auf das Dämpfungsverhalten auswirkt. Durch die erfindungsgemäße Kombination von mindestens zwei unterschiedlichen Modi, lassen sich in einem nahezu unbegrenzten Frequenzbereich die gewünschten mechanischen Eigenschaften sowohl für die Federsteifigkeit, als auch für das Dämpfungsverhalten exakt auf die gewünschten Bedingungen einstellen.It has now been shown that at a coupling of the sub-elements via an electrorheological and / or magnetorheological device that claims in shear mode is, essentially a common influence on the spring and damping behavior he follows. Through a coupling that leads to a stress in squeezing mode leads, becomes essentially the rigidity of the system be changeable while a Coupling in flow mode the strongest affects the damping behavior. By the inventive combination of at least two different modes, can be in one almost unlimited frequency range the desired mechanical properties as well as the spring stiffness, as well as for the damping behavior exactly to the desired Set conditions.

Die Funktion sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.The Function and further advantageous features of the invention result from the following description of embodiments with reference to Drawings.

In 1a bzw. 1b ist ein als Blattfederanordnung 1 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement dargestellt, das aus einer Vielzahl von parallel beabstandet angeordneten scheibenförmigen Elementen 2 besteht. Die zwischen den Elementen 2 verbleibenden Spalte 3 sind als abgedichtete Kammern ausgebildet und enthalten eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit.In 1a respectively. 1b is a as a leaf spring arrangement 1 trained spring / damper sub-element shown, which consists of a plurality of spaced-apart disc-shaped elements 2 consists. The between the elements 2 remaining column 3 are formed as sealed chambers and contain an electrorheological and / or magnetorheological fluid.

Die Elemente 2 sind bei Verwendung einer elektrorheologischen Flüssigkeit als ansteuerbare Kondensatorplattenelemente ausgebildet, die ein variables elektrisches Feld in dem jeweils dazwischenliegenden mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllten Spalt erzeugen können. Bei der Verwendung einer magnetorheologischen Flüssigkeit sind die Elemente 2 als ansteuerbare Spulenanordnung zur Erzeugung eines magnetischen Feldes ausgebildet. Auf eine Darstellung sowie Beschreibung der entsprechenden Ansteuerung sowie der Isolatoren wird an dieser Stelle verzichtet.The Elements 2 are formed with the use of an electrorheological fluid as controllable capacitor plate elements that can generate a variable electric field in the intervening each filled with electrorheological fluid gap. When using a magnetorheological fluid are the elements 2 designed as controllable coil arrangement for generating a magnetic field. On a representation and description of the corresponding control and the insulators is omitted here.

In den 1a bzw. 1b ist die Blattfederanordnung 1' als einseitig eingespannter Kragträger eingestellt. Die Krafteinleitung ist durch den Doppelpfeil 4 an dem dem eingespannten Ende gegenüberliegenden freien Ende angedeutet. 1a zeigt die Blattfederanordnung im unbelasteten Zustand, 1b zeigt die Blattfederanordnung im belasteten Zustand.In the 1a respectively. 1b is the leaf spring arrangement 1' set as a cantilevered Kragträger. The force is introduced by the double arrow 4 indicated at the free end opposite the clamped end. 1a shows the leaf spring assembly in the unloaded state, 1b shows the leaf spring assembly in the loaded state.

2a, 2b zeigt ebenfalls ein als Blattfederanordnung 1' ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement. Im Unterschied zu der in den 1a, 1b dargestellten Ausführungsform ist hier die Blattfederanordnung 1' zweiseitig eingespannt dargestellt. 2a zeigt den unbelasteten Zustand, 2b zeigt die Blattfederanordnung 1' mit mittiger Krafteinleitung im belasteten Zustand. (Krafteinleitung dargestellt durch Pfeil 5). 2a . 2 B also shows a leaf spring arrangement 1' trained spring / damper part element. Unlike in the 1a . 1b illustrated embodiment is here the leaf spring assembly 1' shown clamped on two sides. 2a shows the unloaded condition, 2 B shows the leaf spring assembly 1' with central force application in loaded condition. (Force introduced by arrow 5 ).

3 zeigt ein als Spiralfederanordnung 6 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement, das aus einem dreilagig beabstandet aufgewickelten Federmaterial 7 besteht. Das Federmaterial 7 kann beispielsweise als Flach- oder Rundmaterial ausgebildet sein. Wie es aus der 3 ersichtlich ist, wird zwischen den benachbarten aufgewickelten Lagen aus Federmaterial 7, jeweils eine Flüssigkeitskammer 8 gebildet, die beispielsweise mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllt sind. Das Federmaterial 7, d.h. die benachbarten Lagen, bilden die Kondensatorplattenelemente und sind mit wechselnder Polarität ansteuerbar ausgebildet. Durch Veränderung des in der Flüssigkeitskammer 8 wirkenden elektrischen Feldes ist die Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit einstellbar und die benachbarten Lagen 7 werden über die elektrorheologische Flüssigkeit gekoppelt. Durch diese Einstellbarkeit kann ein angreifendes Moment dosiert werden. 3 shows a spiral spring arrangement 6 formed spring / damper part element, which consists of a three-ply spaced wound spring material 7 consists. The spring material 7 may be formed, for example, as a flat or round material. As it is from the 3 is apparent, is between the adjacent wound layers of spring material 7 , each a liquid chamber 8th formed, which are filled for example with electrorheological fluid. The spring material 7 , ie the adjacent layers, form the capacitor plate elements and are designed to be controllable with alternating polarity. By changing the in the liquid chamber 8th acting electric field, the viscosity of the electrorheological fluid is adjustable and the adjacent layers 7 are coupled via the electrorheological fluid. By this adjustability an attacking moment can be dosed.

4 und 5 zeigen eine als Konusfeder 10 bzw. als Schraubenfeder 11 ausgebildetes Feder-/Dämpferteilelement. Die dargestellten Ausführungsformen sind jeweils als dreilagig gewickelte Feder-/Dämpferteilelemente 12 dargestellt. Wie es zu der 3 bereits beschrieben ist, kann als Federmaterial rundes bzw. rechteckiges Drahtmaterial verwendet werden. Die Flüssigkeitskammern 13 werden zwischen den benachbarten Lagen gebildet und enthalten die elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit. 4 and 5 show one as a cone spring 10 or as a coil spring 11 trained spring / damper part element. The illustrated embodiments are each as a three-layer wound spring / damper sub-elements 12 shown. How about the 3 already described, can be used as spring material round or rectangular wire material. The fluid chambers 13 are formed between the adjacent layers and contain the electrorheological and / or magnetorheological fluid.

Die dargestellten Feder-/Dämpferteilelemente können prinzipiell auch einlagig gewickelt ausgebildet sein, dann wird als Drahtmaterial ein Hohldraht verwendet. Der Hohlraum im Draht bildet dann entsprechend die Flüssigkeitskammer die mit elektrorheologischer Flüssigkeit und/oder magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllt ist.The illustrated spring / damper sub-elements can in principle also be designed single-layer wound, then will used as a wire material, a hollow wire. The cavity in the wire then forms the liquid chamber accordingly those with electrorheological fluid and / or magnetorheological fluid filled is.

Die vorstehend in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen von Feder-/Dämpferteilelementen können nun durch Parallel- und/oder Reihenschaltung in beliebiger Kombination miteinander gekoppelt werden, so daß für beliebige Anwendungsgebiete die verschiedensten Feder-/Dämpfereigenschaften erzielbar sind.The Embodiments of spring / damper subassemblies shown above in the drawings can now by parallel and / or series connection in any combination be coupled together so that for any application the most different spring / damper properties can be achieved.

ES wird demnach durch die Erfindung ein elektrisches und/oder magnetisch einstellbare Feder-/Dämpferelement realisiert, bei dem Feder-/Dämpferteilelemente gekoppelt und somit die Federkennlinien in Abhängigkeit eines elektrischen Signals variiert werden können. Die Feder-/Dämpferkräfte können beliebig variiert werden und die Einsatzmöglichkeiten derartiger Feder-/Dämpferelemente sind vielfältig (Dämpfer, Tilger, Motorlager, adaptives Transportsystem). Bei der Kopplung derartiger Feder-/Dämpferelemente mit Massen kann die Eigenresonanz des schwingfähigen Systems verändert werden.IT Accordingly, the invention provides an electrical and / or magnetic adjustable spring / damper element realized in the spring / damper sub-elements coupled and thus the spring characteristics in response to an electrical signal can be varied. The spring / damper forces can be arbitrary be varied and the possible uses such spring / damper elements are diverse (Damper, Absorber, engine mount, adaptive transport system). At the coupling such spring / damper elements With masses, the self-resonance of the oscillatory system can be changed.

Nachfolgend wird anhand von 6 ein kombiniertes Feder-/Dämpferelement 15 beschrieben, das je nach Ansteuerung unter Belastung unterschiedlichen Moden unterworfen wird. Eine gemäß den 1a, 1b beschriebene einseitig über einen Stützpunkt 16 gelagerte Blattfederanordnung 17 ist über einen mit elektrorheologischer Flüssigkeit gefüllter Fließkanal 18 mit einem Hydraulikspeicher 19 verbunden. Der Fließkanal 18 ist ebenfalls als elektrisch aufladbare ansteuerbare Kondensatoranordnung ausgebildet. Der Hydraulikspeicher 19 kann gasseitig von einer Pumpe 20 mit verschiedenen Drücken geladen werden.The following is based on 6 a combined spring / damper element 15 described, which is subjected to different modes depending on the control under load. One according to the 1a . 1b described one-sided about a base 16 mounted leaf spring arrangement 17 is via a filled with electrorheological fluid flow channel 18 with a hydraulic accumulator 19 connected. The flow channel 18 is also designed as an electrically chargeable controllable capacitor arrangement. The hydraulic accumulator 19 Can be gas side of a pump 20 be loaded with different pressures.

Werden nun die Kondensatorplattenanordnungen sowohl der Blattfederanordnung 17 als auch des Fließkanals 18 derart angesteuert, dass die elektrorheologische Flüssigkeit in den Kammern bzw. im Fließkanal sich vollständig verfestigt, dann kann die Blattfederanordnung 17 im Quetschmodus betrieben werden.Will now be the capacitor plate assemblies both the leaf spring assembly 17 as well as the flow channel 18 so controlled that the electrorheological fluid in the chambers or in the flow channel solidifies completely, then the leaf spring assembly 17 be operated in squeeze mode.

Wird die Spannung von den Kondensatorplattenanordnungen der Blattfederanordnung 17 weggenommen, dann kann über den Fließkanal 18 der Fließmodus betrieben werden.Will the voltage from the capacitor plate assemblies of the leaf spring assembly 17 taken away, then can over the flow channel 18 the flow mode can be operated.

Claims (5)

Feder-/Dämpferelement mit mehreren mechanischen Feder-/Dämpferteilelementen, die mittels zwischengeschalteter elektrorheologischer und/oder magnetorheologischer Einrichtungen koppelbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der elektrorheologischen/magnetorheologischen Einrichtungen derart ausgeführt sind, daß das elektrorheologische/magnetorheologische Medium unter Wirkung einer Betriebsbelastung auf eine voneinander unterschiedliche Beanspruchungsart belastet bzw. verformt wird.Spring / damper element with a plurality of mechanical spring / damper sub-elements which can be coupled by means of interposed electrorheological and / or magnetorheological devices, characterized in that at least two of the electrorheological / magnetorheological devices are designed such that the electrorheological / magnetorheological medium under action of an operating load on a different type of stress loaded or deformed. Feder-/Dämpferelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne elektro-/magnetorheologische Einrichtungen separat ansteuerbar sind.Spring / damper element according to claim 1, characterized in that individual electro- / magnetorheological Facilities are controlled separately. Feder-/Dämpferelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente jeweils unterschiedliche mechanische Eigenschaften besitzen.Spring / damper element according to one of the preceding claims, characterized in that the spring / damper sub-elements each have different mechanical properties. Feder-/Dämpferelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente parallel geschaltet sind.Spring / damper element according to one of the preceding claims, characterized in that the spring / damper element elements parallel ge are switched. Feder-/Dämpferelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder-/Dämpferteilelemente in Serie geschaltet sind.Spring / damper element according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the spring / damper sub-elements are connected in series.
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