DE19961716B4

DE19961716B4 - Feder-Dämpfersystem mit einer magnetisch beeinflußbaren Zähigkeit der Systemflüssigkeit

Info

Publication number: DE19961716B4
Application number: DE1999161716
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Acker; Peter Dipl.-Ing. Gönnheimer; Hans-Peter Dipl.-Ing. Klander; Darko Dipl.-Ing. Meljnikov; Matthias Dipl.-Ing. Römer; Karl-Heinz Dipl.-Ing. Röß; Rüdiger Dr.-Ing. Rutz; Martin Dipl.-Ing. Winkler
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: DE19961716A1

Abstract

Kombiniertes Feder-Dämpfersystem aus mindestens zwei über einen Durchbruch oder eine hydraulische Leitung (40)- mit einem den Durchfluß einer Flüssigkeit steuernden Element – kommunizierenden Behältern (10, 30), wobei mindestens ein Behälter (10) auf der einen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter (30) auf der anderen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein Hydrospeicher ist, dadurch gekennzeichnet,
– daß das System mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit (1) befüllt ist und
– daß zumindest eine Wandung oder ein Wandungsteilbereich von mindestens einem flüssigkeitsführenden Bauteil (10, 30, 40) mit magnetfelderzeugenden Einrichtungen (25, 35, 45; 46) ausgestattet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem aus mindestens zwei über einen Durchbruch oder eine hydraulische Leitung – mit einem, den Durchfluß einer Flüssigkeit steuernden Element – kommunizierenden Behältern, wobei mindestens ein Behälter auf der einen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter auf der anderen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein Hydrospeicher ist.

Aus der gattungsbildenden DE 297 02 927 U1 ist ein Feder-Dämpfersystem bekannt, das aus einem Verdränger, einem Hydrospeicher und einer diese Teile verbindenden Hydraulikleitung besteht. In der Hydraulikleitung ist ein mechanisches Drosselventil angeordnet. Der Verdränger verbindet, wie bei einem hydropneumatischen Federungssystem bekannt, die Fahrzeugradaufhängung mit dem Fahrzeugaufbau. Das System ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit befüllt. Letztere wird beim Einfedern eines Fahrzeugrades durch das Drosselventil in einen Hydrospeicher verdrängt. Der Strömungswiderstand des Drosselventils erzeugt eine dämpfende Kraft, während die Kompression des Gasvolumens im Hydrospeicher eine federnde Kraft bewirkt. Da bei einem reinen Verdrängerprinzip im Gegensatz zu den hydropneumatischen Systemen auf der Basis eines Hydraulikzylinders keine, bzw. nur sehr geringe Reibungskräfte auftreten, ergibt sich bei einem Einsatz im Fahrzeug ein wesentlich besseres Abrollverhalten der mit diesem System abgestützten Räder. Das System hat jedoch den Nachteil, dass bei den verwendeten Flüssigkeiten innerhalb eines Temperaturbereiches von –40 bis +100°C große Viskositätsschwankungen auftreten, wodurch die Verwendbarkeit eingeschränkt ist.

Die DE 39 20 346 C2 beschreibt eine Schwingungsdämpfungs- und Steuerungseinrichtung für Stoßdämpfer einer Fahrzeugaufhängung und Motorlagerung in einem Kraftfahrzeug. Hierbei sind im wesentlichen zwei mit einer Flüssigkeit gefüllte Kammern über einen Drosselkanal verbunden. In dem Drosselkanal sind Elektroden angeordnet, die durch Anlegen mehrerer unterschiedlicher Spannungen die Viskosität der Flüssigkeit verändern und hierdurch entsprechende unterschiedliche Dämpfungscharakteristiken erzeugen. Bei der Flüssigkeit handelt es sich um ein elektrorheopetisches Fluid. Über einen Schalter, der entsprechend der Anzahl gewählter Spannungen entsprechende Schaltstellungen aufweist, können die unterschiedlichen Dämpfungscharakteristiken den gewünschten Fahrzuständen zugeordnet werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem zu entwickeln, bei dem die dämpfende und die federnde Kraft unabhängig von einem Temperatureinfluß ohne mechanische Mittel konstant gehalten oder gezielt variiert werden kann.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu wird das System mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt und zumindest Teile der Wandungen der flüssigkeitsführenden Bauteile werden mit magnetfelderzeugenden Einrichtungen ausgestattet.

Bei einem Be- oder Entlasten des Verdrängers strömt zwischen dem Verdränger und dem Hydrospeicher über eine Querschnittsverengung in Form einer hydraulischen Leitung oder eines Durchbruchs die Hydraulikflüssigkeit. Die Gestaltung der Leitung bzw. des Durchbruchs und die Beschaffenheit der dort an geordneten mindestens ein Magnetfeld erzeugenden Spule beeinflußt sowohl über die Größe und Form des Öffnungsquerschnittes als auch über die magnetische Felddichte die Systemdämpfung. Hierbei kann der Öffnungsquerschnitt auch als Düse oder Blende gestaltet sein.

Das Gaspolster des Hydrospeichers bildet maßgeblich die Systemfederung.

Die magnetorheologische Systemflüssigkeit ermöglicht in Kombination mit den entsprechenden Magnetspulen über deren Bestromung 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.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zweier schematisch dargestellter Ausführungsformen:

1: System mit Verdränger, Hydraulikleitung und Hydrospeicher mit einer großteils magnetisierbaren Systemflüssigkeit;

2: System mit Verdränger, Hydraulikleitung und Hydrospeicher mit einer partiell magnetisierbaren Systemflüssigkeit.

Die 1 und 2 zeigen ein kombiniertes Feder-Dämpfersystem mit Verdränger (10), einem Hydrospeicher (30) und einer zwischen diesen angeordneten flüssigkeitsführenden Leitung (40).

Der Verdränger (10) ist hier ein Zweifaltenbalg. Sein Federbalg (11) wird durch einen Wulstring (12) tailliert und zwischen Abstützplatten (13) und (14) gehalten.

In der oberen Abstützplatte (13) befinden sich u.a. zwei Bohrungen, an denen eine Zuleitung (17) und eine Arbeitsleitung (40) angeschlossen sind. Über die Zuleitung (17) kann – bei einer Verwendung als aktives Feder-Dämpfersystem bzw. als Niveauregulierung – dem Verdränger Flüssigkeit zugeführt oder entnommen werden. Durch die Zu- und Abfuhr einer bestimmten Flüssigkeitsmenge können in gewünschter Weise Zusatzkräfte realisiert werden. Die Auf- oder Wegnahme dieser Zusatzmengen ändert über die drosselnde Leitung (40) und den Hydrospeicher (30) die Dämpfer- und Federkräfte.

In 1 ist der Federbalg (11) an seiner Außenkontur mit einer stromführenden Beschichtung (25) ausgestattet. Die Beschichtung beinhaltet z.B. Litzen, die sich zur Erzeugung eines Magnetfelds beispielsweise schraubenförmig um die Außenkontur des Federbalges (11) herumwinden.

Der Verdränger (10) kommuniziert direkt mit dem Hydrospeicher (30) über die Leitung (40). Letztere ist hier ein flexibler Schlauch oder eine Rohrleitung. Auch diese Leitung (40) ist mit einer magnetfelderzeugenden Beschichtung (45) versehen. In manchen Konstruktionen kann sich die Länge der Leitung auf einen Durchbruch verkürzen, z.B. wenn flüssigkeitsführende Bestandteile des Verdrängers in den Hydrospeicher hineinragen oder von diesem umgeben werden. In diesem Fall können im Durchbruchbereich Magnetspulen angeordnet werden.

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. Der Hydrospeichers (30) ist zumindest in den Wandungsteilen mit einer Beschichtung (35) ausgerüstet, deren Innenseite mit der Systemflüssigkeit (1) benetzt wird. Ggf. kann auch die Membrane (31) eine derartige Beschichtung haben.

Anstelle der Beschichtungen (25, 35, 45) können die stromführenden Leiter auch in den Wandungen der Bauteile (10, 30, 40) integriert sein oder auch an deren Innenwandung liegen.

Die Systemflüssigkeit (1) ist ein Fluid, dessen scheinbare Viskosität sich unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes beeinflussen läßt. Sie besteht in der Regel aus einer Trägerflüssigkeit und Festkörperpartikeln. Als Trägerflüssigkeit wird beispielsweise ein Stoßdämpfergrundöl verwendet. Der magnetisierbare Festkörperanteil besteht z.B. aus Carboneisenpulver.

Ohne eine äußere Feldeinwirkung ist die Systemflüssigkeit dünnflüssig. Bei einer Festkörperkonzentration von 60 bis 80 Gewichtsprozenten hat sie eine Dichte von ca. 3 bis 4 g/ccm. Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes, dessen magnetische Flußdichte beispielsweise unter 150 mT liegt, werden die Festkörperpartikel durch magnetische Kräfte zusammengehalten. Über die Ausbildung von mehr oder weniger stark verzweigten Ketten dieser Festkörperpartikel wird die Viskosität der Systemflüs sigkeit variiert. Eine Scherung des Fluids bewirkt zunächst eine Dehnung der Ketten. Bei höheren Schubspannungen reißen sie ab. Eine ständige Rekombination der Kettenbruckstücke gewährleistet, daß die erhöhte Viskosität unter Feldeinfluß auch bei höheren Schergeschwindigkeiten erhalten bleibt.

Derartige Systemflüssigkeiten haben einen dynamischen Viskositätsbereich von beispielsweise 150 und 7500 mPa·sec.

Zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes im Feder-Dämpfersystem genügt z.B. eine Leistung von 100 W. Die Änderung der dynamischen Viskosität folgt der Bestromung im Millisekundenbereich.

Bei dem Feder-Dämpfersystem nach 1 ummantelt die Beschichtung alle flüssigkeitsführenden Bauteile, so daß die Zähigkeit der gesamten Systemflüssigkeit (1) beeinflußt werden kann. Hierdurch wird mit einer Änderung der dynamischen Viskosität neben der Dämpferwirkung auch die Federwirkung verändert. Beispielsweise verhindert im Extremfall eine im Federbalg (11) stockende Systemflüssigkeit (1) das Federn nahezu vollständig.

Alternativ zu der bisher beschriebenen Ausführungsform ist ein Feder-Dämpfersystem denkbar, bei dem nur die hydraulische Leitung (40) oder eine kurzer beispielsweise ringförmiger Abschnitt von eine Magnetspule (46) umschlossen wird, vgl. 2. Die eine Spule beinhaltende Beschichtung (45) der Leitung (40) oder die separate Magnetspule (46) bilden hier eine variable Drosselstelle. Mit einer zunehmenden Bestromung der entsprechenden Spule nimmt die Fließgeschwindigkeit in der Leitung (40) ab, wodurch sich das Dämpfungsverhalten des Gesamtsystems gezielt verändern läßt.

1: magnetorheologische Flüssigkeit
10: Verdränger, Behälter, Zweifaltenbalg
11: Federbalg
12: Wulstring
13, 14: Abstützplatten, oben, unten
17: Zuleitung
18: Sperrventil, Verschluß
25: Beschichtung
30: Hydrospeicher, Behälter
31: Membrane
32: Gaspolster
35: Beschichtung
40: Leitung, hydraulisch
45: Beschichtung
46: Magnetspule

Claims

Kombiniertes Feder-Dämpfersystem aus mindestens zwei über einen Durchbruch oder eine hydraulische Leitung (40)- mit einem den Durchfluß einer Flüssigkeit steuernden Element – kommunizierenden Behältern (10, 30), wobei mindestens ein Behälter (10) auf der einen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein zwischen dem Fahrwerk und dem Fahrzeugaufbau angeordneter Verdränger mit variablem Hub ist und mindestens ein Behälter (30) auf der anderen Seite des den Durchfluß steuernden Elements ein Hydrospeicher ist, dadurch gekennzeichnet, – daß das System mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit (1) befüllt ist und – daß zumindest eine Wandung oder ein Wandungsteilbereich von mindestens einem flüssigkeitsführenden Bauteil (10, 30, 40) mit magnetfelderzeugenden Einrichtungen (25, 35, 45; 46) ausgestattet ist.
Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfelderzeugenden Einrichtungen (25, 35, 45) einer einzelnen Wandung in Teilbereiche aufgeteilt sind, wobei die einzelnen Teilbereiche separat bestromt werden.
Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem System mit einer hydraulischen Leitung (40), diese und die Behälter (10, 30) mit magnetfelderzeugenden Einrichtungen (25, 35, 45) ausgestattet sind.
Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem System mit einer hydraulischen Leitung (40), diese mit mindestens einer magnetfelderzeugenden Einrichtung (45) oder (46) ausgestattet ist.
Kombiniertes Feder-Dämpfersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger (10) ein Roll- oder Faltenbalg ist.