DE3800678A1 - Stossdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoßdämpfer mit in einem Zy­ linder geführten Kolben entsprechend dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein derartiger Stoßdämpfer ist nach der FR-PS 11 17 141 bekannt. Für die im Kolben vorgesehene Spule besteht ein zentraler, zur Kol­ benstange koaxialer Wicklungskern, während sie ein mit Abstand von der Zylinderinnenwandung vorgesehener Mantel in radialer Richtung abschließt und in axialer Richtung der Abschluß durch je eine Scheibe besteht. Letztere schließen sich an den Mantel kegelstumpf­ artig an, daß zwischen dem Mantel und dem Zylinder strömungsgünstig Einlaufzonen und Austrittzonen entstehen. Die Führung des Kolbens im Zylinder übernimmt eine bodenseitig auf die Kolbenstange aufge­ schraubte Scheibe, die mit ständig frei bleibenden Ventilöffnungen versehen ist.

Die Dämpfungskräfte werden durch die Einwirkung des Magnetfeldes auf ferromagnetische Partikel, insbesondere auf Carbonyleisenpulver einer Größenordnung von 3 bis 10 µ, die in der Dämpfungsflüssigkeit suspendiert sind, erzeugt. Das Magnetfeld ist variabel, so daß sich die Partikel in der Dämpfungsflüssigkeit entsprechend ausrichten. Dies geschieht im wesentlichen im Bereich der jeweiligen Eintritt­ zone in dem Spalt zwischen dem Spulenmantel und dem Zylinder, wobei der letztgenannte Spalt von den einmal ausgerichteten Partikeln durchströmt wird, ohne daß auf diesem Wege ein zusätzlicher Beitrag zur Dämpfungswirkung erzielt wird. Da die Partikel aus einem magnetisch ausgesprochen weichen Material bestehen, verlieren sie ihre Ausrichtung außerhalb des Magnetfeldes, so daß sie sich dann frei einstellen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten Stoßdämpfer dahingehend weiterzuentwickeln, daß eine gesteigerte Einwirkung auf sein Dämpfungsverhalten mittels der Steuerung des Magnetfeldes erreicht wird. Auch soll der neue Stoßdämpfer von einfacherer Kon­ struktion sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung durch die in den Patent­ ansprüchen gemachten Vorschläge.

Demgemäß ist der Strömungsbereich, innerhalb dessen das Strömungs­ verhalten der Suspension elektromagnetisch beeinflußt werden kann, erheblich vergrößert, indem die die Dämpfungsflüssigkeit bildende Suspension dem Magnetfeld nicht nur in der Einlaufzone des Ring­ spaltes zwischen Kolbenumfang und Zylinder dem Magnetfeld ausge­ setzt wird, sondern dem Einfluß des letzteren in den Strömungska­ nälen unterliegt, welche zwischen den Windungen der Spule bestehen. Dabei bilden die ausrichtbaren Partikel beim Durchgang durch die Strömungskanäle einen vorübergehenden Kern der Spule aus, so daß sich eine massereiche Ausbildung des letzteren erübrigt.

Die durch die gleichfalls in Richtung der Kolbenachse beabstandeten Windungslagen kommt man zu einer noch weitergehenden Differenzie­ rung des Strömungsweges, den die Suspension im Magnetfeld zurückzu­ legen hat.

Die ausrichtbaren Partikel unterliegen im gesamten axialen Durch­ gangsbereich durch die Spule der Einwirkung ihres Magnetfeldes, aufgrund welcher sie eine von der Strömungsbewegung der Suspension unabhängige Eigenbewegung ausführen können. Vor allem wird dies dann erreicht, wenn die Spule benachbarte Windungen mit jeweils entgegengesetzter Stromrichtung aufweist. Sie kann insbesondere bifilar gewickelt sein oder auch kegelstumpfartig ineinander ge­ schachtelte Windungslagen aufweisen.

Mit besonderem Vorteil werden in Verbindung mit der neuen Spulenge­ staltung Metallpartikel in der Suspension verwendet, die dauermag­ netisch sind. Hierfür eignet sich sehr gut das dauermagnetische Ba­ rium-Eisendoppeloxyd BaO 6Fe₂O₃. Es gelangt als ein aus einer kera­ misch gebrannten Phase ausgemahlenes, polykristallines Erzeugnis zur Anwendung, wobei die einzelnen Partikel als kleine Permanent­ magnete wirksam sind. Sie sind bevorzugt von scheibenförmiger Gestalt. Beim Durchgang durch die wechselnden Felder des Spulen­ körpers erfahren sie entweder eine Verdrehung um 180°, wenn sie genau mittig zwischen zwei Spulendrähten mit unterschiedlicher Stromrichtung eintreffen, oder sie werden nach der einen bzw. nach der anderen Richtung hin abgelenkt, ohne dabei die Umlenkung von 180° zu erfahren. Im Falle der Ablenkung verlassen sie indes ihre allgemeine koaxiale Strömungsrichtung, um in einen benachbarten Strömungskanal einzutreten. Sie stoßen in diesem Falle mit Parti­ keln des benachbarten Kanals zusammen, was zu einer Steigerung des Strömungswiderstandes führt. Im Ergebnis hat man also einen er­ höhten Strömungswiderstand entweder durch die Drehung um 180° oder durch die Okklusion, wenn benachbarte Partikel aufeinander treffen. Maßgeblich ist in beiden Fällen, daß die Partikel in ihrer Vorzugs­ richtung magnetisiert sind. Ihre Vorzugsrichtung verläuft senkrecht zur Ebene der Scheiben, welch letztere etwa 0,8µ dick sind.

Das Partikelpulver der beschriebenen Art ist bekannt und findet üblicherweise zur Herstellung von magnetischen Trägern Anwendung. Im Zusammenhang mit der Erfindung wird das Pulver in an sich be­ kanntem, üblichem Stoßdämpferöl suspendiert. Die Partikel halten sich innerhalb der Dämpfungsflüssigkeit sehr gut im Schwebezustand. Sie bilden in letzterer aufgrund ihrer Polarität Längsstrukturen aus, welche Strukturen sich beim Durchgang durch die Strömungs­ kanäle der Spule in der Strömung ausrichten, wenn kein Strom durch die Spule fließt und mithin kein Magnetfeld besteht. In diesem Zu­ stand besteht ein Zusammenhalt, der sich in der Viskosität äußert. Sowie auf derartige Strukturen beim Durchgang durch die Strömungs­ kanäle der Spule ein Magnetfeld einwirkt, verbleiben die Längs­ strukturen nicht mehr in ihrer Strömungsausrichtung. Im Wechsel­ strommagnetfeld erfahren die einzelnen Partikel Impulse, aufgrund derer sie zunächst zu schwingen und später zu rotieren beginnen. Die Viskosität der Flüssigkeit geht dann im Bereich der Strömungs­ kanäle zurück, wie es wünschenswert ist, weil der Dämpfer mit geringerer Dämpfungskraft betrieben werden soll. Mit der Erhöhung der magnetischen Wechselfeldstärke läßt sich also die Viskosität herabsetzen.

Wenn umgekehrt ein magnetisches Gleichstromfeld auf die erfindungs­ gemäßen Partikel im Bereich der Strömungskanäle einwirkt, stellen sich die Partikel in der Feldrichtung ein, wobei sie wiederum die länglichen Strukturen bilden. Die Viskosität der Dämpfungsflüssig­ keit steigt hierbei entsprechend. Der Dämpfer arbeitet demgemäß härter.

Man kann den erfindungsgemäßen Dämpfer so betreiben, daß der strom­ lose Zustand als ein Zustand mit mittlerer Viskosität genutzt wird. Dies führt zugleich zu sinnvollen Notlaufeigenschaften, wenn der elektrische Strom ausfällt.

Für die Praxis des Einsatzes bei der Dämpfung von Fahrwerken findet für die Spulen Kupferdraht von etwa 1 mm Durchmesser mit Kunst­ stoffumhüllung Verwendung. Der Draht läßt sich bis etwa 10 Ampere belasten, ohne daß in Bezug auf die Kühlung Schwierigkeiten entste­ hen. Die Betriebsspannung liegt dabei lediglich im Bereich von 2 bis 3 Volt. Die an sich harten Partikel aus Magnetit verlieren ihre abrasiven Eigenschaften aufgrund ihrer Suspension in der öligen Dämpfungsflüssigkeit. In letzterer sind sie mit etwa einem Drittel Gewichtsanteil enthalten, dem ein entsprechend verringerter Volu­ menanteil entspricht.

Ein sowohl mechanisch stabiler als auch elektrisch wirkungsvoller Aufbau der Spulen wird dadurch erreicht, daß ihre Windungslagen zwischen axial beabstandeten Scheiben angeordnet werden, deren äußere die stirnseitigen Grenzen des Kolben bilden. Zwischen dem peripheren und dem zentralen Bereich der Scheiben sind letztere von Stegen gebildet, in deren angepaßte Aussparungen die Spulendrähte eingelegt sind. Zwischen den benachbarten Stegen verlaufen die Spu­ lendrähte also frei mit Abständen von ihren jeweils benachbarten Wicklungen.

Eine die einzelnen Scheiben miteinander peripher verbindende Hülse ist zweckmäßig zugleich als Führung gestaltet, die an der Innenwand des Zylinders anliegt und somit dem Kolben ohne sonstige zu­ sätzliche Mittel eine hinreichende Führung in dem Zylinder ver­ leiht. Die Kolbenstange kann zweckmäßig hohl sein, da es auf ihre Masse als Spulenkern nicht ankommt. Sie kann daher Anschlußleitun­ gen für die Spulenwindungen aufnehmen, über welche eine Verbindung an dem Generator hergestellt wird. Der Generator liegt außerhalb des Dämpfers und kann, um die Steuerungsfunktionen zu erfüllen, so­ wohl Wechselstrom als auch Gleichstrom und auch überlagerte Ströme dieser Art erzeugen.

Für die Betriebsweise ist eine geringe Induktivität kennzeichnend, da die Spule entweder bifilar gewickelt ist oder zumindest benach­ barten Windungen alternierende Stromrichtungen aufweist. Die gerin­ ge Induktivität ist zugleich für die Reaktionszeit, bzw. Ansprech­ zeit des Dämpfers von entscheidender Bedeutung. Man kann auf diese Weise mit den genannten, geringen Spannungen auskommen, um prak­ tisch trägheitsfrei Steuerungen der Dämpfungscharakteristik auf­ grund von verschiedenen, an sich bekannten Parametern vornehmen zu können.

Für die Herstellung der Spulen besteht eine interessante Aus­ führungsform der Erfindung in der erwähnten, kegelartig ineinander eingreifenden Windungsanordnung. Man kann die Scheiben dann leicht zunächst von innen nach außen und alsdann in der nächsten Lage von außen nach innen wickeln, wobei sich die Windungen treppenartig ge­ geneinander versetzen.

Zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung wird auf die Zeichnun­ gen Bezug genommen, welche ein Ausführungsbeispiel schematisch wiedergeben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch den neuen Stoßdämpfer mit Kolben,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Kolben entsprechend Fig. 1 und

Fig. 3 das Verhalten der dauermagnetischen Partikel im Magnetfeld bzw. ohne Magnetfeld beim Durchgang durch die Strömungskanäle der Spule.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder 26, wie er bei im Kraftfahrzeug üblichen Stoßdämpfern Verwendung findet. Innerhalb dieses Zylinders 26 besteht eine obere Arbeitskammer 4 und eine untere Arbeitskammer 5, die durch den am Ende der Kolbenstange 27 befestigten Dämpfungs­ kolben voneinander getrennt sind. Der Dämpfungskolben wird im wesentlichen von der Spule 1 gebildet, deren Windungen 3 radiale Abstände 2 voneinander besitzen. Die Spule 1 hat weiterhin in Rich­ tung der Kolbenachse 10 beabstandete Windungslagen 6, 7, 8, 9. Wie schematisch angedeutet, weisen die benachbarten Windungen 3, 11, 12 und 13 jeweils entgegengesetzte Stromrichtungen auf.

Der Anschaulichkeit halber sind die Windungslagen 6, 7, 8 und 9 le­ diglich in einer Ebene senkrecht zur Achse 10 der Kolbenstange 27 wiedergegeben. Sie können jedoch entsprechend einer speziellen Aus­ führungsform der Erfindung in der beschriebenen Weise kegelstumpf­ artig ineinander geschachtelt sein, wobei die Neigungsfläche des Kegelstumpfes gegenüber der Achse 10 der Kolbenstange besteht. Die Windungslagen 6, 7, 8 und 9 der Spule 1 verlaufen jeweils zwischen den Scheiben 14, 15, 16, 17 und 18. Die untere Scheibe 14 sowie die obere Scheibe 18 bilden die stirnseitigen Grenzen des Kolbens. Man erkennt eine periphere Hülse 25, die die Scheiben an ihrem Umfang miteinander verbindet und ihrerseits an der Innenwandung des Zylin­ ders 26 als Führung dient. Weiterhin sind die Scheiben als Paket am Ende der Kolbenstange 27 mit ihren zentralen Bereichen 19, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, festgeschraubt. Von den zentralen Be­ reichen 19 führen die Stege 21 zum jeweils peripheren Bereich 20.

Die einzelnen Spulendrähte 24 liegen in Aussparungen 22, die in den Stegen 21 vorgesehen sind. Aus einem Steg der bodenseitigen Scheibe 14 treten die Leitungen 28, 29 aus, die durch die hohle Kolbenstan­ ge nach außen geführt sind und mit einem hier nicht wiedergegebenen Generator über eine Steuerschaltung in Verbindung stehen.

Das Verhalten der Partikel beim Durchgang durch die elektrisch nicht beaufschlagte Spule zeigt das linke Teilbild der Fig. 3. Durch die Abstände zwischen den einzelnen Spulendrähten 24 strömt die Dämpfungsflüssigkeit mit darin suspendierten Partikeln mit einer mittleren Viskosität. Die Partikel bilden entsprechend ihrer Polarität die erwähnten langgestreckten Strukturen, die beim Durch­ gang durch die Strömungskanäle erhalten bleiben.

Das rechte Teilbild der Fig. 3 zeigt demgegenüber das Verhalten der Partikel beim Durchgang durch die Strömungskanäle einer beauf­ schlagten Spule. Deren einzelne Drähte haben die angedeutete wechselnde Stromrichtung. Demzufolge können nicht genau in der Mitte zwischen zwei Spulendrähten eintretende Partikel nach der ei­ nen oder der anderen Richtung abgelenkt werden und damit eine Bewe­ gung erfahren, die quer zur Strömungsrichtung verläuft. Anderer­ seits können die Partikel beim Durchgang zwischen zwei benachbarten Drähten im Strömungskanal eine Drehung um 180° erfahren, die sich in der jeweils folgenden Windungslage wiederholen kann.

Claims (9)

1. Stoßdämpfer mit in einem Zylinder geführten Kolben, für den eine den Zylinder stirnseitig dichtend durchdringende Kolbenstange vorgesehen ist, und in dem der Kolben zwei Arbeitskammern wech­ selnden Volumens unterteilt, indem eine hydraulische Flüssigkeit die Ventilöffnung innerhalb des Kolbens durchströmt, welche Flüssigkeit im Magnetfeld einer im Kolben vorgesehenen Spule eines Elektromagneten ausrichtbare Partikel in Suspension ent­ hält, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spule (1) mit radialen Abständen (2) voneinander angeordnete Windungen (3) aufweist, und daß ihre Windungen unter Freilassung der zwischen ihnen bestehenden, Strömungskanäle bildenden Abständen (2) fixiert sind, welche Strömungskanäle mit den bei­ den Arbeitskammern (4, 5) in Verbindung stehen.

2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) weiterhin in Richtung der Kolben­ achse (10) beabstandete Windungslagen (6, 7, 8, 9) aufweist.

3. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) einander benachbarte Windungen (3, 11, 12, 13) mit jeweils entgegengesetzter Stromrichtung aufweist.

4. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) eine bifilare Wicklung besitzt.

5. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) kegelstumpfartig ineinander geschach­ telte Windungslagen aufweist.

6. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im Magnetfeld der Spule (1) ausrichtbaren Par­ tikel von dauermagnetischem Charakter sind, und daß der Spulendraht (24) elektrisch isolierend umhüllt ist.

7. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungslagen (6, 7, 8, 9) der Spule (1) zwi­ schen axial beabstandeten Scheiben (14, 15, 16, 17, 18) angeordnet sind, deren äußere (14, 18) die stirnseiti­ gen Grenzen des Kolbens bilden, und die zwischen ihrem peripheren (20) und ihrem zentralen Bereich (19) radia­ le Stege (21) aufweisen, in denen angepaßte Aussparun­ gen (22) für die Aufnahme des Spulendrahtes (24) be­ stehen.

8. Stoßdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (14, 15, 16, 17, 18) peripher mittels einer Hülse (25) miteinander verbunden sind, deren äußere Mantelfläche als Führung an der Innenwand des Zylinders (26) ausgeführt ist, während sie zentral auf der Kolbenstange (27) befestigt sind.

9. Stoßdämpfer nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (1) über die Kolbenstange (27) durchset­ zende Leitungen (28, 29) mit einem Generator verbunden sind, der sowohl für die Erzeugung von Wechselstrom als auch von Gleichstrom und für die Überlagerung beider Ströme steuerbar ist.