DE4433056A1 - Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer, ins­ besondere für Kraftfahrzeuge, bestehend aus einem Arbeitszy­ linder, einem den Arbeitszylinder in zwei Arbeitskammern un­ terteilenden, an einer Kolbenstange befestigten, Arbeitskol­ ben, ggf. einen Ausgleichsraum und einer die Kolbenstange ge­ gen die Atmosphäre abdichtenden Kolbenstangenführung, wobei die Arbeitsräume mit einem magnetorheologischen, durch eine elektrische Spule beaufschlagten Fluid, gefüllt sind.

Derartige Schwingungsdämpfer sind bereits bekannt (z. B. US- PS 5 277 281), bei denen die Arbeitskammern des Arbeitszylin­ ders durch einen Arbeitskolben getrennt und mit einem magnetorheologischen Fluid gefüllt sind. Der Arbeitskolben besitzt dabei Strömungsdurchlässe, durch die das Fluid strömt und eine entsprechende Dämpfungskraft erzeugt. Ein derartiges Fluid verändert durch Beaufschlagung eines Magnetfeldes seine Viskosität, so daß somit die Dämpfungskraft des Schwingungs­ dämpfers variabel, d. h. veränderbar einstellbar ist. Die Än­ derung des Viskositätsverhaltens wird über eine elektrische Spule und einen Weicheisenkreis und der damit verbundenen ma­ gnetischen Feldstärke erzeugt. Fließt kein Strom durch die Spule, verhält sich das magnetorheologische Fluid als normale Flüssigkeit mit relativ niedriger Viskosität. Erst bei Beauf­ schlagung der elektrischen Spule mit Strom wird im Magnetfeld die Viskosität des Fluids erhöht. Nachteilig ist somit, daß bei Auftreten eines Fehlers, z. B. Stromausfall oder Kabelbruch die Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers relativ niedrig ist, ein derartiges Verhalten ist nicht erwünscht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsdämpfer mit, durch ein magnetorheologisches Fluid, beeinflußbarer Dämp­ fungskraft so weiterzubilden, daß bei Ausfall des auf das Fluid wirkenden Magnetfeldes eine sicherheitsrelevante Dämp­ fungskraft automatisch eingenommen wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das magnetorheologische Fluid über mindestens eine Dauerma­ gnetfeld beaufschlagt wird.

Bei dieser Ausführung ist von Vorteil, daß durch Hinzufügen eines oder mehrerer Dauermagnetfelder das Fluid vorgespannt wird, d. h. der dauermagnetische Fluß erhöht die Viskosität des magnetorheologischen Fluids auf einen Wert, der für einen sicheren Fahrzustand des Kraftfahrzeuges reicht.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, daß als Dauerma­ gnetfeld mindestens ein Permanent-Magnet vorgesehen ist.

Nach einer günstigen Ausführungsform wird das Dauermagnetfeld durch ein weiteres Magnetfeld kompensiert oder verstärkt. Hierbei ist mit Vorteil das weitere Magnetfeld über die elek­ trische Spule variierbar. Vorteilhaft ist bei dieser Ausfüh­ rungsform, daß durch die Strombeaufschlagung der Spule je nach Stromstärke und Polung das Magnetfeld erhöht oder erniedrigt werden kann, so daß damit die Viskosität des magnetorheologischen Fluids erhöht oder vermindert werden kann. Dies ergibt eine variabel einstellbare Dämpfungskraft des Schwingungsdämpfers.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß der Arbeitskolben mindestens teilweise mit Strömungskanälen versehen ist. Mit Vorteil lassen sich die Strömungskanäle als Bohrungen oder als Ausnehmungen ausbilden.

Nach einer weiteren günstigen Ausführungsform sind die Ausnehmungen mit einer sich verändernden Breite versehen.

Darüberhinaus ist der Arbeitskolben in seinem, den Strömungs­ kanälen benachbarten Bereich mit Nuten versehen. Mit Vorteil sind hierbei die Nuten mit einem in seiner Tiefe sich verän­ dernden Nutgrund versehen.

Vorteilhaft ist hierbei, daß der Arbeitskolben am Arbeitszy­ linder abgedichtet geführt ist und daß das magnetorheologische Fluid den Kolben durchströmt. Durch die besondere Formgebung der Strömungskanäle, die sich in der Breite der Ausnehmung über den Umfang ändern und wobei auch die Tiefe des Nutgrundes über den Umfang variiert werden kann, wird ein Widerstand für den magnetischen Fluß erzeugt, der die Induktion im Strö­ mungskanal (Luftspalt) vermindert. Durch das Zusammenwirken von Nutgrund und Nutbreite kann eine im wesentlichen konstante Induktion im Strömungskanal über den Umfang gesehen erreicht werden. Darüberhinaus ist von Vorteil, daß über die Form des Strömungskanales die Scherrate und somit die erreichbare Scherspannung vom jeweiligen Ort des Strömungskanales abhängig ist, dabei wird es Bereiche geben, in denen das Fluid nicht mehr strömt, sondern sich mehr oder weniger verfestigt. Die Grenze zwischen fest und flüssigem Fluid hängt dabei vom an­ gelegten Magnetfeld und dem Durchfluß ab.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Schwingungsdämpfer in Ansicht, teils ge­ schnitten;

Fig. 2 einen Arbeitskolben eines Schwingungsdämpfers mit einem Permant-Magnet;

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsformen eines Arbeitskolbens;

Fig. 5 einen Arbeitskolben mit Strömungskanälen;

Fig. 6 den Arbeitskolben gemäß Fig. 5 in Draufsicht;

Fig. 7 bis 9 verschiedene Schnitte durch den in Fig. 6 dar­ gestellten Arbeitskolben.

Der in Fig. 1 dargestellte Schwingungsdämpfer 1 besteht im wesentlichen aus dem Arbeitszylinder 12, den Arbeitskolben 3, der den Arbeitszylinder 12 in zwei Arbeitsräume teilt, wobei der Arbeitskolben 3 über eine Kolbenstange 2 nach außen ge­ führt ist. Das Außenrohr 4 und die Kolbenstange 2 sind mit Befestigungsteilen 5 versehen. Es handelt sich hierbei um ei­ nen sogenannten Zweirohrschwingungsdämpfer, bei dem zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Außenrohr 4 ein Ausgleichsraum gebildet ist. Es sind jedoch ebenfalls Ausführungen als Ein­ rohrschwingungsdämpfer vorstellbar, bei denen der Ausgleichs­ raum innerhalb des Arbeitszylinders 12 in seinem Endbereich angeordnet ist.

In der Fig. 2 ist als Einzelheit ein Arbeitskolben 3 darge­ stellt, der sowohl einen Permanent-Magneten 6 wie auch eine elektrische Spule 7 zur Erzeugung entsprechender Magnetfelder aufweist. Als Strömungskanäle 8 wird bei diesem Ausführungs­ beispiel der Zwischenraum zwischen dem Arbeitszylinder 12 und dem Außenumfang des Arbeitskolbens 3 verwendet. Der magne­ tische Fluß wird vom Arbeitskolben 3 über die Strömungskanä­ le 8 und dem Arbeitszylinder 12 auf den Arbeitskolben 3 zu­ rückgeführt.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt, bei dem der Arbeitskolben 3 ebenfalls mit einem Permant-Magnet 6 versehen ist, wobei jedoch die elektrische Spule 7 und der Permant-Magnet im Arbeitskolben 3 axial hintereinander ange­ ordnet sind, so daß der Permant-Magnet ein Magnetfeld und die elektrische Spule 7 ein weiteres Magnetfeld erzeugt. Im Ge­ gensatz hierzu ist in der Fig. 4 ein Arbeitskolben 3 dage­ stellt, bei dem zwei Permanent-Magneten 6 am jeweiligen Ende des Arbeitskolbens 3 angebracht sind, wobei die elektrische Spule 7 zwischen den beiden Permanent-Magneten 6 angeordnet ist. Der magnetische Fluß verläuft wiederum vom Arbeitskol­ ben 3 über den Arbeitszylinder 12 zurück zum Arbeitskolben 3. In den Fig. 2-4 sind Führungselemente nicht dargestellt. Die Führungselemente sorgen dafür, daß der Arbeitskolben 3 bei seiner Bewegung im Arbeitszylinder 12 nicht verkantet.

In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die elektrische Spule 7 ebenfalls im Arbeitskolben 3 angeord­ net ist und einen Permant-Magnet 6 und einem Weicheisenjoch, welches Strömungskanäle 8 enthält, so daß wiederum zwei un­ terschiedliche Magnetfelder erzeugbar sind. Die Strömungska­ näle 8 sind dabei im Bereich des Weicheisenjochs als Boh­ rungen 8a ausgebildet.

Die Fig. 6 zeigt die Draufsicht der Ausführung nach Fig. 5, bei der der Arbeitskolben 3 mit Strömungskanälen 8 versehen ist, wobei die Strömungskanäle 8 jedoch als Ausnehmungen 8b über mindestens einen Teil des Umfanges des Arbeitskolbens 3 verlaufend angeordnet sind. In den Fig. 7 bis 9 sind die ent­ sprechenden Schritte gemäß Fig. 6 dargestellt, wobei zu ent­ nehmen ist, daß die Ausnehmungen 8b über den Umfang verteilt eine unterschiedliche Breite 9 aufweisen. Zusätzlich kann da­ bei im benachbarten Bereich noch eine Nut 10 mit einer unter­ schiedlichen Tiefe des Nutgrundes 11 angeordnet werden. Diese Formgebung des Strömungskanales 8, bei der sich die Breite des Strömungskanales 8 über den Umfang verändert und bei der ggf. auch die Nut entsprechend angeordnet ist, stellt einen Wider­ stand für den magnetischen Fluß dar, der die Induktion im Strömungskanal (Luftspalt) vermindert. Durch das Zusammenwir­ ken der Breite des Strömungskanales 8 und der Nut 10 läßt sich eine im wesentlichen konstante Induktion im Strömungskanal 8 (Luftspalt) über den Umfang erzielen.

Die Strömungskanäle 8 sind über den Umfang gesehen nicht durchlaufend. Alternativ lassen sich die Strömungskanäle 8 durchlaufend gestalten, wobei zur Verhinderung eines magne­ tischen Kurzschlusses dieser Bereich aus einem nichtmagne­ tischen Material, z. B. Aluminium, hergestellt ist.

Bezugszeichenliste

1 Schwingungsdämpfer
2 Kolbenstange
3 Arbeitskolben
4 Außenrohr
5 Befestigungsteil
6 Permant-Magnet
7 elektrische Spule
8 Strömungskanal
9 Breite
10 Nute
11 Nutgrund
12 Arbeitszylinder

Claims (10)

1. Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, be­ stehend aus einem Arbeitszylinder, einem den Arbeitszy­ linder in zwei Arbeitskammern unterteilenden, an einer Kolbenstange befestigten Arbeitskolben, ggf. einen Aus­ gleichsraum und einer die Kolbenstange gegen die Atmo­ sphäre abdichtenden Kolbenstangenführung, wobei die Ar­ beitsräume mit einem magnetorheologischen, durch eine elektrische Spule beaufschlagten Fluid, gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetorheologische Fluid über mindestens ein Dauermagnetfeld beaufschlagt wird.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß als Dauermagnetfeld mindestens ein Permanent- Magnet (6) vorgesehen ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Dauermagnetfeld durch ein weiteres Magnet­ feld kompensiert oder verstärkt wird.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das weitere Magnetfeld über die elektrische Spule (7) variierbar ist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Arbeitskolben (3) mindestens teilweise mit Strömungskanälen (8) versehen ist.

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Strömungskanal (8) Bohrungen (8a) vorgesehen sind.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß als Strömungskanal (8) Ausnehmungen (8b) vorge­ sehen sind.

8 Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ausnehmungen (8b) mit einer sich verändern­ den Breite (9) versehen sind.

9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der im Arbeitskolben (3) in seinem, den Strö­ mungskanälen (8) benachbarten Bereich mit Nuten (10) versehen ist.

10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nuten (10) mit einem in seiner Tiefe sich verändernden Nutgrund (11) versehen sind.