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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen magnetorheologischen Hydraulikdämpfer (MR)
gemäß Oberbegriff
des Anspruchs 1. Ein solcher Dämpfer
ist aus
US-A-2004/0182661 bekannt.
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Derartige
Hydraulikdämpfer
werden u.a. dazu verwendet, um Vibrationsquellen in Industrieanlagen
und Maschinen zu isolieren, aber auch in Kraftfahrzeugen zur Dämpfung der
Bewegungen des Fahrzeugkastens, um einen Kontaktverlust der Räder mit
dem Boden zu verhindern und Radlagervibrationen zu absorbieren.
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Diese
magnetorheologischen Hydraulikdämpfer
haben zuletzt eine neue Anwendung in halbgesteuerten Federungssystemen
gefunden, die es ermöglicht,
die Dämpfung
kontinuierlich und in Echtzeit zu verändern. Die Systeme weisen dazu
eine Steuereinheit auf, welche die Informationen analysiert, die
sie von Bewegungssensoren, von der Längsvorrichtung und von den
Bremsen oder anderen Einrichtungen erhält, und welche die Dämpfer entsprechend
steuert.
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Das
in diesen Dämpfern
enthaltene magnetorheologische Fluid ist ein synthetisches Fluid,
welches Metallpartikel enthält,
deren Durchmesser in der Größenordnung
von Mikrometern liegt und die in dem Fluid suspendiert sind. Wenn
ein elektrischer Strom durch eine elektromagnetische Spule fließt, welche
in dem Kolben des Dämpfers
angeordnet ist, richten sich die dem Magnetfeld ausgesetzten Partikel
aus und verändern
dabei das Strömungsverhalten
der Flüssigkeit.
Man erhält
somit eine sofortige Reaktion auf die Bedürfnisse des Benutzers, was
einen besseren Fahrkomfort auf holprigen Straßen vermittelt und es ermöglicht,
das Fahrverhalten des Fahrzeugs und somit die Sicherheit und Zuverlässigkeit
zu verbessern.
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Der
Aufbau und das Funktionsprinzip dieser magnetorheologischen Hydraulikdämpfer ist
an sich bekannt und soll hier nicht detailliert beschrieben werden.
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Um
jedoch eine sofortige und gleichmäßige Funktion eines solchen
Hydraulikdämpfers
in mechanischer Hinsicht zu ermöglichen,
genauer gesagt im Hinblick auf die Hin- und Her-Bewegung des Kolbenschaftes
durch die Axialbewegung von einer der Verschlussvorrichtungen des
Dämpfers,
ist es bevorzugt, eine Schmierung des Kolbenschaftes zu gewährleisten.
Diese Schmierung ist wünschenswert, um
es dem Kolbenschaft zu ermöglichen,
seine Hin- und Her-Bewegung so durchzuführen, dass zur Verbesserung
der Dichtigkeit die Wärmeerzeugung
und die Abnutzung der Vorrichtung verringert werden. Sie soll außerdem parasitäre Reibung
reduzieren.
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Diese
Schmierung des Kolbenschaftes erhält man bei einigen bekannten
magnetorheologischen Hydraulikdämpfern
mittels einer Schmiervorrichtung, die eine Kammer aufweist, die
ein Schmierfluid enthält
und im Inneren der Verschlussvorrichtung angeordnet ist, durch welche
der Kolbenschaft hindurchfährt.
Eine derartige Verschlussvorrichtung ist in 2 dargestellt,
während 1 den
allgemeinen Aufbau eines solchen magnetorheologischen Hydraulikdämpfers zeigt.
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Dieser
magnetorheologische Hydraulikdämpfer 1 weist
einen röhrenförmigen Zylinderkörper 2 auf,
der an einem seiner Enden durch eine erste Verschlussvorrichtung 3 und
an seinem gegenüberliegenden
Ende durch eine zweite Verschlussvorrichtung 4 so verschlossen
ist, dass im Inneren des Zylinderkörpers eine Hauptkammer 5 begrenzt
wird, die ein magnetorheologisches Fluid enthält.
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In
dem dargestellten Beispiel ist ein querverlaufendes Trennelement 6 in
Form einer mit einer Schürze
versehenen Platte in dem Zylinderkörper angeordnet, um dessen
Innenraum zu unterteilen, damit man eine Sekundärkammer 7 erhält, die
mit einem unter Druck stehenden Gas gefüllt ist.
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Die
Schürze
des Trennelements 6 weist auf ihren Außenumfang eine Nut 8 auf,
in welche ein Dichtungsring 9 eingesetzt ist.
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Ein
Kolben 10 ist axial verschiebbar in der Hauptkammer 5 montiert.
Er weist in seinem Inneren eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Magnetfeldes auf. Diese Vorrichtung ist in 1 nicht
dargestellt, weil sie selbst, sowie ihre Funktion auf diesem technologischen
Gebiet wohlbekannt ist.
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Der
Kolben 10 ist an einem seiner Enden an einem Kolbenschaft 11 befestigt,
der aus dem Zylinderkörper 2 durch
eine Axialöffnung 12 herausragt, die
in der zweiten Verschlussvorrichtung 4 entlang der Achse
A-A vorgesehen ist. Bei der Anwendung in einer (nicht dargestellten)
Fahrzeugfederung, ist das freie Ende des Kolbenschaftes 11 mit
dem (nicht dargestellten) Fahrgestell des Fahrzeugs verbunden, während das
durch die erste Verschlussvorrichtung 3 verschlossene Ende
des Dämpfers
mit einer Radaufhängung
verbunden ist.
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2 zeigt
die zweite Verschlussvorrichtung 4 mit Schmierammer des
bekannten Hydraulikdämpfers 1 in
größerem Maßstab. Diese
zweite Verschlussvorrichtung 4 hält also das in der Kammer 5 eingeschlossene
Fluid zurück
und dient außerdem dazu,
den Kolbenschaft 11 zu führen und dessen Schmierung
zu gewährleisten.
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Diese
zweite Verschlussvorrichtung 4 weist ein scheibenförmiges Element 13 auf,
das mit einer Axialbohrung 12 versehen ist, durch welche
der Kolbenschaft 11 hindurchragt, und sie weist auf ihrer nach
außen
gerichteten Seite eine konzentrische Nut 14 auf, die mit
einem schürzenförmigen Deckel 15 eine
Kammer 16 begrenzt, die ein Schmiermittel, wie beispielsweise
ein Schmieröl
enthält.
Die Oberfläche der
Scheibe kommt nicht gegen die gegenüberliegende Seite des Deckels
in Anlage, so dass ein Zwischenraum 17 gebildet wird, der
eine direkte kommunizierende Verbindung zwischen der Kammer 16 und dem
Kolbenschaft 11 zu dessen Schmierung herstellt.
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Das Öl in der
Kammer 16 wird mit Hilfe des ersten Dichtungsmittels 18 von
dem Fluid in der Hauptkammer 5 isoliert und mit Hilfe des
zweiten Dichtungsmittels 19 daran gehindert, nach außen zu entweichen.
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Eine
Haltescheibe 20, 21 wird unterhalb des ersten
bzw. des zweiten Dichtungsmittels 18', 19' befestigt und ein Haltering 22 hält das scheibenförmige Element 13 an
seinem Platz in der Schürze
des Deckels 15.
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Der
Deckel 15 weist auf der Umfangsfläche seiner Schürze eine
Nut 23 auf, die einen Dichtring 24 aufnimmt, welcher
die Abdichtung zwischen dem Deckel und der Innenfläche des
Zylinderkörpers 2 gewährleistet.
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Das
scheibenförmige
Element 13 weist in ähnlicher
Weise auf seiner Umfangsfläche
eine Nut 25 auf, die einen Dichtring 26 aufnimmt,
welcher die Abdichtung zwischen der Scheibe 13 und der
Schürze
des Deckels 15 gewährleistet.
Schließlich
ist ein Abstreifring 27 um die nach außen gerichtete Öffnung der
Axialbohrung herum angeordnet.
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Ein
Führungsmittel 28 des
Kolbenschaftes 11 ist im Inneren der Axialbohrung 12 zwischen
den ersten Dichtungsmitteln 18 und den zweiten Dichtungsmitteln 19 angeordnet,
genauer gesagt in dem scheibenförmigen
Element 13. Dieses Führungsmittel 18 weist
die Form einer Buchse auf, dessen Innenfläche eine zylindrische Führungsfläche 29 bildet. Zur
Verringerung der Reibung in dem Führungsmittel kann diese Führungsfläche mit
einer Schicht Tetrafluorethylen oder etwas ähnlichem beschichtet sein.
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Selbst
wenn die Verschlussvorrichtung 4 im allgemeinen zufriedenstellend
ist, weist sie dennoch eine komplexe Struktur auf und ist in der
Herstellung relativ teuer.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und einen magnetorheologischen
Hydraulikdämpfer
vorzuschlagen, der extrem einfach und zuverlässig die Schmierung des Kolbenschaftes gewährleisten
kann.
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Dieses
Ziel wird mit Hilfe eines Führungsmittels
erreicht, das aus einem Material besteht, das eine solche Porosität aufweist,
dass es sickernd wird, um Öl
des magnetorheologischen Fluids aus der Kammer bis zu der Führungsfläche passieren
zu lassen, während
die Metallpartikel daran gehindert werden, dort einzudringen.
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Gemäß weiterer
Merkmale der Erfindung:
- – ist das Material des Führungsmittels
ein bindemittelfreies Sintermaterial;
- – macht
die offene Porosität
des Führungsmittels wenigstens
12 % von dessen Oberfläche
aus;
- – weist
das Führungsmittel
die Form einer Scheibe auf, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen
dem Innendurchmesser des Zylinderkörpers entspricht;
- – weist
die Axialöffnung
des Führungsmittels
eine konzentrische, kreisförmige
Ausnehmung auf, in welcher die ersten Dichtungsmittel angeordnet sind;
- – ist
die Ausnehmung eine in der Führungsfläche des
Führungsmittels
ausgesparte Nut;
- – kommuniziert
die Nut über
einen kreisförmigen Durchlass,
der gegenüber
dem Kolbenschaft einen Zwischenraum bildet, mit der Kammer;
- – wird
die kreisförmige
Ausnehmung durch eine kreisförmige
Schulter so definiert, dass sie sich in Richtung der Kammer öffnet;
- – weist
die zweite Verschlussvorrichtung auf ihrer Außenseite einen Deckel auf,
der mit einer Axialöffnung
für den
Durchlass des Kolbenschaftes und einer kreisförmigen Ausnehmung in welcher die
zweiten Dichtungsmittel angeordnet sind, versehen ist, und zusätzliche
Dichtungsmittel sind in Form einer Kreisscheibe zwischen dem Führungsmittel
und dem Deckel eingesetzt;
- – ist
das Führungsmittel
gegen den Deckel in Anlage und weist einen kreisförmigen Höcker auf, der
in einer kreisförmigen
Ausnehmung des Deckels aufgenommen wird;
- – weist
das Führungsmittel
eine Umfangsnut auf, welche einen Haltering aufnehmen kann.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von zwei nicht einschränkenden Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf beigefügte Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Längsschnitt
des oben beschriebenen bekannten Hydraulikdämpfers ist;
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2 eine
perspektivische Ansicht sowie einen Schnitt der Verschluss- und
Führungsvorrichtung für den Kolbenschaft
des Dämpfers
der 1 ist;
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3 eine
Teilansicht in Schnitt und in der Perspektive einer erfindungsgemäßen Verschlussvorrichtung
ist, die gleichzeitig der Führung
des Kolbenschaftes dient;
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4 eine
Teilansicht der Verschlussvorrichtung der 3 im Schnitt
und in größerem Maßstab ist;
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5 eine
Explosionsdarstellung der die Verschlussvorrichtung der 3 und 4 bildenden
Elemente ist;
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6 eine
Schnittansicht ist, welche die Elemente der 5 nach der
Montage zeigt;
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7 eine
der 3 entsprechende Ansicht ist, die eine zweite erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung
zeigt;
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8 eine
Explosionsdarstellung der die Verschlussvorrichtung der 7 bildenden
Elemente ist;
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9 eine
der 4 entsprechende Ansicht ist, welche die Verschlussvorrichtung
der 7 zeigt;
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10 eine
Variante der Verschlussvorrichtung der 7 bis 9 zeigt.
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In
den Figuren sind identische oder äquivalente Bauelemente mit
den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
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Der
erfindungsgemäße magnetorheologische
Hydraulikdämpfer
unterscheidet sich von den in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen
Hydraulikdämpfer 1 durch
den Aufbau und die Funktion der zweiten Verschlussvorrichtung 4.
Aus diesem Grund ist nur dieser Teil des magnetorheologischen Hydraulikdämpfers in
den 3 bis 10 dargestellt.
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Die 3 bis 6 zeigen
eine solche zweite erfindungsgemäße Verschlussvorrichtung 4'. Diese zweite
Verschlussvorrichtung 4' weist
eine durchgehende Axialöffnung 12 auf,
durch die der Kolbenschaft 11 verläuft. Der Kolbenschaft wird
von einem scheibenförmigen
Führungsmittel 28' geführt, dessen
Außendurchmesser
im Wesentlichen dem Innendurchmesser des röhrenförmigen Zylinderkörpers 2 des
Dämpfers
entspricht. Die Axialöffnung
dieser Scheibe bildet eine Führungsfläche 29' für den Kolbenschaft 11.
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Die
Axialöffnung
der Scheibe 28' weist
eine konzentrische ringförmige
Ausnehmung in Form einer Nut 30 auf, in welcher erste dynamische
Dichtungsmittel 18' abgeordnet
sind. Die Nut 30 kommuniziert mit der Hauptkammer 5 über einen
kreisförmigen
Durchlass 31, der einen Zwischenraum zu dem Kolbenschaft 11 bildet.
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Die
zweite Verschlussvorrichtung 4' wird nach Außen von einem Deckel 15 verschlossen,
der eine axiale Durchlassöffnung
für den
Schaft 11 und, auf seiner zur Scheibe 28' gewandten Fläche, eine kreisförmige Ausnehmung 32 aufweist,
in welcher zweite dynamische Dichtungsmittel 19' angeordnet sind.
Bei der in den 3 bis 6 dargestellten Ausführungsform
sind zusätzliche
statische Dichtungsmittel in Form einer kreisförmigen Scheibe 33 zwischen
dem Führungsmittel 28' und dem Deckel 15' eingesetzt
und es ist eine kegelstumpfförmige Axialbohrung
mit größerem Durchmesser
als demjenigen des Kolbenschaftes 11 vorgesehen, um einen Teil
der zusätzlichen
Dichtungsmittel aufzunehmen, während
ein die Dichtungsmittel radial verlängernder Teil zwischen der
Scheibe 33 und dem Deckel 15' festgeklemmt ist.
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Zur
Befestigung der zweiten Verschlussvorrichtung 4' im Inneren
des Zylinderkörpers 2 weist dieser
auf seiner Innenfläche
zwei Nuten 34, 35 auf, welche jeweils einen Haltering 22 aufnehmen,
der teilweise in einer Umfangsnut 36, 37 angeordnet
ist, der auf dem jeweiligen Führungsmittel 28' auf dem Deckel 15' vorgesehen
ist.
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Gemäß einem
wesentlichen Merkmal der Erfindung enthält das in der Hauptkammer 5 befindliche magnetorheologische
Fluid ein schmierfähiges Öl und das
Führungsmittel 28' besteht aus
einem Material, das eine Porosität
aufweist, die so gewählt
ist, dass es sickernd wirkt (schematisch durch die Pfeile in 6 angedeutet),
um das Öl
des magnetorheologischen Fluids aus der Kammer 5 bis zu
der Führungsfläche 29' passieren zu
lassen, während
ein Eindringen der in dem Fluid enthaltenen Metallpartikel verhindert
wird. Auf diese Weise wird die Schmierung des Schaftes im Inneren
des Führungsmittels 28' mit Hilfe des
Führungsmittels 28' selbst gewährleistet,
das als Filter wirkt.
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Eine
für diesen
Anwendungszweck geeignete Porosität kann man mittels eines metallischen
oder nichtmetallischen bindemittelfreien Sintermaterial erhalten,
wobei man die Größe oder
die Korngröße der Pulverkörner steuert,
sowie die Dichte des Materials, das man bei einer vor dem Sintern
durchgeführten und
zur Formgebung des Bauteils notwendigen Kompaktierung erhält. Beim
Sintern wachsen die Körner untereinander
zusammen und bilden im gesamten porösen Bauteil Poren.
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Es
wurde festgestellt, dass eine offene Porosität von ≥ 12 % auf der Oberfläche des
Führungsmittels 28' zufriedenstellende
Ergebnisse liefert.
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Anstelle
des Pulvers können
auch kalibrierte Mikrokügelchen
verwendet werden, um die so erhaltene Größe der Poren besser zu steuern.
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Das
verwendete Material ist vorzugsweise eine gesinterte Eisen-Kupfer-Kohlenstoff-Legierung.
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Die 7 bis 9 zeigen
eine zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäßen magnetorheologischen
Hydraulikdämpfers.
Die zweite Verschlussvorrichtung 4'' des
Dämpfers
weist ein Führungsmittel 28'' für den Kolbenschaft 11 auf,
wobei das Führungsmittel
ebenfalls in Form einer Scheibe aus einem porösen Material ausgebildet ist,
das demjenigen entspricht, welches unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 beschrieben
wurde, und das eine entsprechende Führungsfläche 29'' aufweist.
Das Führungsmittel 28'' ist zwischen den ersten Dichtungsmitteln 18'' und den zweiten Dichtungsmitteln 19'' angeordnet, die in einer kreisförmigen Ausnehmung 32 des
Deckels 15'' angeordnet
sind.
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Die
ersten Dichtungsmittel sind in einer konzentrischen kreisförmigen Ausnehmung 38 angeordnet,
die von einer kreisförmigen
Schulter 39 gebildet wird, welche sich in Richtung der
Hauptkammer 5 öffnet.
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Ein
Deckel 15'' ist direkt
auf der Außenfläche des
Führungsmittels 28'' angeordnet. Der Deckel weist auf
seinem Umfang eine kreisförmige
Ausnehmung 14 auf, die in Richtung zum Zylinderkörper 2 und
zu dem Führungsmittel 28'' offen ist, um einen Dichtungsring 41 aufzunehmen,
welcher die Abdichtung zwischen den Bauteilen gewährleistet.
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Das
Führungsmittel 28'' weist auf seiner Außenfläche einen
kreisförmigen
Höcker 42 auf,
der in einer zentralen kreisförmigen
Ausnehmung 43 mit im Wesentlichen komplementärer Form
aufgenommen ist, welche in dem Deckel 15'' ausgebildet
ist.
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10 zeigt
eine Variante der Verschlussvorrichtung 4'' der 9,
die sich von letzterer im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass
der kreisförmige
Höcker
auf dem Führungsmittel 28'' die Form einer Rippe 44 aufweist,
welche in eine kreisförmige Rille
eingreift, die in den Deckel 15'' ausgespart
ist.
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Auf
diese Weise erhält
man einen sehr einfachen und zuverlässigen magnetorheologischen
Hydraulikdämpfer,
bei welchem die Schmierung des Kolbenschaftes gewährleistet
ist, ohne dass man eine ein Schmiermittel enthaltende Schmierkammer vorsehen
muss.