DE69604865T2

DE69604865T2 - Schwingungsdämpfungseinheit unter Benutzung elektrorheogischer Flüssigkeiten mit mehreren Elektroden

Info

Publication number: DE69604865T2
Application number: DE69604865T
Authority: DE
Inventors: John D. Rensel; David A. Weitzenhof
Original assignee: Bridgestone Firestone Inc
Current assignee: Bridgestone Firestone Inc
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2000-02-17
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: DE69604865D1; USRE37015E1; US5590745A; CA2179346A1; EP0750133B1; JPH094669A; JP3989573B2; CA2179346C; KR970002035A; ES2137579T3; EP0750133A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vibrationsdänpfungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solch eine Vibrationsdämpfungseinheit ist aus der Lehre der US-A-4,819,772 bekannt. Ferner zeigt die US-A-5,259,487 eine Vielzahl ringförmiger Elektrodenbänder, die axial beabstandet, jedoch nicht verschiedenartig sind, wohingegen die US A-4,973,031 eine Vielzahl ringförmiger Elektrodenbänder zeigt, die verschiedenartig (siehe Fig. 6), jedoch nicht axial beabstandet sind.
Vibrationsdämpfungseinrichtungen sind seit beträchtlichen Zeitspannen eingesetzt worden, um die Vibrationskräfte zu dämpfen, die auf das Aufhängungssystem von Kraftfahrzeugen einwirken, um ein gesteuertes Ansprechen vorzusehen, in dem die Vibrationen verringert werden, die durch Straßenerhöhungen und -vertiefungen hervorgerufen werden, die von den Reifen auf den Kraftfahrzeugrahmen durch die dazwischen liegenden ölgefüllten Stoßabsorbtionsvorrichtungen oder Hochdruckgasdämpfungseinrichtungen übertragen werden.
Obwohl sich diese vorbekannten Öl- und Hochdruckgasdämpfungseinrichtungen als zufriedenstellend erwiesen haben, hat sich eine kürzlichere Entwicklung aufgetan, bei der ein elektrorheologisches oder elektroviskoses Strömungsmittel innerhalb der Kammer der Dämpfungsvorrichtung eingesetzt wird, wobei die Flüssigkeit in Kontakt mit einer oder mehreren Elektroden ist, die normalerweise in einem sich verengenden Durchgang befestigt sind, die in Abhängigkeit von der Größe der Elektroden und dem Ausmaß der an die Flüssigkeit angelegten Spannung die Viskosität der Flüssigkeit verändern, und der Dämpfungseinrichtung ermöglichen, daß diese eine größeren Leistungseigenschaftsbereich besitzt, als diejenigen, die mit Hochdruckgas oder ölgefüllten Stoßabsorptionsvorrichtungen arbeiten.
Ein Beispiel einer Antivibrationseinrichtung, die eine expandierbare Flüssigkeitskarmer einsetzt, die ein elektrorheologisches Strömungsmittel enthält, wird im US-Patent Nr. 4,973,031 gezeigt. Das US-Patent Nr. 5,858,733 offenbart eine weitere Dämpfungseinrichtung, die Elektroden in Kombination mit einer elektroviskosen Flüssigkeit einsetzt, die innerhalb geschlossener Kammern enthalten ist. Die Flüssigkeit ist durch einen sich verengenden Durchgang bewegbar, wo Spannung an die elektroviskose Flüssigkeit angelegt wird, während sich dieselbe durch den Durchgang bewegt, um ihre Viskosität zu verändern, um verschiedenartige Dämpfungswirkungen zu erzielen. Verschiedene andere Arten solcher ER-Vibrationsdämpfungseinrichtungen verwenden elastomere Glieder oder Hülsen zur Aufnahme des ER-Strömungsmittel, wie es z. B. im US-Patent Nr. 5,180,145 gezeigt wird. Obwohl sich diese Vorrichtungen als zufriedenstellend erwiesen haben, sind sie im Hinblick auf das Ausmaß der zum Dämpfen erhältlichen Innendrucke begrenzt, da sich die Hülsen expandieren und die erhältliche Ansprechzeit und Spitzenkraft beeinträchtigen.
Die Verwendung starrer Strömungsmittelkammern, die aus Metall geformt sind, sind deshalb mit ER-Strömungsmitteln eingesetzt worden, damit man in der Lage ist, einen höheren Innendruck und schnellere Ansprechzeiten zu entwickeln. Es wird angenommen, daß die US-Patente Nr. 4,819,772 und 5,259,487 den dichtesten Stand der Technik für die erfindungsgemäße Vibrationsdämpfungseinheit bilden. Die Dämpfungseinrichtungen beider dieser Patente verwenden ein ER-Strömungsmittel, das innerhalb starrer Gehäuse enthalten ist, um erhöhte Drucke und schnellere Ansprechzeiten vorzusehen, von denen man nicht angenommen hat, daß sie mit ER-Dämpfern erhältlich sind, die eine elastomere Hülse oder Bälge für das Kammer bildende Teil verwenden.
Die Aufbauten beider vorbekannten Dämpfungseinrichtungen erfordern jedoch eine komplizierte Struktur, die aus zahlreichen Teilen besteht, um die elektrische Isolierung zu errei chen, die erforderlich ist, um eine Spannung auf die verengten Öffnungen oder Kanäle anzulegen, durch die sich das ER-Strömungsmittel bewegt, und erfordert den Durchgang von Drähten durch die ER-Strömungsmittelkammer, um Spannung an die Elektrode anzulegen. Gleichermaßen muß das äußere Gehäuse aus einem starren Metall bestehen, da dieses äußere Gehäuse an einem Ende direkt an einem der voneinander beabstandeten Komponenten des Kraftfahrzeugs befestigt ist, und muß deshalb eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die verschiedenartigen Belastungen und Kräfte aufzufangen, die darauf einwirken. Ein äußeres Ende der Kolbenstange ist mit dem anderen der voneinander beabstandeten Komponenten des Kraftfahrzeugs verbunden, um die Vibrationsdämpfungseinheit am Kraftfahrzeug zu befestigen.
Es hat sich herausgestellt, daß durch Vorsehen einer Vielzahl von Elektroden, die innerhalb der Dämpfungsvorrichtung beabstandet sind, eine größere Dämpfungskraft mit der gleichen äquivalenten Elektrodenlänge erzeugt werden kann, als mit einer kontinuierlichen Elektrode mit annähernd gleichem elektrischen Strom und Spannung.
Es besteht deshalb ein Bedarf an einer verbesserten Vibrationsdämpfungseinheit, die ER-Strömungsmittel einsetzt und einen einfacheren Aufbau und eine einfache Konstruktion aufweist, die dazu in der Lage ist, den verschiedenartigen Belastungen und Kräften zu widerstehen, die darauf einwirken, wenn sie zwischen den beabstandeten Strukturkomponenten eines Kraftfahrzeugs befestigt ist, und die es ermöglicht, eine Spannung an eine Vielzahl beabstandeter Elektroden anzulegen, die innerhalb der Dämpfungseinheit enthalten sind, wobei dieses in einer leichteren Weise geschehen soll als es bei existierenden ER-Strömungsmitteldämpfern der Fall ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgaben der Erfindung umfassen das Vorsehen einer verbesserten Dämpfungseinheit, die ER-Strömungsmittel einsetzt, die die vorgenannten Probleme der vorbekannten Dämpfern löst, in dem die Komplexität des Dämpfers verringert wird, ohne die dadurch erzielten Dämpfungseigenschaften zu opfern.
Ein noch weiteres Ziel der Erfindung ist es, solche eine Dämpfungseinheit vorzusehen, die, wenn sie mit einer elektrorheologischen oder elektroviskosen Flüssigkeit verwendet wird, der Öffnung und der zugehörigen Elektrode es ermöglicht, verschiedenartige Konfigurationen zu besitzen, damit verschiedenartige Dämpfungseigenschaften erzielt werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungseinheit vorzusehen, die einen beträchtlich einfacheren Aufbau besitzt, als die vorbekannten Dämpfer, die ER-Strömungsmittel verwenden, und die dazu in der Lage ist, den verschiedenartigen Belastungen und Kräften zu widerstehen, die darauf einwirken, wenn sie zwischen den beabstandeten Komponenten in einem Kraftfahrzeugaufhängungssystem gelagert und befestigt ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungseinheit vorzusehen, bei der die Elektrode zum Liefern der Spannung für das ER-Strömungsmittel außerhalb des ER-Strömungsmittel befestigt ist, um das Durchlaufen elektrischer Drähte, die die Spannung zur Elektrode liefern, durch das ER-Strömungsmittel zu eliminieren, wie es bei den vorbekannten Dämpfern, die ER-Strömungsmittel verwenden, der Fall ist.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, die ein unter Druck stehendes Gasreservoir innerhalb des Dämpfers besitzt, um Hohlraumbildung und die Bildung von Blasen innerhalb des ER- Strömungsmittels zu verhindern, wodurch die Erzeugung eines elektrischen Überschlags oder Kurzschluß innerhalb des Strömungsmittels verhindert wird.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungseinheit vorzusehen, bei der das äußere Gehäuse aus dielektrischem Material gebildet werden kann, wobei das inne re Gehäuse, das die Kolbenkammer bildet, aus Metall geformt ist, wodurch Zylinder mit geringerem Durchmesser eingesetzt werden können, und wodurch sämtliche Metallkomponenten der Dämpfungseinheit, abgesehen von der Elektrode, geerdet werden können, um das Risiko eines elektrischen Kurzschlusses oder Schocks zu verringern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungseinheit vorzusehen, bei der die Elektrode eine Vielzahl diskreter Elektrodenbänder aufweist, die entlang des Strömungsmittelkanals beabstandet und voneinander durch dielektrische Materialbänder getrennt sind, und wobei jedes Elektrodenband seine eigene Spannungsquele besitzen kann, die daran angelegt wird, um eine größere Dämpfungskraft vorzusehen, gegenüber der, die durch eine kontinuierliche Elektrode vorgesehen wird, die die gleiche Gesamtelektrodenlänge besitzt, wobei etwa das gleiche Stromausmaß bei der Elektrode mit kontinuierlicher Länge eingesetzt wird.
Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, die leicht zusammen und auseinandergebaut werden kann, und zwar zur Reparatur und zur Leichtigkeit der Herstellung, ohne die Integrität der Einheit zu opfern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, solch eine Dämpfungseinheit vorzusehen, die eine größere ER-Ausbeute und ER-Wirkung bei geringeren Kolbengeschwindigkeiten liefert, und bei der die Stromentnahme bei höheren Kolbengeschwindigkeiten geringer ist als mit den vorbekannten ER-Dämpfern, was den Einsatz eines höheren elektrischen Feldes bei höheren Kolbengeschwindigkeiten ermöglicht, falls es erforderlich ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, solch eine verbesserte Dämpfungseinheit vorzusehen, die aus einem unempfindlichen, kompakten, relativ leichtgewichtigen, einfachen Design besteht, das die angegebenen Aufgaben und Ziele in einer einfachen und wirksamen Weise erzielt.
Diese Aufgaben, Ziele und Vorteile werden durch die erfindungsgemäße Vibrationsdämpfungseinheit erhalten, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, die die beste Art und Weise aufzeigen, in der sich die Anmelder bzw. Patentinhaber die Anwendung der Prinzipien vorstellen, sind in der folgenden Beschreibung angegeben und werden in den Zeichnungen gezeigt, wobei insbesondere und vorherrschend auf die anhängenden Ansprüche hingewiesen wird.
Es zeigt:
Fig. 1 Eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungseinheit,
Fig. 2 einen vergrößerten Teillängsschnitt der Dämpfungseinheit nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2,
Fig. 5 einen Teillängsschnitt, ähnlich zur Fig. 2, einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungseinheit,
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5,
Fig. 7 einen Längsschnitt, ähnlich zu den Fig. 2 und 5, die eine Vibrationsdämpfungseinheit zeigt, die nicht erfindungsgemäß ist,
Fig. 8 einen Schnitt entlang der VIII-VIII der Fig. 7,
Fig. 9 einen Teillängsschnitt, ähnlich zu den Fig. 2,.5 und 7 einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungseinheit,
Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 9 und
Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI der Fig. 9.
Gleiche Bezugszeichen beziehen sich in den gesamten Zeichnungen auf gleiche Teile.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine erste Ausführungsform der verbesserten Vibrationsdämpfungseinheit, vorteilhafterweise der Art, die innerhalb eines Kraftfahrzeugaufhängungssytems eingebaut werden kann, wird generell bei 1 angedeutet und ist in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Die Einheit oder Einrichtung 1, umfaßt ein Innengehäuse 2, das aus einem starren Metall gebildet ist und einen zylindrischen Körper 3 mit innerer und äußerer Oberfläche 4 bzw. 5 besitzt. Ein Ende des zylindrischen Körpers 3 ist bei 6 offen, wobei das andere Ende durch eine Wand 7 geschlossen ist.
Die innerzylindrische Fläche 4 des zylindrischen Körpers 3 ist vorteilhafterweise mit einem Material überzogen, das gute Abnutzungseigenschaften, gute Stoßeigenschaften und niedrige Reibungseigenschaften besitzt, z. B. wie stromlose Nickel- Chromplattierung, 300er Serie rostfreien Stahls, Keramik etc.
Ein Kolben 10 ist verschiebbar innerhalb einer Kolbenkammer 11 gelagert, die innerhalb des zylindrischen Gehäuses 3 ausgebildet ist und besitzt eine Kolbenstange 12, die daran befestigt ist. Die Stange 12 erstreckt sich durch eine komplementär geformte Öffnung 13, die in einem Endverschlußring 14 ausgebildet ist. Der Ring 14 ist innerhalb des offenen Endes 6 des zylindrischen Gehäuses 3 befestigt und steht damit abdichtend in Eingriff durch einen äußeren O-Ring 15 und einen inneren O-Ring 16. Die Kolbenstange 12 erstreckt sich ebenfalls durch eine komplementär geformte Öffnung 17, die in einer Endkappe 18 ausgebildet ist. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist ein Verbinder 20 am Außenende der Kolbenstange 12 zur Befestigung derselben an einer Kraftfahrzeugkomponente befestigt. Ein üblicher Stoßfänger 21 wird an der Kolbenstange 12, angrenzend zum Verbinder 20 befestigt, um schwere Kräfte zu absorbieren, die auf den Vibrationsdämpfer 1 einwirken, um Schaden daran zu verhindern, nachdem das Kraftfahrzeug schwere Vertiefungen oder Erhöhungen in der Straßenoberfläche erfährt.
Der Dämpfer 1 umfaßt ferner ein äußeres Gehäuse, das generell bei 25 angedeutet ist, welches in den Ausführungsformen der Fig. 1 bis 4 aus einem dielektrischen Material besteht, z. B. aus verschiedenenartigen Typen hochfester Kunststoffmaterialien. Das Gehäuses 25 ist vorteilhafterweise aus zwei zylindrischen Abschnitten 26 und 27 gebildet, die axial teleskopisch verschiebbar an ihren inneren Enden 26a und 27a und strömungsmitteldicht durch ein Paar O-Ringe 28 verbunden sind.
Das äußere Ende des zylindrischen Abschnitts 27 ist in einer Stellung am inneren Gehäuse durch einen Klemmring 29 befestigt und steht abdichtend in Eingriff mit der Außenfläche des Gehäuses 2 durch ein Paar beabstandeter O-Ringe 30. Das äußere Ende des zylindrischen Abschnitts 26 steht ebenfalls abdichtend mit der Außenfläche des inneren Gehäuses 2 durch ein Paar beabstandeter O-Ringe 31 in Eingriff. Die zylindrischen Abschnitte 26 und 27 des äußeren Gehäuses 25 sind verschiebbar gelagert und am Innengehäuse 2 zusammengebaut und in einer eingestellten Position durch einen Einstellschraubring 33 befestigt, der schraubbar mit einem inneren Schraubabschnitt 34 am äußeren Ende des zylindrischen Gehäuseabschnitts 26 in Eingriff steht. Der Schraubring 33 wird in seiner Stellung durch einen Klemmring 35 gehalten.
Wie in Fig. 2 gezeigt wird, ist der Außendurchmesser des inneren zylindrischen Gehäuses 2 geringer als der Innendurch messer des äußeren Gehäuses 25, und insbesondere geringer als die Innendurchmesser der zylindrischen Abschnitte 26 und 27, um dazwischen einen ringförmigen Strömungsmitteldurchgangskanal 37 vorzusehen, der sich generell über die Axiallänge des äußeren Gehäuses 25 erstreckt. Der Kolben 10 trennt die Kammer 11 in ein Paar Strömungsmittelkammern 38 und 39, die mit dem Durchgangskanal 37 über eine Vielzahl länglicher Schlitze 40 kommunizieren, die im zylindrischen Körper 3 des Gehäuses 2 ausgebildet sind. Wenn der Kolben 10 sich in der Kammer 11 bewegt, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, wird ein elektrorheologisches (ER)-Strömungsmittel, das in der Kammer 11 enthalten ist, deshalb durch die Öffnungen 40 und entlang des Durchgangskanals 37 zwischen den beiden Strömungsmittelkammern strömen, in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Kolbens. Ein Loch 42 ist im äußeren Gehäuse 25 ausgebildet und kommuniziert mit dem Strömungsmitteldurchgangskanal 37, um die Kolbenkammer 11 und den Durchgangskanal 37 mit einem ER-Strömungsmittel zu füllen. Ein mit Gewinde versehener Stopfen 43 dichtet das Loch 42 ab, nachdem die Dämpfungseinheit 1 mit einem ER-Strömungsmittel gefüllt worden ist.
Eine Druckkammer 45 ist in einem Ende des inneren Gehäuses 2 ausgebildet und von der Kolbenkammer 11 durch einen axial verschiebbar gelagerten Kolben oder eine Trennwand 46 getrennt, die die Kammer 11 durch einen O-Ring 47 strömungsmittelmäßig abdichtet. Die Kammer 45 wird mit einem unter Druck stehenden kompressiblem Gas gefüllt. Nach der Bewegung des Kolbens 10 innerhalb der Kammer 11 bewegt sich die Wand 46 in die Kammer 45 hinein und aus ihr heraus, um die Volumenveränderung innerhalb der Kammer 11 zu kompensieren, die durch die Bewegung der Kolbenstange 12 in und aus der Kammer heraus hervorgerufen wird. Diese Bewegung der Wand 46 hält einen generell konstanten Druck innerhalb des ER-Strömungsmittel aufrecht, um die Bildung von Luftblasen oder die Hohlraumbildung zu verhindern, die sonst einen elektrischen Überschlag und Kurzschluß bewirken könnte, wenn eine Spannung am ER- Strömungsmittel angelegt wird, wie weiter unten beschrieben wird. Ein Ventil 48 kommuniziert mit der Druckkammer 45, um unter Druck stehendes Gas in die Kammer zu führen.
Ein Verbinder 49 ist starr durch Schweißungen mit der Endverschlußwand 7 des inneren Gehäuses 2 verbunden, um den Schwingungsdämpfer an einem anderen Teil eines Kraftfahrzeugs zu befestigen, der von demjenigen Teil des Kraftfahrzeugs beabstandet ist, an dem der Kolbenstangenverbinder 20 angebracht ist. Eine elastomere Buchse 50 ist vorteilhafterweise innerhalb des Verbinders 49 angebracht, um dazu beitragen, geringe Schwingungen, die auf das Kraftfahrzeug einwirken, zu absorbieren und zu dämpfen, um dabei zu unterstützen, die gewünschten Dämpfungscharakteristiken zu erzielen.
In Übereinstimmung mit einem der Hauptmerkmale der Erfindung, ist eine Elektrode, die generell bei 52 angedeutet ist, innerhalb einer ringförmigen Ausnehmung 53 befestigt, die innerhalb des zylindrischen Teils 26 des äußeren Gehäuses 25 ausgebildet ist. Die Elektrode 52 ist durch eine Vielzahl getrennter ringförmiger Metallelektrodenbänder gebildet, die bei 52a, 52b und 52c angedeutet sind, welche innerhalb der Ausnehmung 53 sitzen und durch zwei ringförmige Bänder 64 und 65 eines dielektrischen Materials getrennt sind. Die Elektrodenbänder 52a und 52c besitzen vorteilhafterweise konische äußere Enden 54, um einen glatten Übergang vorzusehen, wenn sie in die Innenflächen 55 und 56 der zylindrischen Abschnitte 26 bzw. 27 des äußeren Gehäuses 25 hineinlaufen. Jedes Elektrodenband ist abdichtend innerhalb der Ausnehmung 53 durch eine Vielzahl von O-Ringen 57 befestigt und ist darin durch eine Innenkante 58 des zylindrischen Abschnitts 27 des Außengehäuses festgeklemmt, nachdem der zylindrische Teil 26 in Richtung auf den Teil 27 durch den Einstellschraubenring 33 (Fig. 2) vorgetrieben wird. Eine Spannung ist an jedes Elektrodenband durch einen elektrischen Verbinder 60a, 60b und 60c angelegt, die sich durch komplementär geformte Öffnungen 61 erstrecken, welche im Außengehäuse 25 ausgebildet sind und die mit einer Spannungsquelle durch Drähte 62 verbunden sind.
Eine Vielzahl von Auslaßlöchern (nicht gezeigt) kann im Kolben 10 vorgesehen werden, um einer begrenzten Menge an ER- Strömungsmittel zu ermöglichen, zwischen den Kammern 38 und 39 durchzulaufen, während sich der Kolben in der Kammer 11 bewegt. Falls es gewünscht wird, kann ferner ein Einwegventil im Kolben 10 verwendet werden, um zu ermöglichen, daß der Strömungsmittelfluß lediglich in einer Richtung während der Bewegung des Kolbens verläuft.
Der Betrieb des Schwingungsdämpfers 1 wird am besten in Fig. 2 aufgezeigt. Nachdem das Fahrzeug in der Straße eine Vertiefung oder eine Erhebung erfährt, bewegt sich der Kolben innerhalb der Kammer 11 und drückt das ER-Strömungsmittel von einer Kammer über den Strömungsmitteldurchgangskanal 37 in die andere Kammer. Nach dem Durchlaufen des sich verengenden Bereiches des Kanals 37 angrenzend an die Elektrodenbänder 52a bis 52c, an die eine Spannung angelegt ist, wird die Viskosität des ER-Strömungsmittel verändert in Abhängigkeit vom Ausmaß der an jede der Elektrodenbänder angelegte Spannung und von der Breite des sich verengenden Durchgangs, um auf die Dämpfungseigenschaften des Dämpfers einzuwirken, wie es bei den vorbekannten ER-Strömungsmitteldämpfern gut bekannt ist.
Die gleiche oder unterschiedliche Spannungen können an die einzelnen Elektrodenbänder angelegt werden, in Abhängigkeit von den zu erzielenden, gewünschten Dämpfungseigenschaften. Es hat sich herausgestellt, daß die Verwendung beabstandeter, einzelner Elektrodenbänder eine erhöhte Dämpfung und Widerstand gegenüber der Strömung des ER-Strömungsmittels durch den Durchgangskanal vorsieht, im Vergleich zum Einsatz einer einzelnen kontinuierlichen Elektrode, die den gleichen wirksamen Elektrodenbereich besitzt, wie er durch drei voneinander getrennte Elektrodenbänder vorgesehen wird, die die gleiche Spannung und den gleichen Strom verwenden.
Das innere Gehäuse, das aus starrem Metall gebildet ist, und die Kolbenstange 12 werden am Kraftfahrzeug an beabstandeten Stellen befestigt und tragen das Gewicht und absorbieren die verschiedenartigen Kräfte, die auf den Dämpfer einwirken. Dieses ermöglicht, daß das äußere Gehäuse 25 aus einem dielektrischen leichtgewichtigen, vorteilhafterweise Kunststoffmaterial gebildet werden kann, da es keinerlei Kräfte oder Belastungen absorbieren muß, wie es der Fall ist, bei den äußeren Gehäusen oder Zylindern der vorbekannten ER-Vibrationsdämpfer. Das innere Metallgehäuse 2 wird mit der Erde verbunden, wobei lediglich die Elektrode 52 unter Strom gesetzt wird, wobei die Elektrode vollständig innerhalb eines dielektrischen Gehäuses enthalten ist. Die einzigen äußeren elektrischen Verbindungen sind die elektrischen Verbinder 60a, 60b und 60c und die Drähte 62. Sämtliche unter Strom stehenden Bestandteile sind deshalb im wesentlichen außerhalb des möglichen Kontakts mit einzelnen Personen und/oder Umgebungsbestandteilen des Kraftfahrzeugs. Gleichermaßen sind, wie oben beschrieben wurde und in Fig. 2 gezeigt, äußerst wenige Bestandteile erforderlich, um die Dämpfungseinheit 1 zu bilden, die leicht fachgerecht zusammengeschoben werden, und zwar die äußeren Gehäusezylinderabschnitte über das innere Metallgehäuse und ihren Klemmeingriff mit der Elektrode 52 durch die Einstellung des Schraubrings 33.
Eine zweite Ausführungsform der Vibrationsdämpfungseinheit der vorliegenden Erfindung ist generell bei 70 angedeutet und wird in Fig. 5 gezeigt. Der Dämpfer 70 gleicht in den meisten Aspekten dem oben diskutierten Dämpfer 1, abgesehen davon, daß das Außengehäuse 71 aus Metall gebildet ist, im Gegensatz zum dielektrischen Material des Außengehäuses 25 des Dämpfers 1. Um dem äußeren Gehäuse 71 zu gestatten, daß es aus Metall geformt werden kann, sitzt eine ringförmige Isolationshülse 72 in der Ausnehmung 53 und ist durch eine Vielzahl von O-Ringen 73 und 74 abgedichtet, um zu verhindern, daß das ER-Strömungsmittel, das durch den Durchgangskanal 37 fließt, aus dem Gehäuse 71 herausleckt. Die elektrischen Verbinder 60a, 60b und 60c werden ebenfalls durch dielektrische Isolationshülsen 75 vom Metallgehäuse 71 isoliert. Die übrigen Bestandteile und die Betriebsweise der Dämpfungseinheit 70 ist die gleiche, wie sie oben im Hinblick auf den Dämpfer vorher diskutiert wurde.
Eine Dämpfungseinheit, die nicht erfindungsgemäß ist, ist generell bei 80 angedeutet und wird in Fig. 7 gezeigt. Der Dämpfer 80 gleicht den oben beschriebenen Dämpfern 1 und 70, mit der Ausnahme, daß die Elektrode aus einem kontinuierlichem zylindrischen Teil 81 gebildet ist, das sich vollständig über ihre Länge erstreckt und sitzt vollständig innerhalb der Ausnehmung 53. Die Elektrode 81 besitzt keine konischen Enden, ähnlich zu den Enden 54 der Elektrode 52 des Dämpfers 1, sondern sieht eine kontinuierlich einheitliche Breite für den Durchgangskanal 85 vor, und zwar vollständig über dessen gesamte längs verlaufende Länge, ohne irgend einen sich verengenden Kanalbereich, wie er durch die Elektroden 52 der Dämpfer 1 und 70 vorgesehen wird.
Das zylindrische Teil 81 ist mit einer Vielzahl ringförmiger Ausnehmungen 82 versehen, von denen zwei in den Zeichnungen gezeigt sind, die in einem ringförmigen Band dielektrischen Isolierungsmaterials 83 sitzen, das die drei getrennten Elektroden 81a, 81b und 81c formt, die entlang des Strömungsmitteldurchgangskanals 85 voneinander beabstandet sind. Ein einziger elektrischer Verbinder 60 erstreckt sich durch ein Loch im Außengehäuse 25, um eine Spannung an die Elektrode 81 anzulegen, die wiederum an die einzelnen Elektroden 81a, 81b und Blc angelegt wird.
Eine dritte Ausführungsform der Vibrationsdämpfungseinheit der vorliegenden Erfindung ist generell bei 90 angedeutet und wird in Fig. 9 gezeigt. Der Dämpfer 90 gleicht in vieler Hinsicht dem Dämpfer 70, wie er in Fig. 5 gezeigt und oben diskutiert worden ist, abgesehen davon, daß die Isolationshülse 72 der Ausführungsform 70 in der Ausführungsform 90 durch eine gerippte oder mit Rücken versehene Isolationshülse 91 ersetzt wird. Die Hülse 91 ist aus einem dielektrischen Material gebildet und besitzt eine Vielzahl sich umfangsmäßig längs erstreckender beabstandeter Rücken 92 (Fig. 10 und 11), die durch dazwischen liegende Nuten 93 voneinander getrennt sind. Die Nuten bzw. stehenbleibenden Rücken 92 bzw. 93 erstrecken sich vorteilhafterweise kontinuierlich über die Länge der Hülse 91 und des Strömungsmitteldurchgangskanales 94, der zwischen der Hülse 91 und dem inneren zylindrischen Körper 3 ausgebildet ist.
Eine Vielzahl von ringförmigen Ausnehmungen 95 sind in der zylindrischen Hülse 91 ausgebildet und längs daran entlang zur Aufnahme einer Vielzahl Elektrodenbändern 96 darin beabstandet. Jedes Elektrodenband 96 ist ebenfalls mit einer Vielzahl von umfangsmäßig beabstandeten, sich längs erstreckenden Rücken 97 ausgebildet, die durch dazwischen liegende Nuten 98 voneinander getrennt sind (Fig. 10 und 11). Die Rücken 97 der Elektroden 96 sind axial zu den Rücken 92 der Isolierungshülse 91 ausgerichtet, sowie zu den Nuten 98 und den Nuten 93. Auf diese Weise liegen die Boden der Nuten 93 und 98 auf gemeinsamen Längslinien, wie es auch bei den inneren bogenförmigen Flächen 99 und 100 der Rücken 92 bzw. 97 der Fall ist. Dieses schafft einen kontinuierlichen Strömungsweg des einheitlichen Querschnittsbereiches für den Strömungsmitteldurchgangskanal 94 vollständig über die in Längsrichtung verlaufende Länge der Hülse 91, ohne irgendeinen sich verengenden Kanalbereich. Die elektrischen Verbinder 60a, 60b und 60c sind durch dielektrische Hülsen 75 vom äußeren Metallgehäuse 71 isoliert, wie es schon vorher in Bezug zum Dämpfer 70 diskutiert worden ist.
Die übrigen Komponenten der Dämpfungseinheit 90 gleichen denjenigen, die oben im Hinblick zum Dämpfer 70 diskutiert worden sind und werden deshalb nicht detaillierter erläutert.
Es dürfte also schnell einleuchten, daß die Rücken und Nuten der Elektrodenbänder sich zu den komplementen Rücken und Nuten ausrichten können, die direkt im äußeren Gehäuse 25 der Dämpfer 1 und 80 ausgebildet sind und die gleichen Ergebnisse erzielen, ohne das Konzept der Erfindung zu beeinträchtigen.
Zusammenfassend schaffen die verschiedenen Ausführungsformen eine Schwingungsdämpfungseinheit, die mit einem ER- Strömungsmittel verwendet werden soll, wobei die Einheit eine relativ einfache Konstruktion aufweist, leicht zusammenzubauen und an einem Kraftfahrzeug zu befestigen ist, und bei denen der Strömungsmitteldurchgangskanal verschiedenartige Ausgestaltungen besitzen kann. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß die elektrischen Verbindungen oder Verbindungen zur Elektrode oder die Elektroden selbst nicht durch das ER-Strömungsmittel hindurch verlaufen müssen, wie bei vorbekannten ER-Dämpfern der Fall war und lediglich erfordert, daß das Elektrodenband oder die -bänder mit einer einfachen oder mehreren Spannungsquellen verbunden werden. Dieses schafft eine Dämpfungseinheit, die geringer empfänglich für Fehlfunktionen aufgrund von Überschlag oder Kurzschluß der angelegten Spannung ist, da das innere Gehäuse, das aus Metall besteht, geerdet ist, und das äußere Gehäuse aus einem dielektrischen Isolationsmaterial bestehen kann, was lediglich den Durchgang des elektrischen Verbinders durch das äußere Gehäuse erfordert, um das im Inneren angeordnete und elektrisch isolierte Elektrodenband mit einer äußeren Spannungsquelle zu verbinden.
Ferner besitzt die Elektrode eine Vielzahl einzelner Elektrodenbänder, die entlang des Strömungsmitteldurchgangskanals beabstandet sind, die eine größere Dämpfungskraft liefern als eine kontinuierliche Elektrode, deren Elektrodenlänge der Gesamtlänge der einzelnen Elektroden gleicht, wobei der elektrische Strom in den einzelnen Elektroden etwa der gleiche ist, wie der, der in der einzigen kontinuierlichen Elektrode erforderlich ist.
Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß die diskontinuierliche oder diskrete Vielzahl beabstandeter Elektrodenbänder eine höhere ER-Ausbeute und ER-Wirkung bei niedrigeren Kolbengeschwindigkeiten liefert, als diejenige, die durch eine einzige kontinuierliche Elektrode erhalten wird, die die gleiche Gesamtoberflächenlänge besitzt. Gleichermaßen ist der bei höheren Kolbengeschwindigkeiten gezogene Strom niederiger, so daß ein höheres elektrisches Feld bei höheren Kolbengeschwin digkeiten eingesetzt werden kann, falls dieses erforderlich ist.
Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungseinheit vereinfacht und liefert eine wirksame, sichere, preiswerte und effiziente Einrichtung, die sämtliche aufgezählten Aufgaben und Ziele erreicht, und die Schwierigkeiten eliminiert, welche mit vorbekannten Einrichtungen aufgetreten sind, und die die Probleme löst und neue Ergebnisse im Stand der Technik erhält.
Die Beschreibung und Illustration der Erfindung mittels Beispiel und der Schutzumfang der Erfindung ist nicht auf die exakten Details, die gezeigt oder beschreiben wurden, begrenzt.

Claims

1. Vibrationsdämpfungseinheit, einschließlich:

ein zylindrisches inneres Gehäuse, das eine Kolbenkammer bildet;

ein innerhalb der Kolbenkammer axial beweglicher Kolben, der die Kammer in zwei getrennte Strömungsmittelkammern unterteilt;

ein äußeres Gehäuse, das zumindest einen Teil des inneren Gehäuses umgibt;

ringförmige Strömungsmitteldurchgangskanalmittel, die zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse ausgebildet sind und die Kolbenkammer umgeben, und die Strömungsmittelverbindung zwischen den Strömungsmittelkammern auf den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens vorsehen, wobei die Strömungsmittelkammern ausgelegt sind, daß sie mit einem elektrorheologischen (ER) Strömungsmittel gefüllt werden können;

eine Kolbenstange, die an einem Ende mit dem Kolben verbunden ist und sich über ein erstes Ende der Dämpfungseinheit hinaus erstreckt, wobei das andere Ende des Kolbens ausgelegt ist, daß es mit einem ersten tragenden Aufbau verbunden werden kann, und

Verbindungsmittel, die an einem zweiten Ende der Dämpfungseinheit befestigt sind, um das zweite Ende der Einheit mit einem zweiten Aufbau zu verbinden, der vom ersten Aufbau beabstandet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl ringförmiger Elektrodenbänder vorgesehen wird, die axial voneinander beabstandet und bestimmt sind, um elektrische Felder quer über die Abschnitte der Kanalmittel anzulegen, um den Strömungsmittelwiderstand des dadurch laufenden ER-Strömungsmittels zu steigern.

2. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 1, bei dem das innere Gehäuse aus Metall geformt ist und bei dem das Verbindungsmittel an einem Ende des inneren Metallgehäu ses befestigt ist, wodurch die auf die Dämpfungseinheit wirkende Last durch das innere Gehäuse und die Kolbenstange getragen wird.

3. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 2, bei dem die Elektrodenbänder ringförmige Metallbänder sind, die am äußeren Gehäuse befestigt sind und mit den Kanalmitteln kommunizieren, und bei sich das elektrische Verbindungsmittel durch das äußere Gehäuse erstreckt und elektrisch mit den ringförmigen Bändern zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die Bänder verbunden ist.

4. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 3, bei der das äußere Gehäuse aus einem dielektrischen Material gebildet ist.

5. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 3, bei der das äußere Gehäuse aus Metall gebildet ist, und bei der ein dielektrisches Material zwischen den Metallbändern und dem äußeren Gehäuse befestigt ist, um elektrisch die Bänder vom äußeren Gehäuse zu isolieren.

6. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 3, bei dem das äußere Gehäuse einen ersten und zweiten zylindrischen Abschnitt umfaßt, bei der eine ringförmige Ausnehmung in mindestens einem der Abschnitte ausgebildet ist, wobei die ringförmigen Metallbänder darin sitzen, und bei der ein Band dielektrischen Materials in der ringförmigen Ausnehmungen zwischen den angrenzenden ringförmigen Metallbändern sitzt, und bei der die Dämpfungseinheit ferner Zusammenbaumittel umfaßt, um den ersten und zweiten Abschnitt axial miteinander zu verbinden und die ringförmigen Metallbänder und das Band dielektrischen Materials in der Ausnehmung zu befestigen.

7. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 6, bei der der erste und zweite Abschnitt des äußeren Gehäuses axial mit einander verbunden wird, und bei der das Zusammenbaumit tel ein Paar Endhalterungsglieder und einen dazwischen liegenden Einstellschraubenring umfaßt.

8. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 3, bei der eine ringförmige Ausnehmung in der inneren zylindrischen Fläche des äußeren Gehäuses ausgebildet ist, und bei der die ringförmigen Metallbänder in dieser ringförmigen Ausnehmung sitzen und ringförmige Flächen besitzen, die in Verbindung mit den Strömungsmitteldurchgangskanalmittel stehen.

9. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 8, bei der die ringförmigen Flächen der Metallbänder mit der inneren zylindrischen Fläche des äußeren Gehäuses zusammentreffen, um einen konstanten Abstand zwischen der inneren zylindrischen Fläche des äußeren Gehäuseses und einer äußeren zylindrischen Fläche des inneren Gehäuses im wesentlichen über die gesamte Länge des Strömungsmitteldurchgangskanals vorzusehen.

10. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 8, bei der sich die Ringflächen der Metallbänder über die innere zylindrische Fläche des äußeren Gehäuses hinaus erstrecken und einen verringerten Strömungsbereich im Strömungsmittelkanal vorsehen.

11. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 1, bei der ein unter Druck stehendes Gasreservoir innerhalb des inneren Gehäuses angrenzend an das zweite Ende des Gehäuses ausgebildet ist.

12. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 11, einschließlich eines beweglichen Trennmittels, das innerhalb des Innengehäuses ausgebildet ist, um das Gasreservoir von den Strömungsmittelkammern zu trennen.

13. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 1, bei der zumindest eines der Elektrodenbänder mit einer Vielzahl umfangsmäßig beabstandeter Rücken und dazwischen liegender Nuten ausgebildet ist, die sich längs durch zumindest einen Teil des Strömungsmittelkanals erstrecken.

14. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 13, bei der der Querschnittsbereich des Strömungsmittelkanals über die Länge des einen Elektrodenbandes konstant ist.

15. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 13, bei der das äußere Gehäuse aus Metall gebildet ist, und bei der eine Hülse aus dielektrischem Material zwischen dem inneren und äußeren Gehäuse gelagert ist, und bei der das elektrische Verbindungsmittel sich durch das äußere Gehäuse und die dieleketrische Hülse erstreckt und elektrisch mit den Elektrodenbändern verbunden ist, um eine elektrische Spannung an diese Bänder anzulegen.

16. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 15, bei der eine Vielzahl umfangsmäßig beabstandeter, sich längs erstreckender Rücken und Nuten in der dielektrischen Hülse ausgebildet und zu den Rücken und Nuten des Elektrodenbandes ausgerichtet sind.

17. Vibrationsdämpfungseinheit nach Anspruch 16, bei der eine Vielzahl ringförmiger Ausnehmungen in der dielektrischen Hülse ausgebildet sind, und bei der die Elektrodenbänder in diesen Ausnehmungen sitzen.

18. Vibrationsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Querschnittsbereich des Strömungsmitteldurchgangskanals über die in Längsrichtung verlaufenden Rücken und Nuten des Elektrodenbandes und der dielektrischen Hülse konstant ist.