WO2010102956A1 - Federungseinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Federungseinrichtung für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2010102956A1
WO2010102956A1 PCT/EP2010/052828 EP2010052828W WO2010102956A1 WO 2010102956 A1 WO2010102956 A1 WO 2010102956A1 EP 2010052828 W EP2010052828 W EP 2010052828W WO 2010102956 A1 WO2010102956 A1 WO 2010102956A1
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motor vehicle
spring cylinder
rheology
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Udo Scheff
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Deere & Company
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    • F15B21/06—Use of special fluids, e.g. liquid metal; Special adaptations of fluid-pressure systems, or control of elements therefor, to the use of such fluids
    • F15B21/065—Use of electro- or magnetosensitive fluids, e.g. electrorheological fluid

Definitions

  • the invention relates to a suspension device for a motor vehicle.
  • the suspension device comprises a spring cylinder for the vibration mounting of a relative to a body part of the motor vehicle movably arranged vehicle component, in particular a driver's cab or a driver's seat.
  • the motor vehicle is preferably an agricultural utility vehicle, for example a tractor, a self-propelled spraying machine, a harvesting machine or the like.
  • Such a suspension device in the form of a suspension for a motor vehicle is known from the patent DE 28 07 299 C2.
  • the wheel suspension comprises a pressure medium cylinder which is articulated between an axle body and a body of the motor vehicle and whose piston chamber communicates with a hydropneumatic accumulator via a 3/3-way valve with a pressure medium pump and via a shut-off valve which permits blocking of the pressure medium cylinder , Furthermore, a throttling element which is mechanically adjustable with respect to its flow resistance is provided, which connects the annular space of the pressure medium cylinder to a pressure medium collecting container of the motor vehicle in such a way that a vibration damping of variable or adaptable damping characteristic is realized.
  • the known suspension device offers at best for damping low-frequency vibrations, as they are characteristic of the chassis of an agricultural vehicle. It is therefore an object of the present invention to provide an improved with regard to the adaptation speed of the damping characteristic suspension device.
  • the suspension device for a motor vehicle comprises a spring cylinder for the vibration mounting of a vehicle component arranged movably relative to a body part of the motor vehicle, wherein the vehicle component is in particular a driver's cab or a driver's seat.
  • the spring cylinder is connected to a separation reservoir for indirectly pressurizing a damping fluid of variable rheology located in the separation reservoir.
  • the damping fluid of variable rheology located in the separation reservoir acts via a throttle element on a hydraulic accumulator in communication with the separation reservoir in such a way that the damping characteristic of the spring cylinder can be adapted by means of a device for rheology change.
  • the suspension device according to the invention allows a particularly rapid adaptation of the damping characteristic.
  • the suspension device according to the invention is therefore also suitable for damping comparatively high-frequency vibrations, as they occur in lightweight vehicle components, such as a driver's seat or a driver's cab. Due to the lack of mechanical adjustment, the adaptation of the damping characteristic is also largely wear-free. Since the spring cylinder only indirectly pressurizes the damping fluid located in the separation reservoir, and therefore there is a fluidic separation between an operating fluid provided for operating the spring cylinder and the damping fluid, the spring cylinder itself can be of conventional design.
  • the damping fluid pressurized by means of the separation reservoir during a deflection of the spring cylinder flows through the throttle element and, depending on its flow resistance, determines the damping characteristic of the suspension device. More specifically, the damping fluid forms a fluidic volume located between the separation reservoir and the hydraulic accumulator, which, in accordance with the deflection of the spring cylinder, is carried along against a restoring force applied by the hydraulic accumulator, thereby causing flow through the throttle element.
  • the damping fluid is a magnetorheological fluid or an electrorheological fluid.
  • the composition and behavior of such liquids is described in the literature.
  • magnetorheological or electrorheological fluids have magnetically or electrically polarized particles which are colloidally suspended in a carrier liquid, typically mineral oil or synthetic oil.
  • the particles usually consist of carbonyl iron with a diameter of 1 to 10 ⁇ m.
  • the particles are usually stabilized by means of a polymeric surface coating to avoid an unwanted Sedimentationsneist. If the magnetorheological fluid is exposed to a magnetic field Thus, the particles are linked within the carrier liquid along the field lines and lead to an increase of the yield point dependent on the field strength. In this way, the flow behavior of the magnetorheological fluid can be reversibly changed within a few milliseconds.
  • electrorheological fluids behave.
  • these consist of non-conductive particles with a diameter of up to 50 ⁇ m, preferably of starch or of a conductive material with an insulating coating. In the latter case, an increased dielectric constant and thus an enhancement of the electrorheological effect is achieved. If the electrorheological fluid is exposed to an electric field, the particles within the carrier fluid are linked along the field lines, comparable to the behavior of the magnetorheological fluid.
  • the rheology change of the damping fluid preferably takes place in the region of a passage channel which determines the flow resistance of the throttle element.
  • a passage channel which determines the flow resistance of the throttle element.
  • the passage channel may have the shape of a taper or constriction formed in the throttle element.
  • a particularly high flow resistance can be achieved if by means of the device for rheology change, a magnetic field or electric field can be generated, which is oriented substantially perpendicular to the course of the passageway and thus the direction of interlinkage of the particles in the magnetorheological or electrorheological fluid.
  • the device for changing the rheology may, in particular, be a magnetic coil arrangement designed as a constructional component of the throttle element.
  • the magnet coil arrangement comprises, for example, a magnetic coil wound around a ferromagnetic core.
  • the magnet coil and / or its ferromagnetic core preferably opens in the immediate vicinity of the passage channel into the throttle element.
  • the magnetic field typically has a field strength in the range of 0 to 350 mT in the region of the passage channel.
  • the device for changing the rheology is an electrode arrangement formed as a constructional component of the throttle element.
  • the electrode arrangement may in particular comprise a pair of electrodes spaced apart from each other.
  • the electrode pair directly surrounds or surrounds the passage formed in the throttle element.
  • the electric field typically has a field strength in the range of 0 to 5 kV / mm in the region of the passage channel.
  • a control device serves to control the magnet coil arrangement or the electrode arrangement.
  • the control can take place on the basis of state variables which characterize the movement behavior of the vehicle component arranged movably in relation to the body part of the motor vehicle.
  • the state variables may in particular comprise a position variable determined by means of suitable sensors, which represents a current position of the vehicle component with respect to the supporting body part, and / or a time derivative of the determined position variable.
  • the activation of the mag- Net coil arrangement or the electrode arrangement is effected by means of a cooperating with the control device current source or high voltage source.
  • the separation reservoir comprises a pressure vessel which is subdivided by a pressure-compliant separating member into a first and a second working space.
  • the first working space is connected to the spring cylinder and the second working space via the throttle element with the hydraulic accumulator.
  • the separation memory is preferably designed as a membrane memory.
  • the pressure-compliant separating member can be an elastic membrane consisting of a suitable rubber compound, an elastomeric bladder or a metal bellows.
  • the hydraulic accumulator may have a structure comparable to the separating accumulator. Accordingly, the hydraulic accumulator in turn comprises a pressure vessel, which is divided by a pressure-compliant separator into a first and second working space.
  • the first working space communicates with the separation reservoir via the throttle element, whereas a gas located in the second working space and under pressure forms a gas spring acting on the separation element.
  • the gas is usually nitrogen or a gaseous nitrogen compound.
  • the hydraulic accumulator can also be designed as a spring-loaded memory, in which instead of a gas, a mechanically biased spring element acts on the isolator.
  • the spring cylinder itself may be of conventional design.
  • it may be a hydraulically or pneumatically operated spring cylinder which is divided by means of a displaceably mounted piston in an annular space and a piston chamber.
  • a passage formed in the piston establishes a fluidic connection between the annulus and the piston space.
  • the passage also forms a throttle element for an operating fluid flowing through in the case of a deflection of the piston. If the piston chamber is pressurized by the supply of operating fluid, the pressure-effective cross-sectional area of the piston chamber which is greater than the annular space results in the piston being extended in the spring cylinder.
  • the spring cylinder is preferably connected to a hydraulic or pneumatic pressure medium supply arranged in the motor vehicle.
  • the pressure medium supply is part of a level control device of the motor vehicle.
  • the level control device can be controlled manually, in particular, by means of an operating device arranged in the motor vehicle.
  • a suitable filter element is arranged between the pressure medium supply of the motor vehicle and the spring cylinder.
  • the filter element is, for example, a microporous ceramic filter with a pore size in the range of a few ⁇ m.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the suspension device according to the invention for a motor vehicle
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the suspension device according to the invention for a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the suspension device according to the invention for a motor vehicle, not shown, in particular for an agricultural utility vehicle in the form of a tractor, a self-propelled spraying machine, a Entemaschine or the like.
  • the suspension device 10 comprises a spring cylinder 12 for the vibration mounting of a relative to a body part 14 of the motor vehicle movably arranged vehicle component 16.
  • vehicle component 16 is, for example, a driver's seat or a driver's cab.
  • the hydraulically or pneumatically operated spring cylinder 12 is divided by means of a displaceably mounted piston 18 in an annular space 20 and a piston chamber 22.
  • the piston 18 is sealed against a cylindrical inner wall of the spring cylinder 12.
  • a passage 24 formed in the piston 18 establishes a fluidic connection between the annular space 20 and the piston space 22.
  • the passage 24 also forms a throttle element for a flowing during a deflection of the piston 18 operating fluid.
  • the operating fluid is, for example, compressed air or a hydraulic fluid.
  • the spring cylinder 12 is connected via a supply line 26 and a filter element 28 arranged therein in the form of a microporous ceramic filter with a pressure medium supply 30 located in the motor vehicle.
  • the pressure medium supply 30 is fed via a pressure supply line 32 by means of a high-pressure pump 34 with operating fluid from a reservoir 36 of the motor vehicle. If the piston chamber 22 of the spring cylinder 12 connected via the supply line 26 to the pressure medium supply 30 is pressurized by supply of operating fluid, the larger pressure-effective cross-sectional area of the piston chamber 22 relative to the annular space 20 results in extension of the piston 18 in the spring cylinder 12. In this way a change in the rest position of the vehicle component 16 relative to the supporting body part 14 is possible.
  • the pressure medium supply 30 is part of a level control device 38 of the motor vehicle.
  • the level control device 38 controls the pressure medium supply 30 via an electrical control line 40 in such a way that the pressure provided for operating the spring cylinder 12 can be changed.
  • the pressure medium supply 30 can have an electromagnetic pressure control valve connectable to the high-pressure pump 34 or via a pressure discharge line 42 to the reservoir 36.
  • the level control device 38 can be here by means of a Manually control the operating device arranged in the motor vehicle.
  • the spring cylinder 12 is connected to a separation reservoir 44 for the indirect pressurization of a damping fluid of variable rheology located in the separation reservoir 44.
  • the separation reservoir 44 comprises a pressure vessel 46, which is subdivided by a pressure-sensitive separating member 48 into a first working space 50 and a second working space 52.
  • the first working space 50 is connected via a first line section 54 to the piston chamber 22 of the spring cylinder 12 and the second working space 52 is connected to a hydraulic reservoir 60 via a second line section 56 and a throttle element 58 arranged therein.
  • the separation memory 44 is formed according to the example as a membrane memory.
  • the pressure-sensitive separating member 48 is an elastic membrane made of a suitable rubber compound, an elastomeric bladder or a metal bellows.
  • the hydraulic accumulator 60 has a construction corresponding to the separating accumulator 44. Accordingly, the hydraulic accumulator 60 comprises a pressure vessel 62, which is divided by a pressure-compliant separator 64 into a first working space 66 and a second working space 68.
  • the first working space 66 communicates via the second line section 56 and the throttle element 58 arranged therein with the second working space 52 of the separating memory 44, whereas a gas located in the second working space 68 of the hydraulic accumulator 60 and pressurized gas acts on the separating element 64. that forms.
  • the gas is preferably nitrogen or a gaseous nitrogen compound.
  • the damping fluid can be changed with respect to its rheology and thus its flow behavior by means of a device for rheology change 70.
  • the change in rheology takes place in the region of a throughflow channel 72 which determines the flow resistance of the throttle element 58.
  • the passage channel 72 has, for example, the shape of a taper or constriction formed in the throttle element 58.
  • the damping fluid of variable rheology located in the separation reservoir 44 via the throttle element 58 acts on a hydraulic accumulator 60 in communication with the separation reservoir 44 such that by means of the device for rheology change 70, the damping characteristic of the spring cylinder 12 is adaptable.
  • the damping fluid is a magnetorheological fluid and the device for rheology change 70 is a magnetic coil arrangement 74 designed as a structural component of the throttle element 58.
  • the magnet coil arrangement 74 comprises a magnet coil 78 wound around a ferromagnetic core 76.
  • the magnet coil 78 or the ferromagnetic core 76 opens in the immediate vicinity of the passageway 72 in the throttle element 58, in such a way that the magnetic field generated is oriented substantially perpendicular to the course of the passageway 72.
  • the magnetic field typically has a field strength in the range of 0 to 350 mT in the region of the passage channel 72.
  • a control device 80 or a current source 84 cooperating therewith via a CAN data bus 82 serves for the electrical actuation of the magnet coil arrangement 74.
  • the control takes place on the basis of state variables which characterize the movement behavior of the vehicle component 16 movably arranged relative to the body part 14 of the motor vehicle ,
  • the state variables include a position variable determined by means of position and / or acceleration sensors 86, which represents a current position of the vehicle component 16 relative to the supporting body part 14, and / or a time derivative of the determined position variable.
  • control device 80 If closed by the control device 80 by evaluating the state variables to an increasing tendency to vibration of the vehicle component 16, the control device 80 adapts the damping characteristic of the spring cylinder 12 by corresponding increase of the current flowing through the magnetic coil 78 and thus the field strength of the means of Magnet coil arrangement 74 in the region of the passage channel 72 of the throttle element 58 generated magnetic field.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the suspension device according to the invention for a motor vehicle.
  • the second embodiment differs from the first exemplary embodiment shown in FIG. 1, with otherwise identical functioning, in that the damping fluid is an electrorheological fluid and the device for rheology change 70 is an electrode assembly 88 designed as a structural component of the throttle element 58.
  • the electrode assembly 88 coated by means of an electrically polarizable insulation material comprises a pair of electrodes 90 spaced apart from each other.
  • the control device 80 or a high-voltage source 92 cooperating therewith serves to electrically actuate the electrode arrangement 88.
  • the pair of electrodes 90 immediately surrounds or surrounds the one in the throttle element 58 trained passageway 72, in such a way that the generated electric field is oriented substantially perpendicular to the course of the passageway 72.
  • the electric field generated by means of the electrode arrangement 88 typically has a field strength in the region of the passageway 72 in the order of magnitude of between 0 and 5 kV / mm.

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Abstract

Eine Federungseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Federzylinder (12) zur Schwingungslagerung einer gegenüber einem Karosserieteil (14) des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente (16), insbesondere einer Fahrerkabine oder eines Fahrersitzes. Erfindungsgemäß ist der Federzylinder (12) mit einem Trennspeicher (44) zur mittelbaren Druckbeaufschlagung eines in dem Trennspeicher (44) befindlichen Dämpfungsfluids veränderlicher Rheologie verbunden, wobei das in dem Trennspeicher (44) befindliche Dämpfungsfluid veränderlicher Rheologie über ein Drosselelement (58) auf einen mit dem Trennspeicher (44) in Verbindung stehenden Hydrospeicher (60) derart einwirkt, dass mittels einer Einrichtung zur Rheologieänderung (70) die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders (12) adaptierbar ist.

Description

Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Federungseinrichtung umfasst einen Federzylinder zur Schwingungslagerung einer gegenüber einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente, insbesondere einer Fahrerkabine oder eines Fahrersitzes. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, beispielsweise um einen Traktor, eine selbstfahrende Spritzmaschine, eine Erntemaschine oder dergleichen.
Eine derartige Federungseinrichtung in Gestalt einer Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug ist aus der Patentschrift DE 28 07 299 C2 bekannt. Die Radaufhängung umfasst einen zwischen einem Achskörper und einem Aufbau des Kraftfahrzeugs angelenkten Druckmittelzylinder, dessen Kolbenraum einerseits über ein 3/3-Wegeventil mit einer Druckmittelpumpe und andererseits über ein Sperrventil, das eine Blockierung des Druckmittel- zylinders erlaubt, mit einem hydropneumatischen Speicher in Verbindung steht. Des Weiteren ist ein bezüglich seines Strömungswiderstands mechanisch verstellbares Drosselelement vorgesehen, das den Ringraum des Druckmittelzylinders mit einem Druckmittelsammelbehälter des Kraftfahrzeugs derart verbindet, dass eine Schwingungsdämpfung variier- bzw. adaptierbarer Dämpfungscharakteristik verwirklicht wird.
Da die Verstellung des Drosselelements auf mechanischem Wege erfolgt, mithin also die Adaptionsgeschwindigkeit der Dämpfungscharakteristik durch die Masseträgheit der verwendeten mechanischen Verstellelemente begrenzt wird, bietet sich die bekannte Federungseinrichtung allenfalls zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen, wie sie für das Fahrwerk eines landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugs charakteristisch sind, an. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich der Adaptionsgeschwindigkeit der Dämpfungscharakteristik verbesserte Federungseinrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst .
Die Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Federzylinder zur Schwingungslagerung einer gegenüber einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente, wobei es sich bei der Fahrzeugkomponente insbesondere um eine Fahrerkabine oder um einen Fahrersitz handelt. Erfindungsgemäß ist der Federzylinder mit einem Trennspeicher zur mittelbaren Druckbeaufschlagung eines in dem Trennspeicher befindlichen Dämpfungsfluids veränderlicher Rheologie verbunden. Das in dem Trennspeicher befindliche Dämpfungsfluid veränderlicher Rheologie wirkt über ein Drosselelement auf einen mit dem Trennspeicher in Verbindung stehenden Hydrospeicher derart ein, dass mittels einer Einrichtung zur Rheologieänderung die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders adaptierbar ist.
Da die Veränderung des Strömungswiderstands des Drosselelements durch Änderung der Rheologie und damit des Fließverhaltens des Dämpfungsfluids erfolgt, und nicht etwa durch mechanische Verstellung des Drosselelements, erlaubt die erfindungsgemäße Federungseinrichtung eine besonders rasche Adaption der Dämpfungscharakteristik. Die erfindungsgemäße Federungseinrichtung eignet sich daher auch zur Dämpfung vergleichsweise hochfrequenter Schwingungen, wie sie bei leichtgewichtigen Fahrzeugkomponenten, beispielsweise einem Fahrersitz oder einer Fahrerkabine, auftreten. Aufgrund des Fehlens mechanischer Verstellelemente erfolgt die Anpassung der Dämpfungscharakteristik zudem weitgehend verschleißfrei. Da der Federzylinder das in dem Trennspeicher befindliche Dämpfungsfluid lediglich mittelbar druckbeaufschlagt, mithin also eine fluidische Trennung zwischen einem zum Betrieb des Federzylinders vorgesehenen Betriebsfluid und dem Dämpfungs- fluid besteht, kann der Federzylinder selbst von herkömmlicher Bauart sein. Das bei einer Auslenkung des Federzylinders mittels des Trennspeichers druckbeaufschlagte Dämpfungsfluid durchströmt das Drosselelement und bestimmt je nach dessen Strömungswiderstand die Dämpfungscharakteristik der Federungseinrichtung. Genauer gesagt bildet das Dämpfungsfluid ein zwischen dem Trennspeicher und dem Hydrospeicher befindliches fluidisches Volumen, das entsprechend der Auslenkung des Federzylinders entgegen einer durch den Hydrospeicher aufgebrachten rückstellenden Kraft mitgeführt und dabei zum Durchströmen des Drosselelements veranlasst wird.
Vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Dämpfungsfluid um eine magnetorheologische Flüssigkeit oder eine elektrorheologische Flüssigkeit. Die Zusammensetzung und das Verhalten derartiger Flüssigkeiten ist in der Fachliteratur beschrieben.
Demgemäß weisen magnetorheologische bzw. elektrorheologische Flüssigkeiten magnetisch bzw. elektrisch polarisierte Partikel auf, die in einer Trägerflüssigkeit, typischerweise Mineralöl oder synthetisches Öl, kolloidal suspendiert sind.
Im Falle magnetorheologischer Flüssigkeiten bestehen die Partikel üblicherweise aus Carbonyleisen mit einem Durchmesser von 1 bis 10 μm. Die Partikel werden in der Regel mittels einer polymeren Oberflächenbeschichtung zur Vermeidung einer unerwünschten Sedimentationsneigung stabilisiert. Wird die magnetorheologische Flüssigkeit einem Magnetfeld ausgesetzt, so verketten sich die Partikel innerhalb der Trägerflüssigkeit entlang der Feldlinien und führen zu einer von der Feldstärke abhängigen Erhöhung der Schubfließgrenze. Auf diese Weise lässt sich das Fließverhalten der magnetorheologischen Flüssigkeit innerhalb weniger Millisekunden reversibel verändern.
In ähnlicher Weise verhalten sich elektrorheologische Flüssigkeiten. Diese bestehen im Gegensatz zu magnetorheologischen Flüssigkeiten aus nichtleitenden Partikeln mit einem Durchmesser von bis zu 50 μm, vorzugsweise aus Stärke oder einem leitenden Material mit isolierendem Überzug. In letzterem Fall wird eine erhöhte Dielektrizitätskonstante und damit eine Verstärkung des elektrorheologischen Effekts erzielt. Wird die elektrorheologische Flüssigkeit einem elektrischen Feld ausgesetzt, so verketten sich - vergleichbar mit dem Verhalten der magnetorheologischen Flüssigkeit - die Partikel innerhalb der Trägerflüssigkeit entlang der Feldlinien.
Vorzugsweise erfolgt die Rheologieänderung des Dämpfungsfluids im Bereich eines den Strömungswiderstand des Drosselelements bestimmenden Durchtrittskanals. Durch entsprechende Vorgabe der Geometrie des Durchtrittskanals sowie der rheologischen Eigenschaften des verwendeten Dämpfungsfluids ist eine spezifische Anpassung der Dämpfungscharakteristik der Federungseinrichtung möglich. So kann der Durchtrittskanal beispielsweise die Gestalt einer in dem Drosselelement ausgebildeten Verjüngung oder Einschnürung aufweisen.
Ein besonders hoher Strömungswiderstand ist erzielbar, wenn mittels der Einrichtung zur Rheologieänderung ein Magnetfeld bzw. elektrisches Feld erzeugbar ist, das im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf des Durchtrittskanals und damit zur Verkettungsrichtung der Partikel in der magnetorheologischen bzw. elektrorheologischen Flüssigkeit orientiert ist. Bei der Einrichtung zur Rheologieänderung kann es sich insbesondere um eine als baulicher Bestandteil des Drosselelements ausgebildete Magnetspulenanordnung handeln. Die Magnetspulenanordnung umfasst beispielsweise eine um einen ferromagneti- schen Kern gewickelte Magnetspule. Die Magnetspule und/oder deren ferromagnetischer Kern mündet vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Durchtrittskanals in das Drosselelement. Das Magnetfeld weist im Bereich des Durchtrittskanals typischerweise eine Feldstärke in der Größenordnung zwischen 0 und 350 mT auf.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass es sich bei der Einrichtung zur Rheologieänderung um eine als baulicher Bestandteil des Drosselelements ausgebildete Elektrodenanordnung handelt. Die Elektrodenanordnung kann insbesondere ein voneinander beabstandetes Elektrodenpaar umfassen. Das Elektrodenpaar umgrenzt bzw. umgibt unmittelbar den in dem Drosselelement ausgebildeten Durchtrittskanal. Hierbei ist es denkbar, die Elektroden mit einem Überzug aus elektrisch polarisierbarem Isolationsmaterial zu versehen. Letzteres führt zu einer Verringerung möglicher Leckströme in der elektrorheologischen Flüssigkeit. Das elektrische Feld weist im Bereich des Durchtrittskanals typischerweise eine Feldstärke in der Größenordnung zwischen 0 und 5 kV/mm auf.
Eine Kontrolleinrichtung dient der Ansteuerung der Magnetspulenanordnung bzw. der Elektrodenanordnung. Die Ansteuerung kann auf Grundlage von Zustandsgrößen erfolgen, die das Bewegungsverhalten der gegenüber dem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente charakterisieren. Die Zustandsgrößen können insbesondere eine mittels geeigneter Sensoren ermittelte Positionsgröße, die eine aktuelle Position der Fahrzeugkomponente gegenüber dem tragenden Karosserieteil wiedergibt, und/oder eine zeitliche Ableitung der ermittelten Positionsgröße umfassen. Die Ansteuerung der Mag- netspulenanordnung bzw. der Elektrodenanordnung erfolgt mittels einer mit der Kontrolleinrichtung zusammenwirkenden Stromquelle bzw. Hochspannungsquelle.
Zur mittelbaren Druckbeaufschlagung des Dämpfungsfluids um- fasst der Trennspeicher einen Druckbehälter, der durch ein drucknachgiebiges Trennglied in einen ersten und zweiten Arbeitsraum unterteilt ist. Der erste Arbeitsraum ist mit dem Federzylinder und der zweite Arbeitsraum über das Drosselelement mit dem Hydrospeicher verbunden. Der Trennspeicher ist vorzugsweise als Membranspeicher ausgebildet. Bei dem drucknachgiebigen Trennglied kann es sich in diesem Fall um eine aus einer geeigneten Gummimischung bestehende elastische Membran, eine Elastomerblase oder einen Metallbalg handeln. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, anstelle eines Membranspeichers einen Trennspeicher mit einem darin verschiebbar gelagerten Kolben vorzusehen.
Der Hydrospeicher kann einen mit dem Trennspeicher vergleichbaren Aufbau aufweisen. Demgemäß umfasst der Hydrospeicher seinerseits einen Druckbehälter, der durch ein drucknachgiebiges Trennglied in einen ersten und zweiten Arbeitsraum unterteilt ist. Der erste Arbeitsraum steht über das Drosselelement mit dem Trennspeicher in Verbindung, wohingegen ein in dem zweiten Arbeitsraum befindliches und unter Druck stehendes Gas eine auf das Trennglied einwirkende Gasfeder bildet. Bei dem Gas handelt es sich in der Regel um Stickstoff oder eine gasförmige Stickstoffverbindung. Alternativ kann der Hydrospeicher auch als federbelasteter Speicher ausgebildet sein, bei dem anstelle eines Gases ein mechanisch vorgespanntes Federelement auf das Trennglied einwirkt.
Wird der Federzylinder aus seiner Ruhelage ausgelenkt, so wird in dem im ersten Arbeitsraum des Trennspeichers befindlichen Betriebsfluid ein von Richtung und Umfang der Auslenkung ab- hängiger Druckanstieg bzw. Druckabfall hervorgerufen, der ein Nachgeben des Trennglieds zur Folge hat. Dies führt letztlich zu einem entsprechenden Druckanstieg bzw. Druckabfall in dem im zweiten Arbeitsraum befindlichen Dämpfungsfluid, wodurch dieses veranlasst wird, das Drosselelement entgegen der rückstellenden Federkraft des Hydrospeichers zu durchströmen.
Der Federzylinder selbst kann von herkömmlicher Bauart sein. Insbesondere kann es sich um einen hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Federzylinder handeln, der mittels eines verschiebbar gelagerten Kolbens in einen Ringraum und einen Kolbenraum aufgeteilt ist. Ein in dem Kolben ausgebildeter Durchlass stellt eine fluidische Verbindung zwischen dem Ringraum und dem Kolbenraum her. Der Durchlass bildet zugleich ein Drosselelement für ein bei einer Auslenkung des Kolbens hindurchströmendes Betriebsfluid. Wird der Kolbenraum durch Zufuhr von Betriebsfluid mit Druck beaufschlagt, so führt die gegenüber dem Ringraum größere druckwirksame Querschnittsfläche des Kolbenraums zu einem Ausfahren des Kolbens im Federzylinder .
Vorzugsweise steht der Federzylinder mit einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten hydraulischen oder pneumatischen Druckmittelversorgung in Verbindung. Um die Ruhelage der gegenüber dem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente verändern zu können, ist es von Vorteil, wenn die Druckmittelversorgung Bestandteil einer Niveauregelungseinrichtung des Kraftfahrzeugs ist. Die Niveauregelungseinrichtung lässt sich insbesondere mittels einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Bedieneinrichtung manuell steuern.
Gerade im Falle nicht fachgerecht ausgeführter Wartungsarbeiten besteht die Möglichkeit, dass Dämpfungsfluid in das im Federzylinder befindliche Betriebsfluid und von dort in die Druckmittelversorgung des Kraftfahrzeugs gelangt. Um möglichen Funktionsbeeinträchtigungen der Druckmittelversorgung aufgrund der im Dämpfungsfluid enthaltenen Partikel vorzubeugen, ist es von Vorteil, wenn zwischen der Druckmittelversorgung des Kraftfahrzeugs und dem Federzylinder ein geeignetes Filterelement angeordnet ist. Bei dem Filterelement handelt es sich beispielsweise um einen mikroporösen Keramikfilter mit einer Porengröße im Bereich von einigen μm.
Die erfindungsgemäße Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei sind hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmende bzw. vergleichbare Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung für ein nicht dargestelltes Kraftfahrzeug, insbesondere für ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug in Gestalt eines Traktors, einer selbstfahrenden Spritzmaschine, einer Entemaschine oder dergleichen.
Die Federungseinrichtung 10 umfasst einen Federzylinder 12 zur Schwingungslagerung einer gegenüber einem Karosserieteil 14 des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente 16. Bei der Fahrzeugkomponente 16 handelt es sich beispielsweise um einen Fahrersitz oder eine Fahrerkabine.
Der hydraulisch oder pneumatisch betriebene Federzylinder 12 ist mittels eines verschiebbar gelagerten Kolbens 18 in einen Ringraum 20 und einen Kolbenraum 22 aufgeteilt. Der Kolben 18 ist hierbei gegenüber einer zylindrischen Innenwand des Federzylinders 12 abgedichtet. Ein in dem Kolben 18 ausgebildeter Durchlass 24 stellt eine fluidische Verbindung zwischen dem Ringraum 20 und dem Kolbenraum 22 her. Der Durchlass 24 bildet zugleich ein Drosselelement für ein bei einer Auslenkung des Kolbens 18 hindurchströmendes Betriebsfluid. Bei dem Betriebsfluid handelt es sich beispielsweise um Pressluft oder eine Hydraulikflüssigkeit.
Zum Betreiben der Federungseinrichtung 10 steht der Federzylinder 12 über eine Versorgungsleitung 26 sowie ein darin angeordnetes Filterelement 28 in Gestalt eines mikroporösen Keramikfilters mit einer in dem Kraftfahrzeug befindlichen Druckmittelversorgung 30 in Verbindung. Die Druckmittelversorgung 30 wird über eine Druckzufuhrleitung 32 mittels einer Hochdruckpumpe 34 mit Betriebsfluid aus einem Reservoir 36 des Kraftfahrzeugs gespeist. Wird der über die Versorgungsleitung 26 mit der Druckmittelversorgung 30 verbundene Kolbenraum 22 des Federzylinders 12 durch Zufuhr von Betriebsfluid mit Druck beaufschlagt, so führt die gegenüber dem Ringraum 20 größere druckwirksame Querschnittsfläche des Kolbenraums 22 zu einem Ausfahren des Kolbens 18 im Federzylinder 12. Auf diese Weise ist eine Änderung der Ruhelage der Fahrzeugkomponente 16 gegenüber dem tragenden Karosserieteil 14 möglich.
Zur Änderung der Ruhelage der Fahrzeugkomponente 16 ist die Druckmittelversorgung 30 Bestandteil einer Niveauregelungseinrichtung 38 des Kraftfahrzeugs. Die Niveauregelungseinrichtung 38 steuert die Druckmittelversorgung 30 über eine elektrische Steuerleitung 40 derart an, dass sich der zum Betrieb des Federzylinders 12 vorgesehene Druck verändern lässt. Die Druckmittelversorgung 30 kann hierzu ein mit der Hochdruckpumpe 34 bzw. über eine Druckablassleitung 42 mit dem Reservoir 36 verbindbares elektromagnetisches Drucksteuerventil aufweisen. Die Niveauregelungseinrichtung 38 lässt sich hierbei mittels einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Bedieneinrichtung manuell steuern .
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist der Federzylinder 12 mit einem Trennspeicher 44 zur mittelbaren Druckbeaufschlagung eines in dem Trennspeicher 44 befindlichen Dämpfungsfluids veränderlicher Rheologie verbunden. Der Trennspeicher 44 umfasst einen Druckbehälter 46, der durch ein drucknachgiebiges Trennglied 48 in einen ersten Arbeitsraum 50 und einen zweiten Arbeitsraum 52 unterteilt ist. Hierbei ist der erste Arbeitsraum 50 über einen ersten Leitungsabschnitt 54 mit dem Kolbenraum 22 des Federzylinders 12 und der zweite Arbeitsraum 52 über einen zweiten Leitungsabschnitt 56 sowie ein darin angeordnetes Drosselelement 58 mit einem Hyd- rospeicher 60 verbunden.
Der Trennspeicher 44 ist beispielsgemäß als Membranspeicher ausgebildet. Bei dem drucknachgiebigen Trennglied 48 handelt es sich in diesem Fall um eine aus einer geeigneten Gummimischung bestehende elastische Membran, eine Elastomerblase oder einen Metallbalg. Beim Betrieb der Federungseinrichtung 10 ist der Federzylinder 12, der erste Leitungsabschnitt 54 und der damit verbundene erste Arbeitsraum 50 des Trennspeichers 44 vollständig mit Betriebsfluid befüllt.
Der Hydrospeicher 60 weist einen dem Trennspeicher 44 entsprechenden Aufbau auf. Demgemäß umfasst der Hydrospeicher 60 einen Druckbehälter 62, der durch ein drucknachgiebiges Trennglied 64 in einen ersten Arbeitsraum 66 und einen zweiten Arbeitsraum 68 unterteilt ist. Der erste Arbeitsraum 66 steht über den zweiten Leitungsabschnitt 56 sowie das darin angeordnete Drosselelement 58 mit dem zweiten Arbeitsraum 52 des Trennspeichers 44 in Verbindung, wohingegen ein im zweiten Arbeitsraum 68 des Hydrospeichers 60 befindliches und unter Druck stehendes Gas eine auf das Trennglied 64 wirkende Gasfe- der bildet. Bei dem Gas handelt es sich vorzugsweise um Stickstoff oder eine gasförmige Stickstoffverbindung. Beim Betrieb der Federungseinrichtung 10 ist der zweite Arbeitsraum 52 des Trennspeichers 44, der zweite Leitungsabschnitt 56 und der damit verbundene erste Arbeitsraum 66 des Hydrospeichers 60 vollständig mit Dämpfungsfluid befüllt.
Wird der Federzylinder 12 bzw. der darin verschiebbar gelagerte Kolben 18 aus seiner Ruhelage ausgelenkt, so wird in dem im ersten Arbeitsraum 50 des Trennspeichers 44 befindlichen Betriebsfluid ein von Richtung und Umfang der Auslenkung abhängiger Druckanstieg bzw. Druckabfall hervorgerufen, der ein Nachgeben des Trennglieds 48 zur Folge hat. Dies führt letztlich zu einem entsprechenden Druckanstieg bzw. Druckabfall in dem im zweiten Arbeitsraum 52 befindlichen Dämpfungsfluid, wodurch dieses veranlasst wird, das Drosselelement 58 entgegen der rückstellenden Federkraft des Hydrospeichers 60 zu durchströmen. Der in dem Drosselelement 58 auftretende Strömungswiderstand bestimmt dabei die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders 12.
Zur Adaptierung der Dämpfungscharakteristik des Federzylinders 12 lässt sich mittels einer Einrichtung zur Rheologieänderung 70 das Dämpfungsfluid bezüglich seiner Rheologie und damit seines Fließverhaltens verändern. Die Rheologieänderung erfolgt im Bereich eines den Strömungswiderstand des Drosselelements 58 bestimmenden Durchtrittskanals 72. Der Durchtrittskanal 72 weist beispielsgemäß die Gestalt einer in dem Drosselelement 58 ausgebildeten Verjüngung oder Einschnürung auf.
Allgemein gesprochen wirkt also das in dem Trennspeicher 44 befindliche Dämpfungsfluid veränderlicher Rheologie über das Drosselelement 58 auf einen mit dem Trennspeicher 44 in Verbindung stehenden Hydrospeicher 60 derart ein, dass mittels der Einrichtung zur Rheologieänderung 70 die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders 12 adaptierbar ist.
Im vorliegenden Fall handelt es sich bei dem Dämpfungsfluid um eine magnetorheologische Flüssigkeit und bei der Einrichtung zur Rheologieänderung 70 um eine als baulicher Bestandteil des Drosselelements 58 ausgebildete Magnetspulenanordnung 74. Die Magnetspulenanordnung 74 umfasst eine um einen ferromagneti- schen Kern 76 gewickelte Magnetspule 78. Die Magnetspule 78 bzw. der ferromagnetische Kern 76 mündet in unmittelbarer Nähe des Durchtrittskanals 72 in das Drosselelement 58, und zwar derart, dass das erzeugte Magnetfeld im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf des Durchtrittskanals 72 orientiert ist. Das Magnetfeld weist im Bereich des Durchtrittskanals 72 typischerweise eine Feldstärke in der Größenordnung zwischen 0 und 350 mT auf.
Eine Kontrolleinrichtung 80 bzw. eine mit dieser über einen CAN-Datenbus 82 zusammenwirkende Stromquelle 84 dient der e- lektrischen Ansteuerung der Magnetspulenanordnung 74. Die Ansteuerung erfolgt auf Grundlage von Zustandsgrößen, die das Bewegungsverhalten der gegenüber dem Karosserieteil 14 des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente 16 charakterisieren. Die Zustandsgrößen umfassen eine mittels Po- sitions- und/oder Beschleunigungssensoren 86 ermittelte Positionsgröße, die eine aktuelle Position der Fahrzeugkomponente 16 gegenüber dem tragenden Karosserieteil 14 wiedergibt, und/oder eine zeitliche Ableitung der ermittelten Positionsgröße. Wird von der Kontrolleinrichtung 80 durch Auswertung der Zustandsgrößen auf eine zunehmende Schwingungsneigung der Fahrzeugkomponente 16 geschlossen, so adaptiert die Kontrolleinrichtung 80 die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders 12 durch entsprechende Erhöhung des durch die Magnetspule 78 fließenden Stroms und damit der Feldstärke des mittels der Magnetspulenanordnung 74 im Bereich des Durchtrittskanals 72 des Drosselelements 58 erzeugten Magnetfelds.
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich bei ansonsten gleicher Funktionsweise dahingehend von dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, dass es sich bei dem Dämpfungsfluid um eine elektrorheologische Flüssigkeit und bei der Einrichtung zur Rheologieänderung 70 um eine als baulicher Bestandteil des Drosselelements 58 ausgebildete Elektrodenanordnung 88 handelt. Die mittels eines elektrisch polarisierbaren Isolationsmaterials überzogene Elektrodenanordnung 88 um- fasst ein voneinander beabstandetes Elektrodenpaar 90. Die Kontrolleinrichtung 80 bzw. eine mit dieser zusammenwirkende Hochspannungsquelle 92 dient der elektrischen Ansteuerung der Elektrodenanordnung 88. Hierbei umgrenzt bzw. umgibt das Elektrodenpaar 90 unmittelbar den in dem Drosselelement 58 ausgebildeten Durchtrittskanal 72, und zwar derart, dass das erzeugte elektrische Feld im wesentlichen senkrecht zum Verlauf des Durchtrittskanals 72 orientiert ist. Das mittels der Elektrodenanordnung 88 erzeugte elektrische Feld weist im Bereich des Durchtrittskanals 72 typischerweise eine Feldstärke in der Größenordnung zwischen 0 und 5 kV/mm auf.

Claims

Patentansprüche
1. Federungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Federzylinder (12) zur Schwingungslagerung einer gegenüber einem Karosserieteil (14) des Kraftfahrzeugs beweglich angeordneten Fahrzeugkomponente (16), insbesondere einer Fahrerkabine oder eines Fahrersitzes, dadurch gekennzeichnet, dass der Federzylinder (12) mit einem Trennspeicher
(44) zur mittelbaren Druckbeaufschlagung eines in dem Trennspeicher (44) befindlichen Dämpfungsfluids veränderlicher Rheologie verbunden ist, wobei das in dem Trennspeicher (44) befindliche Dämpfungsfluid veränderlicher Rheologie über ein Drosselelement (58) auf einen mit dem Trennspeicher (44) in Verbindung stehenden Hydrospeicher
(60) derart einwirkt, dass mittels einer Einrichtung zur Rheologieänderung (70) die Dämpfungscharakteristik des Federzylinders (12) adaptierbar ist.
2. Federungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Dämpfungsfluid um eine magne- torheologische Flüssigkeit oder eine elektrorheologische Flüssigkeit handelt.
3. Federungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Einrichtung zur Rheologieänderung (70) ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld im Bereich eines Durchtrittskanals (72) des Drosselelements
(58) erzeugbar ist.
4. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Einrichtung zur Rheologieänderung (70) erzeugbare Magnetfeld oder elektri- sehe Feld im Wesentlichen senkrecht zum Verlauf des Durchtrittskanals (72) orientiert ist.
5. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Einrichtung zur Rheologieänderung (70) um eine als baulicher Bestandteil des Drosselelements (58) ausgebildete Magnetspulenanordnung (74) oder Elektrodenanordnung (88) handelt.
6. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennspeicher (44) als Membranspeicher ausgebildet ist.
7. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Federzylinder (12) mit einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten hydraulischen oder pneumatischen Druckmittelversorgung (30) in Verbindung steht.
8. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelversorgung (30) Bestandteil einer Niveauregelungseinrichtung (38) des Kraftfahrzeugs ist.
9. Federungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckmittelversorgung (30) und dem Federzylinder (12) ein Partikelfilter
(28) angeordnet ist.
10. Kraftfahrzeug, insbesondere landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, mit einer Federungseinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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