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Die Erfindung betrifft ein steuerbares Hydrolager nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Steuerbare Hydrolager sind in unterschiedlichen Ausgestaltungen beispielsweise als hydraulisch dämpfende Fahrwerks- oder Motorlager in Kraftfahrzeugen im Einsatz, wobei ihre Hauptaufgabe darin besteht, Schwingungen in einem bestimmten Frequenzband zu dämpfen. Hydrolager oder Hydrobuchsen weisen einen Elastomerkörper auf, der als Tragkörper zur Aufnahme statischer Vorlasten geeignet ist. In den bekannten Hydrolagern sind wenigstens zwei mit einer Flüssigkeit gefüllte Kammern vorhanden. Zur Verbindung der Kammern dient ein die Flüssigkeit leitender Kanal, der Kanal ebenfalls Schwingungen dämpfende Eigenschaften aufweist. Bei der Aufbringung einer äußeren Kraft auf ein derartiges Hydrolager verringert sich das Volumen der einen Kammer in dem Maße, in dem sich das Volumen der anderen Kammer vergrößert, wobei der zuvor erwähnte Flüssigkeitsaustausch über den Kanal erfolgt. Darüber hinaus kann über flexible Kammerwände eine Volumenänderung aufgenommen werden. Die Kammerwände setzen dabei der Verformung einen Widerstand entgegen, der zu einer Druckänderung in den Kammern führt. Ein Maß für die Druckänderung durch Volumenverdrängung wird als Beulfederrate bezeichnet. Beim Einfedern des Hydrolagers im Bereich niedriger Frequenzen erfolgt ein Druckausgleich zwischen den Kammern über den diesen verbindenden Kanal. In diesem Fall ist lediglich der Elastomerkörper als Tragkörper zur Federung und Dämpfung des Lagers im Einsatz. Mit steigender Frequenz gewinnt ein schwingungsfähiges, gedämpftes System an Bedeutung, das aus den elastischen Kammerwänden und der Masse der sich im Kanal befindenden Flüssigkeit besteht. Die Dämpfung entsteht dabei durch innere Reibung der Flüssigkeit im Kanal beziehungsweise deren Trägheit. Bei Anregung des Hydrolagers im Bereich einer Resonanzfrequenz ändern sich daher die Dämpfung und damit die elastischen Eigenschaften erheblich. Oberhalb der Resonanzfrequenz verhindern schließlich die Trägheit der Flüssigkeitsmenge im Kanal und die Reibungsanteile einen weiteren Druckausgleich zwischen den Kammern. In diesem Fall unterstützt die relative Steifigkeit der Kammerwände die Trägersteifigkeit und bewirkt eine Erhöhung der Gesamtsteifigkeit im Vergleich zum niederfrequenten Lastfall. Die Breite, Höhe und Lage der Resonanz sind in bestimmten Grenzen beispielsweise über die Nachgiebigkeit der flexiblen Kammerwände sowie über die Viskosität der verwendeten Hydraulikflüssigkeit definierbar. Hierzu existieren Erfahrungswerte auf empirischer Basis. Es sind ferner Hydrolager bekannt, die neben dem bereits beschriebenen Kanal einen zusätzlichen Kanal oder mehrere Kanäle zwischen den Kammern aufweisen. Diese Zusatzkanäle sind in der Regel kürzer und breiter als der Hauptkanal und bewirken eine Anhebung der Resonanzfrequenz. Durch das Zuschalten des wenigstens einen Zusatzkanals wird dabei die Steifigkeit des Hydrolagers abgesenkt. Auf diese Art lässt sich beispielsweise in mit derartigen Hydrolagern ausgestatteten Kraftfahrzeugen eine erhebliche Steigerung des Fahrkomforts erreichen. Um Anforderungen an Fahrdynamik, speziell bei hohen Lastwechseln wie Beschleunigungen, Bremsen oder Kurvenfahrten Rechnung zu tragen, ist allerdings ein Verschließen des Zusatzkanals erforderlich.
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Die Druckschrift
FR 2 883 616 A1 zeigt ein steuerbares Hydrolager, ein so genanntes Buchsenlager. Bedingt durch die Geometrie des Kanalsystems und durch die Position der amagnetischen Elemente, stellt sich im Bereich des Kanals ein inhomogenes Magnetfeld ein.
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Darüber hinaus ist es bekannt, steuerbare Hydrolager mit rheologischen Flüssigkeiten auszustatten. Derartige rheologische Flüssigkeiten weisen die Besonderheit der Änderung ihrer Viskosität und damit ihrer Fließfähigkeit auf, wenn sie im Falle einer elektrorheologischen Flüssigkeit mit einem elektrischen Feld beaufschlagt werden oder im Falle magnetorheologischer Flüssigkeiten in den Einflussbereich eines magnetischen Feldes gelangen. Mittels dieser rheologischen Flüssigkeiten kann folglich das Fließverhalten und somit das Dämpfungsverhalten der Hydrolager kontinuierlich verändert und damit gesteuert werden, weshalb in diesem Zusammenhang von steuerbaren Hydrolagern gesprochen wird. Steuerbare Hydrolager, die eine adaptive Regelung ermöglichen sind für den Bereich der Stoßdämpfer beispielsweise aus der
EP 0 965 006 B1 , der
EP 1 016 806 B1 oder der
EP 0 427 413 A1 bekannt. Ein steuerbares Hydrolager auf der Basis einer elektrorheologischen Flüssigkeit geht ferner aus der
DE 39 10 447 A1 hervor. Hierbei wird eine Pulsweitenmodulation angewendet, für die der Aufwand an elektronischen Mitteln erheblich ist. Der Einsatz elektrorheologischer Flüssigkeiten hat jedoch seine Grenzen dort, wo bei vergleichsweise großem Elektrodenabstand große Druckunterschiede aufgenommen werden müssen.
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Die Erfinder haben bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen als nachteilig erkannt, dass steuerbare Hydrolager unter Verwendung magnetorheologischer Flüssigkeiten stets mit homogenen Magnetfeldern betrieben werden. Es hat sich hierbei nämlich herausgestellt, dass bei Überschreitung eines Grenzdruckes in dem Hydrolager ein plötzliches, schlagartiges Öffnen des zuvor durch die magnetorheologische Flüssigkeit verschlossenen Kanals zu verzeichnen ist. Dies kann jedoch innerhalb des Hydrolagers zu unerwünschten Geräuschen führen, was insbesondere bei der Verwendung eines Hydrolagers für die Fahrwerklagerung in Kraftfahrzeugen nicht zu akzeptieren ist. Es konnte festgestellt werden, dass die Ursache für dieses Phänomen in dem homogenen Magnetfeld liegt, das in den bislang bekannten Hydrolagern zum Einsatz kommt. Eine denkbare Erklärung hierfür ist, dass eine starke lokale Anhäufung der in der magnetorheologischen Flüssigkeit enthaltenen magnetisierbaren Partikel stattfindet, die bei Überschreitung des genannten Grenzdruckes plötzlich von den Wänden des Kanals abgelöst wird und damit eine Freigabe des Kanals und ein Überströmen der Flüssigkeit von der einen in die andere Kammer ermöglicht.
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Weiterhin ist die Änderung der Länge des Kanals zwischen den Kammern, wie sie bei einigen aus dem Stand der Technik bekannten Hydrolagern umgesetzt wird, für Schaltvorgänge mit Nachteilen behaftet. Die Variierung der Kanallänge zur Steuerung der innerhalb des Hydrolagers zu dämpfenden Frequenzen wird zumeist durch mechanische Lösungen umgesetzt. Diese sind verhältnismäßig träge und daher nicht für alle Einsatzzwecke geeignet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein steuerbares Hydrolager zur Schwingungsdämpfung in einem definierten Frequenzband unter Einsatz einer magnetorheologischen Flüssigkeit bereitzustellen, das durch eine verbesserte und gezielte Beeinflussung der Eigenschaften der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanalbereich eine Änderung der Dämpfungseigenschaften bis hin zu einem vollständigen Verschluss des die Kammern verbindenden Kanals ermöglicht und im Aufbau einfach ausgeführt ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein steuerbares Hydrolager zur Schwingungsdämpfung in einem definierten Frequenzband weist einen Elastomerkörper, zwei mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllte, durch mindestens einen Kanal miteinander verbundene Kammern, die zumindest teilweise flexible Kammerwände aufweisen, deren Beulfederrate ein Maß für die Druckänderung durch die zwischen den Kammern erfolgende Volumenverdrängung darstellt, und wenigstens einen im Bereich des Kanals ein magnetisches Feld erzeugenden Elektromagnet auf und wurde erfindungsgemäß dahingehend weitergebildet, dass das magnetische Feld im Bereich des Kanals ein inhomogenes Magnetfeld ist.
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Die Erfinder sind in Kenntnis der aus dem Stand der Technik bekannten steuerbaren Hydrolager unter Verwendung magnetorheologischer Flüssigkeiten zu der Lösung gelangt, dass ein inhomogenes Magnetfeld den Nachteil homogener Magnetfelder vermeidet, bei denen das Überschreiten eines Grenzdruckes zu einem plötzlichen, schlagartigen Öffnen des durch des magnetorheologische Fluid verschlossenen Kanals führt. Mit der Erfindung steht ein steuerbares Hydrolager zur Verfügung, das eine allmähliche und somit steuerbar zunehmende oder abnehmende Änderung des Fließverhaltens des magnetorheologischen Fluids und damit eine Änderung der Lagercharakteristik in flexibler Weise ermöglicht. Störende Geräusche sind nicht mehr zu verzeichnen. Es wird eine passive Hydrolagerausführung bereitgestellt. Die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Hydrolagers ist schaltbar und ermöglicht eine erhebliche Bandbreite an Variationen. Darüber hinaus kann die Dämpfungscharakteristik des Hydrolagers auch und speziell in Abhängigkeit von der Anregungsamplitude gesteuert werden. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Lösung ist dabei vergleichsweise einfach und löst sich gedanklich von den bisher verfolgten Varianten der Veränderung der Kanallänge. Vielmehr geht die vorgestellte Erfindung nunmehr den Weg, den Kanalquerschnitt durch Änderung der Eigenschaften des magnetorheologischen Fluides zu steuern und damit den Fluss und die Steifigkeit des Hydrolagers insgesamt zu beeinflussen. Dabei liegen sowohl Lösungen im Bereich des Erfindungsgedankens, bei denen nur ein Teil des Kanals durch ein inhomogenes Magnetfeld beeinflusst wird, als auch Lösungen, bei denen über die gesamte Kanallänge eine Beeinflussung erfolgt.
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Zur Erzielung und gezielten Beeinflussung des inhomogenen Magnetfeldes werden erfindungsgemäß Kanalgeometrien angestrebt, die einen charakteristischen Aufbau aufweisen. Die damit einhergehende inhomogene Ausbreitung der Magnetfeldlinien innerhalb des magnetorheologischen Fluides im Kanal führt zu einer vorherbestimmbaren, sehr gleichmäßigen Änderung der Eigenschaften des magnetorheologischen Fluides. Deshalb besteht eine erste Ausgestaltung der Erfindung darin, dass der Kanal zumindest abschnittsweise schräge Seitenwände beziehungsweise einen paraboloiden oder sphäroiden Querschnitt aufweist. Durch eine derartige Kanalgestaltung kann zumindest in wesentlichen Abschnitten des in dem Hydrolager vorhandenen Kanals gezielt ein inhomogenes Magnetfeld erreicht werden. Die Magnetfeldlinien weisen nämlich die Eigenschaft auf, senkrecht aus der das Magnetfeld leitenden Oberfläche auszutreten. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes kann durch eine entsprechende Gestaltung der Kanalgeometrie in einfacher Weise das inhomogene Magnetfeld des Kanals erreicht und seine Ausprägung gezielt beeinflusst werden.
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Da mit der Erfindung ein völlig neuer Weg beschritten und vorliegend eine Änderung des Querschnittes des Kanals angestrebt wird, ist es vorteilhaft, wenn der Kanalquerschnitt durch Regelung der Stromstärke und damit des erzeugbaren magnetischen Feldes veränderbar ist. Durch die Regelung des Spulenstromes lassen sich im Zusammenhang mit der Wahl der Kanalquerschnitte für verschiedene Amplituden unterschiedliche Dämpfungscharakteristiken darstellen. Die Wahl geeigneter Stromstärken ermöglicht es, Magnetfelder zu erzeugen, die in Abhängigkeit der Druckdifferenz oder in Abhängigkeit eines zu ermittelnden Beschleunigungssignals beziehungsweise über die Kanalgeometrie die Dämpfung beim Durchfließen des Kanals in ihrer Ausprägung und Frequenzlage beeinflussen. Diese Beeinflussung kann demnach in vorteilhafter Weise durch Steuerung des die Spule des Elektromagneten durchfließenden Stromes erreicht werden, wobei der Kammerdruck beziehungsweise die Kammerdrücke oder die Beschleunigung als Steuersignal dienen. Ein Beschleunigungssignal ist dazu nutzbar, bei bekannter Frequenz die Berechnung der sich einstellenden Amplitude zu ermöglichen. Für diese Berechnung stehen elektronische Verarbeitungseinheiten (CPU) oder Microcontroller zur Verfügung. Das Beschleunigungssignal kann dabei in einfacher Weise außerhalb des erfindungsgemäßen Hydrolagers, also zum Beispiel an einem dieses aufnehmenden Bauteil erfolgen. Eine große Amplitude erzeugt einen hohen Kammerdruck und bewirkt somit hohe Stromwerte in den Spulen, die ihrerseits zu einer Kanalverengung und damit einer geringeren Resonanzfrequenz führen. Die Änderung der Kanalgeometrie in ihrem Querschnitt kann dabei so weit erfolgen, bis ein vollständiger Verschluss des Kanals gegeben ist.
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Eine besonders vorteilhafte Variante dieser Lösung geht dahin, dass die Strömstärke als ein von der im Hydrolager als Messwert erfassten Druckdifferenz der Kammerdrücke regelbar ist. Somit erfolgt in zumindest einer Kammer des Hydrolagers oder im Bereich des Kanals eine Druckmessung mittels hierzu geeigneter Sensoren, wobei das erfasste Signal ein Steuersignal für die einzustellende Stromstärke darstellt. Ein derartig regelbares Hydrolager kann nahezu in Echtzeit auf sich ändernde Situationen reagieren. Die durch das Hydrolager bereitgestellte Dämpfung ist damit beispielsweise mittels einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) oder eines geeigneten Microcontrollers ein Bestandteil einer aktiven Fahrwerksabstimmung, soweit das Hydrolager in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Die erfassten Daten können in der zentralen Verarbeitungseinheit weiterverarbeitet und auch an andere Komponenten weitergegeben werden, so dass insgesamt ein komplexes System einer elektronischen Regelung ermöglicht wird.
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Ist durch die zuvor beschriebene Wertermittlung beispielsweise die Amplitude bekannt, kann anhand bekannter Wertebereiche vorhergesagt werden, welche Werte die Resonanzfrequenz annehmen wird. Das erfindungsgemäße Hydrolager kann auf diese Information hin adaptiert, also angepasst werden, indem durch Regelung der Stromstärke eine Änderung des Kanalquerschnittes und damit der Dämpfung vorgenommen wird.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung geht davon aus, dass im Kanal definierte Bereiche mit einer Magnetfeldkonzentration vorhanden sind. Somit kann der Kanal beispielsweise sofern er eine erhebliche Länge innerhalb des Hydrolagers aufweist, unterschiedliche Bereiche mit verschiedenen Starken des Magnetfeldes aufweisen, so dass die den Kanal passierende Strömung in ihren Eigenschaften gezielt beeinflussbar ist.
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Diese Magnetfeldkonzentration, die innerhalb des Kanals gegeben sein kann, ist beispielsweise durch magnetische Isolatoren im Kanalrandbereich und/oder im Kanal oder durch die zuvor bereits erläuterte Kanalgeometrie beeinflussbar. Die magnetischen Feldlinien sind nicht in der Lage, durch die Isolatoren hindurch zu treten, und breiten sich um die Isolatoren herum aus. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass die Magnetfeldlinien immer dort verlaufen, wo ihnen der geringste Widerstand entgegengesetzt wird. Auch hierdurch kann ein inhomogenes Magnetfeld durch gezielte Beeinflussung und Streuung der Magnetfeldlinien erreicht werden.
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Eine bauliche Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass das Hydrolager zumindest eine Hülse mit dem darin eingebrachten Kanal aufweist. Durch die Einbringung des Kanals in die Hülse ist dieses Einzelelement einfach zu fertigen und kann in den Elastomerkörper des Hydrolagers integriert werden.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das Hydrolager mehrere Hülsen aufweisen kann, wobei die einzelnen Hülsen bevorzugt sandwichartig ineinander eingefügt sind. Hiermit wird eine „Multilayer-Struktur” geschaffen. Durch die mehrschichtige Struktur der ineinander eingefügten Hülsen ist eine differenzierte Ansteuerung des oder der Kanäle möglich. Eine magnetische Sättigung kann bei geeigneter Stromrichtung verhindert werden, da sich die Felder gegenseitig aufheben.
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Eine besondere Ausführungsform dieser Lösung besteht darin, dass das Hydrolager mehrere Hülsen mit einer zueinander konzentrischen Anordnung aufweist. So kann beispielsweise der Kanal auf der Außenseite einer jeweils inneren Hülse angeordnet werden. Hiermit kann der Herstellungsaufwand für die Hülsen vergleichsweise gering bleiben. Zudem bietet sich die Möglichkeit, den Kanal über mehrere Hülsen zu führen und damit eine erhebliche Länge des Kanals zwischen den Kammern des Hydrolagers zu erreichen. Auch mit einer derartigen Ausführung lassen sich die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hydrolagers gezielt beeinflussen.
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Neben der Verwendung eines einzelnen Kanals wurde bereits ausgeführt, dass es möglich ist, ein Hydrolager mit mehreren Kanälen auszustatten. So kann jeder einzelne Kanal Bestandteil eines Kanalsystems sein. Um die zuvor beschriebene Länge des Kanals zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn der Kanal einen geschwungenen Verlauf entlang der Mantelfläche wenigstens einer der Hülsen aufweist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung besteht auch darin, dass wenigstens eine Hülse in ihrer Mantelfläche eine Spule oder Spulenpaare des Elektromagneten aufnimmt. Darüber hinaus ist es von besonderem Vorteil, wenn wenigstens eine Hülse aus weichmagnetischem Eisen besteht und damit eine Feldrückführung des Magnetfeldes durch die Hülse ermöglicht ist. Mit dieser Gestaltung kann die entsprechende Hülse selbst als Elektromagnet fungieren. Dies hat den erheblichen Vorteil, dass sich das Hydrolager in seinem Aufbau stark vereinfacht. Ein zusätzlicher, separater Elektromagnet ist dabei nicht mehr erforderlich, sondern vielmehr wird er in die Hülse integriert. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Feldlinien des inhomogenen Magnetfeldes innerhalb des Hydrolagers optimal geführt werden können.
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Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrolagers ist darin zu sehen, dass das steuerbare Hydrolager ein Buchsenlager für Kraftfahrzeuge ist, das beispielsweise für die Radaufhängung in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Anhand dieser Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Durch die Darstellungen ist keine Einschränkung auf die gezeigten Varianten gegeben, sondern die Figuren dienen lediglich der Erläuterung des Prinzips der Erfindung. Gleiche oder gleichartige Einzelheiten oder Bauteile sind stets mit denselben Bezugsziffern bezeichnet worden. Um die erfindungsgemäße Funktionsweise veranschaulichen zu können, sind in den Figuren nur stark vereinfachte Prinzipdarstellungen gezeigt, bei denen auf die für die Erfindung nicht wesentlichen Teile verzichtet wurde. Dies bedeutet jedoch nicht, dass derartige Bestandteile bei einer erfindungsgemäßen Lösung nicht vorhanden sind. Es zeigen:
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1: eine perspektivische Ansicht eines Innenteils eines steuerbaren Hydrolagers in Form eines Buchsenlagers,
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2: eine perspektivische Ansicht eines Teilzusammenbaus zweier ineinander eingefügter Hülsen,
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3: den Schnittverlauf III-III aus 2,
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4: die vergrößerte Ansicht eines Teils des Kanals mit eingezeichneten Magnetfeldlinien,
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5: der vergrößerte Ausschnitt V aus 4,
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6: ausschnittsweise eine von der in 5 gezeigten Kanalgeometrie abweichende Gestaltung des Kanals,
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7: eine weitere Variante einer Kanalgeometrie im Ausschnitt,
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8: eine weitere Möglichkeit einer Kanalgeometriegestaltung.
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Das in der 1 dargestellte Innenteil ist Bestandteil eines erfindungsgemäßen steuerbaren Hydrolagers. Diese Baugruppe weist zunächst einen Elastomerkörper 1 auf, der um ein Innenteil 17 herum angeordnet ist. Das Innenteil 17 dient später zur Verbindung des hier gezeigten steuerbaren Hydrolagers in Form eines Buchsenlagers mit einer geeigneten Aufnahme in einem Kraftfahrzeug. Charakteristisch bei der gezeigten Variante in 1 ist, dass hierbei im Sinne einer „Multilayer-Struktur” zwei Hülsen 11 und 12 ineinander geschachtelt angeordnet sind. Dabei ist in der Außenmantelfläche 22 der äußeren Hülse 12 ein Spulenpaar, bestehend aus den Spulen 13 und 14 vorhanden, wobei die Spule 13 sich um zeichnungsbezogen oberen Teil des Buchsenlagers und die Spule 14 im zeichnungsbezogen unteren Teil befindet. Zur Trennung der Spulen 13 und 14 voneinander dient die Außenmantelfläche 22. In die Außenmantelfläche 22 ist ein wendelförmiger Kanal 2 eingearbeitet. Die von einer in der 1 nicht erkennbaren ersten Kammer des Hydrolagers nach einer entsprechenden Krafteinleitung auf das Hydrolager ausströmenden Flüssigkeit wird über den Durchlass 18 in den Kanal 2 geleitet, von wo aus die Flüssigkeitssäule über den weiteren Durchlass 19 in die zweite Kammer des Hydrolagers überführt wird. Somit erfolgt eine Kompensation der auf das Hydrolager einwirkenden Schwingungen durch Hin- und Herschwingen der im Kanal 2 vorhandenen Flüssigkeitssäule. Damit ist ein Druckausgleich zwischen den Kammern erreichbar.
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Die 2 stellt in ihrem Teilschnitt einen Blick in eine als „Multilayer-Struktur” ausgeführte Hülsenkombination dar. Hierbei sind die inneren Bauteile des Hydrolagers nicht gezeigt, so dass es sich bei der Darstellung in 2 um einen Teilzusammenbau handelt. Dieser weist, wie bereits ausgeführt, zwei sandwichartig ineinander eingesetzte Hülsen 11 und 12 auf. Die Besonderheit besteht darin, dass jede der Hülsen 11, 12 jeweils in ihrem oberen und in ihrem unteren Abschnitt eine Spule 13, 14 beziehungsweise 15, 16 aufweist. Die Außenmantelfläche 22 der Hülsen 11, 12 ist dabei zumindest teilweise als ein magnetischer Isolator 5, 6, 7, 8 ausgeführt. In der Außenmantelfläche 22 ist darüber hinaus ein Kanalsystem des Kanals 2 vorhanden. Wie aus der Darstellung in 2 ersichtlich ist, verfügt die äußere Hülse 12 über einen Durchlass 20 sowie einen weiteren Durchlass 21, so dass Verbindungen der Kanäle untereinander geschaffen werden können. Durch ein derartiges Kanalsystem kann eine erhebliche Länge des Kanals bereitgestellt werden. Die im hinteren Teil der inneren Hülse 11 zu erkennenden Durchlässe 18 und 19 wurden bereits im Zusammenhang mit der Darstellung in 1 erläutert. Der in der Außenmantelfläche 22 der Hülse 12 vorhandene Kanal 2 weist ferner einen Umlenkabschnitt 23 auf, so dass dieser sich wendelförmig entlang der Außenmantelfläche 22 erstreckt.
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Die 3 stellt ausschnittsweise einen vergrößerten Schnitt durch die Hülsen 11, 12 dar. Bei der gezeigten Ausführung in 3 ist ferner die äußere Hülse 12 durch eine Außenhülse 26 abgedeckt. Diese hier andeutungsweise gezeigte Baueinheit kann später bei der Herstellung des Hydrolagers in den Elastomerkörper eingebettet werden. Die Besonderheiten der Darstellung in 3 bestehen nun darin, dass der Kanal 2 durch magnetische Isolatoren 5, 6, 7, und 8 unterbrochen beziehungsweise begrenzt ist. Durch diese magnetischen Isolatoren 5–8 kann der Verlauf der Magnetfeldlinien gezielt beeinflusst werden, so dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass innerhalb des Kanals 2 ein inhomogenes Magnetfeld entsteht. Für die Erzeugung des Magnetfeldes sind, wie bereits in Zusammenhang mit der Darstellung in 2 erläutert wurde, Spulen 13, 14, 15 und 16 vorhanden, die in geeignete Ausnehmungen der Hülsen 11 und 12 eingesetzt sind. Die Hülsen 11 und 12 werden vorzugsweise aus weichmagnetischem Eisen erzeugt und ermöglichen somit eine Feldführung. Damit ist eine weitere Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung auch darin zu sehen, dass der Elektromagnet zur Erzeugung des inhomogenen Magnetfeldes unmittelbar in das erfindungsgemäße Hydrolager integriert werden kann und nicht als zusätzliches Bauteil vorzusehen ist.
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Zur Verdeutlichung des innerhalb des Kanals 2 sich ausbreitenden inhomogenen Magnetfeldes zeigt die 4 einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs um den Kanal 2 mit eingetragenen Magnetfeldlinien 25. Der Kanal erweitert sich, wie dies im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung der 5 noch näher erläutert wird, im Querschnitt betrachtet von einer trapezförmigen zu einer rechteckförmigen Geometrie, wobei der Kanal in seinem trapezförmigen Abschnitt schräge Seitenwände aufweist. Der Kanal 2 erweitert sich in seinem trapezförmigen Abschnitt in Richtung Hülse 12. Durch die Spulen 15 und 16 der hier andeutungsweise dargestellten Hülsen 11 und 12 wird jeweils ein magnetisches Feld erzeugt. Die magnetischen Feldlinien verlaufen im Bereich der aus einem weichmagnetischen Eisen hergestellten Hülsen 11 und 12 annähernd parallel. Im Randbereich des Kanals 2 sind Isolatoren 7 und 8 angeordnet, so dass die Magnetfeldlinien 25 hier nicht austreten können und um diese Isolatoren 7 und 8 herum verlaufen. Damit kann eine gezielte Steuerung der Magnetfeldlinien 25 innerhalb des Kanals 2 erreicht werden. Ferner wird damit eine Magnetfeldlinienkonzentration im Bereich des Kanals 2 ermöglicht. Wie aus der Darstellung der 4 ferner ersichtlich ist, treten die Magnetfeldlinien 25 stets rechtwinklig aus der Oberfläche des Kanals 2 aus. Durch die Gestaltung der Kanalgeometrie mit schrägen Seitenwänden wird ein inhomogenes Magnetfeld mit gekrümmten Magnetfeldlinien erreicht. Eine starke Konzentration der möglicherweise sich überschneidenden Magnetfeldlinien 25 im zentralen Bereich des Kanals 2 kann verhindert werden, wie dies bei homogenen Magnetfeldern der als nachteilig erkannte Fall ist.
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In der 5 ist in vergrößerter Ansicht ein Kanalquerschnitt gezeigt, dessen Geometrie ähnlich zu dem im Zusammenhang mit der 4 bereits beschriebenen Kanal ausgelegt ist. Der Kanal 2 erweitert sich hierbei in seinem trapezförmigen Abschnitt in Richtung Hülse 11. Hierbei lässt sich in anschaulicher Weise der Verlauf der Magnetfeldlinien 25 innerhalb der Hülsen und des Kanals 2 erkennen. Der Kanal 2 verfügt insgesamt über einen annähernd rechteckigförmigen Grundquerschnitt mit einer polygonen Ausbuchtung, welche bevorzugt mittig am Kanalquerschnitt in Bezug auf die axialen Erstreckung des Hydrolagers angeordnet ist, wobei die Querschnittsgeometrie schräge Seitenwände 3 und 4 aufweist. Zwischen den schrägen Seitenwänden 4 verfügt der Kanal 2 über einen Kanalgrund 24, der im Ausführungsbeispiel eben ausgeführt wurde. Die in den Spulen erzeugten Magnetfelder breiten sich innerhalb der Hülsen 11 und 12 linienförmig und parallel verlaufend aus. Sie umrunden die am Kanalrandbereich 9 und 10 vorhandenen magnetischen Isolatoren 7 und 8 und durchdringen hinter den Isolatoren 7 und 8 den Kanal 2, wobei im Bereich geradliniger Kanalabschnitte der senkrechte Austritt der Magnetfeldlinien ermöglicht ist. Die Bereiche mit schrägen oder geneigten Seitenwänden 3 und 4 des Kanals 2 führen jedoch dazu, dass die ebenfalls senkrecht aus der Oberfläche des Kanals 2 austretenden Magnetfeldlinien 25 im Vergleich zu den übrigen Magnetfeldlinien eine Krümmung aufweisen. Damit ändern sich die Abstände der Magnetfeldlinien 25 zueinander, sodass ein inhomogenes Magnetfeld mit den erfindungsgemäßen und nutzbaren Eigenschaften entsteht.
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In den 6 bis 8 sind weitere denkbare Kanalquerschnittsgeometrien dargestellt. So zeigt zunächst die 6 einen Kanalverlauf, bei dem der Kanalgrund 24 mit einer Senke ausgestattet ist. Innerhalb dieser sich zu der Senke neigenden Kanalgeometrie treten die Magnetfeldlinien 25 senkrecht aus der Oberfläche des Kanals 2 aus und beeinflussen somit den Verlauf der Magnetfeldlinien.
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Die 7 zeigt eine Kanalgeometrie mit einem annähernd V-förmigen Querschnitt. Hierbei ist der Kanalgrund 24 gleichzeitig der tiefste Punkt des Kanals 2. Auch mit einer derartigen Kanalgestaltung lässt sich das Magnetfeld in Richtung eines inhomogenen Magnetfeldes verändern. Die Magnetfeldlinien 25 treten, wie bereits erläutert, senkrecht aus der Oberfläche des Kanals 2 aus.
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In der 8 ist schließlich ein wellenförmiger Verlauf des Kanals 2 erkennbar. Der Kanalgrund 24 stellt dabei den tiefsten Punkt des Kanals 2 dar. Mit einer derartigen Gestaltung lässt sich die Inhomogenität des Magnetfeldes erreichen, wie dies am Krümmungsverlauf der in 8 gezeigten Magnetfeldlinien 25 deutlich wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elastomerkörper
- 2
- Kanal
- 3
- Seitenwand des Kanals
- 4
- Seitenwand des Kanals
- 5
- magnetischer Isolator
- 6
- magnetischer Isolator
- 7
- magnetischer Isolator
- 8
- magnetischer Isolator
- 9
- Kanalrandbereich
- 10
- Kanalrandbereich
- 11
- Hülse
- 12
- Hülse
- 13
- Spule
- 14
- Spule
- 15
- Spule
- 16
- Spule
- 17
- Innenteil
- 18
- Durchlass
- 19
- Durchlass
- 20
- Durchlass
- 21
- Durchlass
- 22
- Außenmantelfläche
- 23
- Umlenkabschnitt
- 24
- Kanalgrund
- 25
- Magnetfeldlinien
- 26
- Außenhülse