DE102020201701B4

DE102020201701B4 - Buchse mit variabler steifigkeit

Info

Publication number: DE102020201701B4
Application number: DE102020201701.8A
Authority: DE
Inventors: Toshio Inoue; Yuho ITO
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2024-06-06
Anticipated expiration: 2040-02-12
Also published as: US20200263756A1; US11371579B2; JP7066647B2; CN111577815A; JP2020133704A; CN111577815B; DE102020201701A1

Abstract

Eine Buchse mit variabler Steifigkeit (1), bestehend aus:
einem inneren rohrförmigen Element (6);
einem äußeren rohrförmigen Element (7), das koaxial um das innere rohrförmige Element herum angeordnet ist, wobei ein vorgeschriebener Spalt zwischen dem äußeren rohrförmigen Element und dem inneren rohrförmigen Element definiert ist;
ein röhrenförmiges elastisches Element (8), das das innere röhrenförmige Element und das äußere röhrenförmige Element verbindet;
mindestens ein Paar von Flüssigkeitskammern (30), die in dem elastischen Element so angeordnet sind, dass sie axial voneinander getrennt sind;
einen Verbindungsdurchgang (35), der einen in dem inneren rohrförmigen Element oder dem äußeren rohrförmigen Element vorgesehenen und sich in einer Umfangsrichtung erstreckenden Umfangsdurchgang (36) aufweist, wobei der Verbindungsdurchgang das mindestens eine Paar von Flüssigkeitskammern miteinander verbindet;
eine Spule (12), die koaxial mit dem inneren oder dem äußeren rohrförmigen Element gewickelt und in dem einen von beiden angeordnet ist;
ein Joch (11, 13), das in dem einen von dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element angeordnet und mit einem Spalt (18) versehen ist, der den Umfangsdurchgang bildet; und
eine magnetische Flüssigkeit (37), die das mindestens eine Paar Flüssigkeitskammern und den Verbindungsdurchgang füllt,
wobei das elastische Element ein Paar erster Wände (31), die axial entgegengesetzte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definieren, und eine zweite Wand (32), die axial zugewandte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definiert, aufweist, und
das Paar erster Wände und die zweite Wand so gestaltet sind, dass bei einer axialen Verschiebung des inneren und des äußeren rohrförmigen Elements relativ zueinander eine Differenz zwischen den Volumina des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern entsteht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Buchse mit variabler Steifigkeit.
STAND DER TECHNIK
Als zylindrisches, flüssigkeitsgefülltes Lager (Buchse) ist ein flüssigkeitsgefülltes Lager bekannt, das so gestaltet ist, dass es Schwingungen nicht nur in der Richtung senkrecht zur axialen Richtung, sondern auch in anderen Richtungen als der Richtung senkrecht zur axialen Richtung, insbesondere in Richtung der Rohrachse, dämpft, indem es den Strömungswiderstand der Flüssigkeit nutzt (siehe z.B. JP H06- 74 288 A).
Das in JP H06- 74 288 A dargestellte flüssigkeitsgefüllte Lager umfasst ein inneres röhrenförmiges Element, ein äußeres röhrenförmiges Element, ein elastisches Element, das das innere und das äußere röhrenförmige Element verbindet, ein Paar von Flüssigkeitskammern, die auf den jeweiligen Seiten des inneren röhrenförmigen Elements in Bezug auf die zur Rohrachse senkrechte Richtung definiert sind, eine Füllflüssigkeit, eine Öffnung, die die Flüssigkeitskammern miteinander verbindet, Durchgangshohlräume, die sich durch das elastische Element in Richtung der Rohrachse an Positionen auf den jeweiligen Seiten in Bezug auf die zur Rohrachse orthogonale Richtung erstrecken, und einen Stopfen, der von einer Zwischenposition des inneren rohrförmigen Elements zu beiden Seiten in Bezug auf die zur Rohrachse orthogonale Richtung vorsteht. Das elastische Element enthält Trennwandteile, die die jeweiligen Durchgangshohlräume von den entsprechenden Flüssigkeitskammern trennen, und jede Trennwand ist einstückig mit einem Abdeckteil ausgebildet, das ein entsprechendes Spitzenende des Stopfens, das durch das Trennwandteil in Richtung der entsprechenden Flüssigkeitskammer in einem nicht gebundenen Zustand vorsteht, abdeckt, und einem Trennwandteil, das die Flüssigkeitskammer in der Rohrachsenrichtung in zwei Abschnitte trennt und bis in die Nähe der inneren Umfangsfläche des äußeren rohrförmigen Elements vorsteht, so dass ein Spalt zwischen dem Trennwandteil und der inneren Umfangsfläche definiert ist. Die Absorption und Dämpfung der Schwingungen in Richtung der Rohrachse wird durch den Strömungswiderstand der Füllflüssigkeit erreicht, die gezwungen wird, von einem der Flüssigkeitskammerabschnitte jeder Flüssigkeitskammer, die durch den entsprechenden Trennwandteil in Richtung der Rohrachse getrennt sind, über den Spalt zum anderen der Flüssigkeitskammerabschnitte zu fließen.
Bei der in JP H06- 74 288 A dargestellten flüssigkeitsgefüllten Buchse werden die schwingungsabsorbierenden/dämpfenden Eigenschaften (nämlich die Steifigkeit der flüssigkeitsgefüllten Buchse) in Richtung der Rohrachse jedoch durch die Größe des Spaltes und die Viskosität der Füllflüssigkeit bestimmt. Auch die schwingungsabsorbierenden/dämpfenden Eigenschaften in der Richtung senkrecht zur Rohrachse werden durch die Größe der Öffnung und die Viskosität der Füllflüssigkeit bestimmt. Bei dieser flüssigkeitsgefüllten Buchse hat die Steifigkeit dadurch einen konstanten Wert, der in der Konstruktionsphase festgelegt wird und während des Gebrauchs nicht auf einen gewünschten Wert geändert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund ist ein Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Buchse mit variabler Steifigkeit, die in der Lage ist, die axiale Steifigkeit mit einer einfachen Konfiguration beliebig zu ändern.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER AUFGABE
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sieht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Buchse (1) mit variabler Steifigkeit vor, die Folgendes umfasst: ein inneres röhrenförmiges Element (6); ein äußeres röhrenförmiges Element (7), das koaxial um das innere röhrenförmige Element herum angeordnet ist, wobei ein vorgeschriebener Spalt zwischen dem äußeren röhrenförmigen Element und dem inneren röhrenförmigen Element definiert ist; ein röhrenförmiges elastisches Element (8), das das innere röhrenförmige Element und das äußere röhrenförmige Element verbindet; mindestens ein Paar von Flüssigkeitskammern (30), die in dem elastischen Element definiert sind, so dass sie axial voneinander getrennt sind; einen Verbindungsdurchgang (35), der einen Umfangsdurchgang (36) einschließt, der entweder in dem inneren rohrförmigen Element oder dem äußeren rohrförmigen Element vorgesehen ist und sich in einer Umfangsrichtung erstreckt, wobei der Verbindungsdurchgang das mindestens eine Paar von Flüssigkeitskammern miteinander verbindet; eine Spule (12), die koaxial zu dem inneren rohrförmigen Element oder dem äußeren rohrförmigen Element gewickelt ist und in dem inneren rohrförmigen Element oder dem äußeren rohrförmigen Element vorgesehen ist; ein Joch (11, 13), das in dem einen von dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element enthalten und mit einem Spalt (18) versehen ist, der den Umfangsdurchgang bildet; und ein magnetisches Fluid (37), das das mindestens eine Paar von Flüssigkeitskammern und den Verbindungsdurchgang füllt, wobei das elastische Element ein Paar von ersten Wänden (31), die axial entgegengesetzte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definieren, und eine zweite Wand (32), die axial zugewandte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definiert, umfasst, und das Paar von ersten Wänden und die zweite Wand so ausgebildet sind, dass, wenn das innere rohrförmige Element und das äußere rohrförmige Element relativ zueinander axial verschoben werden, eine Differenz zwischen den Volumina des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern erzeugt wird.
Bei dieser Gestaltung wird, wenn das innere rohrförmige Element und das äußere rohrförmige Element relativ zueinander axial verschoben werden, eine Differenz zwischen den Volumina der axial getrennten Flüssigkeitskammern erzeugt, und die magnetische Flüssigkeit fließt durch den Verbindungsdurchgang entsprechend der Volumendifferenz. Zu diesem Zeitpunkt kann durch Zufuhr von elektrischem Strom zur Spule, um ein Magnetfeld um die Spule zu erzeugen, so dass Magnetfeldlinien durch den Umfangsdurchgang des Verbindungsdurchgangs verlaufen, der Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit im Kommunikationsdurchgang variiert werden. So können die axiale Steifigkeit (Steifigkeit gegen die axiale Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element) und die Dämpfungseigenschaften der Buchse mit variabler Steifigkeit durch Steuerung des der Spule zugeführten elektrischen Stroms beliebig variiert werden. Darüber hinaus können die Steifigkeit und die Dämpfungseigenschaften der Buchse mit variabler Steifigkeit mit einer einfachen Bauweise variiert werden, indem der Umfangsdurchgang, die Spule und das Joch in/auf dem inneren und dem äußeren rohrförmigen Element vorgesehen werden.
Vorzugsweise sind das Paar erster Wände (31) und die zweite Wand (32) so gestaltet, dass, wenn das innere rohrförmige Element (6) und das äußere rohrförmige Element (7) axial relativ zueinander verschoben werden, ein Neigungswinkel (β) mindestens eines Teils der zweiten Wand kleiner wird als ein Neigungswinkel (α) jeder ersten Wand des Paars erster Wände.
Da bei dieser Konfiguration der Neigungswinkel mindestens eines Teils der zweiten Wand kleiner wird als der Neigungswinkel jeder ersten Wand, wird bei dieser Gestaltung eine Volumendifferenz zwischen den durch die zweite Wand axial getrennten Flüssigkeitskammern erzeugt, und die magnetische Flüssigkeit fließt durch den Verbindungsdurchgang entsprechend der erzeugten Volumendifferenz. So kann die axiale Steifigkeit der Buchse mit variabler Steifigkeit durch Steuerung des der Spule zugeführten elektrischen Stroms variiert werden, um den Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit im Verbindungsdurchgang zu verändern.
Vorzugsweise umfasst die zweite Wand (32) einen Abschnitt (38) mit hoher Biegesteifigkeit, der sich radial über einen Teil der zweiten Wand erstreckt.
Dadurch kann bei einer einfachen Gestaltung, bei der der Abschnitt mit hoher Biegesteifigkeit in einem Teil der zweiten Wand vorgesehen ist, eine Volumendifferenz zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern in Übereinstimmung mit der axialen Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element erzeugt werden.
Vorzugsweise umfasst der Abschnitt (38) mit hoher Biegesteifigkeit ein Verstärkungselement (21), das in/auf der zweiten Wand (32) vorgesehen ist.
Mit dieser Gestaltung kann die Steifigkeit des Teils mit hoher Biegesteifigkeit aufgrund der Steifigkeit des Verstärkungselements erhöht werden, ohne dass die Dicke des Teils mit hoher Biegesteifigkeit wesentlich erhöht werden muss.
Vorzugsweise ist das Verstärkungselement (21) in die zweite Wand (32) eingebettet, so dass es zusammen mit dem inneren rohrförmigen Element (6) oder dem äußeren rohrförmigen Element (7) axial beweglich ist, und das Verstärkungselement umfasst einen rohrförmigen Abschnitt (22), der so angeordnet ist, dass er sich, in radialer Richtung gesehen, über den Umfangsdurchgang erstreckt, und einen Flanschabschnitt (23), der sich von dem ringförmigen Teil in einer Richtung weg von dem Umfangsdurchgang erstreckt und ein Spitzenende aufweist, das von einem anderen des inneren rohrförmigen Elements (6) und des äußeren rohrförmigen Elements (7) beabstandet ist.
Mit dieser Gestaltung ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Querschnittsfläche des Umfangsdurchgangs in Abhängigkeit vom Fluiddruck ändert, wodurch sichergestellt wird, dass das magnetische Fluid in einer Menge, die der zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern erzeugten Volumendifferenz entspricht, durch den Umfangsdurchgang fließt. Daher kann die axiale Steifigkeit der Buchse mit variabler Steifigkeit genau eingestellt werden, indem der der Spule zugeführte elektrische Strom gesteuert wird, um den Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit im Umfangskanal zu verändern. Da der Flanschabschnitt des Verstärkungselements von dem anderen, d.h. dem inneren und dem äußeren rohrförmigen Element, beabstandet ist, ist außerdem eine radiale Verschiebung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohrförmiges Element möglich.
Vorzugsweise ist das Verstärkungselement (21) zumindest teilweise in das elastische Element (8) eingebettet und steht nicht in Kontakt mit dem Joch (11, 13).
Bei dieser Gestaltung wird verhindert, dass die durch das Joch fließenden Magnetfeldlinien in das Verstärkungselement zerstreut werden, wodurch die durch das Joch fließenden Magnetfeldlinien zuverlässiger im Umfangsdurchgang konzentriert werden können.
Das Verstärkungselement (21) wird vorzugsweise aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt.
Diese Ausführung ist auch vorteilhaft, um die Zerstreuung der durch das Joch zum Verstärkungselement fließenden Magnetfeldlinien zu verhindern, wodurch die durch das Joch fließenden Magnetfeldlinien zuverlässiger im Umfangsdurchgang konzentriert werden können.
Vorzugsweise stellt die zweite Wand (32) einen Kolben (52) dar, der an einem der beiden Elemente, dem inneren und dem äußeren, befestigt und relativ zum anderen Element, dem inneren und dem äußeren, verschiebbar ist.
Mit dieser Gestaltung kann die Volumendifferenz, die zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern bei einer axialen Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element entsteht, erhöht werden, wodurch die Änderungsrate der axialen Steifigkeit der Buchse mit variabler Steifigkeit erhöht werden kann.
Vorzugsweise besteht die Spule (12) aus einer ersten Spule (12A) und einer zweiten Spule (12B), die so angeordnet sind, dass sie in Bezug auf eine axiale Richtung an einer dem Umfangsdurchgang (36) entsprechenden Position axial voneinander beabstandet sind und so gestaltet sind, dass sie Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugen.
Bei dieser Konfiguration sind die von der ersten Spule und der zweiten Spule erzeugten Magnetfeldlinien alle zwischen den beiden Spulen konzentriert, wodurch sichergestellt ist, dass das Magnetfeld an den in dieser Position gebildeten Umfangsdurchgang angelegt wird.
Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Flüssigkeitskammerpaar zwei Flüssigkeitskammern (30A, 30B), die sich in einer ersten radialen Richtung auf einer Seite in Bezug auf eine axiale Richtung gegenüberliegen, und zwei Flüssigkeitskammern (30C, 30D), die sich in einer zweiten radialen Richtung orthogonal zur ersten radialen Richtung auf einer anderen Seite in Bezug auf die axiale Richtung gegenüberliegen, und die vier Flüssigkeitskammern stehen in Verbindung mit dem Umfangsdurchgang (36).
Bei dieser Gestaltung wird, wenn das innere rohrförmige Element und das äußere rohrförmige Element relativ zueinander in der ersten radialen Richtung oder der zweiten radialen Richtung verschoben werden, eine Volumendifferenz zwischen den beiden Flüssigkeitskammern erzeugt, die sich in dieser Richtung gegenüberliegen, und das magnetische Fluid in einer Menge, die der erzeugten Volumendifferenz entspricht, fließt durch den Umfangsdurchgang. Somit können die radiale Steifigkeit (Steifigkeit gegenüber der radialen Verschiebung zwischen dem inneren und dem äußeren rohrförmigen Element) und die Dämpfungseigenschaften der Buchse mit variabler Steifigkeit durch Steuerung des der Spule zugeführten elektrischen Stroms beliebig variiert werden.
Somit ist es nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, eine Buchse mit variabler Steifigkeit bereitzustellen, die in der Lage ist, die axiale Steifigkeit mit einer einfachen Konfiguration beliebig zu variieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Buchse mit variabler Steifigkeit entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der in 1 gezeigten Buchse mit variabler Steifigkeit;
3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils der in 2 gezeigten Buchse mit variabler Steifigkeit;
4 ist eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Buchse mit variabler Steifigkeit;
5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 4;
6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI in 4;
7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII in 4;
8 ist eine Schnittansicht entlang der Linien VIII-VIII in 5;
9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX in 5;
10A bis 10C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der Buchse mit variabler Steifigkeit, wenn darin eine axiale Verschiebung stattfindet; und;
11A bis 11C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise einer Buchse mit variabler Steifigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform, wenn darin eine axiale Verschiebung stattfindet;
12 ist eine Schnittdarstellung ähnlich der 7 und zeigt eine Buchse mit variabler Steifigkeit gemäß der dritten Ausführungsform;
13 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII in 12;
14 ist eine Schnittansicht ähnlich wie 7 und zeigt eine Buchse mit variabler Steifigkeit entsprechend der vierten Ausführungsform;
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine beispielhafte Verwendung der Buchse mit variabler Steifigkeit zeigt; und
16 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine weitere beispielhafte Verwendung der Buchse mit variabler Steifigkeit zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
«Erste Ausführungsform »
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 10 eine Buchse 1 mit variabler Steifigkeit entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Wie in 1 dargestellt, ist die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit in einem unteren Lenker 2 einer Aufhängung 101 eines Kraftfahrzeugs vorgesehen (siehe 16). Insbesondere ist ein äußeres Ende des unteren Lenkers 2 mit einem zylindrischen Kragen 3 versehen, und die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit, die eine zylindrische Form hat, ist koaxial in den Kragen 3 eingepasst. Die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit ist mit einer Innenbohrung (im Folgenden als Bolzeneinführloch 4 bezeichnet) versehen, die sich entlang einer Achse X davon erstreckt. Ein Bolzen wird in das Bolzeneinführloch 4 eingeführt und an einem in einer Stützwand ausgebildeten Durchgangsloch befestigt. Dabei ist der untere Lenker 2 über die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit schwenkbar mit einer Fahrzeugkarosserie 112 (siehe 16), einem Längslenker 103 (siehe 15) o.ä. verbunden.
Im Folgenden wird die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit im Detail beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird die vertikale Richtung als die Richtung der Achse X der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit definiert (nämlich die Richtung der Erstreckung des Bolzeneinführlochs 4). Es ist jedoch zu beachten, dass ein solcher Richtungsbezug die Anordnung der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit nicht einschränkt.
2 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit, 3 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit, 4 ist eine Draufsicht der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit, und 5, 6 und 7 sind Schnitte, die entlang der Linie V-V, der Linie VI-VI bzw. der Linie VII-VII in 4 aufgenommen wurden. Wie in 2 bis 7 dargestellt, umfasst die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit ein inneres rohrförmiges Element 6, das das Bolzeneinführungsloch 4 definiert, ein äußeres rohrförmiges Element 7, das koaxial um das innere rohrförmige Element 6 herum angeordnet ist, wobei ein vorgeschriebener Spalt zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 definiert ist, und ein elastisches Element 8, das zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 angeordnet ist und das innere rohrförmige Element 6 und das äußere rohrförmige Element 7 verbindet. Das elastische Element 8 hat eine im wesentlichen zylindrische Form.
Das innere rohrförmige Element 6 hat eine zylindrische Form, die entlang der sich in vertikaler Richtung erstreckenden Achse X angeordnet ist und ringförmige dickwandige Abschnitte 9 aufweist, die an ihren oberen bzw. unteren Endabschnitten radial nach außen vorstehen. Mit anderen Worten, ein axialer Zwischenteil des inneren rohrförmigen Elements 6 ist dünnwandig und hat einen kleineren Außendurchmesser als die dickwandigen Abschnitte 9. Das innere rohrförmige Element 6 besteht aus einem Material mit hoher Steifigkeit, wie z.B. einem Metall. Das innere rohrförmige Element 6 kann so hergestellt werden, dass es ein Metall mit hoher Permeabilität, wie z.B. Eisen oder Kobalt, oder ein Metall mit niedriger Permeabilität, wie z.B. Aluminium, enthält.
Das äußere rohrförmige Element 7 umfasst ein zylindrisches inneres Joch 11, das entlang der Achse X angeordnet ist, eine Spule 12, die koaxial um das innere Joch 11 gewickelt ist, und ein äußeres Joch 13, das die Spule 12 umgibt. Das äußere Joch 13 ist mit einem oberen Ende und einem unteren Ende des inneren Jochs 11 an Stellen oberhalb bzw. unterhalb der Spule 12 verbunden.
Das innere Joch 11 und das äußere Joch 13 sind Elemente aus einem Material mit hoher Permeabilität und enthalten vorzugsweise ein Metall, das ferromagnetische Eigenschaften aufweist, wie z.B. Eisen oder Kobalt. In der vorliegenden Ausführungsform sind das innere Joch 11 und das äußere Joch 13 aus Eisen hergestellt.
Das äußere Joch 13 hat eine zylindrische Form, die entlang der Achse X angeordnet ist, und zwar in Form eines Rohrs mit einer einzelnen Röhre mit konstanter Wandstärke und konstantem Durchmesser. Das innere Joch 11 hat eine zylindrische Form, die entlang der Achse X angeordnet ist, und ist mit einem Paar ringförmiger Flanschteile 14 an seinem oberen Ende bzw. seinem unteren Ende versehen. Die Flanschteile 14 ragen am oberen und unteren Endabschnitt des inneren Jochs 11 radial nach außen, um das äußere Joch 13 zu berühren. Jedes der Flanschteile 14 hat nämlich einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen dem Innendurchmesser des äußeren Jochs 13 entspricht. Zwischen der äußeren Umfangsfläche des axial mittleren Teils des inneren Jochs 11 und der inneren Umfangsfläche des äußeren Jochs 13 ist ein zylindrischer Raum definiert, und die Spule 12 ist in diesem Raum angeordnet.
Die Spule 12 ist ein Element, das durch Wickeln eines isolierten Kupferdrahts in Spulenform und Einkapseln des gewickelten Kupferdrahts in Harz mit einer zylindrischen Form gebildet wird, wobei die Endabschnitte des Kupferdrahts als Leitungsdrähte herausgeführt werden. Die Spule 12 hat einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser des axialen Zwischenteils des inneren Jochs 11 entspricht, und einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des äußeren Jochs 13 entspricht. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist eine äußere Umfangsfläche von mindestens einem der oberen und unteren Flanschteile 14 mit einer axial verlaufenden Nut versehen, so dass die Leitungsdrähte der Spule 12 von einer axialen Endfläche des inneren Jochs 11 durch die Nut herausgeführt werden können.
Das innere Joch 11 ist an einer axial mittleren Stelle in einen oberen und einen unteren Teil geteilt oder besteht aus einem Paar vertikal angeordneter zylindrischer Jochglieder (im folgenden als oberes Innenjoch 16 und unteres Innenjoch 17 bezeichnet). Das obere Innenjoch 16 erstreckt sich vom oberen Flanschteil 14 entlang der Innenfläche der Spule 12 nach unten, und das untere Innenjoch 17 erstreckt sich vom unteren Flanschteil 14 entlang der Innenfläche der Spule 12 nach oben. Das untere Ende des oberen inneren Jochs 16 und das obere Ende des unteren inneren Jochs 17 liegen einander gegenüber und sind an einer Stelle voneinander beabstandet, die dem axialen Zwischenteil der Spule 12 entspricht, um einen ringförmigen Magnetspalt 18 im inneren Joch 11 zu definieren.
Das untere Ende des oberen inneren Jochs 16 ist mit einem Paar Kerben 19 an Positionen ausgebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (an Positionen, die um 180 Grad in Umfangsrichtung voneinander entfernt sind). Das obere Ende des unteren inneren Jochs 17 ist ebenfalls mit einem Paar Kerben 19 an Positionen ausgebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (an Positionen, die um 180 Grad in Umfangsrichtung voneinander entfernt sind). Das Kerbenpaar 19 des unteren inneren Jochs 17 und das Kerbenpaar 19 des oberen inneren Jochs 16 sind an in Umfangsrichtung unterschiedlichen Stellen vorgesehen (in der vorliegenden Ausführung ist das Kerbenpaar 19 des unteren inneren Jochs 17 gegenüber dem Kerbenpaar 19 des oberen inneren Jochs 16 um 90 Grad in Umfangsrichtung versetzt).
Das elastische Element 8 besteht aus einem elastischen Material wie z.B. einem Elastomer (oder Gummi) und wird in den Raum zwischen dem äußeren rohrförmigen Element 7 und dem inneren rohrförmigen Element 6 eingepasst. Ferner ist ein zylindrisches Verstärkungselement 21 (3) koaxial in das elastische Element 8 eingebettet. Genauer gesagt wird das elastische Element 8 einstückig mit dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem Verstärkungselement 21 hergestellt, indem unvulkanisierter Gummi in eine Form gegossen wird, in der das innere rohrförmige Element 6 und das Verstärkungselement 21 an den vorgesehenen Stellen angeordnet sind, und der Gummi dann vulkanisiert wird. Das Verstärkungselement 21 tritt nicht aus der äußeren Umfangsfläche des elastischen Elements 8 hervor. Das elastische Element 8 wird in das äußere rohrförmige Element 7 eingepasst und dessen äußerer Umfangsabschnitt mit dem äußeren rohrförmigen Element 7 verbunden. Der Außendurchmesser des elastischen Elements 8 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Verstärkungselements 21. Der Außendurchmesser des elastischen Elements 8 ist ebenfalls etwas größer als der Innendurchmesser des äußeren rohrförmigen Elements 7, bevor das elastische Element 8 in das äußere rohrförmige Element 7 eingepasst wird. Im montierten Zustand ist also der äußere Umfangsteil des elastischen Elements 8 in engem Kontakt mit der inneren Umfangsfläche des äußeren rohrförmigen Elements 7, und das Verstärkungselement 21 ist nicht in Kontakt mit dem äußeren rohrförmigen Element 7.
Das Verstärkungselement 21 ist ein starres Element aus einem nichtmagnetischen Material (vorzugsweise einem nichtmagnetischen Metall) mit einer Permeabilität, die niedriger ist als die des Metalls, aus dem das innere Joch 11 besteht, und dient dazu, die Form der äußeren Umfangsfläche des elastischen Elements 8 aufrechtzuerhalten. Das Verstärkungselement 21 wird vorzugsweise z.B. aus Aluminium hergestellt.
Wie in 3 dargestellt, ist das Verstärkungselement 21 ein käfigartiges Element, das einen zylindrischen, rohrförmigen Abschnitt 22, der entlang der Achse X angeordnet ist, und einen ringförmigen Flanschabschnitt 23, der an einem axial mittleren Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 vorgesehen ist, umfasst. Der Flanschabschnitt 23 ragt vom rohrförmigen Abschnitt 22 radial nach innen. Der rohrförmige Abschnitt 22 des Verstärkungselements 21 ist im äußeren Umfangsabschnitt des elastischen Elements 8 vorgesehen, so dass er nicht an der äußeren Umfangsfläche des elastischen Elements 8 freiliegt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein großer Teil des Verstärkungselements 21 mit Ausnahme des oberen Endes und des unteren Endes des rohrförmigen Abschnitts 22 in das elastische Element 8 eingebettet, obwohl in einer anderen Ausführungsform das gesamte Verstärkungselement 21 in das elastische Element 8 eingebettet sein kann.
Die äußere Umfangsfläche des elastischen Elements 8 ist mit vier Aussparungen 24 (2) versehen, die in Zusammenwirken mit dem äußeren rohrförmigen Element 7 die jeweiligen Flüssigkeitskammern 30 (30A bis 30D) definieren (siehe 7). Das elastische Element 8 bildet nämlich vier Flüssigkeitskammern 30 zwischen dem äußeren rohrförmigen Element 7 und dem inneren rohrförmigen Element 6. Zwei der Flüssigkeitskammern 30 werden in einem oberen Teil des elastischen Elements 8 und die beiden anderen der Flüssigkeitskammern 30 in einem unteren Teil des elastischen Elements 8 gebildet. Die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 (30A, 30B) und die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 (30C, 30D) sind axial durch das elastische Element 8 getrennt. So umfasst das elastische Element 8 ein Paar erster Wände 31, die an seinen oberen und unteren Enden vorgesehen sind, um die axial gegenüberliegenden Enden der oberen zwei Flüssigkeitskammern 30 und der unteren zwei Flüssigkeitskammern 30 zu definieren, und eine zweite Wand 32, die an einem axial mittleren Teil davon vorgesehen ist, um die einander zugewandten Enden der oberen zwei Flüssigkeitskammern 30 und der unteren zwei Flüssigkeitskammern 30 zu definieren.
8 und 9 sind Schnittdarstellungen, die entlang der Linien VIII-VIII bzw. IX-IX in 5 aufgenommen wurden. Wie in 2, 5 und 8 dargestellt, sind die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 (30A, 30B) an Stellen gebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (an Stellen, die um 180 Grad in Umfangsrichtung voneinander entfernt sind) und durch das elastische Element 8 in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. So enthält das elastische Element 8 ein Paar dritter Wände 33, die jeweils die Enden der beiden oberen Flüssigkeitskammern 30 definieren, die sich über die dritte Wand 33 in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Das Paar dritter Wände 33 ist in der Draufsicht auf einer geraden Linie angeordnet, die durch die Achse X verläuft, und die beiden oberen Flüssigkeitskammern 30 haben die gleiche Form und das gleiche Volumen, wenn das innere rohrförmige Element 6 und das äußere rohrförmige Element 7 nicht relativ zueinander verschoben sind (oder wenn sich die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit im neutralen Zustand befindet).
Wie in den 2, 6 und 9 dargestellt, sind die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 (30C, 30D) an Positionen gebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (in Umfangsrichtung um 180 Grad voneinander entfernt) und sich in Umfangsrichtung von den Positionen der oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 unterscheiden, und sie sind in Umfangsrichtung durch das elastische Element 8 voneinander beabstandet. In der vorliegenden Ausführung sind die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 an Positionen angeordnet, die in Umfangsrichtung um 90 Grad von den oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 versetzt sind, und die Richtung, in der die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 einander gegenüber liegen, und die Richtung, in der die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 einander gegenüber liegen, kreuzen sich orthogonal zueinander. So enthält das elastische Element 8 ein Paar vierte Wände 34, die jeweils die Enden der unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 definieren, die sich über die vierte Wand 34 in Umfangsrichtung gegenüberliegen. Das Paar vierter Wände 34 ist in der Draufsicht auf einer geraden Linie angeordnet, die durch die Achse X verläuft, und die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 haben die gleiche Form und das gleiche Volumen, wenn sich die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit im neutralen Zustand befindet. Darüber hinaus haben die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 und die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 die gleiche Form und das gleiche Volumen, wenn sich die Buchse mit variabler Steifigkeit 1 im neutralen Zustand befindet.
Wie in 2 und 5 dargestellt, stehen die beiden oberen Flüssigkeitskammern 30 über die jeweiligen Kerben 19 des oberen Innenjochs 16 mit dem ringförmigen Magnetspalt 18 in Verbindung. Wie in 2 und 6 dargestellt, stehen die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 über die entsprechenden Kerben 19 des unteren Innenjochs 17 mit dem ringförmigen Magnetspalt 18 in Verbindung. Somit stehen die vier Flüssigkeitskammern 30 über die vier Kerben 19 und den Magnetspalt 18 miteinander in Verbindung, und die vier Kerben 19 und der Magnetspalt 18 bilden den Verbindungsdurchgang 35, der die mehreren (in dieser Ausführungsform vier) Flüssigkeitskammern 30 miteinander verbindet.
Es ist zu beachten, dass die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 und die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 zwei Paare axial getrennter Flüssigkeitskammern 30 darstellen, die im elastischen Element 8 gebildet werden.
Ein Teil des Verbindungsdurchgangs 35, der durch den im äußeren rohrförmigen Element 7 vorgesehenen magnetischen Spalt 18 gebildet wird, stellt einen Umfangsdurchgang 36 dar, der sich in Umfangsrichtung erstreckt. Ein Teil des durch die Kerben 19 gebildeten Verbindungsdurchgangs 35 ist im äußeren rohrförmigen Element 7 vorgesehen und erstreckt sich in axialer und radialer Richtung, um die entsprechenden Flüssigkeitskammern 30 mit dem Umfangsdurchgang 36 zu verbinden.
Diese vier Flüssigkeitskammern 30 und der Verbindungsdurchgang 35 sind mit einer magnetischen Flüssigkeit 37 gefüllt. In der vorliegenden Offenbarung ist die magnetische Flüssigkeit 37 eine inkompressible Flüssigkeit, die feine ferromagnetische Partikel wie Eisenpartikel enthält, die in einem Lösungsmittel wie einem Öl dispergiert sind, und besteht vorzugsweise aus einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF) oder einer magnetorheologischen Verbindung (MRC), deren Viskoelastizität (insbesondere Viskosität) sich in Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld ändert. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine MRC als magnetische Flüssigkeit 37 verwendet. Wenn ein Magnetfeld an die magnetische Flüssigkeit 37 angelegt wird, werden die feinen Eisenpartikel darin entlang der Richtung des Magnetfeldes ausgerichtet, um kettenartige Cluster zu bilden. Dabei behindern die kettenartigen Cluster den Fluss des Lösungsmittels in einer Richtung senkrecht zum Magnetfeld, wodurch die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 37 steigt und die magnetische Flüssigkeit 37 halbverfestigt wird.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die beiden oberen Flüssigkeitskammern 30 nebeneinander entlang der Erstreckungsrichtung des unteren Lenkers 2 angeordnet, in dem die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit vorgesehen ist. In der folgenden Beschreibung werden die oberen beiden Flüssigkeitskammern 30 als obere linke Flüssigkeitskammer 30A bzw. obere rechte Flüssigkeitskammer 30B und die unteren beiden Flüssigkeitskammern 30 als untere vordere Flüssigkeitskammer 30C bzw. untere hintere Flüssigkeitskammer 30D bezeichnet.
Wie in 3 und 5 bis 7 dargestellt, sind die den vier Flüssigkeitskammern 30 entsprechenden Teile des rohrförmigen Abschnitts 22 des Verstärkungselements 21 jeweils mit einer Öffnung 25 ausgebildet, und das Verstärkungselement 21 ist den Flüssigkeitskammern 30 nicht ausgesetzt. Der Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 zwischen den beiden oberen Öffnungen 25 und den beiden unteren Öffnungen 25 bildet einen ringförmigen Streifen und erstreckt sich vertikal über den Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 auf einer Innenseite des Umfangsdurchgangs 36, so dass er dem Umfangsdurchgang 36 radial gegenüberliegt.
Der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 ist in die zweite Wand 32 eingebettet, und das Spitzenende (innere Umfangskante) davon ist von der äußeren Umfangsfläche des inneren rohrförmigen Elements 6 beabstandet. Daher kann sich das innere rohrförmige Element 6 radial und axial relativ zum Verstärkungselement 21 und zum äußeren rohrförmigen Element 7 zusammen mit einer Verformung des elastischen Elements 8 und einer Volumenänderung der Flüssigkeitskammern 30 bewegen. Der Trennungsabstand zwischen dem Flanschabschnitt 23 und dem inneren rohrförmigen Element 6 ist größer als der Trennungsabstand zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 22 und dem äußeren rohrförmigen Element 7. Daher bewegt sich das Verstärkungselement 21 axial im Wesentlichen mit dem äußeren rohrförmigen Element 7. Der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 ist im äußeren Umfangsabschnitt der zweiten Wand 32 angeordnet und erhöht die Biegesteifigkeit des äußeren Umfangsabschnitts der zweiten Wand 32. Somit dient der Flanschabschnitt 23 als Verstärkungsplatte, die in einem Teil der zweiten Wand 32 in Bezug auf die radiale Richtung vorgesehen ist, und bildet einen Abschnitt 38 mit hoher Biegesteifigkeit, der sich radial in einem Teil der zweiten Wand 32 erstreckt (siehe 7).
Als nächstes wird die Funktionsweise der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 8 ist ein Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in 5. Wie in 5 und 8 zu sehen ist, verformt sich das elastische Element 8, wenn das innere rohrförmige Element 6 seitlich gegenüber dem äußeren rohrförmigen Element 7 verschoben wird, so dass sich das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und das Volumen der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B in umgekehrter (oder komplementärer) Beziehung zueinander ändern (d.h. wenn das Volumen der einen der Flüssigkeitskammern 30A und 30B zunimmt, verringert sich das Volumen der anderen der Flüssigkeitskammern 30A und 30B). Eine solche Verformung des elastischen Elements 8 bewirkt, dass die magnetische Flüssigkeit 37 in der anderen der Flüssigkeitskammern 30A und 30B über den Verbindungsdurchgang 35 in die eine der Flüssigkeitskammern 30A und 30B fließt. Zu diesem Zeitpunkt wird dem durch den Verbindungsdurchgang 35 fließenden magnetischen Fluid 37 ein Widerstand entgegengesetzt und die auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkende Schwingung gedämpft.
9 ist ein Schnitt entlang der Linie IX-IX in 5. Wie in 6 und 9 zu sehen ist, ändern sich bei einer Verschiebung des inneren rohrförmigen Elements 6 in Längsrichtung relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und das Volumen der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D in umgekehrter Beziehung zueinander, und daraufhin fließt die magnetische Flüssigkeit 37 durch den Verbindungsdurchgang 35. Zu diesem Zeitpunkt wird auch ein Widerstand auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt und die auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkende Schwingung gedämpft.
10A bis 10C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit, wenn darin eine axiale Verschiebung stattfindet. 10B zeigt einen Zustand, der mit dem in der Schnittdarstellung von 7 dargestellten übereinstimmt (ein Zustand, in dem keine axiale Verschiebung in der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit stattfindet), 10A zeigt einen Zustand, in dem das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach oben verschoben ist, und 10C zeigt einen Zustand, in dem das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach unten verschoben ist.
Wie in 10A gezeigt, werden, wenn das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach oben verschoben wird, die obere und untere erste Wand 31 elastisch verformt, so dass sie von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite unter einem Neigungswinkel α entsprechend der Größe der Verschiebung nach oben geneigt werden (d.h. die Form der oberen und unteren ersten Wand 31 ändert sich von einer scheibenartigen Form zu einer kegelstumpfförmigen Form). Da andererseits die zweite Wand 32 mit dem Flanschabschnitt 23 in ihrem äußeren Umfangsteil versehen ist, erfährt der äußere Umfangsteil der zweiten Wand 32 fast keine Verformung und nur der Teil davon, der radial innerhalb des Flanschteils 23 liegt, erfährt eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite hin nach oben geneigt zu werden. So ist der Neigungswinkel β des hochbiegesteifen Teils 38 der zweiten Wand 32 kleiner als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31, und der Neigungswinkel γ des niedrigbiegesteifen Teils der zweiten Wand 32, der radial innerhalb des hochbiegesteifen Teils 38 liegt, ist größer als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31.
Infolge der obigen Verformung wird das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B jeweils größer als das in 10B gezeigte, während das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D jeweils kleiner als das in 10B gezeigte wird.
Umgekehrt, wenn das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach unten verschoben wird, wie in 10C gezeigt, erfahren die obere und untere erste Wand 31 eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite unter einem Neigungswinkel α entsprechend der Größe der Verschiebung nach unten geneigt zu werden. Andererseits erfährt die zweite Wand 32 fast keine Verformung in ihrem äußeren Umfangsbereich, und nur der Teil davon, der radial innerhalb des Flanschbereichs 23 liegt, erfährt eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite hin nach unten geneigt zu werden. Auch in diesem Fall ist der Neigungswinkel β des hochbiegesteifen Teils 38 der zweiten Wand 32 kleiner als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31, und der Neigungswinkel γ des niedrigbiegesteifen Teils der zweiten Wand 32, der radial innerhalb des hochbiegesteifen Teils 38 liegt, ist größer als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31.
Infolge der obigen Verformung wird das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B jeweils kleiner als das in 10B gezeigte, während das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D jeweils größer als das in 10B gezeigte wird.
Das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B und das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D ändern sich in einem umgekehrten Verhältnis zueinander, und der Betrag der Volumenzunahme ist gleich dem Betrag der Volumenabnahme. Wenn das elastische Element 8 zusammen mit einer solchen Volumenänderung der Flüssigkeitskammern 30 eine Verformung erfährt, fließt die magnetische Flüssigkeit 37 durch den Verbindungsdurchgang 35. Zu diesem Zeitpunkt wird der magnetischen Flüssigkeit 37, die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließt, Widerstand entgegengesetzt und die auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkende Schwingung gedämpft.
Wie in 7 dargestellt, erzeugt der durch die Spule 12 fließende elektrische Strom beim Anlegen einer Spannung an die Enden des Kupferdrahts der Spule 12 ein Magnetfeld um die Spule 12. In der teilweise vergrößerten Ansicht von 7 sind die Magnetfeldlinien, die dem von der Spule 12 erzeugten Magnetfeld entsprechen, durch Pfeile angezeigt. Das äußere Joch 13, das obere innere Joch 16 und das untere innere Joch 17 des äußeren rohrförmigen Elements 7 bilden zusammen einen Magnetkreis, und das Magnetfeld ist im Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 konzentriert.
Das Anlegen des Magnetfeldes an den Umfangsdurchgang 36 erhöht die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 37 im Verbindungsdurchgang 35. Infolgedessen erhöht sich der Widerstand, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, und damit auch die Dämpfungskraft zur Dämpfung der auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkenden Schwingungen. Außerdem macht die Erhöhung des Widerstandes, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, das innere rohrförmige Element 6 weniger leicht beweglich im Vergleich zum äußeren rohrförmigen Element 7, wodurch die Steifigkeit der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit zunimmt. Somit ist es möglich, die Dämpfungskraft zur Dämpfung der Schwingung der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit durch die Steuerung der an die Spule 12 angelegten Spannung zu steuern.
Als nächstes werden die Vorteile der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit beschrieben. Bei der Buchse mit variabler Steifigkeit 1 ist es möglich, die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 37 zu variieren und damit die Steifigkeit durch Zufuhr von elektrischem Strom zur Spule 12 zu variieren. Um die Steifigkeit wirkungsvoll zu variieren, ist es bevorzugt, dass das von der Spule 12, die als Magnetfeldquelle dient, erzeugte Magnetfeld im Strömungsweg der magnetischen Flüssigkeit 37 konzentriert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform, wie in 7 dargestellt, umfasst der Verbindungsdurchgang 35, der die vier Flüssigkeitskammern 30, die aus zwei Paaren axial getrennter Flüssigkeitskammern 30 bestehen, miteinander verbindet, den im äußeren rohrförmigen Element 7 vorgesehenen, in Umfangsdurchgang 36. Die Spule 12 ist koaxial mit dem äußeren rohrförmigen Element 7 gewickelt und in diesem vorgesehen, und das äußere rohrförmige Element 7 umfasst das innere Joch 11, das mit dem Magnetspalt 18 versehen ist, der auch als Umfangsdurchgang 36 dient. Das Paar erster Wände 31 und die zweite Wand 32 des elastischen Elements 8 sind so gestaltet, dass bei axialer Verschiebung des inneren rohrförmigen Elements 6 und des äußeren rohrförmigen Elements 7 relativ zueinander eine Differenz zwischen den Volumina der in axialer Richtung getrennten Flüssigkeitskammern 30 entsteht (siehe 10A-10C).
Bei einer solchen Gestaltung strömt die magnetische Flüssigkeit 37 entsprechend der erzeugten Volumendifferenz durch den Verbindungsdurchgang 35. Zu diesem Zeitpunkt kann der Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit 37 im Verbindungsdurchgang 35 geändert werden, indem der Spule 12 elektrischer Strom zugeführt wird, so dass das um die Spule 12 erzeugte Magnetfeld im Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 konzentriert wird. So können die axiale Steifigkeit (Steifigkeit gegen die axiale Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7) und die Dämpfungseigenschaften der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit durch Steuerung des der Spule 12 zugeführten elektrischen Stroms beliebig variiert werden. Zusätzlich können die Steifigkeits- und Dämpfungseigenschaften der Buchse mit variabler Steifigkeit 1 mit einem einfachen Aufbau verändert werden, indem der Umfangsdurchgang 36, die Spule 12 und das innere Joch 11 in/auf dem äußeren rohrförmigen Element 7 vorgesehen sind.
Das Paar erster Wände 31 und die zweite Wand 32 sind so gestaltet, dass bei axialer Verschiebung des inneren rohrförmigen Elements 6 und des äußeren rohrförmigen Elements 7 relativ zueinander zumindest ein Teil der zweiten Wand 32 einen Neigungswinkel β hat, der kleiner ist als ein Neigungswinkel α jeder ersten Wand 31. Dadurch wird eine Volumendifferenz zwischen den durch die zweite Wand 32 axial getrennten Flüssigkeitskammern 30 erzeugt und die magnetische Flüssigkeit 37 strömt entsprechend der erzeugten Volumendifferenz durch den Verbindungsdurchgang 35. So kann die axiale Steifigkeit der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit durch Steuerung des der Spule 12 zugeführten elektrischen Stroms verändert werden, um den Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit 37 im Verbindungsdurchgang 35 zu verändern.
Die zweite Wand 32 enthält den Abschnitt 38 mit hoher Biegesteifigkeit, der sich radial über einen Teil der zweiten Wand 32 erstreckt, und bei einer so einfachen Gestaltung kann eine Volumendifferenz zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern 30 entsprechend der axialen Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 erzeugt werden.
Da der Abschnitt 38 mit hoher Biegesteifigkeit das in/auf der zweiten Wand 32 vorgesehene Verstärkungselement 21 (genauer gesagt, den Flanschabschnitt 23) enthält, kann die Steifigkeit des Abschnitts 38 mit hoher Biegesteifigkeit aufgrund der Steifigkeit des Verstärkungselements 21 erhöht werden, ohne dass die Dicke des Abschnitts 38 mit hoher Biegesteifigkeit wesentlich erhöht werden muss.
Das Verstärkungselement 21 ist zumindest teilweise in das elastische Element 8 eingebettet, so dass es zusammen mit dem äußeren rohrförmigen Element 7, in dem die Spule 12 und der Umfangsdurchgang 36 vorgesehen sind, axial beweglich ist. Ferner umfasst das Verstärkungselement 21 einen ringförmigen Teil (des rohrförmigen Abschnitts 22), der so angeordnet ist, dass er sich, in radialer Richtung gesehen, über den Umfangsdurchgang 36 erstreckt, und den Flanschabschnitt 23, der sich von dem ringförmigen Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 in einer Richtung weg von dem Umfangsdurchgang 36 erstreckt und ein Spitzenende aufweist, das von dem inneren rohrförmigen Element 6 beabstandet ist. Mit dieser Gestaltung kann verhindert werden, dass sich die Querschnittsfläche des Umfangsdurchgangs 36 in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck verändert, wodurch sichergestellt wird, dass die magnetische Flüssigkeit 37 in einer Menge, die der zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern 30 erzeugten Volumendifferenz entspricht, durch den Umfangsdurchgang 36 fließt. Daher kann die axiale Steifigkeit der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit genau variiert werden, indem der der Spule 12 zugeführte elektrische Strom so gesteuert wird, dass der Strömungswiderstand der magnetischen Flüssigkeit 37 im Umfangsdurchgang 36 variiert wird. Da der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 vom inneren rohrförmigen Element 6 beabstandet ist, ist außerdem eine radiale Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 möglich.
Das Verstärkungselement 21 ist zumindest teilweise in das elastische Element 8 eingebettet und steht nicht in Kontakt mit dem inneren Joch 11. Dadurch wird verhindert, dass die durch das innere Joch 11 fließenden Magnetfeldlinien auf das Verstärkungselement 21 zerstreut werden, und dies ermöglicht eine zuverlässigere Konzentration der durch das innere Joch 11 fließenden Magnetfeldlinien im Umfangsdurchgang 36.
Außerdem ist das Verstärkungselement 21 aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt. Diese Eigenschaft ist ebenfalls von Vorteil, um zu verhindern, dass die durch das innere Joch 11 fließenden Magnetfeldlinien auf das Verstärkungselement 21 zerstreut werden, wodurch die durch das innere Joch 11 fließenden Magnetfeldlinien zuverlässiger im Umfangskanal 36 konzentriert werden können.
Das elastische Element 8 wird mit zwei Flüssigkeitskammern 30 (30A, 30B) gebildet, die sich in einer ersten radialen Richtung auf einer Seite in Bezug auf die axiale Richtung gegenüberliegen, und zwei Flüssigkeitskammern 30 (30C, 30D), die sich in einer zweiten radialen Richtung orthogonal zur ersten radialen Richtung auf der anderen Seite in Bezug auf die axiale Richtung gegenüberliegen, so dass die beiden Flüssigkeitskammern 30 (30A, 30B), die sich in der ersten radialen Richtung gegenüberliegen, von den beiden Flüssigkeitskammern 30 (30C, 30D), die sich in der zweiten radialen Richtung gegenüberliegen, axial getrennt sind. Außerdem stehen diese vier Flüssigkeitskammern 30 in Verbindung mit dem Umfangsdurchgang 36. Dadurch wird, wenn das innere rohrförmige Element 6 und das äußere rohrförmige Element 7 relativ zueinander in der seitlichen Richtung oder in Richtung von vorn nach hinten (jeweils eine radiale Richtung) verschoben werden, eine Volumendifferenz zwischen den beiden Flüssigkeitskammern 30 erzeugt, die sich in dieser Richtung gegenüberliegen, und die magnetische Flüssigkeit 37 fließt in einer Menge, die der erzeugten Volumendifferenz entspricht, durch den Umfangsdurchgang 36. Somit können die radiale Steifigkeit (Steifigkeit gegen die radiale Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7) und die Dämpfungseigenschaften der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit beliebig variiert werden, indem der der Spule 12 zugeführte elektrische Strom gesteuert wird.
« Zweite Ausführungsform »
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 11 A bis 11C eine Buchse mit variabler Steifigkeit 1 entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Elemente, die in Form oder Funktion denen der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine doppelte Beschreibung davon entfällt.
11A bis 11C sind Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform, wenn darin eine axiale Verschiebung stattfindet. 11B ist eine Schnittdarstellung, die einen Zustand der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit zeigt, der dem in 7 gezeigten entspricht (ein Zustand, in dem keine axiale Verschiebung in der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit stattfindet), 11A zeigt einen Zustand, in dem das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach oben verschoben ist, und 11C zeigt einen Zustand, in dem das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach unten verschoben ist.
Wie in 11B gezeigt, sind in dieser Buchse mit variabler Steifigkeit 1 der Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35, die Spule 12 und das äußere Joch 13, das mit dem als Umfangsdurchgang 36 dienenden Magnetspalt 18 versehen ist, im inneren rohrförmigen Element 6 angeordnet. Insbesondere enthält das innere rohrförmige Element 6 das zylindrische innere Joch 11, das entlang der Achse X angeordnet ist, die Spule 12, die koaxial um das innere Joch 11 gewickelt ist, und das äußere Joch 13, das die Spule 12 umgibt und mit dem oberen Ende und dem unteren Ende des inneren Jochs 11 an Positionen oberhalb und unterhalb der Spule 12 verbunden ist.
Das innere Joch 11 hat eine zylindrische Form, die entlang der Achse X angeordnet ist, und zwar in Form eines Einzelrohrs mit konstanter Wandstärke und konstantem Durchmesser. Das äußere Joch 13 hat eine zylindrische Form, die in der Achse X angeordnet ist, und ist an seinem oberen und unteren Ende mit zwei ringförmigen Flanschteilen 14 versehen. Die Flanschteile 14 erstrecken sich am oberen und unteren Ende des äußeren Jochs 13 radial nach innen, um das innere Joch 11 zu berühren. Die Flanschteile 14 haben nämlich jeweils einen Innendurchmesser, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des inneren Jochs 11 entspricht. Zwischen der inneren Umfangsfläche eines axial mittig gelegenen Teils des äußeren Jochs 13 und der äußeren Umfangsfläche des inneren Jochs 11 ist ein zylindrischer Raum definiert, und die Spule 12 ist in diesem Raum angeordnet.
Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist eine innere Umfangsfläche von mindestens einem der oberen und unteren Flanschteile 14 mit einer axial verlaufenden Nut ausgebildet, so dass die Zuleitungsdrähte der Spule 12 von einer axialen Endfläche des äußeren Jochs 13 durch die Nut herausgeführt werden können.
Das Außenjoch 13 ist an einer axial dazwischenliegenden Stelle in einen oberen und einen unteren Teil geteilt oder besteht aus einem Paar vertikal angeordneter zylindrischer Jochglieder (im Folgenden als oberes Außenjoch 41 und unteres Außenjoch 42 bezeichnet). Das obere Außenjoch 41 erstreckt sich vom oberen Flanschteil 14 entlang der Außenfläche der Spule 12 nach unten, und das untere Außenjoch 42 erstreckt sich vom unteren Flanschteil 14 entlang der Außenfläche der Spule 12 nach oben. Das untere Ende des oberen Außenjochs 41 und das obere Ende des unteren Außenjochs 42 liegen einander gegenüber und sind an einer Stelle voneinander beabstandet, die dem axialen Mittelabschnitt der Spule 12 entspricht, um einen ringförmigen Magnetspalt 18 im Außenjoch 13 zu definieren.
Das untere Ende des oberen Außenjochs 41 ist mit einem Paar Kerben 19 (nicht in den Zeichnungen dargestellt) an Positionen ausgebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (an Positionen, die um 180 Grad in Umfangsrichtung voneinander entfernt sind). Das obere Ende des unteren Außenjochs 42 ist ebenfalls mit einem Paar Kerben 19 (nicht in den Zeichnungen dargestellt) an Positionen ausgebildet, die sich über die Achse X gegenüberliegen (in Umfangsrichtung um 180 Grad voneinander entfernt) und sich in Umfangsrichtung von den Positionen des Kerbenpaars 19 des oberen Außenjochs 41 unterscheiden (in dieser Ausführungsform ist das Kerbenpaar 19 des unteren Außenjochs 42 in Umfangsrichtung um 90 Grad gegenüber dem Kerbenpaar 19 des oberen Außenjochs 41 verschoben). Diese Kerben 19 bilden Teile des Verbindungsdurchgangs 35 und verbinden die entsprechenden vier Flüssigkeitskammern 30 mit dem durch den Magnetspalt 18 gebildeten Umfangsdurchgang 36.
Das Verstärkungselement 21 ist ein Element aus einem nichtmagnetischen Material (vorzugsweise einem nichtmagnetischen Metall) mit einer Permeabilität, die niedriger ist als die des Metalls, aus dem das äußere Joch 13 besteht, und dient dazu, die Form der inneren Umfangsfläche des elastischen Elements 8 aufrechtzuerhalten. Das Verstärkungselement 21 umfaßt einen zylindrischen rohrförmigen Abschnitt 22, der entlang der Achse X angeordnet ist, und einen ringförmigen Flanschabschnitt 23, der an einem axial mittleren Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 vorgesehen ist. Der Flanschabschnitt 23 ragt vom rohrförmigen Abschnitt 22 radial nach außen. Der rohrförmige Abschnitt 22 des Verstärkungselements 21 ist im inneren Umfangsabschnitt des elastischen Elements 8 vorgesehen, so dass er nicht an der inneren Umfangsfläche des elastischen Elements 8 freiliegt. Der Teil des rohrförmigen Abschnitts 22 zwischen den oberen beiden Öffnungen 25 und den unteren beiden Öffnungen 25 bildet einen ringförmigen Streifen und erstreckt sich vertikal über den Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 auf einer Außenseite des Umfangsdurchgangs 36, so dass er dem Umfangsdurchgang 36 radial gegenüberliegt.
Der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 ist in die zweite Wand 32 des elastischen Elements 8 eingebettet, und das Spitzenende (äußere Umfangskante) davon ist von der inneren Umfangsfläche des äußeren rohrförmigen Elements 7 beabstandet. Daher können sich das innere rohrförmige Element 6 und das Verstärkungselement 21 radial und axial relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 zusammen mit einer Verformung des elastischen Elements 8 und einer Volumenänderung der Flüssigkeitskammern 30 bewegen. Der Trennungsabstand zwischen dem Flanschabschnitt 23 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 ist größer als der Trennungsabstand zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 22 und dem inneren rohrförmigen Element 6. Daher bewegt sich das Verstärkungselement 21 axial im Wesentlichen mit dem inneren rohrförmigen Element 6. Der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 ist im inneren Umfangsabschnitt der zweiten Wand 32 vorgesehen und erhöht die Biegesteifigkeit des inneren Umfangsabschnitts der zweiten Wand 32. Somit dient der Flanschabschnitt 23 als eine in der zweiten Wand 32 vorgesehene Verstärkungsplatte und bildet einen Abschnitt 38 mit hoher Biegesteifigkeit, der sich radial in einem Teil der zweiten Wand 32 erstreckt.
Als nächstes wird die Funktionsweise der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit in Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben. Es ist zu beachten, dass der Vorgang, wenn das innere rohrförmige Element 6 gegenüber dem äußeren rohrförmigen Element 7 seitlich oder in Längsrichtung verschoben wird, derselbe ist wie bei der ersten Ausführung, so dass die Beschreibung davon entfällt.
Wie in 11A dargestellt, erfahren die obere und untere erste Wand 31 eine elastische Verformung, wenn das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach oben verschoben wird, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite unter einem Neigungswinkel α entsprechend dem Ausmaß der Verschiebung nach oben geneigt zu werden (d.h. die Form der oberen und unteren ersten Wand 31 ändert sich von einer scheibenartigen Form in eine kegelstumpfförmige Form). Da andererseits die zweite Wand 32 mit dem Flanschteil 23 in ihrem inneren Umfangsteil versehen ist, erfährt der innere Umfangsteil der zweiten Wand 32 fast keine Verformung und nur der Teil davon, der sich radial außerhalb des Flanschteils 23 befindet, erfährt eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite hin nach oben geneigt zu werden. So ist der Neigungswinkel β des hochbiegesteifen Teils 38 der zweiten Wand 32 kleiner als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31, und der Neigungswinkel γ des niedrigbiegesteifen Teils der zweiten Wand 32, der radial außerhalb des hochbiegesteifen Teils 38 liegt, ist größer als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31.
Infolge der obigen Verformung wird das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B jeweils kleiner als das in 11B gezeigte, während das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D jeweils größer als das in 11B gezeigte wird. Das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B und das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D ändern sich in einem umgekehrten Verhältnis zueinander, und der Betrag der Volumenzunahme ist gleich dem Betrag der Volumenabnahme. Wenn das elastische Element 8 zusammen mit einer solchen Volumenänderung der Flüssigkeitskammern 30 eine Verformung erfährt, fließt die magnetische Flüssigkeit 37 durch den Verbindungsdurchgang 35.
Umgekehrt, wenn das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach unten verschoben wird, wie in 11C gezeigt, erfahren die obere und untere erste Wand 31 eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite unter einem Neigungswinkel α entsprechend dem Betrag der Verschiebung nach unten geneigt zu werden. Andererseits erfährt die zweite Wand 32 fast keine Verformung in ihrem inneren Umfangsbereich, und nur der Teil davon, der sich radial außerhalb des Flanschbereichs 23 befindet, erfährt eine elastische Verformung, um von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite hin nach unten geneigt zu werden. Auch in diesem Fall ist der Neigungswinkel β des hochbiegesteifen Teils 38 der zweiten Wand 32 kleiner als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31, und der Neigungswinkel γ des niedrigbiegesteifen Teils der zweiten Wand 32, der radial außerhalb des hochbiegesteifen Teils 38 liegt, ist größer als der Neigungswinkel α der ersten Wände 31.
Infolge der obigen Verformung wird das Volumen der oberen linken Flüssigkeitskammer 30A und der oberen rechten Flüssigkeitskammer 30B jeweils größer als das in 11B gezeigte, während das Volumen der unteren vorderen Flüssigkeitskammer 30C und der unteren hinteren Flüssigkeitskammer 30D jeweils kleiner als das in 11B gezeigte wird. Wenn das elastische Element 8 bei einer solchen Volumenänderung der Flüssigkeitskammern 30 eine Verformung erfährt, fließt die magnetische Flüssigkeit 37 durch den Verbindungsdurchgang 35.
Wenn die magnetische Flüssigkeit 37 durch den Verbindungsdurchgang 35 fließt, wird, wenn an die Enden des Kupferdrahtes eine Spannung angelegt wird, um die Spule 12 mit elektrischem Strom zu versorgen, ein Magnetfeld um die Spule 12 herum erzeugt. Das innere Joch 11, das obere äußere Joch 41 und das untere äußere Joch 42 des inneren röhrenförmigen Elements 6 bilden zusammen einen Magnetkreis, und das Magnetfeld wird im Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 konzentriert.
Die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit gemäß der zweiten Ausführungsform kann ähnliche Vorteile bieten wie die erste Ausführungsform. Die Beaufschlagung des Magnetfeldes auf den Umfangsdurchgang 36 erhöht nämlich die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 37 im Verbindungsdurchgang 35. Folglich erhöht sich der Widerstand, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, und damit auch die Dämpfungskraft zur Dämpfung der auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkenden Schwingungen. Außerdem macht die Erhöhung des Widerstandes, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, das innere rohrförmige Element 6 weniger leicht beweglich im Vergleich zum äußeren rohrförmigen Element 7, wodurch die Steifigkeit der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit zunimmt. Somit ist es möglich, die Dämpfungskraft zur Dämpfung der Schwingung der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit durch die Steuerung der an die Spule 12 angelegten Spannung zu steuern.
«Dritte Ausführungsform »
Anschließend wird unter Bezugnahme auf die 12 und 13 eine Buchse mit variabler Steifigkeit 1 entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Elemente, die in Form oder Funktion denen der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine doppelte Beschreibung davon entfällt.
12 ist eine Schnittdarstellung ähnlich der 7 und zeigt die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit entsprechend der dritten Ausführungsform. Wie in 12 dargestellt, ist die Spule 12 in der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit der dritten Ausführungsform in einer axial mittleren Position in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt oder besteht aus einem Paar vertikal angeordneter zylindrischer Spulen 12 (eine obere erste Spule 12A und eine untere zweite Spule 12B). Zwischen der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B wird ein Spalt gebildet, und dieser Spalt wirkt mit dem zwischen dem oberen inneren Joch 16 und dem unteren inneren Joch 17 gebildeten Spalt (dem Magnetspalt 18) zusammen, um den Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 zu bilden.
Die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B sind so gestaltet, dass sie Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugen. Die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B bestehen jeweils aus zwei Kupferdrähten, die nicht elektrisch miteinander verbunden sind. Die beiden Endabschnitte der ersten Spule 12A und die beiden Endabschnitte der zweiten Spule 12B sind als Leitungsdrähte aus dem äußeren rohrförmigen Element 7 herausgeführt. Die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B werden gleichzeitig über die jeweiligen Leitungsdrahtpaare mit elektrischem Strom versorgt. Alternativ können die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B aus einem einzigen Kupferdraht bestehen und elektrisch miteinander verbunden sein, solange der Kupferdraht für die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B in unterschiedlichen Richtungen gewickelt ist. In diesem Fall werden die beiden Enden des einzelnen Kupferdrahtes, der die erste und zweite Spule 12A und 12B bildet, als Leitungsdrähte aus dem äußeren rohrförmigen Element 7 herausgeführt.
Wenn elektrischer Strom durch die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B fließt, erzeugen die erste Spule 12A und die zweite Spule 12B Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen. In der teilweise vergrößerten Ansicht von 12 und in 13 sind die Magnetfeldlinien, die den von den Spulen 12 erzeugten Magnetfeldern entsprechen, durch Pfeile gekennzeichnet. Das äußere Joch 13, das obere Innenjoch 16 und das untere Innenjoch 17 des äußeren rohrförmigen Elements 7 bilden zusammen einen Magnetkreis, und das Magnetfeld ist im Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 konzentriert. Der zwischen der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B gebildete Spalt dient nämlich auch als Magnetspalt 18.
In einer anderen Ausführung müssen das obere Innenjoch 16 und das untere Innenjoch 17 nicht den Spalt bilden, der den Umfangsdurchgang 36 dazwischen bildet, und können nur mit den Kerben 19 zur Verbindung des Verbindungsdurchgangs 35 mit den jeweiligen Flüssigkeitskammern 30 gebildet werden. In diesem Fall wird der Umfangsdurchgang 36 des Verbindungsdurchgangs 35 (nämlich der Magnetspalt 18) nur durch den zwischen der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B definierten Spalt gebildet.
Das Anlegen des Magnetfeldes an den Umfangsdurchgang 36 erhöht die Viskosität der magnetischen Flüssigkeit 37 im Verbindungsdurchgang 35.
Folglich erhöht sich der Widerstand, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, und damit auch die Dämpfungskraft zur Dämpfung der auf die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit wirkenden Schwingungen. Außerdem macht die Erhöhung des Widerstandes, der auf die durch den Verbindungsdurchgang 35 fließende magnetische Flüssigkeit 37 ausgeübt wird, das innere rohrförmige Element 6 weniger leicht beweglich im Vergleich zum äußeren rohrförmigen Element 7, wodurch die Steifigkeit der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit zunimmt. Somit ist es möglich, die Dämpfungskraft zur Dämpfung der Schwingung der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit durch die Steuerung der an die Spule 12 angelegten Spannung zu steuern.
Die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit gemäß der dritten Ausführungsform kann ähnliche Vorteile wie die erste Ausführungsform bieten. Außerdem besteht die Spule 12 in der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit gemäß der dritten Ausführung aus der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B, die so angeordnet sind, dass sie in Bezug auf die axiale Richtung an einer dem Umfangsdurchgang 36 entsprechenden Stelle axial voneinander beabstandet sind und Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugen. Dadurch werden die von der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B erzeugten Magnetfeldlinien alle zwischen der ersten Spule 12A und der zweiten Spule 12B konzentriert, wodurch sichergestellt wird, dass das Magnetfeld an den in dieser Position gebildeten Umfangsdurchgang 36 angelegt wird.
«Vierte Ausführungsform »
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 14 eine Buchse mit variabler Steifigkeit 1 gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Elemente, die in Form oder Funktion denen der ersten Ausführungsform ähnlich oder gleich sind, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden und eine doppelte Beschreibung davon entfällt.
14 ist eine Schnittdarstellung ähnlich der 7 und zeigt eine Buchse 1 mit variabler Steifigkeit entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 14 dargestellt, ist in der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit der vierten Ausführungsform die zweite Wand 32 des elastischen Elements 8 als ein von der oberen und unteren ersten Wand 31 getrenntes Element ausgebildet. Insbesondere sind die obere und untere erste Wand 31 einstückig mit einem zylindrischen Abschnitt 51 des elastischen Elements 8 ausgebildet, der die äußere Umfangsfläche des inneren rohrförmigen Elements 6 umgibt. Andererseits steht die zweite Wand 32 in elastischem Kontakt mit der äußeren Umfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 51 des elastischen Elements 8 und ist relativ zum zylindrischen Abschnitt 51 axial beweglich. In der zweiten Wand 32 ist der Flanschabschnitt 23 des Verstärkungselements 21 eingebettet, der sich im Wesentlichen mit dem äußeren rohrförmigen Element 7 bewegt.
Wenn das innere rohrförmige Element 6 relativ zum äußeren rohrförmigen Element 7 nach oben verschoben wird, erfahren die obere und untere erste Wand 31 eine elastische Verformung, so dass sie in einem Neigungswinkel α entsprechend dem Ausmaß der Verschiebung geneigt werden. Da andererseits die zweite Wand 32 mit dem Flanschabschnitt 23 in ihrem äußeren Umfangsabschnitt versehen ist und als ein vom zylindrischen Abschnitt 51 getrenntes Element ausgebildet ist, erfährt der äußere Umfangsabschnitt der zweiten Wand 32 fast keine Verformung und die innere Umfangsfläche der zweiten Wand 32 gleitet relativ zum zylindrischen Abschnitt 51. Mit anderen Worten, die zweite Wand 32 stellt einen Kolben 52 dar, der am äußeren rohrförmigen Element 7 befestigt ist und relativ zum inneren rohrförmigen Element 6 gleiten kann.
In der wie oben gestalteten Buchse mit variabler Steifigkeit 1 wird die Volumendifferenz, die zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern 30 bei einer axialen Verschiebung zwischen dem inneren rohrförmigen Element 6 und dem äußeren rohrförmigen Element 7 entsteht, für einen bestimmten Betrag der axialen Verschiebung erhöht, wodurch die Änderungsrate der axialen Steifigkeit der Buchse mit variabler Steifigkeit 1 erhöht wird.
Im Folgenden werden beispielhafte Anwendungen der oben beschriebenen Buchse 1 mit variabler Steifigkeit beschrieben.
15 zeigt ein Beispiel, bei dem die in den vorstehenden Ausführungen gezeigte Buchse 1 mit variabler Steifigkeit in der Aufhängung 101 eines Automobils verwendet wird. Diese Aufhängung 101 ist eine Hinterradaufhängung, die so konfiguriert ist, dass sie ein linkes Hinterrad 102 trägt und aus einer Einzelradaufhängung (genauer gesagt einer Doppelquerlenkeraufhängung) besteht. Wie in 15 dargestellt, umfasst die Aufhängung 101 einen Längslenker 103, einen Oberlenker 104, einen ersten Unterlenker 105, einen zweiten Unterlenker 106, eine Feder 107 und einen Stoßdämpfer 108.
Der Längslenker 103 ist ein in Längsrichtung verlaufendes Element, dessen vorderes Ende über eine Buchse 109 schwenkbar am Fahrzeugaufbau 112 (siehe 16) gelagert ist. Das linke Hinterrad 102 ist am hinteren Ende des Längslenkers 103 drehbar gelagert.
Der erste Unterlenker 105 ist ein Blechteil, das sich im Wesentlichen in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt und dessen äußeres Ende schwenkbar mit dem Längslenker 103 verbunden ist. Der Längslenker 103 ist mit einem Paar plattenförmiger Halterungen 110 versehen, die so angeordnet sind, dass sie in Längsrichtung voneinander beabstandet sind, und jede Halterung 110 ist mit einem durchgehenden Loch versehen, das im Wesentlichen in Längsrichtung durch sie hindurchgeht. Das äußere Ende des ersten unteren Lenkers 105 ist mit einer Buchse 1 mit variabler Steifigkeit ausgestattet, und ein Bolzen, der durch das Bolzeneinführloch 4 der Buchse 1 mit variabler Steifigkeit geführt wird, wird durch die Durchgangslöcher der Halterungen 110 des Längslenkers 103 geführt und an diesen befestigt, wobei das äußere Ende des ersten Unterlenkers 105 über die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit schwenkbar mit dem Längslenker 103 verbunden ist. Das innere Ende des ersten Unterlenkers 105 ist über eine weitere Buchse 1 mit variabler Steifigkeit in ähnlicher Weise schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie 112 verbunden.
Der zweite Unterlenker 106 ist ein Element, das sich im Wesentlichen in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt und dessen äußeres Ende schwenkbar mit dem Längslenker 103 und dessen inneres Ende schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie 112 verbunden ist. Die Fahrzeugkarosserie 112 hat einen Teil, der sich über dem zweiten Unterlenker 106 befindet, und die Feder 107 ist zwischen der Fahrzeugkarosserie 112 und dem zweiten Unterlenker 106 angeordnet. Der Stoßdämpfer 108 hat ein unteres Ende, das schwenkbar mit dem zweiten Unterlenker 106 verbunden ist, und ein oberes Ende, das von der Fahrzeugkarosserie 112 getragen wird. Die Feder 107 und der Stoßdämpfer 108 fungieren als Stoßdämpfer zur Absorption von Schwingungen, die von der Straßenoberfläche auf den Fahrzeugaufbau 112 übertragen werden.
Ähnlich wie der erste Unterlenker 105 ist der Oberlenker 104 ein Element, das sich im Wesentlichen in Richtung der Fahrzeugbreite erstreckt und ein äußeres Ende aufweist, das über eine Buchse 1 mit variabler Steifigkeit schwenkbar mit dem zweiten Unterlenker 106 verbunden ist, und ein inneres Ende, das über eine weitere Buchse 1 mit variabler Steifigkeit schwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie 112 verbunden ist, und zwar auf ähnliche Weise wie beim ersten Unterlenker 105. Diese Buchsen 1 mit variabler Steifigkeit können jeweils durch jede der in den vorstehenden Ausführungen gezeigten Buchsen 1 mit variabler Steifigkeit realisiert werden.
16 zeigt ein Beispiel, bei dem die in den vorstehenden Ausführungen gezeigte steife Buchse 1 in einer Motoraufhängung eines Automobils verwendet wird. Ein Motor 113 wird in einem vorderen Teil der Fahrzeugkarosserie 112 des Automobils in einer Querposition platziert. Der Motor 113 ist integral mit einem Getriebe 114 versehen, und der Motor 113 und das Getriebe 114 bilden ein Antriebsaggregat 115. Das Antriebsaggregat 115 wird von der Fahrzeugkarosserie 112 über zwei Motorlager 116, 117 (ein Seitenlager und ein Längslager) und eine Drehmomentstütze 118 getragen.
Die beiden Motorlager 116, 117 sind so gestaltet, dass sie die Hauptlast (Eigengewicht) des Antriebsaggregats 115 tragen und sich auf der Hauptträgheitsachse des gesamten Antriebsaggregats 115 befinden. Andererseits ist die Drehmomentstütze 118 an einem Längsende mit dem Motor 113 und an einem anderen Längsende mit der Fahrzeugkarosserie 112 verbunden. Dabei ist zu beachten, dass bei nur den beiden Motorlagern 116, 117 das Antriebsaggregat 115 aufgrund des Antriebsmoments des Motors 113 um eine Rollachse (Hauptträgheitsachse) rollen kann, die Drehmomentstütze 118 jedoch das Rollen des Antriebsaggregats 115 verhindert. Jedes Ende der Drehmomentstütze 118 ist mit einer Buchse 1 mit variabler Steifigkeit versehen, die durch jede der in den vorstehenden Ausführungen gezeigten Buchsen 1 mit variabler Steifigkeit realisiert werden kann.
Außer der Aufhängung 101 und der Motorhalterung, wo die Schwingungen im Fahrzeug erzeugt werden, kann die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit an verschiedenen Stellen verwendet werden, wo Schwingungen erzeugt werden können, wie z.B. in einer Motoraufhängung. Die Buchse 1 mit variabler Steifigkeit kann auch in anderen Bereichen als dem Automobil verwendet werden, in denen Vibrationen erzeugt werden können.
Die vorliegende Erfindung wurde im Vorstehenden in Bezug auf ihre konkreten Ausführungsformen beschrieben, aber verschiedene Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung sind möglich, ohne durch die vorstehenden Ausführungsformen eingeschränkt zu sein. Zum Beispiel stellt in den vorstehenden Ausführungen die Gesamtheit des äußeren rohrförmigen Elements 7 oder des inneren rohrförmigen Elements 6 ein Joch dar, aber es ist nur erforderlich, dass das Joch in dem äußeren rohrförmigen Element 7 oder dem inneren rohrförmigen Element 6 enthalten ist, und das äußere rohrförmige Element 7 oder das innere rohrförmige Element 6 kann ein Teil aus einem Metall mit geringer Permeabilität umfassen.
Außerdem kann die konkrete Struktur, Anordnung, Anzahl, Winkel, Material usw. der Bestandteile der vorgenannten Ausführungsformen im Rahmen der vorliegenden Erfindung entsprechend geändert werden. Auch sind nicht unbedingt alle in den vorgenannten Ausführungsformen dargestellten Konstruktionselemente unentbehrlich und können selektiv als geeignet übernommen werden. Die Strukturen der vorstehenden Ausführungsformen können gegebenenfalls kombiniert werden.
Eine Buchse mit variabler Steifigkeit umfasst: innere und äußere rohrförmige Elemente und ein elastisches Element, das diese rohrförmigen Elemente verbindet. In dem elastischen Element ist mindestens ein Paar axial voneinander getrennter Flüssigkeitskammern angeordnet. Die Flüssigkeitskammern sind durch einen Verbindungsdurchgang verbunden, der einen in einem der inneren und äußeren rohrförmigen Elemente vorgesehenen Umfangsdurchgang enthält. Das innere oder das äußere rohrförmige Element enthält eine koaxial dazu gewickelte Spule und ein Joch, das mit einem Spalt versehen ist, der den Umfangsdurchgang bildet. Eine magnetische Flüssigkeit füllt die Flüssigkeitskammern und den Verbindungsdurchgang. Obere und untere Stirnwände und eine axiale Zwischentrennwand des elastischen Elements sind so gestaltet, dass bei einer axialen Verschiebung der rohrförmigen Elemente relativ zueinander eine Volumendifferenz zwischen den axial getrennten Flüssigkeitskammern entsteht.

Claims

Eine Buchse mit variabler Steifigkeit (1), bestehend aus: einem inneren rohrförmigen Element (6); einem äußeren rohrförmigen Element (7), das koaxial um das innere rohrförmige Element herum angeordnet ist, wobei ein vorgeschriebener Spalt zwischen dem äußeren rohrförmigen Element und dem inneren rohrförmigen Element definiert ist; ein röhrenförmiges elastisches Element (8), das das innere röhrenförmige Element und das äußere röhrenförmige Element verbindet; mindestens ein Paar von Flüssigkeitskammern (30), die in dem elastischen Element so angeordnet sind, dass sie axial voneinander getrennt sind; einen Verbindungsdurchgang (35), der einen in dem inneren rohrförmigen Element oder dem äußeren rohrförmigen Element vorgesehenen und sich in einer Umfangsrichtung erstreckenden Umfangsdurchgang (36) aufweist, wobei der Verbindungsdurchgang das mindestens eine Paar von Flüssigkeitskammern miteinander verbindet; eine Spule (12), die koaxial mit dem inneren oder dem äußeren rohrförmigen Element gewickelt und in dem einen von beiden angeordnet ist; ein Joch (11, 13), das in dem einen von dem inneren rohrförmigen Element und dem äußeren rohrförmigen Element angeordnet und mit einem Spalt (18) versehen ist, der den Umfangsdurchgang bildet; und eine magnetische Flüssigkeit (37), die das mindestens eine Paar Flüssigkeitskammern und den Verbindungsdurchgang füllt, wobei das elastische Element ein Paar erster Wände (31), die axial entgegengesetzte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definieren, und eine zweite Wand (32), die axial zugewandte Enden des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern definiert, aufweist, und das Paar erster Wände und die zweite Wand so gestaltet sind, dass bei einer axialen Verschiebung des inneren und des äußeren rohrförmigen Elements relativ zueinander eine Differenz zwischen den Volumina des mindestens einen Paares von Flüssigkeitskammern entsteht.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach Anspruch 1, wobei das Paar erster Wände (31) und die zweite Wand (32) so gestaltet sind, dass, wenn das innere rohrförmige Element (6) und das äußere rohrförmige Element (7) axial relativ zueinander verschoben werden, ein Neigungswinkel (β) mindestens eines Teils der zweiten Wand kleiner wird als ein Neigungswinkel (α) jeder ersten Wand des Paars erster Wände.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Wand (32) einen Abschnitt (38) mit hoher Biegesteifigkeit aufweist, der sich radial über einen Teil der zweiten Wand erstreckt.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach Anspruch 3, wobei der Abschnitt (38) mit hoher Biegesteifigkeit ein Verstärkungselement (21) enthält, das in/auf der zweiten Wand (32) vorgesehen ist.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach Anspruch 4, wobei das Verstärkungselement (21) in die zweite Wand (32) eingebettet ist, so dass es zusammen mit dem inneren rohrförmigen Element (6) oder dem äußeren rohrförmigen Element (7) axial beweglich ist, und das Verstärkungselement (21) ein ringförmiges Teil (22), das so angeordnet ist, dass es sich, in radialer Richtung gesehen, über den Umfangsdurchgang erstreckt, und einen Flanschabschnitt (23) umfasst, der sich von dem ringförmigen Teil in einer Richtung weg von dem Umfangsdurchgang erstreckt und ein Spitzenende aufweist, das von einem anderen des inneren rohrförmigen Elements (6) und des äußeren rohrförmigen Elements (7) beabstandet ist.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Verstärkungselement (21) zumindest teilweise in das elastische Element (8) eingebettet ist und nicht in Kontakt mit dem Joch (11, 13) steht.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Verstärkungselement (21) aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Wand (32) einen Kolben (52) bildet, der an einem der inneren und äußeren rohrförmigen Elemente befestigt ist und relativ zu dem anderen der inneren und äußeren rohrförmigen Elemente verschiebbar ist.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Spule (12) aus einer ersten Spule (12A) und einer zweiten Spule (12B) besteht, die so angeordnet sind, dass sie an einer Position, die dem Umfangsdurchgang (36) in Bezug auf eine axiale Richtung entspricht, axial voneinander beabstandet sind und so gestaltet sind, dass sie Magnetfelder in zueinander entgegengesetzten Richtungen erzeugen.
Buchse mit variabler Steifigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das mindestens eine Paar von Flüssigkeitskammern zwei Flüssigkeitskammern (30A, 30B), die einander in einer ersten radialen Richtung auf einer Seite in Bezug auf eine axiale Richtung gegenüberliegen, und zwei Flüssigkeitskammern (30C, 30D), die einander in einer zweiten radialen Richtung orthogonal zu der ersten radialen Richtung auf einer anderen Seite in Bezug auf die axiale Richtung gegenüberliegen, umfasst, und die vier Flüssigkeitskammern in Verbindung mit dem Umfangsdurchgang stehen.