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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer zur
Verwendung in einem Kraftfahrzeug; und insbesondere einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer, welcher
eine magnetorheologische (MR)-Flüssigkeit
und eine hydraulische Flüssigkeit
verwendet. Das aus dem Stand der Technik bekannte Dokument EP-A-0
607 545 weist die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 auf.
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Üblicherweise
sind Kraftfahrzeuge mit einem Dämpfungssystem
ausgestattet, um die Straßenhaftung
zu verbessern und um Fahrkomfort für die Insassen zu schaffen.
Das Dämpfungssystem
weist Federn und Schwingungsdämpfer
auf. Die Schwingungsdämpfer
sind parallel zu den Federn angeordnet, um die Vibrationen der Federn
zu dämpfen.
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Die
Schwingungsdämpfer
verwenden ein Flüssigkeits-Fließsystem,
welches entweder eine hydraulische Flüssigkeit mit einer konstanten
Viskosität oder
eine Flüssigkeit
mit einer veränderlichen
Viskosität,
z.B. eine magnetorheologische (MR)-Flüssigkeit, aufweist. Die Verwendung
einer MR-Flüssigkeit ist
dahingehend vorteilhaft, dass die Viskosität derselben durch das Aufbringen
eines magnetischen Feldes gesteuert werden kann, um eine Dämpfkraft, welche
auf die Federn wirkt, abhängig
von einer Fahrbedingung einzustellen.
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Genauer
ausgedrückt
ist eine MR-Flüssigkeit
eine frei fließende
Flüssigkeit
mit einer Viskosität. Wenn
diese Flüssigkeit
einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, kann sie in Millisekunden
in einen annähernden
Feststoff umgewandelt werden; und mit der Entfernung des magnetischen
Feldes kann die Flüssigkeit
genauso schnell wieder in ihren flüssigen Zustand zurückgeführt werden.
Der Grad der Änderung
der Viskosität
der MR-Flüssigkeit
ist proportional zu der Höhe
des aufgebrachten magnetischen Feldes.
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Die 1 und 2 sind
Schnittansichten, welche einen konventionellen Schwingungsdämpfer darstellen,
der von einer MR-Flüssigkeit
Gebrauch macht, sowie eine vergrößerte Schnittansicht,
welche eine in 1 dargestellte Kolbenanordnung zeigt,
die in dem US-Patent 5,284,330 mit dem Titel "MAGNETORHEOLOGICAL FLUID DEVICE", veröffentlicht
am 11. Januar 1994, beschrieben ist.
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Der
Schwingungsdämpfer 10 weist
zwei Hauptbestandteile auf: ein Gehäuse 20 und eine Kolbenanordnung 30.
Das Gehäuse 20 weist
ein Volumen einer magnetorheologischen (MR)-Flüssigkeit auf. Das Fluid beinhaltet
Karbonyleisenpartikel, welche in Silikonöl schwebend verteilt sind.
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Das
Gehäuse 20 besteht
im allgemeinen aus einem zylindrischen Rohr mit einem ersten abgeschlossenen
Ende 22. Eine zylindrische Buchse 25 kann an einem
inneren Zylinder mittels einer konventionellen Einrichtung, z.B.
einer Presspassung, Schweißen
oder einem Klebemittel, angebracht sein, um die Querschnittsfläche des
Gehäuses 20 zu
vergrößern. Der
Zylinder ist an einem zweiten Ende desselben mittels eines Endelements 26 abgeschlossen. Eine
erste Dichtung 27 erstreckt sich über einen äußeren Umfang des Endelements 26,
um ein Lecken von Flüssigkeit
zwischen dem Gehäuse 20 und
dem Endelement 26 zu verhindern.
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Eine
zweite ringförmige
Dichtung 28 ist in einer Nut in einem inneren Umfang des
Endelements 26 untergebracht und dichtet gegenüber einer
Kolbenstange 32. Ein Abstreifer 29 kann verwendet
werden, um die MR-Flüssigkeit
von der Oberfläche
der Kolbenstange 32 abzustreifen, um den Verlust von MR-Flüssigkeit über die
zweite ringförmige
Dichtung 28 zu minimieren.
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Das
Gehäuse 20 ist
mit einem Schwimmkolben 21 versehen, um die MR-Flüssigkeit
von einem Druckspeicher 23 abzutrennen. Der Druckspeicher 23 ist
erforderlich, um ein Fluid aufzunehmen, welches von der Kolbenstange 32 verschoben
wird, sowie um eine thermische Ausdehnung der Flüssigkeit zu ermöglichen.
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Die
Kolbenanordnung 30 ist in 2 detaillierter
dargestellt. Ein Kolbenboden 34 ist in der Form einer Trommel
ausgebildet und weist einen oberen, sich nach außen erstreckenden Flansch 36 und
einen unteren, sich nach außen
erstreckenden Flansch 38 auf. Eine Spule 40 ist
auf den spulenförmigen
Kolbenkopf 34 zwischen dem oberen Flansch 36 und dem
unteren Flansch 38 aufgewickelt. Der Kolbenkopf 34 besteht
aus einem magnetisch permeablen Material, wie zum Beispiel Stahl
mit einem geringen Kohlenstoffanteil. Führungsschienen 42 sind
um eine Außenseite
des Kolbenkopfes 34 mit bestimmten Abständen voneinander angebracht.
Wie in den 1 und 2 dargestellt,
sind vier Führungsschienen 42 so
dargestellt, dass sie gleichmäßig um einen
Umfang des Kolbenkopfes 34 verteilt sind.
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Eine
elektrische Verbindung zu der Spule 40 ist mittels Leitungsdrähten 45 und 47 durch
die Kolbenstange 32 hergestellt. Der erste Leitungsdraht 45 ist
mit einem ersten Ende einer elektrisch leitenden Stange 48 verbunden,
welche sich durch die Kolbenstange 32 zu einem Phono-Jack-Verbinder 46 erstreckt.
Eine mittlere Verbindung des Phono-Jack ist mit einem ersten Ende 39 der
Spule 40 verbunden. Ein zweites Ende 42 von Windungen
der Spule 40 ist an einer "Masse"-Verbindung auf einer Außenseite des
Phono-Jack 46 angebracht. Ein elektrischer Rückweg weist
dann die Kolbenstange 32 und die Masseleitung 47 auf.
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Ein
derartiger MR-Schwingungsdämpfer weist
jedoch einige ihm innewohnende Nachteile auf. Erstens, weil die
MR-Flüssigkeit
auch in der Abwesenheit eines magnetischen Feldes eine höhere Viskosität als die
konventio nelle hydraulische Flüssigkeit
aufweist, tendiert der MR-Schwingungsdämpfer dazu, eine härtere Dämpfkraft
gegenüber
von außen auf
denselben aufgebrachten Kräften
auszuüben, was
zu einem verschlechterten Fahrkomfort unter bestimmten Umständen führt. Des
weiteren ist die MR-Flüssigkeit
teuer, wodurch die Herstellungskosten des Schwingungsdämpfers erhöht werden.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer zu schaffen,
welcher eine magnetorheologische Flüssigkeit und eine hydraulische
Flüssigkeit
verwendet.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Zweirohr-Schwingungsdämpfer geschaffen,
welcher folgendes aufweist: einen äußeren Zylinder, welcher eine
erste Arbeitskammer aufweist; einen inneren Zylinder, welcher innerhalb
der ersten Arbeitskammer angeordnet ist und eine zweite Arbeitskammer aufweist,
wobei die erste und die zweite Arbeitskammer jeweils mit einer hydraulischen
Flüssigkeit
und einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt sind; einen
ersten Kolben, der beweglich in der ersten Arbeitskammer eingesetzt
ist; einen zweiten Kolben, der eine beweglich in der zweiten Arbeitskammer
eingesetzte Spule aufweist, wobei jeder der Kolben eine oder mehrere Öffnungen
aufweist; eine oder mehrere erste Kolbenstangen zum Überführen des
ersten Kolbens in eine Hin- und Herbewegung; und eine zweite Kolbenstange
zum Überführen des
zweiten Kolbens in eine Hin- und Herbewegung.
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Die
oben genannten sowie weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
deutlicher, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen angegeben sind,
in welchen:
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1 eine
schematische Schnittansicht ist, welche einen zuvor beschriebenen
Schwingungsdämpfer
darstellt, der eine magnetorheologische Flüssigkeit verwendet;
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2 eine
vergrößerte Schnittansicht
zeigt, welche eine in dem in 1 gezeigten
Schwingungsdämpfer
eingebaute Kolbenanordnung darstellt;
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3 eine
schematische Schnittansicht bietet, welche einen Zweirohr-Schwingungsdämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt, welcher sowohl eine magnetorheologische Flüssigkeit
als auch eine hydraulische Flüssigkeit
verwendet;
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4 eine
perspektivische Ansicht repräsentiert,
die eine Kolbenanordnung darstellt, die in den in 3 gezeigten
Zweirohr-Schwingungsdämpfer
eingebaut ist; und
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5 eine
vergrößerte Schnittansicht
des in 3 gezeigten Bereichs "A" zur
Verfügung
stellt.
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Ein
erfindungsgemäßer Zweirohr-Schwingungsdämpfer 100 zur
Verwendung in einem Fahrzeug, z.B. einem Automobil, weist eine Zylinderanordnung 110 und
eine Kolbenanordnung 130 auf, wie in 3 dargestellt.
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Die
Zylinderanordnung 110 ist mit einem äußeren Zylinder 112,
welcher eine äußere und
eine innere Fläche 121, 122 aufweist,
und einem inneren Zylinder 114, welcher eine äußere und
eine innere Fläche 123, 124 aufweist,
versehen. Der äußere Zylinder 112 beinhaltet
in demselben eine erste Arbeitskammer 116. Der innere Zylinder 114 ist
innerhalb der ersten Arbeitskammer 116 angeordnet und beinhaltet
darin eine zweite Arbeitskammer 118. Die erste und die
zweite Arbeitskammer 116, 118 sind jeweils mit
einer hydraulischen Flüssigkeit 126,
welche eine konstante, niedrige Viskosität aufweist, und einer magnetorheologischen
(MR)-Flüssigkeit 128 gefüllt, welche
eine veränderliche
Viskosität
aufweist. Die erste und die zweite Arbeitskammer 116, 118 sind voneinander
isoliert, um zu verhindern, dass sich die hydraulische Flüssigkeit 126 und
die MR-Flüssigkeit 128 dazwischen
vermischen.
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Wie
in den 3 und 4 dargestellt, ist die Kolbenanordnung 130 mit
einem ersten Kolben 132, einem zweiten Kolben 142,
drei ersten Kolbenstangen 152, einer zweiten Kolbenstange 154 und
einer Stangenbefestigung 156 versehen, wie in 4 dargestellt.
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Der
erste Kolben 132, welcher eine äußere und eine innere Umfangswand 133, 134 aufweist,
ist beweglich in die erste Arbeitskammer 116 eingesetzt, wobei
seine äußere Umfangswand 133 horizontal benachbart
zu der inneren Fläche 122 des äußeren Zylinders 112 und
seine innere Umfangswand 134 horizontal benachbart zu der äußeren Fläche 123 des
inneren Zylinders 114 ist. Der erste Kolben 132 weist
drei erste Öffnungen 135 zur
Schaffung von vertikalen Fließwegen
für die
hydraulische Flüssigkeit 126 in
der ersten Arbeitskammer 116 auf. Der erste Kolben 132 weist
des weiteren ein erstes und ein zweites Dichtungselement 136, 137 auf,
welche z.B. aus Teflon oder ähnlichem
hergestellt sind, wobei das erste und das zweite Dichtungselement 136, 137 jeweils
an der äußeren Umfangswand 133 und an
der inneren Umfangswand 134 des ersten Kolbens 132 angebracht
sind, um zu verhindern, dass die hydraulische Flüssigkeit 126 weder
entlang der äußern noch
der inneren Umfangswand 133, 134 des ersten Kolbens 132 strömt.
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Der
zweite Kolben 142, der eine äußere Umfangswand 143 aufweist,
ist beweglich in die zweite Arbeitskammer 118 eingesetzt,
wobei seine äußere Umfangswand 143 horizontal
angrenzend zu der inneren Fläche 124 des
inneren Zylinders 114 ist. Der zweite Kolben 142 weist
drei zweite Öffnungen 144 auf,
um vertikale Fließwege
für die
MR-Flüssigkeit 128 in
der zweiten Arbeitskammer 118 zu bilden. Der zweite Kolben 142 weist
des weiteren ein drittes Dichtungselement 145 auf, welches
aus z.B. Teflon oder ähnlichem
hergestellt ist und an der äußeren Umfangswand 143 angebracht
ist, um zu ver hindern, dass die MR-Flüssigkeit 128 entlang
der äußeren Umfangswand 143 des
zweiten Kolbens 142 strömt.
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Obwohl
die Anzahl der Öffnungen 135 und diejenige
der Öffnungen 144 in
der oben angegebenen Beschreibung jeweils vorzugsweise drei ist,
ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt. Abhängig von
der maximalen Höhe
der Dämpfkraft, welche
für den
Zweirohr-Schwingungsdämpfer 100 der
vorliegenden Erfindung erforderlich ist, können eine oder mehrere erste
und zweite Öffnungen 135, 144 in
dem ersten Kolben 132 bzw. dem zweiten Kolben 142 gebildet
sein.
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Wie
in 5 dargestellt, ist der zweite Kolben 142 so
ausgebildet, dass er einen Magnetfeldgenerator bildet, z.B. ein
Solenoid, und zwar derart, dass der zweite Kolben 142 als
eine Spule bzw. Trommel geformt ist und einen oberen und einen unteren
Flansch 146, 147 aufweist und aus einem magnetisch
permeablen Material, z.B. Ferrit, Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt
oder ähnlichem,
hergestellt ist und des weiteren an seiner äußeren Umfangswand 143 zwischen
dem oberen und dem unteren Flansch 146, 147 mit
einer Spule 148 umgeben ist. Folglich wird, wenn ein elektrischer
Strom an der Spule 148 angelegt wird, um den zweiten Kolben 142 ein
magnetisches Feld erzeugt, welches wiederum die Viskosität der MR-Flüssigkeit 128,
welche durch die zweiten Öffnungen 144 strömt, ändert.
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Zurückkehrend
auf die 3 und 4 sind drei
der ersten Kolbenstangen 142 zum Überführen des ersten Kolbens 132 in
eine Hin- und Herbewegung starr mit dem ersten Kolben 132 an
einem Ende desselben verbunden. Während die Anzahl der ersten
Kolbenstangen 142 in der oben angegebenen Beschreibung
vorzugsweise drei ist, ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht
beschränkt.
Unter Betrachtung verschiedener mechanischer Faktoren, z.B. Balance,
Zugkraft, Druckkraft oder ähnlichem,
welche auf die ersten Kolbenstangen 152 aufgebracht werden,
können
eine oder mehrere erste Kolbenstangen 152 starr mit dem
ersten Kolben 132 verbunden sein.
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Die
zweite Kolbenstange 154 zum Überführen des zweiten Kolbens 142 in
eine Hin- und Herbewegung ist starr mit dem zweiten Kolben 142 an
einem Ende desselben verbunden. Die zweite Kolbenstange 154 weist
eine innere Ausnehmung 158 auf, an welcher elektrische
Verbindungen (nicht dargestellt) zum Anlegen des elektrischen Signals
auf die Spule 148 installiert sind.
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Einander
gegenüberliegende
Enden der ersten Kolbenstangen 152 und der zweiten Kolbenstange 154 sind
an der Kolbenbefestigung 156 auf eine solche Art und Weise
angebracht, dass die Hin- und Herbewegungen des ersten Kolbens 132 und
des zweiten Kolbens 142 während des Betriebs des Zweirohr-Schwingungsdämpfers 100 voneinander abhängig und
deckungsgleich zueinander sind.
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Der
Zweirohr-Schwingungsdämpfer 100 weist
des weiteren eine Anzahl von ersten und zweiten Dichtungsteilen 160, 161,
einen ersten und einen zweiten Schwimmkolben 163, 164 und
einen ersten und einen zweiten Speicher 165, 166 auf.
Die ersten und zweiten Dichtungsteile 160, 161 verhindern
jeweils, dass die hydraulische Flüssigkeit 126 und die MR-Flüssigkeit 128 entlang
der ersten Kolbenstangen 152 bzw. der zweiten Kolbenstange 154 lecken. Der
erste und der zweite Schwimmkolben 163, 164 sind
jeweils beweglich in den äußeren Zylinder 112 und
den inneren Zylinder 114 eingesetzt. Jeder der Speicher 165, 166 ist
mit einem Gas, z.B. Stickstoff, gefüllt, wobei der erste und der
zweite Speicher 165, 166 jeweils erforderlich
sind, um sowohl die hydraulische und die MR-Flüssigkeit 126, 128,
welche durch die ersten Kolbenstangen 152 und die zweite
Kolbenstange 154 verschoben wurden, aufzunehmen als auch
eine thermische Ausdehnung der hydraulischen und der MR-Flüssigkeit 126, 128 zu
erlauben.
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Wie
aus dem oben Genannten deutlich wird, sollte klar sein, dass der
Zweirohr-Schwingungsdämpfer 100 der
vorliegenden Erfindung sowohl die hydraulische Flüssigkeit 126 in
der ersten Kammer 116 als auch die MR-Flüssigkeit 128 in
der zweiten Kammer 118 verwendet. Demzufolge kann der Zweirohr-Schwingungsdämpfer feinfühlig auf
den auf denselben aufgebrachten Impuls reagieren, und zwar durch
Verwendung der hydraulischen Flüssigkeit 126,
welche eine relativ niedrige Viskosität aufweist, und kann gleichzeitig
die Dämpfkraft
durch die Verwendung der MR-Flüssigkeit,
welche eine einstellbare Viskosität aufweist, unter Berücksichtigung
verschiedener Faktoren, z.B. Fahrbedingungen, Bedienungselemente
des Fahrers und so weiter, modulie ren. Des weiteren wird die teure
MR-Flüssigkeit 128 lediglich
in der zweiten Arbeitskammer 118 des inneren Zylinders 114 verwendet,
wodurch die Menge der benötigten
MR-Flüssigkeit 128 verringert
und somit die Herstellungskosten des Zweirohr-Schwingungsdämpfers 100 verringert
werden.
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Während die
vorliegende Erfindung dargestellt und unter Bezugnahme auf die speziellen
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird dem Fachmann deutlich werden, dass
viele Veränderungen
und Modifikationen durchgeführt
werden können,
ohne von dem Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt
ist, abzuweichen.