Die dritte Generation magnetorheologischer Dämpfer

29.07.2011 16:29 Uhr Gernot Goppelt

MagneRide-Dämpfer nutzen eine magnetorheologische Flüssigkeit, die bei Anlegen eines Magnetfeldes zäher wird. In der dritten Generation soll sich die Viskosität praktisch verzögerungsfrei verändern lassen

Hannover, 29. Juli 2011 – Konventionelle Fahrwerke sind nie ideal abgestimmt. Die Entwickler müssen bei der Abstimmung von Federn und Dämpfern einen Kompromiss zwischen Komfort und Fahrsicherheit finden. Die Dämpfung muss einerseits zäh genug sein, um ein Aufschwingen des Fahrzeugs zu verhindern – im Idealfall kehrt ein Rad unmittelbar nach Überfahren einer Unebenheit in seine Grundstellung zurück. Die Dämpfung muss andererseits geschmeidig genug sein, um zum Beispiel bei leichten Anregungen ein Einfedern zuzulassen. Dazu kommen Unterschiede in der Anwendung: Ein Sportwagen stellt andere Anforderungen als eine Luxuskarosse, in den USA mögen es die Menschen weicher als in Deutschland.

Schwingungen im Griff

Ein Teil des Auslegungs-Dilemmas lässt sich mit variablen Dämpfern lösen. Bei gängigen Systemen besteht das Grundprinzip darin, mit elektronisch angesteuerten Ventilen den Ölfluss im Dämpferrohr zu variieren, ein Verfahren, das mittlerweile sogar im Motorradbau [1] Einzug gefunden hat. Der Vorteil der elektronischen Dämpfer: Weil sich ihr Verhalten an das Schwingungsverhalten der Federn anpassen lässt, kann ein Fahrwerk komfortabler und gleichzeitig fahrstabiler ausgelegt werden als eine konventionelle Lösung. Zum Beispiel so: Die Räder schwingen hochfrequent mit sehr geringem und gleichmäßigem Hub, das Steuergerät wählt deswegen eine Kennlinie mit geringer Dämpfung für einen hohen Grundkomfort.

Die dritte Generation magnetorheologischer Dämpfer (0 Bilder) [2]

[3]

Weil die Ventile elektronisch gesteuert werden, kann die Dämpfung zudem mit den übrigen Fahrwerkregelsystemen verknüpft werden. Signale von ABS, ESP oder schlicht dem Lenkwinkelsensor, verknüpft mit der Information über Motorlast oder Geschwindigkeit, lassen eine Anpassung der Dämpfung an die fahrdynamischen Anforderungen zu. Das erlaubt zum Beispiel eine strammere Dämpfung bei Kurvenfahrt, um Wankbewegungen vor vornherein zu erschweren. Das unterscheidet elektronische Dämpfer von selbstregelnden Systemen, bei denen einzig Schwingungshub und -amplitude auswertbar sind. Immerhin haben sie den großen Vorteil, als funktional geschlossene Systeme problemlos als Nachrüstlösung angeboten werden zu können.

Neben Dämpfersystemen, die auf Grundlage elektronisch angesteuerter Ventile arbeiten, haben sich in kleinerem Umfang magnetorheologische Dämpfer im Markt etabliert. Die Entwicklung stammt ursprünglich vom US-Zulieferer Delphi, wird aber nach einer Ausgliederung der Fahrwerkssparte heute von der BWI Group weiterentwickelt und vertrieben. Bei den so genannten MagneRide-Dämpfern gibt es keine elektronisch gesteuerten Ventile, sondern man dreht gewissermaßen den Spieß um und verändert stattdessen die effektive Viskosität des Dämpferöls. Das hat zunächst einmal den Vorteil, dass die aufwendigen elektronisch gesteuerten Ventile nicht benötigt werden, soll aber auch eine bessere Reaktionsfähigkeit und ein größeres Dämpfungsspektrum möglich machen.

Zäh unter Strom

Die Dämpferflüssigkeit ist eine Emulsion aus einem synthetischen Öl und winzig kleinen magnetischen Partikel, die darin schwimmen. Im Normalzustand hat die Flüssigkeit eine geringe Viskosität, was eine komfortable Dämpfung zur Folge hat. Wenn aber ein Magnetfeld angelegt wird – im Dämpferkolben sind dazu Spulen eingebracht – richten sich die Magnetpartikel aus, legen sich in den Kolbenkanälen quer zur Strömungsrichtung, sodass der Durchfluss des Öls gehemmt wird. Innerhalb von Millisekunden lässt sich auf diese Weise die Viskosität elektrisch verändern, ohne dass dazu ein zusätzliches, bewegtes Bauteil erforderlich wäre.

In Deutschland wurde die Technik vor allem durch ihren Einsatz im Audi TT bekannt. Derzeit bietet Audi magnetorheologische Dämpfer außer im TT auch im R8, im A8 und dem A3 an – Audi nennt die Technik "magnetic ride". Bei Ferrari kommt MagneRide beim 599 GTB Fiorano, California und dem 458 Italia zum Einsatz. In den USA wird es unter anderem bei der Corvette ZR-1 und dem Cadillac CTS-V eingesetzt oder bei den SUV-Modellen Cadillac Escalade und Acura MDX. Eine in diesem Zusammenhang exotische Anwendung sind aktive Motorlager bei Porsche, die dafür sorgen sollen, die Motoraufhängung den Fahrbedingungen anzupassen.

Mittlerweile ist MagneRide bei der dritten Generation angelangt, wird von BWI als "Active Dynamics" vertrieben und erstmals im neuen Range Rover Evoque [4] eingesetzt. Die dritte Generation soll sich durch ein noch schnelleres Ansprechverhalten und eine größere dynamischere Bandbreite auszeichnen, sodass "Fahrwerksingenieure im Grunde keine Kompromisse zwischen Komfort und Handling mehr eingehen müssen – ob auf felsigen Pisten oder auf der Autobahn."

Weg mit den Wirbelströmen

Angesichts dieser optimistischen Darstellung hat uns interessiert, was der Grund für das bessere Reaktionsverhalten ist. Auf Nachfrage erklärte es uns ein Unternehmenssprecher so: Statt bisher einer Spule werden jetzt pro Dämpferkolben zwei Spulen verwendet, um die Partikel zu magnetisieren. Bei einem Ein-Spulen-System würden nach dem Abschalten für einen Zeitraum von etwa 20 Millisekunden kleine Wirbelströme im Fluid verbleiben, wodurch die Rückkehr zu geringster Viskosität ein wenig verzögert wird. Die zwei Spulen seien nun in gegenläufiger Richtung umeinander gewickelt, um Wirbelströme zu vermeiden. Das führe dazu, dass die Viskosität vollkommen verzögerungsfrei schaltbar sei. Gerade für den geländegängigen Evoque sei das wichtig.

Stufenlos in weiten Bereichen

Als einen weiteren Vorteil nennt BWI die höhere dynamische Bandbreite, die das Dual-Coil-System erlaube. Sie würde ein "weicheres weich" und ein "strafferes straff" erlauben – auch bei langsamen Karosseriebewegungen, die für Geländefahrten typisch, aber schwer zu beherrschen seien. Im Evoque ist laut BWI nicht mehr nötig, über den Terrain-Response-Schalter die Dämpfung anzupassen. Unabhängig von seiner Stellung würde die Dämpfung immer so eingestellt, wie es die äußeren Bedingungen erfordern. Ein grundlegender Vorteil der magnetorheologischen Dämpfer ist natürlich geblieben: Die Viskosität, welche im Prinzip davon abhängt, wie sehr die Partikel aneinander hängen, lässt sich stufenlos regeln. Sie verändert sich proportional zu der Kraft des angelegten Magnetfeldes.

Kurz zusammengefasst erlaubt die dritte Generation der magnetorheologischen Dämpfer also einen noch höheren Grundkomfort ohne Abstriche bei der Sicherheit. Kompromisse müssen Entwickler allerdings trotzdem noch machen, denn zur Fahrwerksentwicklung gehört nicht nur die Schwingungsdämpfung, sondern unter anderem die Auslegung von Federung und Stabilisatoren. Die Dämpfung ist nur ein – wenn auch wichtiger – Aspekt im Zusammenspiel dieser drei Elemente. (ggo [5])

URL dieses Artikels:
https://www.heise.de/-1288389

Links in diesem Artikel:
[1] https://www.heise.de/news/BMW-bringt-dynamische-Daempfung-fuer-Motorraeder-1273311.html
[2] https://www.heise.de/bilderstrecke/4730221.html?back=1288389;back=1288389
[3] https://www.heise.de/bilderstrecke/4730221.html?back=1288389;back=1288389
[4] https://www.heise.de/news/Durch-dick-und-duenn-mit-dem-Range-Rover-Evoque-1288518.html
[5] mailto:ggo@heise.de