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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Übertragen von Kräften oder
Momenten mit einem Arbeitsraum, in dem eine magnetisierbare Flüssigkeit eingebracht
ist, auf die ein veränderbares
Magnetfeld einwirkt und in dem ein Körper relativ zu der magnetisierbaren
Flüssigkeit
bewegbar ist. Eine solche Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung
als Dämpfer,
Kupplung oder als Bremse geeignet, also um einen veränderbaren
mechanischen Widerstand bereitzustellen.
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Dämpfer, die
mit magnetisierbaren Flüssigkeiten
arbeiten, sind bekannt. Aus der
US
2,575,360 ist eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten
und Kräften
mittels einer magnetischen Flüssigkeit
bekannt, bei der eine Scheibe in einer magnetischen Flüssigkeit
bewegt wird, die bei Einprägen
eines Stromes auf eine Spule ihre rheologischen Eigenschaften ändert. Durch
die Änderung
der rheologischen Eigenschaften wird ein veränderbarer Widerstand bereitgestellt.
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Aus
der
EP 1 270 988 A1 ist
ein Dämpfer
mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit
bekannt, bei dem ein Kolben innerhalb eines Zylinders verschieblich gelagert
ist. Auf dem Kolben ist axial umschließend ein Aufsatz mit einer
Riffelung aufgesetzt, über
die sich der Kolben an der Zylinderwand abstützt, so dass Spalte zum Durchtritt
der magnetisierbaren Flüssigkeit
vorhanden sind. Die magnetisierbare Flüssigkeit strömt beim
Bewegen des Kolbens innerhalb des Zylinders durch die Riffelungen.
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Aus
der
US 6,202, 806 B1 ist
eine Vorrichtung mit einem steuerbaren, rheologischen Medium bekannt,
das beispielsweise als Dämpfer
dient, bei dem ein magnetorheologisches Fluid in einer Haltematrix
eingebettet ist. Diese Haltematrix kann als offenporiger Schaumwerkstoff
ausgebildet sein und hält
das rheologische Fluid beispielsweise über Kapilarkraft in den Poren.
Wesentlicher Aspekt dabei ist, dass die teure magnetorheologische
Flüssigkeit
innerhalb des Arbeitsraumes in der Matrix gehalten wird.
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Die
DE 102 11 139 A1 beschreibt
eine Stützeinrichtung,
bei der ein Bremsteil mit einer elektroviskosen Flüssigkeit
getränkt
ist. Dieses Bremsteil ist verformbar und gleitet auf einem Wandbereich
eines Bauteiles entlang, wobei der Wandbereich eine Struktur aufweist,
beispielsweise eine Wellenstruktur. Bei Anlegen eines elektrischen
Feldes wird die innerhalb des saugfähigen Bremsteiles gehaltene
elektroviskose Flüssigkeit
in ihren rheologischen Eigenschaften verändert. Liegt keine elektrische
Spannung oder ein elektrisches Feld an, kann der Kolben verstellt
werden, wobei der äußere Umfang
des Bremsteils sich an den wellenförmigen Wandbereich des Bauteiles
anpasst. Wird ein Grenzwert der elektrischen Spannung oder des elektrischen
Feldes erreicht, verhärtet
sich das Bremsteil, so dass ein Formschluss zwischen der Außenkontur
des Bremsteiles und den wellenförmigen
Wandbereichen des Bauteiles entsteht.
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Die
DE 103 01 489 B3 beschreibt
eine Insassenschutzvorrichtung, mit der ein Aufprall eines Insassen
auf Teile der Fahrzeugkarosserie in Abhängigkeit von der zu erwartenden
Wucht des Aufpralls gedämpft
werden kann. Dazu ist in einem Hohlraum ein Schwammkörper mit
einem elektro- oder magnetorheologischen Fluid vor gesehen. An dem
Hohlkörper
ist eine verschiebbare Wand ausgebildet, die das Volumen des Hohlkörpers verändern kann.
Durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes können die
Viskosität
des Fluids und damit die Dämpfungseigenschaften
der Vorrichtung verändert werden.
Auf diese Weise kann die Verlagerung der beweglich gelagerten Wand
gesteuert werden, was jedoch auf einer Steifigkeitserhöhung des
elastischen Schwammköpers
beruht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ausgehend von diesem Stand der Technik eine
Vorrichtung zum Übertragen
von Kräften
oder Momenten bereitzustellen, die bei einem kleinen Bauraum einen
großen Steuerbereich
bezüglich
der Kräfte
oder Momente ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1
gelöst.
Bei einer solchen Vorrichtung ist in einem Arbeitsraum eine magnetisierbare
Flüssigkeit
eingebracht, auf die ein veränderbares
Magnetfeld einwirkt. Weiterhin ist in dem Arbeitsraum ein Körper vorhanden,
der relativ zu der magnetisierbaren Flüssigkeit bewegbar ist, so dass
eine Relativbewegung zwischen dem in dem Arbeitsraum eingebrachten Körper und
der magnetisierbaren Flüssigkeit
vorliegt. Erfindungsgemäß ist der
Körper
zumindest teilweise mit einer offenporigen Struktur versehen, durch
die die magnetisierbare Flüssigkeit
hindurchströmt. Durch
die Veränderbarkeit
der rheologischen Eigenschaften der magnetisierbaren Flüssigkeit
ist es möglich,
den Strömungswiderstand
beim Durchtritt durch die offenporige Struktur zu verändern, so
dass eine Veränderung
hinsichtlich der übertragbaren Kraft
oder des übertragbaren
Momentes verwirklicht werden kann. Unter dem Begriff einer magnetisierbaren
Flüssigkeit
werden auch magnetorheologische und nanomagnetorheologische Fluide
sowie Ferrofluide verstanden.
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Eine
technisch sehr zweckmäßige Art
und Weise der Bereitstellung eines Magnetfeldes besteht darin, dass
dem Arbeitsraum mit der magnetisierbaren Flüssigkeit eine Spule zur Erzeugung
des Magnetfeldes zugeordnet ist. Durch die Veränderung des durch die Wicklung
der Spule laufenden Stromes ist es möglich, das Magnetfeld in einem
weiten Bereich, wie gewünscht,
zu verändern
und präzise
einzustellen. Über
die Veränderung
des Magnetfeldes erfolgt eine Veränderung der rheologischen Eigenschaften der
magnetisierbaren Flüssigkeit
und damit eine Veränderung
der übertragbaren
Kraft oder des übertragbaren
Momentes. Alternativ können
Permanentmagneten an den Arbeitsraum herangeführt oder von diesem wegbewegt
werden.
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Um
magnetische Streuverluste zu minimieren, ist der Arbeitsraum innerhalb
des Spulenkernes angeordnet, ebenso ist der Körper mit der offenporigen Struktur
bzw. mit dem offenporigen Schaum im Kern der Spule angeordnet, so
dass eine steuerbare Behinderung der Strömung der magnetisierbaren Flüssigkeit
durch den offenporigen Körper
durch das Magnetfeld besonders leicht erfolgen kann, da im Kern
einer Spule das Magnetfeld am besten konzentriert ist und ein guter
Wirkungsgrad bei der Magnetfelderzeugung erreicht wird. Dadurch
ist es möglich, dass
die Vorrichtung ein geringes Bauvolumen hat.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Körper aus
einem offenporigen Werkstoff besteht und nicht nur teilweise eine
offenporige Struktur aufweist. Dadurch kann erreicht werden, dass
ein größeres, offenporiges
Volumen bereitgestellt wird, so dass eine Übertragung größerer Kräfte und
Momente durch die Bereitstellung eines höheren Strömungswiderstandes möglich ist.
Dabei ist vorgesehen, dass entweder der Körper beweglich gelagert ist
oder die magnetisierbare Flüssigkeit durch
den Körper
hindurch gedrückt
wird.
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Vorteilhafterweise
besteht die offenporige Struktur aus einem Schaum, insbesondere
einem Metall- oder Kunststoffschaum, da durch die labyrinthartige
Struktur eines Schaumes hohe Widerstandsraten erzielt werden können. Alternativ
dazu ist es vorgesehen, dass die offenporige Struktur über eine Vielzahl
von Längs-
und Querbohrungen oder eine Gitterstruktur, vorzugsweise mit zueinander
versetzten Gittern, verwirklicht wird.
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Zur Übertragung
von Momenten ist es vorteilhaft, wenn der Körper drehbar in dem Arbeitsraum gelagert
ist, eine vorteilhafte Anwendung dafür ist die Ausbildung des Körpers als
eine Bremsscheibe oder als eine Kupplung bzw. Drehmomentwandler.
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Bei
einer längsverschieblichen
Lagerung des Körpers
innerhalb des Arbeitsraumes wirkt dieser als ein Kolben eines Dämpfers und
kann für
eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Wenn der Arbeitsraum
im Wesentlichen dicht abgeschlossen ist, so dass keine magnetisierbare
Flüssigkeit
austreten kann und der Körper
innerhalb des Arbeitsraumes bewegt wird, werden Verluste der magnetisierbaren Flüssigkeit
verhindert oder minimiert und die Steuerbarkeit der Kräfte oder
Momente bleibt erhalten. Eine wirkungsvolle Abdichtung des Arbeitsraumes
kann über
einen Permanentmagneten erfolgen, der innerhalb eines Spaltes angeordnet
ist und den Durchtritt der magnetisierbaren Flüssigkeit oder des magnetisierbaren
Fluides verhindert.
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Ebenfalls
ist es vorgesehen, den Körper
als eine Drosselstelle einzusetzen, durch die die magnetisierbare
Flüssigkeit
hindurchgedrückt
wird. Dies erfolgt über
eine Einrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstromes, die dem Arbeitsraum
zugeordnet ist und durch die die magnetisierbare Flüssigkeit
relativ zu dem Körper
bewegt wird. Eine solche Einrichtung kann als Pumpe oder als Druckkolben
ausgebildet sein. Ist der Körper
als eine im Wesentlichen feststehend innerhalb eines Strömungskanals
installierte Drossel ausgebildet, erhöht sich die Haltbarkeit der offenporigen
Struktur, da der Körper
nur auf hydraulische Anforderungen angepasst werden muss, eine Krafteinleitung
beispielsweise über
eine Welle oder eine Kolbenstange jedoch nicht erfolgt.
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Alternativ
dazu ist es vorgesehen, dass die Spule innerhalb des Arbeitsraumes
angeordnet ist und beispielsweise als Träger für die offenporige Struktur
oder den Schaum dient, so dass neben der Erzeugung des Magnetfeldes
gleichzeitig eine Einleitung mechanischer Kräfte oder Momente in die Vorrichtung
realisiert werden kann. Dadurch wird ein kompaktes Bauvolumen erreicht.
Ebenfalls ist es vorgesehen, dass die Spule relativ zu dem offenporigen Körper bewegt
wird, während
dieser innerhalb des Arbeitsraumes festgelegt ist. Die Spule wirkt
somit als Pumpenkolben. Alternativ kann der offenporige Körper zusammen
mit der innenliegenden Spule innerhalb des Arbeitsraumes bewegt
werden.
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Zweckmäßigerweise
ist die offenporige Struktur aus einem paramagnetischen Werkstoff
gebildet.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1a–1c – grundsätzliche
Möglichkeiten
einer hydraulischen Kraftübertragung;
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2 – eine Prinzipdarstellung
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 – eine Schnittdarstellung
einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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4 – eine schematische
Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremse;
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5–9 – den schematischen
Aufbau von Varianten der Erfindung; sowie
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10 – ein Diagramm
zum Steuerbereich der Vorrichtung.
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In
den 1a bis 1c ist
schematisch dargestellt, auf welche Art und Weise hydraulische Kräfte übertragen
werden können,
nämlich
gemäß 1a über das
Prinzip der Scherung, wenn ein Körper
relativ zu einem anderen Körper
bewegt wird und zwischen diesen Körpern eine Hydraulikflüssigkeit vorhanden
ist.
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Die
zweite Möglichkeit
der Kräfteübertragung
ist in der 1b dargestellt, bei der eine
Hydraulikflüssigkeit
durch eine Leitung hindurch geleitet wird. In der 1b ist
die Druckverteilung bei einer Strömung dargestellt.
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Schließlich zeigt
die 1c das Prinzip der Quetschung, bei der zwei Flächen, zwischen
denen eine Hydraulikflüssigkeit
vorhanden ist, aufeinander zu bewegt werden, so dass die Hydraulikflüssigkeit, wie
durch die Doppelpfleile angedeutet, in einer Richtung parallel zur
Oberfläche
der Flächen
bewegt wird. Alle drei Prinzipien, also Scherung, Strömung oder Quetschung,
können
bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eingesetzt werden, um Kräfte
zu übertragen.
Während
bei dem Fall der 1a bei einer Kraftübertragung
mittels Scherung eine Fläche
an einer anderen Fläche
vorbei geführt
wird, wird bei der Strömung
ein Stoffstrom erzeugt und bei einer Quetschung werden zwei Flächen aufeinander
zu bewegt. In der Praxis kann die auch eine Kombination zweier oder
aller Prinzipien der hydraulischen Kraftübertragung Scherung, Strömung und
Quetschung auftreten.
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Eine
magnetisierbare Flüssigkeit,
z. B. ein magnetorheologisches oder nanomagnetorheologisches Fluid
oder ein Ferrofluid, besteht aus einer Trägerflüssigkeit, wie z. B. Wasser, Öl oder Alkohol,
in der magnetische Partikel wie Eisen, Fe3O4, Kobalt oder FeCo, sowie Stabilisatoren
wie Ölsäure vorhanden
sind. Eine solche magnetische Flüssigkeit
hat rheologische Eigenschaften, die sich in Abhängigkeit von dem auf die Flüssigkeit
einwirkenden Magnetfeld ändert.
Dies erfolgt aufgrund einer Ausrichtung der magnetischen Partikel
des magnetisierbaren Fluides bei Anlegen eines Magnetfeldes, wobei
eine Änderung
der rheologischen Eigenschaften bei großen magnetischen Partikeln
signifikanter ist als bei kleinen Partikeln. Nachteilig an großen Partikeln
ist jedoch die Tendenz zur Sedimentation innerhalb der magnetisierbaren
Flüssigkeit.
Bei Anlegen eines Magnetfeldes steigt das Niveau der Scherspannung
im Verhältnis
zur Scherrate, so dass sich veränderte
hydraulische Gegebenheiten einstellen.
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In
der 2 ist eine schematische Darstellung eines Dämpfers gezeigt,
mit einem Arbeitsraum 5, der mit einer magnetisierbaren
Flüssigkeit 20 gefüllt ist.
Innerhalb des Arbeitsraumes 5 ist ein Körper 10 längsverschieblich
gelagert, wie durch den Doppelpfeil angedeutet ist. Der Körper 10 besteht
vorliegend aus einem paramagnetischen Schaum, der aus Gründen der
Festigkeit als ein Metallschaum ausgebildet ist. Der Metallschaum
ist offenporig ausgebildet, so dass die magnetisierbare Flüssigkeit 5 bei
einer Bewegung des Körpers 10 innerhalb
des Arbeitsraumes 5 durch den Körper 10 bzw. die offenporige Struktur
hindurchtre ten kann. Es wird also eine Strömung aufgrund der Relativbewegung
zwischen dem Körper 10 und
magnetisierbaren Flüssigkeit 20 erzeugt,
wenn der Körper 10 innerhalb
des Arbeitsraumes 5 über
eine an dem Körper 10 befestigte
Kolbenstange 11 verschoben wird. Der Arbeitsraum 5 ist
im Wesentlichen geschlossen ausgebildet, so dass keine magnetisierbare
Flüssigkeit 20 aus
dem Arbeitsraum 5 austreten kann. Die geschlossene Ausbildung
wird über
einen paramagnetischen Zylinder 25 und diesen abschließende Deckel 30 erreicht,
wobei geschlossen insbesondere bedeutet, dass keine magnetisierbare
Flüssigkeit
aus dem Arbeitsraum austritt. Der Zylinder 25 dient gleichzeitig
als paramagnetische Spulenhalterung für eine den Arbeitsraum 5 umgebende
Spule 15. Außen
um die Magnetspule 15 herum ist der magnetische Rückschluss 16 zusammen
mit den Deckeln 30 ausgebildet, das heißt, dass der Arbeitsraum 5 zusammen
mit dem als Kolben ausgebildeten Körper 10 aus Metallschaum
sowie der magnetisierbaren Flüssigkeit 20 innerhalb
des Spulenkerns angeordnet sind, in dem das Magnetfeld maximal konzentriert
ist.
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Bei
Bewegen des Körpers 10 innerhalb
des Arbeitsraumes 5, sei es durch eine Auf- und Abwärtsbewegung,
wie in der 2 dargestellt oder zusätzlich oder
alternativ in Gestalt einer Drehung, wird eine Strömung der
magnetisierbaren Flüssigkeit 20 innerhalb
der Spule 15 und innerhalb der offenporigen Struktur des
Körpers 10 erzeugt.
Durch Anlegen eines Magnetfeldes können die rheologischen Eigenschaften
der magnetisierbaren Flüssigkeit 20 gezielt verändert werden,
so dass die Strömung
gesteuert behindert werden kann.
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In
der 3 ist in Querschnittsdarstellung eine Variante
der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt,
mit einer innen liegenden, dreiteiligen Kolbenstange 11,
die über
einen Abstreifer 6, eine Dichtung 7 und eine Führung 8 längsverschieblich
in einem Arbeitsraum 5 gelagert ist. Die Längsverschieblichkeit
ist durch den Doppelpfeil angedeutet. In dem Arbeitsraum 5 ist
zudem ein Körper 10 mit
einer offenporigen Struktur aus Metall- oder Kunststoffschaum angeordnet,
durch den eine magnetisierbare Flüssigkeit 20 bei einer
Verschiebung des Körpers 10 inner halb
des Arbeitsraumes 5 hindurch treten kann. Der Körper 10 ist
an der Kolbenstange 11 befestigt, so dass von außen eingeleitete
Kräfte
oder Momente von der Kolbenstange 11 auf den offenporigen
Körper 10 übertragen
werden. Dadurch wird der Körper 10 innerhalb
des Arbeitsraumes 5 verschoben oder gedreht.
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Der
Arbeitsraum 5 wird durch eine zylindrische Spulenhalterung 25 sowie
Gehäusedeckel 13 an
den Stirnseiten der paramagnetischen Spulenhalterung 25 gebildet.
Der magnetische Rückschuss
ist durch die Gehäusedeckel 13 und
Rückschlusselemente 16 gebildet.
Die Spule 15 ist um die Spulenhalterung 25 herum
angeordnet, das Funktionsprinzip der Kraftübertragungseinrichtung gemäß der 3, die
ebenfalls als Dämpfer
eingesetzt werden kann, entspricht dem zu der 2 geschilderten
Prinzip. Eine Befüllung
des Arbeitsraumes 5 kann über einen Stutzen 9 erfolgen,
alternativ kann über
diesen Stutzen 9 eine Reservoir für die magnetisierbare Flüssigkeit 20 angeschlossen
werden. Den axialen Abschluss der Gehäusedeckel 13 bilden
zwei Abschlussdeckel 12.
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In
der 4 ist eine andere Anwendungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gezeigt, bei der die Vorrichtung als eine regelbare Bremse ausgebildet
ist. Auf einer Welle 30 ist der Körper 10 mit einer
offenporigen Struktur angeordnet, bei dem die offenporige Struktur
beispielsweise als ein Ring aus einem Metallschaum ausgebildet sein
kann, der an einem massiven Träger 10' befestigt ist.
Dieser Ring läuft
in einem mit magnetisierbare Flüssigkeit 20 gefülltem Arbeitsraum 5 um.
Radial abschließend
ist die Spule 15 um den Arbeitsraum 5 angeordnet,
die ein Magnetfeld 14 erzeugt, das die rheologischen Eigenschaften
der magnetisierbare Flüssigkeit 20 in Abhängigkeit
von dem angelegten oder eingeprägten Strom
verändert.
Je größer der
angelegte oder eingeprägte
Spulenstrom ist, desto höher
ist der hydraulische Widerstand der magnetisierbaren Flüssigkeit 20,
was aufgrund der offenporigen Struktur der Bremsscheibe 10 zu
einem erhöhten
Strömungswiderstand
und damit zu einer Bremswirkung führt. Die Bremsscheibe 10 ist
zusammen mit der Welle 30 in einem Gehäuse 13 gelagert, in
dem auch die Magnetspule 15 angeordnet ist.
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In
der 5 ist eine prinzipielle Anordnung eines Körpers 10 mit
einer offenporigen Struktur innerhalb eines Arbeitsraumes 5 dargestellt,
der mit einer magnetisierbaren Flüssigkeit 20 gefüllt ist.
Der Arbeitsraum befindet sich im Kern einer Spule 15 und durch
Verschieben des Körpers 10 innerhalb
des Arbeitsraumes 15 wirkt der Körper 10 als ein durchlässiger Kolben
innerhalb eines Dämpfers.
Durch Veränderung
des Spulenstromes werden die rheologischen Eigenschaften der magnetisierbaren
Flüssigkeit 20 verändert, so
dass sich die Dämpfung
bzw. der Widerstand gegen eine Bewegung des Körpers 10 verändert, bei
einem hohen Spulenstrom erhöht sich
der Widerstand, bei einem geringen Spulenstrom verringert er sich.
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Eine
Alternative zu dem Bewegen des Körpers
innerhalb der magnetisierbaren Flüssigkeit ist in der 6 dargestellt,
bei der der Körper 10 fest
innerhalb des Arbeitsraumes 5 angeordnet ist. Der Körper 10 ist
von einer Magnetspule 15 umgeben. Eine Einrichtung 25 zum
Erzeugen einer Strömung
innerhalb des Arbeitsraumes 5, die vorliegend als ein Druckkolben
ausgebildet ist, ist dem Arbeitsraum 5 zugeordnet. Aufgrund
der Bewegung der Einrichtung 25 wird in dem Arbeitsraum 5 eine
Strömung
erzeugt und magnetisierbare Flüssigkeit 20 durch
den Körper 10 gedrückt. Sofern
der Körper 10 aus
einem Metall- oder Kunststoffschaum besteht, tritt die magnetisierbare
Flüssigkeit 20 durch
den gesamten Körper 10 hindurch.
Bei Veränderung
der rheologischen Eigenschaften durch Anlegen eines Spulenstromes
verändert
sich der Strömungswiderstand
und somit wird die Einrichtung 25 oder dem Druckkolben
ein erhöhter
Widerstand entgegengesetzt.
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In
der 7 ist das gleiche Prinzip dargestellt, allerdings
in anderen hydraulischen Verhältnissen,
bei der die Einrichtung 25 zum Erzeugen einer Strömung entfernt
von der Spule 15 und dem Körper 10 angeordnet
ist. Die feste Installati on des Körpers 10 innerhalb
eines Strömungskanals
bzw. Arbeitsraumes 5, wie auch in der 6 gezeigt,
bietet mechanische Vorteile, da keine mechanische Anbindung einer
offenporigen Struktur an eine Kolbenstange oder an eine Welle vorgesehen
werden muss.
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Grundsätzlich kann
der Körper 10 vollständig aus
einer offenporigen Struktur, wie z. B. Metallschaum, bestehen. Alternativ
kann der Körper 10 nur teilweise
aus einer offenporigen Struktur bestehen, beispielsweise durch Auf-
oder Einbringen der offenporigen Struktur in einen Trägerkörper. Alternativ
zu einer Ausbildung aus Metall- oder Kunststoffschaum kann die offenporige
Struktur durch entsprechend angeordnete Bohrungen oder eine Gitterstruktur,
vorzugsweise eine versetzt zueinander angeordnete Gitterstruktur,
gebildet werden, so dass ein labyrinthartiges Strömungsgebiet
erzeugt wird.
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In
der 8 ist eine Alternative gezeigt, bei der eine Grenzfläche, die
parallel zu einer anderen Grenzfläche angeordnet ist, relativ
zu der Grenzfläche
bewegt wird. An der unteren Grenzfläche ist der Körper 10 mit
der offenporigen Struktur befestigt und die obere Grenzfläche wird
relativ zu dem Körper 10 verschoben.
Um den Körper 10 herum
ist eine Magnetspule 15 angeordnet. Bei der Vorrichtung
gemäß der 8 wird
der Effekt der Scherung ausgenutzt.
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Die 9 zeigt
eine alternative Ausgestaltung einer Dämpferanordnung mit einem im
Arbeitsraum 5 beweglich angeordneten Körper 10 mit offenporiger
Struktur. Das Grundprinzip entspricht dem in der 2 dargestellten
mit dem Unterschied, das die Spule 15 innerhalb des Körpers 10 mit
offenporiger Struktur angeordnet ist. Die offenporige Struktur bildet
somit eine Ummantelung der Spule 15. Die Strömung findet
hier außerhalb
der Spule 15 statt. Alternativ oder ergänzend ist es möglich, definierte
Geometrien, wie Bohrungen innerhalb der Spule bzw. durch den Spulenkern
vorzusehen, um neben der Strömung
durch die offenporige Struktur außerhalb des Spulenkerns auch
noch eine Strömung
inner halb des Spulenkerns bereitzustellen und diese über Veränderung
des Spulensstromes zu beeinflussen.
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Ebenfalls
ist es mit der in der 9 gezeigten Ausführungsform
möglich,
dass die Spule 15 zusammen mit der Kolbenstange 11 innerhalb
des an der Zylinderwandung festgelegten Körpers 10 bewegt wird.
Die magnetisierbare Flüssigkeit 20 wird dadurch
durch die offenporige Struktur des Körpers 10 hindurchgedrückt, was
einen Widerstand gegen die Bewegung der Kolbenstange 11 und
der Spule 15 bewirkt, die in der Ausgestaltung als Pumpe
wirken.
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In
der 10 ist der Steuerbereich einer solchen Vorrichtung
zur Übertragung
von Kräften
und Momenten dargestellt. In der 10 ist
die Kraft F in Newton über
die Geschwindigkeit V in m/s aufgetragen. In dem Diagramm sind die
Kraftüberläufe über die
Geschwindigkeit bei verschiedenen Stromstärken dargestellt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist
es möglich,
die bisher vorhandenen Nachteile magnetisierbarer Bremsen oder Dämpfer zu
vermeiden. Um eine Flüssigkeit
mit einem großen
magnetorheologischen Effekt bereitzustellen, benötigt man große magnetische
Partikel, was das Problem der Sedimentation dieser Partikel mit
sich bringt. Die Flüssigkeit
ist somit nicht uneingeschränkt
lager- und einsetzbar. Um weiterhin den Steuerbereich möglichst groß zu machen,
kann ein großes,
aktives Volumen an magnetisierbarer Flüssigkeit vorgesehen werden. Als
aktives Volumen wird dabei das strömende Volumen angesehen, das
dem Magnetfeld ausgesetzt ist. Dies hat den Nachteil, das entweder
ein großer
Abstand zwischen den Scherflächen
vorhanden sein muss, um das große
aktive Volumen unterzubringen, was in Übertragbarkeit kleiner Kräfte resultiert.
Ein beliebiges Vergrößern der
Scherflächen
ist nicht immer möglich,
da es Restriktionen bezüglich
des Bauraumes gibt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, ein
großes
aktives Volumen bei gleichzeitig kompakter Bauweise der Vorrichtung
bereitzustellen. Dadurch ergibt sich ein großer Steuerbereich der Dämpferkraft,
wie es in der 10 dargestellt ist. Ebenfalls
ist es möglich,
magnetisierbare Flüssigkeiten
mit kleinsten Partikeln, sogenannte nano-magnetorheologische Flüssigkeiten
einzusetzen. Diese haben zwar einen kleineren magnetorheologischen
Effekt, sind aber hinsichtlich ihrer Sedimentationsstabilität günstiger.
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Neben
der Steuerbarkeit der übertragbaren Kraft
aufgrund der Veränderung
der rheologischen Eigenschaften ist es möglich, durch unterschiedliche Poren
des Schaumes bzw. des Körpers 10 mit
offenporiger Struktur die Bereiche der steuerbaren Dämpfungskraft
zu variieren und auf die gewünschten
Einsatzgebiete einzustellen.
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Die
Vorrichtung kann an allen Einrichtungen eingesetzt werden, bei denen
aktive Dämpfer
oder regelbare Bremsen eingesetzt werden, beispielsweise bei Waschmaschinen
oder ähnlichen
Haushaltswaren, bei Automobilen im Fahrwerk und der Motorlagerung
sowie bei der Gebäude-
und Brückensicherung
gegen Erdbeben. Ebenfalls ist ein Einsatz in der Medizintechnik,
insbesondere in der Prothetik vorgesehen.