DE102004024226B4 - Vorrichtung zum Übertragen von Kräften oder Momenten mit einem Arbeitsraum - Google Patents

Vorrichtung zum Übertragen von Kräften oder Momenten mit einem Arbeitsraum Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zum Übertragen von Kräften oder Momenten mit einem Arbeitsraum (5), in dem eine magnetisierbare Flüssigkeit (20) eingebracht ist, auf die ein veränderbares Magnetfeld einwirkt und in dem ein Körper relativ zu der magnetisierbaren Flüssigkeit (20) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) zumindest teilweise eine offenporige Struktur aufweist, durch die die magnetisierbare Flüssigkeit (20) hindurchströmt, wobei eine Spule (15) zur Erzeugung eines Magnetfeldes dem Arbeitsraum (5) zugeordnet und der Arbeitsraum (5) im Spulenkern (16) angeordnet ist.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zweckmäßigerweise ist die offenporige Struktur aus einem paramagnetischen Werkstoff gebildet.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:
  • 1a1c – grundsätzliche Möglichkeiten einer hydraulischen Kraftübertragung;
  • 2 – eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 3 – eine Schnittdarstellung einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 4 – eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bremse;
  • 59 – den schematischen Aufbau von Varianten der Erfindung; sowie
  • 10 – ein Diagramm zum Steuerbereich der Vorrichtung.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zum Übertragen von Kräften oder Momenten mit einem Arbeitsraum (5), in dem eine magnetisierbare Flüssigkeit (20) eingebracht ist, auf die ein veränderbares Magnetfeld einwirkt und in dem ein Körper relativ zu der magnetisierbaren Flüssigkeit (20) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) zumindest teilweise eine offenporige Struktur aufweist, durch die die magnetisierbare Flüssigkeit (20) hindurchströmt, wobei eine Spule (15) zur Erzeugung eines Magnetfeldes dem Arbeitsraum (5) zugeordnet und der Arbeitsraum (5) im Spulenkern (16) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) aus einem offenporigen Werkstoff besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Struktur aus einem Schaum gebildet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Struktur aus einem Metall- oder Kunststoffschaum gebildet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) drehbar in dem Arbeitsraum (5) gelagert ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) als Bremsscheibe ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) verschieblich in dem Arbeitsraum (5) gelagert ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (10) als Kolben in einem Dämpfer ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (5) im Wesentlichen abgeschlossen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (25) zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstromes dem Arbeitsraum (5) zugeordnet ist, die die magnetisierbare Flüssigkeit (20) relativ zu dem Körper (10) bewegt.
  11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die offenporige Struktur aus einem paramagnetischen Werkstoff gebildet ist.
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