DE102014225346A1

DE102014225346A1 - Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid, Fluidschwingungsdämpfersystem und Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014225346A1
Application number: DE102014225346.2A
Authority: DE
Inventors: Eduard Ruff; Mathias Häuslmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-06-16

Abstract

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung (1) zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid vorgeschlagen. Die Vorrichtung (1) umfasst einen Hohlkörper (2) mit einem Hohlraumabschnitt (8), in welchem ein Verdrängungskörper (20) angeordnet ist, welcher den Hohlraumabschnitt (8) in wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) unterteilt, wobei der Verdrängungskörper (20) in Richtung des jeweiligen Teilraumes (8a, 8b) bewegbar ist. Die Vorrichtung (1) weist ferner ein elektrisch leitfähige Fluid auf, welches die wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) befüllt, sowie eine magnetohydrodynamische Einrichtung (50). Die Vorrichtung (1) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (20) die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) und wenigstens eine Fluidleitung (36) zum fluidleitenden Verbinden der wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) aufweist, wobei die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) mit der Fluidleitung (36) zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid, ein Fluidschwingungsdämpfersystem umfassend eine solche Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Vorrichtung.
Eine Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 101 30 748 bekannt. Die vorbekannte Vorrichtung ist ausgelegt, eine Strömungsenergie einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit ohne mechanische Bauteile in elektrische Energie umzuwandeln. Dazu umfasst die Vorrichtung einen magnetohydrodynamischen Generator, welcher derart angeordnet ist, dass dieser mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit in Wechselwirkung gelangt. Der magnetohydrodynamischer Generator weist einen Kanal zum Durchleiten der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit auf, wobei magnetfelderzeugende Elemente auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals vorgesehen sind, mittels welchen ein den Kanal kreuzendes Magnetfeld erzeugbar ist. Ferner umfasst der magnetohydrodynamische Generator Elektroden, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals angeordnet und mit Stromabnehmern verbunden sind. Die Elektroden sind dabei derart angeordnet, dass das erzeugte Magnetfeld senkrecht zu einer Anordnungsachse, auf welcher die Elektroden angeordnet sind, gerichtet ist. In einem Betriebszustand der Vorrichtung wird die elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch den Kanal durchgeleitet, wobei die positiven und negativen Ladungsträger der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit wegen des einwirkenden Magnetfeldes und der daraus resultierenden Lorentzkraft entgegengesetzt heraus abgelenkt und den Elektroden zugeführt werden. Durch den Hall-Effekt wird senkrecht zur Bewegungsrichtung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit und den magnetischen Feldlinien des erzeugten Magnetfeldes eine Spannung induziert, welche an den Stromabnehmern über die Elektroden abgegriffen werden kann. Das Durchleiten der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit durch den Kanal wird über einen außerhalb des Kanalabschnitts, an welchem der magnetohydrodynamische Generator vorgesehen ist, angeordneten Verdrängungskörper erreicht, welcher über eine Bewegung der Vorrichtung zwangsbewegt wird und entsprechend der Bewegungsrichtung der Vorrichtung die elektrisch leitfähige Flüssigkeit durch den Kanal drückt.
Das Prinzip des magnetohydrodynamischen Generators, elektrische Energie ohne den Einsatz von reibungsverlustbehafteten mechanischen Bauteilen zu erzeugen, fand im Besonderen Einzug im Bereich der Kraftwerke und geophysikalischer Untersuchungsverfahren. Die Umkehrung des Prinzips, bei welchem ein elektrisch leitfähiges Fluid mittels Anlegen eines Stromes zum Strömen angeregt wird, war Basis von Untersuchungen für Wasserfahrzeugantriebe. Jedoch wurden bisher keine weiteren Überlegungen angestellt, das Prinzip des magnetohydrodynamischen Generators im Besonderen in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Hybrid- oder Elektrofahrzeugen einzubringen, um basierend auf einer Bewegung von bestimmten Teilen eines Kraftfahrzeuges möglichst verlustfrei elektrisch Energie zu erzeugen, welche in das Energiesystem des Kraftfahrzeuges wieder einspeisbar ist.
Vor diesem Hintergrund soll mit der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid vorgeschlagen werden, welche kompakt ausbildbar und in einem sich bewegbaren Objekt wie beispielsweise einem Hybrid- oder Elektro-Kraftfahrzeug einsetzbar ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid macht sich das vorbekannte Prinzip des magnetohydrodynamischen Generators zunutze. Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst dazu einen Hohlkörper mit einem Hohlraumabschnitt, in welchem ein Verdrängungskörper angeordnet ist, welcher den Hohlraumabschnitt in wenigstens zwei Teilräume unterteilt. Unter einem Hohlkörper ist dabei ein solches dreidimensionales Bauteil zu verstehen, welches innerhalb seiner dreidimensionalen Erstreckung einen materialfreien Raum aufweist, welcher den Hohlraum definiert. Der Hohlraum weist somit ein vorbestimmtes dreidimensionales Ausmaß aus, wobei ein von diesem Ausmaß umfasster Bereich einen Hohlraumabschnitt definiert. Der Hohlraumabschnitt nimmt zwangsläufig in dem Hohlraum ein Ausmaß und ein Volumen ein, welches größer als null und maximal dem Volumen und dem Ausmaß des Hohlraumes entsprechen kann. Ein Teilraum des Hohlraumabschnitts entspricht dabei einem weiteren Hohlraumabschnitt, dessen Ausmaß und Volumen größer als null und kleiner als das Ausmaß und Volumen des Hohlraumabschnitts ist, welcher den Teilraum umfasst.
Ein Verdrängungskörper im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Körper, welcher geeignet und ausgelegt ist, ein Medium in Bewegung zu versetzen bzw. zu verdrängen. Das Medium ist nach der vorliegenden Erfindung ein Fluid, welches weiter bevorzugt in flüssiger Form vorliegt beziehungsweise eine Flüssigkeit ist. Der Verdrängungskörper ist ausgebildet, den Hohlraumabschnitt in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilräume zu unterteilen. Dabei kann bei Anordnung des Verdrängungskörpers in dem Hohlraumabschnitt ein Teilraum des Hohlraumabschnitts auf einer Seite des Verdrängungskörpers und der andere Teilraum auf einer anderen Seite des Verdrängungskörpers ausgebildet werden, wobei der Verdrängungskörper einen Bereich aufweist, welcher zwischen den beiden Teilräumen angeordnet ist. Der Verdrängungskörper ist dabei in dem Hohlraumabschnitt derart angeordnet, dass dieser in die Richtung des jeweiligen Teilraumes bewegbar, vorzugsweise translatorisch bewegbar bzw. verschiebbar, ist. Damit ist der Verdrängungskörper vorzugsweise entlang einer Bewegungsachse bewegbar beziehungsweise verschiebbar, welche sich von einem der Teilräume zu dem anderen der Teilräume erstreckt.
Nach der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ein elektrisch leitfähiges Fluid. Das elektrisch leitfähige Fluid, auch bekannt als Elektrolyt, zeichnet sich dadurch aus, dass es dissoziierte Ionen umfasst, die sich unter einem Einfluss eines elektrischen oder magnetischen Feldes gerichtet bewegen. Die Bewegung der Ionen in oder gegen eine Richtung des erzeugten Feldes verursacht einen Ladungstransport und somit einen Stromfluss. Vorzugsweise ist das elektrisch leitfähige Fluid eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit. Bei dem elektrisch leitfähigen Fluid kann es sich beispielsweise um eine in der Druckschrift DE 195 07 610 beschriebene Flüssigkeit handeln. Die mit dieser Druckschrift vorbekannte elektrisch leitfähige Flüssigkeit umfasst einen in einer Phase vorliegendes Gemisch einer linearen aprotischen Substanz, die mindestens eine C-O-C-Einheit, ein dissoziationsfähiges Salz und ein Alkohol oder Polyalkohol enthält. Die elektrisch leitfähige Flüssigkeit weist bei beispielsweise 20°C eine elektrische Leitfähigkeit von 40 Mikrosekunden auf. Alternativ dazu können andere vorbekannte elektrisch leitfähige Flüssigkeiten verwendet werden. Weiterhin alternativ kann als elektrisch leitfähiges Fluid ein elektrisch leitfähiges Gas Verwendung finden.
Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst des Weiteren eine magnetohydrodynamische Einrichtung. Wie eingangs beschrieben zeichnet sich eine magnetohydrodynamische Einrichtung üblicherweise durch eine besondere Anordnung von elektrisch leitfähigen Elementen zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid und von einem oder mehreren Magnetfeld-Erzeugungselementen zum Erzeugen eines das elektrisch leitfähige Fluid beaufschlagenden Magnetfeldes aus, wobei diese Elemente Komponenten der magnetohydrodynamischen Einrichtung ausbilden. Bei dem elektrisch leitfähigen Element kann es sich beispielsweise um eine Elektrode handeln, welche mit einer elektrischen Verbindungsleitung zum Übertragen einer elektrischen Energie koppelbar oder gekoppelt ist. Die elektrisch leitfähigen Elemente sind dabei zueinander gegenüberliegend und jeweils benachbart zu oder in einem Durchleitungskanal, durch welchen das elektrisch leitfähige Fluid leitbar ist, angeordnet. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Element einen den Innendurchmesser des Durchleitungskanals begrenzenden Wandungsabschnitt ausmachen. Das oder die Magnetfeld-Erzeugungselemente sind derart an oder relativ zu dem Durchleitungskanal angeordnet sind, dass das erzeugte Magnetfeld durch einen zwischen den elektrisch leitfähigen Elementen ausgebildeten Zwischenraum hindurchgerichtet ist. Bei dem Zwischenraum handelt es sich somit um einen Strömungsquerschnitt des Durchleitungskanals. Beispielsweise kann die Magnetfeldeinrichtung gegenüberliegend angeordnete Magnetelemente wie beispielsweise Permanent- oder Elektromagnete oder eine Kombination daraus aufweisen, welche mit Blick auf den Durchleitungskanal auf gegenüberliegenden Seiten des Durchleitungskanals angeordnet sind, wobei diese gegenüberliegenden Seiten frei von elektrisch leitfähigen Elemente sind. Vorzugsweise sind die Magnete und die elektrisch leitfähigen Elemente wie aus der Druckschrift DE 101 30 748 bekannt, relativ zueinander und zu dem Durchleitungskanal angeordnet.
Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich gegenüber der vorbekannten Vorrichtung dadurch aus, dass der Verdrängungskörper die magnetohydrodynamische Einrichtung und wenigstens eine Fluidleitung zum fluidleitenden Verbinden der wenigstens zwei Teilräume aufweist, wobei die magnetohydrodynamische Einrichtung mit der Fluidleitung zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist die magnetohydrodynamische Einrichtung mit dem bewegbaren Verdrängungskörper vorgesehen, wobei der für die magnetohydrodynamische Einrichtung erforderliche Durchleitungskanal in dem Verdrängungskörper durch die Fluidleitung ausgebildet ist. Die Fluidleitung weist eine zu den jeweiligen Teilräumen weisende Öffnung zum Ein- bzw. Ausleiten des elektrisch leitfähigen Fluids in Abhängigkeit einer Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers sowie einen die jeweilige Öffnung verbindenden Kanal zum Durchleiten des Fluids von der einen Öffnung zu der anderen Öffnung auf. Die Komponenten der magnetohydrodynamischen Einrichtung sind dabei um den Kanal der Fluidleitung wie beispielhaft vorstehend beschrieben angeordnet. Die Anordnung beziehungsweise Ausbildung der magnetohydrodynamischen Einrichtung mit der Fluidleitung an beziehungsweise in dem Verdrängungskörper begünstigt eine äußerst kompakte Ausgestaltung der Vorrichtung.
Weiter bevorzugt ist der Verdrängungskörper rotatorisch bewegbar in dem Hohlraumabschnitt angeordnet. Dadurch kann eine Einleitung in einen der Teilräume und eine Ausleitung aus einem der Teilräume vorteilhaft unterstützt werden. Des Weiteren können dadurch die gegen die translatorische Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers auf diesen wirkende Kräfte reduziert werden. Weiter bevorzugt weist der Verdrängungskörper an wenigstens einer zu einem Teilraum weisenden Oberflächenabschnitt einen oder mehrere Zuleitungkanäle auf, welche sich zu der Öffnung der Fluidleitung erstrecken, wobei der Zuleitungskanal in die Öffnung übergeht. Dadurch kann eine verbesserte Einleitung des Fluids in die jeweilige Öffnung erfolgen. Weiter bevorzugt verläuft wenigstens ein Zuleitungskanal an dem Oberflächenabschnitt bogenförmig gegenläufig zu einer Drehrichtung des Verdrängungskörpers, mittels welcher eine Einleitung des Fluids in die mit dem wenigstens einen Zuleitungskanal zusammenwirkende Öffnung der Fluidleitung unterstützt wird. Alternativ oder zusätzlich dazu ist der die Öffnung aufweisende Oberflächenabschnitt des Verdrängungskörpers sich zu der Öffnung verjüngend ausgebildet. Abhängig von einer Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers bildet der sich verjüngende Oberflächenabschnitt einen Konfusor oder einen Diffusor aus, wodurch das Ein- bzw. Ausleiten des Fluids in bzw. aus der Fluidleitung weiter unterstützt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fluidleitung in dem Verdrängungskörper serpentinen- oder spulen- bzw. wendelartig ausgebildet. Dadurch kann zum einen eine Länge der Fluidleitung vergrößert werden, zum anderen kann eine Oberfläche der gegenüberliegenden elektrisch leitfähigen Elemente der magnetohydrodynamische Einrichtung vergrößert werden, welche mit dem elektrisch leitfähigen Fluid zusammenwirkt. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Elemente bandförmig ausgebildet sein und/oder es können mehrere nebeneinander angeordnete elektrisch leitfähige Elemente vorgesehen sein. Damit kann eine verbesserte Wechselwirkung beispielsweise in Form eines erhöhten Energieaustausches zwischen dem elektrisch leitfähigen Fluid und den elektrisch leitfähigen Elementen erreicht werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verdrängungskörper wenigstens einen Ausgleichsraum auf, welcher von der Fluidleitung abzweigt. Weiter bevorzugt ist der Ausgleichsraum von der Fluidleitung über ein Ventil getrennt, wobei das Ventil regelbar zum Ein- und Ausleiten des elektrisch leitfähigen Fluids in die Fluidleitung beziehungsweise in den Ausgleichsraum sowie zum Absperren des wenigstens einen Ausgleichsraums gegenüber der Fluidleitung zum Verhindern einer Fluidströmung zwischen dem Ausgleichsraum und der Fluidleitung vorgesehen ist. Dadurch kann ein Druck in der Fluidleitung bedarfsgerecht angepasst werden. Beispielsweise kann bei einem ungewollten Überdruck in der Fluidleitung das Ventil zum Ausgleichsraum geöffnet werden, um den Ausgleichsraum mit dem Fluid zu befüllen, wodurch ein Druck in der Fluidleitung abnimmt. Sofern ein Druck in der Fluidleitung zu gering sein sollte, kann ein in dem Ausgleichsraum vorhandenes Fluid über eine entsprechende mit dem Ausgleichsraum gekoppelte Entleerungseinrichtung in die Fluidleitung hineingeleitet werden. Die Entleerungseinrichtung kann beispielsweise ein beweglicher Kolben sein, welcher ein Volumen des wenigstens einen Ausgleichsraums bedarfsgerecht verändert. Alternativ oder zusätzlich bevorzugt kann der wenigstens eine Ausgleichsraum mit einer Fluidbefüllungsöffnung gekoppelt sein, welche beispielsweise das elektrisch leitfähige Fluid oder ein gasförmiges Fluid in den Ausgleichsraum zum Herausdrücken des in dem Ausgleichsraum vorhandenen Fluids einbringt. Weitere mögliche Alternativen für einen solchen Ausgleichsraum sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt.
Weiterhin bevorzugt weist wenigstens eine der zu den jeweiligen Teilräumen weisende Öffnung der Fluidleitung einen Öffnungsquerschnitt auf, welcher größer als ein sich daran anschließender Querschnitt der Fluidleitung ist, wobei sich die Öffnung der Fluidleitung in Richtung der Fluidleitung bis zu dem anschließenden Querschnitt der Fluidleitung verjüngt. Dadurch kann mit der Öffnung eine Düse ausgeformt werden, welche abhängig von einer Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers als Konfusor oder Diffusor wirkt. Weiterhin bevorzugt kann der Verdrängungskörper im Bereich der wenigstens einen Öffnung der Fluidleitung eine Blende aufweisen, mittels welcher ein Öffnungsquerschnitt der zwischen der Fluidleitung und dem entsprechenden Teilraum liegenden Öffnung bedarfsgerecht veränderbar ist, wobei der Öffnungsquerschnitt zum einen größer als ein sich daran anschließender Querschnitt der Fluidleitung oder kleiner als der sich daran anschließende Querschnitt der Fluidleitung regelbar ist. Dadurch kann je nach Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers eine die entsprechende Bewegung des Verdrängungskörpers unterstützende Düse ausgebildet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die magnetohydrodynamische Einrichtung einen magnetohydrodynamischen Generator zum Umwandeln einer Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids in elektrische Energie aus. Damit ist die magnetohydrodynamische Einrichtung eingerichtet, Energie aus dem elektrisch leitfähigen Fluid abzuführen und als elektrische Energie bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann die magnetohydrodynamische Einrichtung ausgebildet sein, einen magnetohydrodynamischen Motor zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids auszubilden. Ein magnetohydrodynamischer Motor ist auch als magnetohydrodynamischer Antrieb bekannt, welcher durch Zuführen von elektrischer Energie zu dem elektrisch leitfähigen Fluid eine Bewegung desselbigen beziehungsweise eine Strömung des elektrisch leitfähigen Fluids bewirkt. Je nach Polung der zugeführten elektrischen Energie kann eine Strömungsrichtung bedarfsgerecht eingestellt werden. Im Einzelnen wird neben dem magnetischen Feld der Magnetfeld-Erzeugungselemente ein elektrisches Feld aufgebaut, welches eine Bewegung des elektrisch leitfähigen Fluids in einer Richtung senkrecht zu dem Magnetfeld und zu dem elektrischen Feld bewirkt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Hohlkörper einen weiteren Hohlraumabschnitt auf, welcher unter Zwischenlage einer Trennwand benachbart zu dem Hohlraumabschnitt angeordnet ist, wobei der weitere Hohlraumabschnitt mit einem kompressiblen Fluid befüllt oder befüllbar ist, wobei die Trennwand entlang einer den Hohlraumabschnitt und den weiteren Hohlraumabschnitt kreuzenden Bewegungsachse bewegbar ist, wobei die Trennwand den weiteren Hohlraumabschnitt von dem Hohlraumabschnitt fluiddicht trennt. Eine fluiddichte Trennung liegt im Sinne der vorliegenden Erfindung bereits vor, auch wenn Fluid zwischen dem Hohlraumabschnitt und dem weiteren Hohlraumabschnitt in einem gewissen Toleranzbereich beispielsweise aufgrund fertigungsbedingter Herstelltoleranzen strömen kann oder strömt. Beispielsweise kann zwischen der Trennwand und dem Hohlraumabschnitt ein Dichtelement angeordnet sein. Das Dichtelement kann weiterhin bevorzugt an der Trennwand, diese insbesondere rand- bzw. stirnseitig umlaufend, angeordnet sein, wobei das Dichtelement und/oder ein zu dem Bewegungsbereich der Trennwand entsprechender, mit dem Dichtelement zusammenwirkender Abschnitt des Hohlraumabschnitts ausgelegt ist, eine Relativbewegung zwischen dem Dichtelement und dem Hohlraumabschnitt zuzulassen. Bei dem Dichtelement kann es sich beispielsweise um ein Gleitelement handeln, welches unter Beibehaltung der Dichtwirkung zum Gleiten entlang einer Oberfläche vorgesehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann der Abschnitt des Hohlraumabschnitts ein Dichtelement ausbilden, entlang welchem die Trennwand unter Beibehaltung der Dichtwirkung relativ bewegbar bzw. gleitbar ist.
Bei dem kompressiblen Fluid kann es sich um ein gasförmiges Medium, vorzugsweise um ein Luftgemisch handeln, welches sehr kostengünstig ist. Dadurch kann eine Bewegung des Verdrängungskörpers vorbestimmt beeinflusst werden. Beispielsweise kann eine eine Kompression des Fluids bewirkende Bewegung des Verdrängungskörpers gedämpft werden, wohingegen eine eine Expansion des Gases aus dem kompressiblen Zustand bewirkende Bewegung des Verdrängungskörpers unterstützt wird. Damit kann eine Bewegung des Verdrängungskörpers auf einfache konstruktive Art und Weise vorbestimmt beeinflusst werden.
Weiter bevorzugt formen der Hohlraumabschnitt und der weitere Hohlraumabschnitt einen zylindrischen Hohlraum aus, in welchem die Trennwand und der Verdrängungskörper entlang einer gemeinsamen Bewegungsachse angeordnet sind. Damit ist die Vorrichtung kostengünstig und äußerst kompakt in Querschnittsrichtung des Hohlraumes ausbildbar.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Verdrängungskörper ein Kraftübertragungselement auf, welches durch einen Durchgang des Hohlkörpers hindurchragt, welcher eine Außenseite des Hohlkörpers mit einem der Teilräume verbindet, wobei ein außerhalb des Hohlkörpers befindlicher Abschnitt des Kraftübertragungselementes eine Kopplungsstelle zum Übertragen einer Kraft aufweist. Der in dem Hohlraum beziehungsweise in dem Hohlraumabschnitt angeordnete Verdrängungskörper kann somit von außerhalb über Einbringen einer Betätigungskraft auf das Kraftübertragungselement bedarfsgerecht bewegt werden. Zwischen dem Durchgang und dem Kraftübertragungselement ist weiter bevorzugt eine Dichtung vorgesehen, um den Hohlraum beziehungsweise den Teilraum gegenüber einer Außenseite des Hohlkörpers abzudichten. Somit kann auf einfache Weise einem möglichen Fluidverlust begegnet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidschwingungsdämpfersystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches wenigstens eine wie vorstehend beschriebene Vorrichtung umfasst. Im Gegensatz zu rekuperierenden Fluidschwingungsdämpfersystemen, wie beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2012 013 462 oder der Druckschrift WO 2009/060296 bekannt, kann mit dem Fluidschwingungsdämpfersystem ein rekuperierendes Fluidschwingungsdämpfersystem bereitgestellt werden, welches ohne mechanisch zusammenwirkende Komponenten zum Erzeugen einer elektrischen Energie auskommen kann. Ein solches Fluidschwingungsdämpfersystem ist kostengünstig und konstruktiv einfacher ausbildbar. Vorzugsweise ist das vorgeschlagene Fluidschwingungsdämpfersystem in einem Kraftfahrzeug zwischen einer Radnabe und einem Karosserieteil des Kraftfahrzeuges angeordnet und mit diesen zum Erzeugen einer elektrischen Energie gekoppelt. Beispielsweise kann die Kopplung mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung derart erfolgen, dass der Hohlkörper und der Verdrängungskörper mit der Radnabe und dem Karosseriebauteil derart gekoppelt sind, dass eine Relativbewegung zwischen der Radnabe und dem Karosserieteil zu einer Relativbewegung zwischen dem Hohlkörper und dem Verdrängungskörper führt. Weiter bevorzugt weist der Verdrängungskörper eine wie vorstehend beschriebene Ausgestaltung mit dem Kraftübertragungselement auf, wobei das Kraftübertragungselement mit dem Karosseriebauteil gekoppelt ist, während der Hohlkörper mit der Radnabe verbunden ist. Die Kopplung kann alternativ bevorzugt derart erfolgen, dass der Verdrängungskörper mit der Radnabe und der Hohlkörper mit dem Karosseriebauteil gekoppelt sind. Eine Relativbewegung der Radnabe zu dem Karosseriebauteil führt damit zwangsläufig zu einer Relativbewegung zwischen dem Verdrängungskörper und dem Hohlkörper beziehungsweise zu einer Bewegung des Verdrängungskörpers in dem Hohlraumabschnitt, wodurch das elektrisch leitfähige Fluid in der Fluidleitung des Verdrängungskörpers bewegt wird. Die Bewegung beziehungsweise Strömung des elektrisch leitfähigen Fluids in dem Verdrängungskörper führt mittels der magnetohydrodynamischen Einrichtung zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid. Je nach Ausgestaltung der magnetohydrodynamischen Einrichtung kann die Wechselwirkung in einem Erzeugen einer elektrischen Energie aus der Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids oder des Einbringens einer elektrischen Energie in das elektrisch leitfähige Fluid zum gerichteten Strömen des Fluids liegen. Letzteres begünstigt insbesondere eine verbesserte Dämpfung der Relativbewegung zwischen dem Karosseriebauteil und der Radnabe.
Gemäß dem vorgeschlagenen Aspekt weist das Fluidschwingungsdämpfersystem eine Steuer- und Regeleinrichtung auf, welche ausgelegt ist, die magnetohydrodynamische Einrichtung zwischen einem Generatorbetriebszustand zum Erzeugen einer elektrischen Energie aus einer Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids und einem Motorbetriebszustand zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids zu schalten. Mittels der Steuer- und Regeleinrichtung kann der jeweilige Betriebszustand optimal ausgewählt werden.
Weiterhin bevorzugt weist das Fluidschwingungsdämpfersystem einen regelbaren Widerstand auf, welcher in einem Energieübertragungsweg zum Übertragen einer Energie zwischen der Steuer- und Regeleinrichtung und der magnetohydrodynamischen Einrichtung angeordnet ist, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung ausgelegt ist, einen Widerstandswert des regelbaren Widerstands zum Regulieren einer Energiemenge einer in dem Generatorbetriebszustand der magnetohydrodynamischen Einrichtung erzeugten Energie oder einer in dem Motorbetriebszustand zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids erforderlichen Energie zu regeln. Der Widerstand kann vorzugsweise der Steuer- und Regeleinrichtung, der magnetohydrodynamischen Einrichtung zugeordnet oder zwischen diesen als selbstständige Einheit angeordnet sein. Bei dem regelbaren Widerstand handelt es sich vorzugsweise je nach Richtung der übertragenen Energie um einen Eingangs- oder Ausgangswiderstand. Mittels des regelbaren Widerstands kann beispielsweise ein Dämpfungsgrad des Fluidschwingungsdämpfersystems geregelt werden. Beispielsweise kann ein Widerstandswert des regelbaren Widerstands einen relativ betrachteten hohen Wert annehmen, um eine mittels der Vorrichtung erzeugbare elektrische Energie mit einem reduzierten Anteil über den Widerstand durchzuleiten oder diese Energie abzusperren. Damit kann ein Dämpfungsgrad des Fluidschwingungsdämpfersystems niedrig gehalten werden. Sofern der Generatorbetriebszustand gewünscht ist, kann ein Widerstandswert des regelbaren Widerstands in einer relativen Betrachtung niedrig gewählt werden, um die von der Vorrichtung erzeugte elektrische Energie vollständig über den Widerstand durchzuleiten, um diese erzeugte elektrische Energie beispielsweise in einem Akkumulator des Kraftfahrzeuges zu speichern.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Regeleinrichtung mit einer Sensorik elektrisch koppelbar oder gekoppelt, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung ausgelegt ist, die magnetohydrodynamische Einrichtung abhängig von einer Auswertung eines von der Sensorik übertragenen Sensorsignals zum Regulieren der Energiemenge anzusteuern. Bei der Sensorik kann es sich beispielsweise um eine Beschleunigungssensorik oder Bewegungssensorik handeln, welche eine Relativbewegung beziehungsweise Relativbeschleunigung zwischen zwei Bauteilen sensiert, mit welchen Bauteilen die Vorrichtung zum Dämpfen der Relativbewegung beziehungsweise Relativbeschleunigung gekoppelt oder koppelbar ist. Weiter bevorzugt weist die Sensorik wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Neigungsbewegung oder Neigungsbeschleunigung um eine Längs- oder Querachse des Kraftfahrzeuges auf. Beispielsweise kann der wenigstens eine Sensor an der Radnabe oder an dem Karosseriebauteil des Fahrzeuges angeordnet sein. Basierend auf dem von dem wenigstens einen Sensor ausgesendeten Sensorsignal ist die magnetohydrodynamische Einrichtung mittels der Steuer- und Regeleinrichtung zum vorbestimmten Dämpfen bedarfsgerecht ansteuerbar. Beispielsweise kann das Fluidschwingungsdämpfersystem mehrere Vorrichtungen zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid aufweisen, wobei wenigstens eine Vorrichtung an jedem Rad eines Kraftfahrzeuges derart angeordnet ist, dass eine Relativbewegung zwischen der jeweiligen Radnabe und der Karosserie des Fahrzeuges mittels des Fluidschwingungsdämpfersystems dämpfbar ist. In Verbindung mit der Sensorik können beispielsweise bei einer Kurvenfahrt des Kraftfahrzeuges die kurvenkreisinneren Dämpfer mit einem anderen Dämpfungsgrad angesteuert werden als die außenliegenden Dämpfer. Dadurch kann zuverlässig eine Quer- und/oder Längsstabilität des Fahrzeuges verbessert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fluidschwingungsdämpfersystem eine Positionssensorik zum Erfassen einer Position des Verdrängungskörpers auf, wobei die Positionssensorik mit der Steuer- und Regeleinrichtung gekoppelt oder koppelbar ist, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung ausgelegt ist, eine Position des Verdrängungskörpers in dem Hohlraumabschnitt abhängig von einer Auswertung eines von der Positionssensorik übertragenen Sensorsignales zu bestimmen und zu regulieren. Dadurch kann zuverlässig eine Position des Verdrängungskörpers erfasst werden, wobei die Position des Verdrängungskörpers in dem Hohlraumabschnitt mittels der Steuer- und Regeleinrichtung regulierbar ist. Dadurch kann der Verdrängungskörper mittels der Steuer- und Regeleinrichtung jederzeit derart positioniert werden, dass eine bedarfsgerechte Bewegung des Verdrängungskörpers beispielsweise zum Bewirken einer geregelten Dämpfung möglich ist.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid vorgeschlagen. Bei der herzustellenden Vorrichtung kann es sich beispielsweise um eine vorstehend beschriebene Vorrichtung nach einer der bevorzugten Ausführungsformen handeln. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens eines Hohlkörpers mit einem Hohlraumabschnitt, einen Schritt des Bereitstellens eines Verdrängungskörpers mit einer magnetohydrodynamischen Einrichtung, wobei der Verdrängungskörper wenigstens eine Fluidleitung zum Durchleiten eines elektrisch leitfähigen Fluids aufweist. Die magnetohydrodynamische Einrichtung ist mit der Fluidleitung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt. Die Wechselwirkung liegt vorzugsweise in einem Übertragen einer Energie zwischen der magnetohydrodynamischen Einrichtung und dem elektrisch leitfähigen Fluid. Mittels der Energieübertragung kann wie vorstehend beschrieben abhängig von einer Übertragungsrichtung elektrische Energie oder eine Strömungsenergie zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids erzeugt werden. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Anordnens des Verdrängungskörpers innerhalb des Hohlraumabschnitts zum Ausbilden wenigstens zweier Teilräume, welche mittels der Fluidleitung fluidleitend miteinander verbunden sind sowie einen Schritt des Befüllens der wenigstens zwei Teilräume mit einem elektrisch leitfähigen Fluid. Die dadurch hergestellte Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid weist die vorstehend beschriebenen Vorteile auf und kann beispielsweise in einem wie vorstehend beschriebenen Fluidschwingungsdämpfersystem Anwendung finden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren und Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Patentansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel;
2 einen schematische Darstellung eines Schaltkreises einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel; und
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Vorrichtung 1 zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid. Bei der Vorrichtung 1 handelt es sich um einen Bestandteil eines Fluidschwingungsdämpfersystems für ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung 1 umfasst einen zylindrisch ausgeformten Hohlkörper 2, welcher ein Gehäuse ausbildet. Das Gehäuse 2 weist eine längliche Erstreckung mit einem stirnseitigen Längsende, welches eine Öffnung 4 umfasst, welche einen von dem Gehäuse 2 eingefassten Hohlraum 6 mit einer Außenseite des Gehäuses 2 verbindet. Das Gehäuse 2 kann nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einteilig oder alternativ nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse 2 kann aus einem kunststoffhaltigen Material, einem Metall oder einer Mischform daraus hergestellt sein.
Der Hohlraum 6 weist einen ersten Hohlraumabschnitt 8 und einen zweiten Hohlraumabschnitt 10 auf, welche durch eine in dem Hohlraum 6 quer zu der Längserstreckungsrichtung des Gehäuses 2 verlaufende Trennwand 12 voneinander mediendicht getrennt sind. Die Trennwand 12 kontaktiert umläufig eine Innenseite 14 des Hohlraums 6 unter Zwischenlage eines ersten Dichtelements 16. Die Trennwand 12 mit dem Dichtelement 16 dichtet den ersten Hohlraumabschnitt 8 gegenüber dem zweiten Hohlraumabschnitt 10 fluiddicht ab. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 12 entlang einer Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 elastisch bewegbar vorgesehen. Im Einzelnen ist die Trennwand 12 aus einem Membranelement ausgebildet, welches sich innerhalb des an der Innenseite 14 anliegenden Membranrandes elastisch derart verformen kann, dass eine Membranmitte entlang einer parallel zu der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 verlaufenden Richtung hin und her bewegbar ist. Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Trennwand 12 mit dem Dichtelement 16 entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 bewegbar bzw. verschiebbar vorgesehen. Dabei ist die Trennwand 12 in Bewegungsrichtung beispielsweise durch relativ zueinander verschiebbare, insbesondere ineinander verschiebbare Stützelemente abgestützt, um ein Kippen der Trennwand 12 zu verhindern. Während einer Bewegung der Trennwand 12 mit dem Dichtelement 16 gleitet das Dichtelement 16 entlang der Innenseite 14 des Gehäuses 2. Das Dichtelement 16 kann mit der Trennwand 12 stoffschlüssig, kraftschlüssig oder formschlüssig verbunden sein.
Der zweite Hohlraumabschnitt 10 ist mit einem gasförmigen, kompressiblen Fluid befüllt. Bei dem gasförmigen Fluid kann es sich nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel um ein Luftgemisch handeln. Nach einem alternativ bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das gasförmige Fluid ein für die Materialien der den zweiten Hohlraumabschnitt 10 begrenzenden Komponenten unschädliches Fluid sein.
In dem ersten Hohlraumabschnitt 8 ist ein kolbenartiger Verdrängungskörper 20 mit einem Kolbenkopf 22 und einer davon abragenden Kolbenstange 24 angeordnet. Der Kolbenkopf 22 unterteilt den ersten Hohlraumabschnitt 8 in zwei Teilräume 8a, 8b, wobei der Kolbenkopf 22 unter Zwischenlage wenigstens eines zweiten Dichtelements 26 umlaufend an der Innenseite 14 des Gehäuses 2 entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 bewegbar anliegt. Die Kolbenstange 24 ragt von dem Kolbenkopf 22 koaxial zu einer Mittenachse des Kolbenkopfes 22 und zur Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 ab. Die Kolbenstange 24 weist ausgehend von dem Kolbenkopf 22 eine solche Länge entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 auf, das die Kolbenstange 24 durch den Durchgang 4 unter Zwischenlage eines dritten Dichtelements 28 entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 bewegbar hindurchragt. Das dritte Dichtelement 28 ist in dem Durchgang 4 stationär angeordnet und ausgebildet, eine Relativbewegung der Kolbenstange 24 zu dem dritten Dichtelement 28 unter Beibehaltung einer dazwischen ausgeformten Dichtwirkung zuzulassen. Ein aus dem Gehäuse 2 herausragendes freies Ende 30 der Kolbenstange 24 bildet eine Kopplungsstelle zum Übertragen einer den Verdrängungskörper 20 relativ zu dem Gehäuse 2 bewegenden Bewegungskraft aus. Die Kopplungsstelle 30 ist mit einem Karosserieabschnitt 32 eines Kraftfahrzeuges gekoppelt. Das Gehäuse 2 ist dahingegen mit einem dem Durchgang 4 gegenüberliegenden stirnseitigen Ende 5 mit einer Radnabe 34 des Kraftfahrzeuges gekoppelt. Die Radnabe 34 und der Karosserieabschnitt 32 sind entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 relativ zueinander bewegbar. Entsprechend bewegen sich der Verdrängungskörper 20 und das Gehäuse 2 bei einer Relativbewegung zwischen der Radnabe 34 und dem Karosserieabschnitt 32 relativ zueinander, wodurch der Kolbenkopf 22 in dem ersten Hohlraumabschnitt 8 entlang der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 bewegt wird.
Der Verdrängungskörper 20 weist eine Fluidleitung 36 auf, welche den ersten Teilraum 8a mit dem zweiten Teilraum 8b fluidleitend verbindet. Die Fluidleitung 36 erstreckt sich dabei von einer zu dem ersten Teilraum 8a führenden Öffnung 38 serpentinenartig über die Kolbenstange 24 bis zu einer zu dem zweiten Teilraum 8b weisenden weiteren Öffnung 40. Die Öffnung 38 und die weitere Öffnung 40 sind in voneinander abgewandten Oberflächenseiten des Kolbenkopfes 22 ausgebildet. Nach einem alternativ bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine zu dem ersten Teilraum 8a führende Öffnung in einem die Kolbenstange 24 ausmachenden Bereich vorgesehen sein. Weiterhin alternativ kann nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel mehr als eine zu dem ersten Teilraum 8a und/oder dem zweiten Teilraum 8b führende Öffnung an dem Verdrängungskörper 20 vorgesehen sein. Die Öffnungsrichtung der zu den jeweiligen Teilräumen 8a, 8b weisenden Öffnungen verlaufen in zueinander entgegengesetzte Richtungen, wobei diese Richtungen annähernd parallel zu einer Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers 20 in dem Hohlraum 6 ist. Dadurch kann ein Einleiten in die jeweilige Öffnung und ein Ausleiten aus der jeweiligen Öffnung vereinfacht werden.
Nach einem alternativ bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Fluidleitung innerhalb des Verdrängungskörpers 20 zwischen den jeweiligen zu den Teilräumen 8a, 8b führenden Öffnungen 38, 40 spulen- bzw. wendelförmig wenigstens um und entlang der Kolbenstange 24 ausgebildet. Dadurch kann eine zu der gezeigten serpentinenartigen Ausgestaltung der Fluidleitung 36 eine längere Fluidleitung bereitgestellt werden.
Die Vorrichtung 1 umfasst des Weiteren ein elektrisch leitfähiges Fluid, welches den ersten Hohlraumabschnitt 8, im Einzelnen die beiden Teilräume 8a, 8b befüllt. Das elektrisch leitfähige Fluid ist zwischen den beiden Teilräumen 8a, 8b über die Fluidleitung 36 und die jeweilig zugeordneten Öffnungen 38, 40 strömbar. Mit anderen Worten verändert sich ein Volumen des ersten 8a und zweiten Teilraumes 8b bei einer Bewegung des Verdrängungskörpers 20 entlang seiner Bewegungsachse, welche parallel zu der Längserstreckungsachse des Gehäuses 2 verläuft, wobei das Fluid abhängig von einer Bewegungsrichtung des Verdrängungskörpers 20 über die jeweilige Öffnung 38; 40 und die Fluidleitung 36 von einem der beiden Teilräume 8a, 8b in den anderen der beiden Teilräume 8a, 8b strömt. Eine solche Bewegung wird insbesondere durch die Relativbewegung zwischen der Karosserie 32 und der Radnabe 34 bewirkt, wodurch der Verdrängungskörper 20 zwangsbewegt wird.
Der Verdrängungskörper 20 weist des Weiteren eine magnetohydrodynamische Einrichtung 50 auf (2), welche mit der Fluidleitung 36 zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt ist. Bei der magnetohydrodynamischen Einrichtung 50 kann es sich um eine aus dem Stand der Technik vorbekannte magnetohydrodynamische Einrichtung handeln. Die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 weist wenigstens zwei gegenüberliegend zueinander angeordnete Permanent- bzw. Dauermagnete 52 zum Erzeugen eines magnetischen Feldes auf, wobei die Magnete 52 derart angeordnet sind, dass das erzeugte Magnetfeld die Fluidleitung 36 kreuzt. Mit anderen Worten ist das erzeugte Magnetfeld senkrecht zu einer entlang der Fluidleitung 36 verlaufenden Strömungsrichtung des elektrisch leitfähigen Fluids gerichtet. Die Magnetelemente 52 können dabei benachbart zu der Fluidleitung 36 oder beabstandet dazu angeordnet sein. Wesentlich ist die Beaufschlagung der Fluidleitung 36 mit dem erzeugten Magnetfeld in der vorstehend beschriebenen Richtung.
Des Weiteren umfasst die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 elektrisch leitfähige Elemente 54 in Form von Elektroden, welche im Bereich der Fluidleitung 36 derart angeordnet sind, dass diese unter Zwischenlage des erzeugten Magnetfeldes einander gegenüberliegen, wobei sich das erzeugte Magnetfeld quer, insbesondere orthogonal, zu einer Anordnungsachse der gegenüberliegend angeordneten Elektroden 54 erstreckt beziehungsweise gerichtet ist. Eine oder mehrere der Elektroden 54 können jeweils als ein Elektrodenband ausgebildet sein, welche sich parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Fluidleitung 36 erstrecken können. Dabei kann sich das jeweilige Elektrodenband 54 entsprechend der Ausgestaltung der Fluidleitung 36 gleichfalls serpentinen- oder spulen- bzw. wendelartig erstrecken. Dadurch kann entlang der Fluidleitung 36 mit einfachen Mitteln eine entsprechend große Elektrodenfläche zum Übertragen von Energie geschaffen werden.
2 zeigt in diesem Zusammenhang schematisch einen elektrischen Schaltkreis einer Vorrichtung 1 zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Bei der Vorrichtung 1 kann es sich beispielsweise um die in 1 gezeigte Vorrichtung handeln. Die Vorrichtung 1 weist die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 auf, welche Magnete 52 und Elektroden 54 in einer wie vorstehend beschriebenen Anordnung aufweist. In dem Schaltkreis sind die Magnete 52 in einer Strichdarstellung zum Veranschaulichen der Anordnung gezeigt. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es sich bei wenigstens einem der Magnete 52 um ein Elektromagnet handeln. Aus Gründen der Reduzierung von Energieverlusten werden jedoch Permanent- bzw. Dauermagnete bevorzugt. Die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 ist bzw. die Elektroden 54 sind mittels einer elektrischen Verbindungsleitung 60 unter optionaler Zwischenschaltung eines Widerstandes 70 mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 80 verbunden. Die Steuer- und Regeleinrichtung 80 ist ausgelegt, die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 zwischen einem Generatorbetrieb und einem Motorbetrieb bedarfsgerecht umzuschalten. In einem Generatorbetrieb der magnetohydrodynamischen Einrichtung 50 wird basierend auf einem Wechselwirken des elektrisch leitfähigen Fluids mit der magnetohydrodynamischen Einrichtung 50 über die Elektroden 54, der Verbindungsleitung 60 und dem optional dazwischen geschalteten Widerstand 70 eine elektrische Energie an die Steuer- und Regeleinrichtung 80 übermittelt, welche einem mit der Steuer- und Regeleinrichtung 80 über eine weitere elektrische Verbindungsleitung 60 gekoppelten Energiespeicher 90 zugeführt wird. Bei dem Energiespeicher 90 kann es sich beispielsweise um eine Batterie handeln. In dem Generatorbetrieb wird der Verdrängungskörper 20 entlang seiner Bewegungsachse bewegt, wodurch das in dem ersten Hohlraumabschnitt 8 enthaltene elektrisch leitfähige Fluid zum Strömen zwischen den Teilräumen 8a, 8b veranlasst wird. Das auf das elektrisch leitfähige Fluid einwirkende Magnetfeld bewirkt dabei in dem Fluid eine Ladungstrennung, wodurch eine elektrische Energie an den Elektroden 54 der magnetohydrodynamischen Einrichtung 50 erzeugt wird, welche zu dem Energiespeicher 90 geleitet wird. Die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 wirkt dabei als ein magnetohydrodynamischer Generator zum Umwandeln einer Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids in elektrische Energie. Somit kann auf einfache Art und Weise ohne Hilfe von mechanischen zusammenwirkenden Komponenten elektrische Energie aus der Bewegung des Verdrängungskörpers 20 und damit aus der Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids gewonnen werden. Eine solche Energiegewinnung ist insbesondere für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge förderlich, da eine solche zurückgewonnene Energie für Stromverbraucher entweder unmittelbar oder über eine Zwischenspeicherung einsetzbar ist.
In einem Motorbetrieb werden die Elektroden 54 über die Steuer- und Regeleinrichtung 80 mit einer elektrischen Energie in Form eines elektrischen Stromes beaufschlagt bzw. bestromt, wodurch das elektrisch leitfähige Fluid abhängig von einer Stromrichtung zum bedarfsgerecht gerichteten Strömen veranlasst wird. Damit kann eine Bewegung des Verdrängungskörpers 20 gedämpft oder verursacht werden. Die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 wirkt dabei als magnetohydrodynamischer Motor zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids. Die Steuer- und Regeleinrichtung 80 ist mittels einer weiteren elektrischen Verbindungsleitung 60 mit einer Positionssensorik 100 gekoppelt, welche zum Erfassen einer Position des Verdrängungskörpers 20 vorgesehen ist. Die Positionssensorik 100 kann beispielsweise wenigstens einen Beschleunigungs- oder Bewegungssensor aufweisen. Die Positionssensorik 100 kann ferner zu einer Plausibilitätsprüfung einer Position des Kolbenkopfes 22 hergenommen werden. Die Positionssensorik 100 überträgt eine erfasste Position des Verdrängungskörpers 20, insbesondere des Kolbenkopfes 22, entweder stetig, periodisch oder nach Erhalt eines Anforderungssignals an die Steuer- und Regeleinrichtung 80. Das Anforderungssignal kann dabei von der Steuer- und Regeleinrichtung 80 abgesetzt worden sein. Die Steuer- und Regeleinrichtung 80 ist ausgelegt, das erfasste Positionssignal auszuwerten und die magnetohydrodynamische Einrichtung 50 auf Basis des ausgewerteten Signals derart zu steuern und zu regeln, dass in einem Generatorbetrieb eine erzeugte elektrische Energie bedarfsgerecht gespeichert und/oder in einem Motorbetrieb eine Bewegung des Verdrängungskörpers 20 bedarfsgerecht gedämpft oder veranlasst wird. Sofern der Widerstand 70 zwischengeschaltet ist, kann durch Regelung des Widerstandswertes, beispielsweise durch die Steuer- und Regeleinrichtung 80 veranlasst, die erzeugte elektrische Energie geregelt zum Energiespeicher 90 übertragen werden. Beispielsweise kann in einem Generatorbetrieb ein Widerstandswert des Widerstandes 70 herabgesetzt werden, um die erzeugte elektrische Energie in einem hohen Maße zu übertragen. Sofern keine oder nur eine geringe elektrische Energie in dem Generatorbetrieb entnommen werden soll, kann der Widerstandswert des Widerstandes 70 heraufgesetzt werden.
Die Steuer- und Regeleinrichtung 80 kann nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ausgelegt sein, eine Position des Verdrängungskörpers 20 bzw. des Kolbenkopfes 22 auf Basis von Werten einer Länge der Fluidleitung 36, eines Durchmessers der Fluidleitung 36 und einer erzeugten elektrischen Energie zu berechnen. Die berechnete Position kann dabei mittels der Positionssensorik 100 plausibilisiert werden.
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid. Das Verfahren umfasst einen Schritt 1100 des Bereitstellens eines Hohlkörpers mit einem Hohlraumabschnitt, einen Schritt 1200 des Bereitstellens eines Verdrängungskörpers mit einer magnetohydrodynamischen Einrichtung, wobei der Verdrängungskörper wenigstens eine Fluidleitung zum Durchleiten eines elektrisch leitfähigen Fluids aufweist. Die magnetohydrodynamische Einrichtung ist dabei mit der Fluidleitung zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt. Das Verfahren weist des Weiteren einen Schritt 1300 des Anordnens des Verdrängungskörpers innerhalb des Hohlraumabschnitts zum Ausbilden wenigstens zweier Teilräume auf, welche mittels der Fluidleitung fluidleitend miteinander verbunden sind sowie einen Schritt 1400 des Befüllens der wenigstens zwei Teilräume mit einem elektrisch leitfähigen Fluid. Mit dem Verfahren kann beispielsweise ein wie vorstehend beschriebenes Fluidschwingungsdämpfersystem hergestellt werden.
Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung kann im Allgemeinen eine elektrische Energieerzeugungseinrichtung bereitgestellt werden, welche mit wenigen Einzelkomponenten und beweglichen Teilen kompakt aufgebaut ist, kostengünstig und nahezu verschleißfrei arbeitet.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Ferner können Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
4: Gehäusedurchgang
5: Stirnseite des Gehäuses
6: Hohlraum
8: erster Hohlraumabschnitt
8a: erster Teilraum
8b: zweiter Teilraum
10: zweiter Hohlraumabschnitt
12: Trennwand
14: innere Oberflächenseite des Hohlraumes
16: erstes Dichtelement
20: Verdrängungskörper
22: Kolbenkopf
24: Kolbenstange
26: zweites Dichtelement
28: drittes Dichtelement
30: Kopplungsstelle
32: Karosserieabschnitt
34: Radnabe
36: Fluidleitung
38: erste Öffnung
40: zweite Öffnung
50: magnetohydrodynamische Einrichtung
52: Magnet
54: Elektrode
60: elektrische Verbindungsleitung
70: Widerstand
80: Steuer- und Regeleinrichtung
90: Energiespeicher
1100, 1200: Schritt des Bereitstellens
1300: Schritt des Anordnens
1400: Schritt des Befüllens

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10130748 [0002, 0008]
DE 19507610 [0007]
DE 102012013462 [0020]
WO 2009/060296 [0020]

Claims

Vorrichtung (1) zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid, wobei die Vorrichtung (1) umfasst einen Hohlkörper (2) mit einem Hohlraumabschnitt (8), in welchem ein Verdrängungskörper (20) angeordnet ist, welcher den Hohlraumabschnitt (8) in wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) unterteilt, wobei der Verdrängungskörper (20) in Richtung des jeweiligen Teilraumes (8a, 8b) bewegbar ist; das elektrisch leitfähige Fluid, welches die wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) befüllt; und eine magnetohydrodynamische Einrichtung (50), dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (20) die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) und wenigstens eine Fluidleitung (36) zum fluidleitenden Verbinden der wenigstens zwei Teilräume (8a, 8b) aufweist, wobei die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) mit der Fluidleitung (36) zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (36) in dem Verdrängungskörper (20) serpentinen- oder spulenartig ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (20) wenigstens einen Ausgleichsraum aufweist, welcher von der Fluidleitung (36) abzweigt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) einen magnetohydrodynamischen Generator zum Umwandeln einer Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids in elektrische Energie und/oder einen magnetohydrodynamischen Motor zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids ausbildet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (2) einen weiteren Hohlraumabschnitt (10) aufweist, welcher unter Zwischenlage einer Trennwand (12) benachbart zu dem Hohlraumabschnitt (8) angeordnet ist, wobei der weitere Hohlraumabschnitt (10) mit einem kompressiblen Fluid befüllt oder befüllbar ist, wobei die Trennwand (12) entlang einer den Hohlraumabschnitt (8) und den weiteren Hohlraumabschnitt (10) kreuzenden Bewegungsachse bewegbar ist, wobei die Trennwand (12) den weiteren Hohlraumabschnitt (10) von dem Hohlraumabschnitt (8) fluiddicht trennt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumabschnitt (8) und der weitere Hohlraumabschnitt (10) einen gemeinsamen Hohlraum (6) ausformen, in welchem die Trennwand (12) und der Verdrängungskörper (20) entlang einer gemeinsamen Bewegungsachse angeordnet und bewegbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (20) ein Kraftübertragungselement (24) aufweist, welches durch einen Durchgang (4) des Hohlkörpers (2) hindurchragt, wobei der Durchgang (4) eine Außenseite des Hohlkörpers (2) mit einem der Teilräume (8a, 8b) verbindet, und wobei ein außerhalb des Hohlkörpers (2) befindlicher Abschnitt des Kraftübertragungselements (24) eine Kopplungsstelle (30) zum Übertragen einer Kraft aufweist.
Fluidschwingungsdämpfersystem für ein Kraftfahrzeug umfassend wenigstens eine Vorrichtung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, und eine Steuer- und Regeleinrichtung (80), welche mit der magnetohydrodynamischen Einrichtung (50) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (80) ausgelegt ist, die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) zwischen einem Generatorbetriebszustand zum Erzeugen einer elektrischen Energie aus einer Strömungsenergie des elektrisch leitfähigen Fluids und einem Motorbetriebszustand zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids zu schalten.
Fluidschwingungsdämpfersystem nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen regelbaren Widerstand (70), welcher in einem Energieübertragungsweg zum Übertragen einer Energie zwischen der Steuer- und Regeleinrichtung (80) und der magnetohydrodynamischen Einrichtung (50) angeordnet ist, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (80) ausgelegt ist, einen Widerstandswert des regelbaren Widerstands (70) zum Regulieren einer Energiemenge einer in dem Generatorbetriebszustand der magnetohydrodynamischen Einrichtung (50) erzeugten Energie oder zum Regulieren einer in dem Motorbetriebszustand zum gerichteten Strömen des elektrisch leitfähigen Fluids erforderlichen Energie zu regeln.
Fluidschwingungsdämpfersystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (80) mit einer Sensorik (100) elektrisch koppelbar oder gekoppelt ist, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung (80) ausgelegt ist, die magnetohydrodynamische Einrichtung (50) abhängig von einer Auswertung eines von der Sensorik (100) übertragenen Sensorsignals zum Regulieren der Energiemenge anzusteuern.
Fluidschwingungsdämpfersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (100) wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Neigungsbewegung oder -beschleunigung um eine Längs- oder Querachse des Kraftfahrzeuges aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung zum Wechselwirken mit einem elektrisch leitfähigen Fluid, wobei das Verfahren umfasst einen Schritt (1100) des Bereitstellens eines Hohlkörpers mit einem Hohlraumabschnitt, einen Schritt (1200) des Bereitstellens eines Verdrängungskörpers mit einer magnethydrodynamischen Einrichtung, wobei der Verdrängungskörper wenigstens eine Fluidleitung zum Durchleiten eines elektrisch leitfähigen Fluids aufweist, wobei die magnetohydrodynamische Einrichtung mit der Fluidleitung zum Wechselwirken mit dem elektrisch leitfähigen Fluid gekoppelt ist, einen Schritt (1300) des Anordnens des Verdrängungskörpers innerhalb des Hohlraumabschnitts zum Ausbilden wenigstens zweier Teilräume, welche mittels der Fluidleitung fluidleitend miteinander verbunden sind, und einen Schritt (1400) des Befüllens der wenigstens zwei Teilräume mit einem elektrisch leitfähigen Fluid.