DE10337516B4 - Ventilanordnung zur Regulierung des Fließverhaltens einer magnetorheologischen Flüssigkeit - Google Patents

Abstract

Ventilanordnung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung mit einem Ventilgehäuse (6), in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung (7) zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetflusslinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses (6) weitgehend parallel zueinander orientiert sind, sowie mit einer Ventileintritts- (1, 22) und Ventilaustrittsöffnung (2, 23), die durch einen fluiddichten Strömungskanal (20, 21) verbunden sind, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt (4) aufweist, der von den parallel zueinander orientierten Magnetflusslinien weitgehend senkrecht durchsetzbar ist, wobei der Strömungskanalabschnitt (4) wenigstens einseitig fluiddicht von einem Strömungskanalelement (11) begrenzt ist, das modular in das Ventilgehäuse (6) implementierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (6) und/oder innerhalb des von dem Ventilgehäuse (6) einbeschreibbaren Volumens Permanentmagnete (10) vorgesehen sind und deren im Bereich des Strömungskanals (20, 21) permanentes Magnetfeld durch das von der Bestromung der Spulenanordnung (7) hervorgerufene veränderliche Magnetfeld kompensiert wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Ventilanordnung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung, mit einem Ventilgehäuse, in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetfeldlinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses weitgehend parallel verlaufen, sowie mit einer Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung, die durch einen fluiddichten Strömungskanal verbunden sind, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt aufweist, der von den parallel verlaufenden Magnetfeldlinien weitgehend senkrecht durchsetzbar ist.
• Stand der Technik
• Ventilanordnungen der vorstehenden Gattung nutzen den sogenannten magnetorheologischen Effekt, der bei bestimmten Flüssigkeiten zu beobachten ist, in denen zumeist Magnetfeld-sensitive Partikel oder Bestandteile enthalten sind, die in Wechselwirkung mit einem Magnetfeld Ordnungsstrukturen annehmen, wodurch das Fließverhalten der Flüssigkeit beeinflusst wird, umgangssprachlich werden derartige magnetorheologische Flüssigkeiten in Gegenwart eines Magnetfeldes zäh- bzw. dickflüssig.
• Zur technischen Nutzung des vorstehend genannten Effektes bedarf es eines Strömungskanals, durch den eine derartige magnetorheologische Flüssigkeitsströmung hindurch tritt, sowie eines veränderlichen Magnetfeldes, dessen Magnetfeldlinien den Strömungskanal senkrecht zur Strömungsrichtung durchsetzten. Durch Variation der innerhalb des Strömungskanals auf die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung einwirkende Magnetfeldstärke lässt sich gezielt ein Druckabfall innerhalb der Strömung und damit verbunden die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Strömungsfluss zwischen einem Zu- und Ablauf, die durch den Strömungskanal verbunden sind, beeinflussen.
• Die Erzeugung des Magnetfeldes erfolgt in an sich bekannter Weise mit einer stromdurchflossenen Spulenanordnung, die von einem regelbaren elektrischen Strom durchflossen wird. Mit Hilfe einer derartigen Anordnung ist es möglich, im stromlosen Fall, d. h. im magnetfeldfreien Fall, die magnetorheologische Flüssigkeit ungehindert durch den Strömungskanal hindurch treten zu lassen und im bestromten Fall, d. h. in Gegenwart eines Magnetfeldes, den magnetorheologischen Flüssigkeitsstrom zum Erliegen zu bringen. Selbstverständlich ist es möglich, den Flüssigkeitsstrom bei geeigneter Magnetfelddosierung nahezu beliebig variabel zu beeinflussen.
• Zusätzlich zu der Verwendung stromdurchflossener Spulenanordnungen eignet sich der Einsatz von Permanentmagneten zur Erzeugung statischer Magnetfelder im Bereich des Strömungskanals, so dass auch ohne Stromfluss durch die Spulenanordnung ein Magnetfeld vorherrscht und einen gezielten konstanten Druckabfall längs der Strömungsrichtung innerhalb des Strömungskanals, der bis hin zum vollständigen Erliegen der magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung führen kann, einprägt. Durch geeignete Wahl der Magnetpolung des statischen Magnetfeldes im Verhältnis zu dem durch die Spulenanordnung erzeugbaren veränderlichen Magnetfeld kann überdies das statische Magnetfeld gezielt verstärkt oder geschwächt werden, je nach dem, in welcher Weise die rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeitsströmung beeinflusst werden sollen.
• Dies vorausgeschickt, soll im weiteren kurz auf bekannte technische Anwendungsfälle des vorstehend beschriebenen rheologischen Effektes Bezug genommen werden:
  Aus der DE 44 33 056 A1 geht ein Schwingungsdämpfersystem für Kraftfahrzeuge hervor, das auf einer Kolben-Zylindereinheit basiert, bei der der Arbeitskolben mit dem Arbeitszylinder einen Engspalt einschließt und der Arbeitszylinder überdies mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt ist. Innerhalb des Arbeitskolbens ist eine Spulenanordnung vorgesehen, die bei entsprechender Bestromung ein veränderliches Magnetfeld erzeugt, dessen Feldlinien zumindest abschnittsweise den Engspalt senkrecht durchsetzen. Im stromlosen Fall tritt bei Bewegung des Arbeitskolbens die magnetorheologische Flüssigkeit durch den Engspalt von einem in den anderen Volumenbereich des Arbeitszylinders. Im schwingungsgedämpften Fall wird die Spulenanordnung bestromt, wodurch die in dem Engspalt befindliche magnetorheologische Flüssigkeit verdickt und ein Flüssigkeitsaustausch zwischen den durch den Arbeitskolben getrennten Volumenbereichen innerhalb des Arbeitszylinders zumindest behindert wird.
• Auf dem gleichen Prinzip beruht der in der Druckschrift DE 196 04 182 A1 beschriebene Schwingungsdämpfer, jedoch sind in diesem Fall die durch den Arbeitskolben innerhalb des Arbeitszylinders voneinander getrennten Raumbereiche durch eine externe Bypassleitung verbunden, längs der eine Spulenanordnung vorgesehen ist, deren erzeugbare Magnetfeldlinien die Bypassleitung an zwei räumlich voneinander getrennten Bereichen senkrecht durchsetzen. In Abhängigkeit der erzeugbaren Magnetfeldstärke ist das Fließverhalten der magnetorheologischen Flüssigkeit durch die Bypassleitung beeinflussbar und somit die Beweglichkeit des Kolbens innerhalb der Zylindereinheit gezielt steuerbar.
• Aus der DE 693 29 851 T2 ist eine magnetorheologische Flüssigkeitsvorrichtung in Form eines, auf einer Kolben-Zylindereinheit beruhenden Dämpfersystems entnehmbar, das mit dem Dämpfersystem aus der zuerst genannten Druckschrift vergleichbar ist. In diesem Fall besteht der Kolben aus einer, eine Vielzahl von Spulenwicklungen aufweisenden Spulenanordnung, die mittel- oder unmittelbar mit der Innenwand des mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit angefüllten Zylinders einen Engspalt einschließt. Wiederum können in Abhängigkeit der Erzeugung des veränderlichen Magnetfeldes die rheologischen Eigenschaften und damit verbunden die Flüssigkeitsströmung innerhalb des Engspaltes beeinflusst werden, wodurch die Beweglichkeit des Kolbens innerhalb der Zylindereinheit gezielt einstellbar ist.
• Im Unterschied zu den vorstehenden Druckschriften, in denen konkrete funktionsbestimmte Komponenten mit magnetorheologischen Flüssigkeiten beschrieben sind, wie sie überdies auch aus der DE 100 30 079 A1 , US 6 158 470 A , US 5 956 951 A , US 6 019 201 A sowie US 6 390 253 A entnehmbar sind, beschreibt die US 5 452 745 A eine Ventilanordnung, die sich den vorstehend bezeichneten magnetorheologischen Effekt bei Flüssigkeiten zunutze macht. Diese bekannte Ventilanordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 der Druckschrift, weist ein hohlzylindrisches Ventilgehäuse auf, in dessen Inneren eine Spulenanordnung vorgesehen ist, sowie einen für die magnetorheologische Flüssigkeit vorgesehenen Strömungskanal, der im wesentlichen als Strömungsspalt in Umfangsrichtung längs der Innenwand des hohlzylindrischen Ventilgehäuses verläuft. Bei der in Bezug genommenen Ausführungsform ist eine axial zum hohlzylindrischen Ventilgehäuse verlaufende Zuleitung sowie eine seitlich aus dem Zylindergehäuse orientierte Ableitung vorgesehen.
• Die bekannte Ventilanordnung weist den Nachteil auf, dass die Spulenanordnung und damit die gesamte Ventilgehäuseanordnung nicht beliebig verkleinerbar ist, zumal in dem innerhalb des Ventilgehäuses umlaufenden Strömungskanal eine zur wirksamen Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeitsströmung erforderliche Mindestmagnetfeldstärke vorherrschen muss, um die Funktionalität des Ventils zu gewährleisten. Überdies bietet die bekannte Ventilanordnung keine weiteren Möglichkeiten zum Vorsehen mehrerer, getrennt voneinander verlaufender Strömungskanäle, um die Ventilfunktionalität zu verbessern.
• Aus der DE 198 20 569 A1 ist eine Ventilanordnung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bekannt.
• Ferner zeigen sowohl die DE 201 03 782 U1 , als auch die DE 299 13 326 U1 Ventilanordnungen zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung mit einem Ventilgehäuse, in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetflusslinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses weitgehend parallel zueinander orientiert sind, sowie mit einer Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung, die durch einen fluiddichten Strömungskanal verbunden sind, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt aufweist, der von den parallel zueinander orientierten Magnetflusslinien weitgehend senkrecht durchsetzbar ist.
• Darstellung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ventilanordnung der vorstehend beschriebenen Gattung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung mit einem Ventilgehäuse, in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetfeldlinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses weitgehend parallel zueinander verlaufen, sowie mit einer Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung, die durch einen fluiddichten Strömungskanal verbunden sind, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt aufweist, der von den parallel zueinander verlaufenden Magnetfeldlinien weitgehend senkrecht durchsetzbar ist, derart weiterzubilden, dass die Möglichkeit geschaffen wird, die Ventilanordnung zu miniaturisieren, ohne dabei die Effizienz der Ventilsteuerung, d. h. die Wirksamkeit der Einflussnahme des veränderlichen Magnetfeldes auf die das Ventilgehäuse durchströmende magnetorheologische Flüssigkeitsströmung zu verschlechtern. Überdies soll ein neuartiges Lösungskonzept für vorstehend genannte Ventilanordnungen angegeben werden, das die Möglichkeit zur Integration mehrerer Schaltfunktionen in einer einzigen Ventilanordnung eröffnet. Die Ventilanordnung soll sich durch einen einfachen technischen und konstruktiven Aufbau auszeichnen, der mit möglichst kostengünstigen Mitteln realisierbar ist. Auch soll die Ventilanordnung neben der Möglichkeit der Miniaturisierung die vorstehend aufgezählten positiven Eigenschaften auch bei größer skalierten Bauformen besitzen.
• Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 23 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie insbesondere der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
• Das erfindungsgemäße Konzept zur Ausgestaltung einer Ventilanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 geht vom Modulgedanken aus und sieht ein einfaches Ineinanderfügen kostengünstig herstellbarer Einzelkomponenten vor, die nach entsprechender Montage eine einheitliche Ventilanordnung darstellen. Hierbei begrenzt ein Strömungskanalelement, das modular in das Ventilgehäuse implementierbar ist, wenigstens einseitig den Strömungskanalabschnitt fluiddicht, längs dem die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung senkrecht von den parallel zueinander verlaufenden Magnetfeldlinien durchsetzt wird.
• Gleichsam den vorstehend zitierten, nächst kommenden Stand der Technik ist die Spulenanordnung in Form einer Zylinderspule ausgebildet, die wenigstens eine bevorzugt jedoch eine Vielzahl in Umfangsrichtung einer Zylindergeometrie angeordnete Spulenwicklung aufweist. Grundsätzlich ist es möglich, die Zylindergeometrie als geradlinigen Hohlzylinder auszubilden, längs dessen Mantelfläche die Spulenwicklungen vorzusehen sind. Abweichend jedoch von einer bevorzugten geraden Hohlzylinderform als Trägerstruktur für die Spulenwicklungen eignen sich auch Trägerstrukturen mit von der Kreisform abweichenden äußeren Querschnittskonturen, beispielsweise hohle prismatische Stabformen mit n-eckigen Außenkonturen. Prinzipiell eignen sich sämtliche vergleichbare Trägerstrukturen, die von wenigstens einer Symmetrieachse durchsetzt sind. Die Symmetrieachse der eingangs beschriebenen Zylinderspule stellt zugleich auch die Zylinderachse dar, längs der bei der entsprechender Bestromung der Spulenwicklungen parallel zueinander verlaufende Magnetfeldlinien im Spuleninneren erzeugt werden, die axialwärts beidseitig aus dem Spuleninneren der Zylinderspule austreten und im weiteren Verlauf die Spulenwicklungen toroidalartig umschließen.
• In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Ventilanordnung ist das den Strömungskanalabschnitt zumindest einseitig fluiddicht begrenzende Strömungskanalelement scheibenartig ausgebildet, mit einer Oberfläche, längs der die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung anliegt. Das Strömungskanalelement ist dabei derart relativ zur Spulenanordnung innerhalb des Ventilgehäuses implementierbar, dass die von der Flüssigkeitsströmung überströmte Oberfläche des Strömungskanalelementes radial zu den axialwärts gerichteten Magnetfeldlinien erstreckt, d. h. die Oberfläche wird von den axialwärts gerichteten Magnetfeldlinien senkrecht durchdrungen.
• In einem einfachsten Fall wird der Strömungskanalabschnitt einerseits von der Oberfläche des vorstehend genannten Strömungskanalelementes begrenzt, andererseits von einem ebenfalls scheibenartig ausgebildeten Deckelelement begrenzt, das mit der Oberfläche des Strömungskanalelementes einen, den Strömungskanalabschnitt bildenden Engspalt einschließt. Das Deckelelement verfügt überdies über eine geeignete Zu- und Ableitung, über die die magnetorheologische Flüssigkeit entsprechend zu- bzw. abgeführt wird.
• Strömungskanal- sowie auch Deckelelement sind vorzugsweise koaxial zur ringförmig ausgebildeten Spulenanordnung angeordnet, wobei der Strömungskanalabschnitt radialwärts den vollständigen Spuleninnenquerschnitt abdeckt, wodurch sämtliche axialwärts gerichteten Magnetflusslinien den Strömungskanalabschnitt wirksam durchsetzen. Konstruktionsbedingt ist die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung senkrecht zu den axialwärts aus dem Spuleninneren nach außen tretenden, parallel gerichteten Magnetfeldlinien orientiert, so dass eine effektive Beeinflussung der rheologischen Eigenschaften der den Strömungskanalabschnitt passierenden Flüssigkeitsströmung selbst bei kleinsten Strukturdimensionen möglich ist. Hierbei ist darauf zu achten, dass die den Strömungskanalabschnitt unmittelbar umgebenden Komponenten aus einem Material gefertigt sind, das eine magnetische Permeabilität aufweist, die in der Größenordnung jener der magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung oder darunter liegt, um eine möglichst verlustfreie Durchdringung der Magnetfeldlinien zu gewährleisten.
• Je nach Durchflussmenge, der die Ventilanordnung hindurchströmenden magnetorheologischen Flüssigkeit sowie dem Regelungsbereich, in dem die Ventilanordnung die Flüssigkeitsströmung beeinflussen soll, können unterschiedlich konzipierte Strömungskanalelemente in die Ventilanordnung modular implementiert werden. Weitere Einzelheiten hierzu sind im folgenden den Ausführungsbeispielen entnehmbar.
• Auch bietet die modular aufgebaute Ventilanordnung eine Kombination und gegenseitige Verschaltung von mehreren einzelnen Ventilanordnungen. Hierzu weist jede einzelne Ventilanordnung als weitere Komponente eine Abschlussplatte auf, die axialwärts mit dem Deckelelement fluiddicht verfügt ist. Die Abschlussplatte weist an ihrer Vorderfront eine Ventileintritts- sowie Ventilaustrittsöffnung auf, von denen jeweils eine Zu- bzw. Ableitung mit der entsprechenden, im Deckelelement vorgesehenen Zu- und Ableitung fluiddicht kommunizieren. Überdies weist die Abschlussplatte einen Seitenkantenbereich auf, an den Verbindungsöffnungen münden, die jeweils mit der Zu- bzw. Ableitung innerhalb der Abschlussplatte verbunden sind. Durch eine geeignete geometrische Ausbildung der Abschlussplatte ist es möglich, mehrere Ventilanordnungen in arrayförmiger Anordnung miteinander fluiddicht zu verbinden, um auf diese Weise eine hochkomplexe, ansteuerbare Gesamtventilanordnung zu erhalten. Einzelheiten hierzu sind im weiteren unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
• Neben der vorstehend beschriebenen Ventilanordnung, die eine Flüssigkeitsströmungsregelung längs eines einzigen Strömungskanalelementes vorsieht und insofern als 2/2-Ventil angesehen werden kann, d. h. die Ventilanordnung verfügt über zwei Ventilöffnungen, eine Ventileintrittsöffnung sowie eine Ventilaustrittsöffnung, die grundsätzlich in zwei unterschiedliche Schaltzustände überführt werden kann, nämlich eine geöffnete sowie eine geschlossene Schaltstellung, sieht ein weiteres Ausführungsbeispiel eine 3/3-Ventilanordnung vor, die auf dem gleichen modularen Erfindungskonzept basiert und auf die unter Bezugnahme eines geeigneten Ausführungsbeispiels ausführlich eingegangen wird.
• Im Unterschied zu den vorstehenden Ventilanordnungen, bei denen der Strömungskanalabschnitt eine radiale Fließrichtung relativ zum axial durch die Spulenanordnung gerichteten Magnetfeld vorgibt, sieht eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Ventilanordnung ein als Verdrängungskörper ausgebildetes Strömungskanalelement vor, das zentrisch zur Spulenanordnung in einem von der Spulenanordnung umgebenden Spuleninnenraum angeordnet ist. Wieder sei angenommen, dass die Spulenanordnung als eine Vielzahl von Spulenwicklungen aufgefasst werden kann, die um die Mantelfläche eines geraden Hohlzylinders gewickelt sind und einen zweiseitig offenen zylinderförmigen Spuleninnenraum umschließen. Innerhalb des Spuleninnenraumes ist der Verdrängungskörper, vorzugsweise ausgebildet in Form eines Zylinderelementes, vorgesehen, der mit der Innenwandung des Spulenzylinders einen ringförmigen Engspalt einschließt, der axialwärts von der magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung durchsetzt wird. Hierzu weist die Ventilanordnung eine Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung an jeweils gegenüberliegenden Seiten relativ zur Spulenanordnung auf, die über entsprechende Strömungskonturen fluiddicht mit der Zylindergeometrie der Spulenanordnung verbunden sind. Auch in diesem Falle ist das als Verdrängungskörper ausgebildete Strömungskanalelement modular in das Ventilgehäuse implementierbar und kann in Abhängigkeit jeweiliger Ventilanforderungen nach Form und Größe unterschiedlich ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Verdrängungskörper stromab- sowie stromaufseitig strömungsgünstige Umströmungskonturen auf, durch die der Druckverlust auf ein mögliches Minimum reduziert werden kann.
• Weitere Einzelheiten sind den im weiteren beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmbar.
• Kurze Beschreibung der Erfindung
• Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
• 1a, b Längs- und Querschnittsdarstellung sowie perspektivische Darstellung einer 2/2-Ventilanordnung,
• 2 Explosionsdarstellung der in 1 dargestellten Ventilanordnung,
• 3a, b Varianten für ein Strömungskanalelement,
• 4 Schaltkonstellationen für das 2/2-Wegeventil für Differential- und Gleichlaufzylinder,
• 5 Anwendungsbeispiel einer Mehrfachventilanordnung zum Betrieb eines Hydraulikzylinders,
• 6a, b Längs- und Querschnittsdarstellung einer 3/3-Ventilanordnung,
• 7a, b Darstellung des Funktionsprinzipes der in 6 dargestellten Ventilanordnung,
• 8 Beschaltungsvariante einer 3/3-Ventilanordnung,
• 9a, b Hydraulikschaltungen mit jeweils einer 3/3-Ventilanordnung für Differential- und Gleichlaufzylindern, sowie
• 10a, b Längs- und Querschnittsdarstellung durch eine weitere 2/2-Ventilanordnung mit Verdrängungskörper.
• Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
• In 1a ist ein Längsschnitt (siehe linke Bilddarstellung) sowie ein Querschnitt (siehe rechte Bilddarstellung) durch eine 2/2-Ventilanordnung dargestellt, die über zwei Ventilöffnungen, nämlich eine Ventileintrittsöffnung 1 und eine Ventilaustrittsöffnung 2 verfügt, die beide über einen im Inneren der Ventilanordnung verlaufenden Strömungskanal miteinander verbunden sind. Der Strömungskanal setzt sich zusammen aus einer Zuleitung 3, einem Strömungskanalabschnitt 4 sowie aus einer Ableitung 5. Die Pfeildarstellungen an der Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung 1, 2 geben die Strömungsrichtung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung an, die die Ventilanordnung in einer geöffneten Schaltstellung durchströmt.
• Zur Schaltung und Betriebsweise der in 1a dargestellten Ventilanordnung weist diese folgende, modular ineinander fügbare Komponenten auf:
  Ein Ventilgehäuse 6, das vorzugsweise aus einem geraden Hohlzylinder besteht, umschließt eine im Inneren des Hohlzylinders eingebrachte Spulenanordnung 7, die eine Vielzahl in Umfangsrichtung auf einer Zylindergeometrie 8 angeordnete Spulenwicklungen aufweist. Die Zylindergeometrie 8 besteht im gezeigten Beispiel aus einem ringförmig umlaufenden U-Profil, das radial nach außen geöffnet ist und somit zur Aufnahme der Spulenwicklungen dient. Ein aus vorzugsweise weichmagnetischem Material gefertigtes Kernelement 9 ist in dem von der Spulenanordnung 7 umschlossenen Volumen eingebracht. Optional ist es möglich, Bereiche 10 mit Permanentmagneten vorzusehen, wie dies aus der Längsschnittdarstellung gemäß 1a anhand der grau dargestellten Felder zu entnehmen ist. In Gegenwart von Permanentmagneten 10 ist aufgrund des damit verbundenen statischen Magnetfeldes ein in bestimmter Weise die magnetorheologischen Eigenschaften der durch den Strömungskanal hindurch fließenden Flüssigkeit innerhalb der Ventilanordnung vorgebbar.
• Der wesentlich zur Ventilfunktion der dargestellten Ventilanordnung beitragende Strömungskanalabschnitt 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel von zwei Komponenten fluiddicht begrenzt, nämlich ein scheibenartig ausgebildetes Strömungskanalelement 11 sowie ein ebenso scheibenartig ausgebildetes Deckelelement 12. Beide Elemente 11 und 12 sind koaxial zur Spulenanordnung 7 innerhalb des hohlzylindrisch ausgebildeten Ventilgehäuses 6 angeordnet und begrenzen die Spulenanordnung 7 in der in 1a dargestellten Weise einseitig. Das Strömungskanalelement 11 weist an seiner der Spulenanordnung 7 abgekehrten Oberfläche einen in das Scheibenmaterial eingearbeiteten, meanderförmig verlaufenden Strömungskanalabschnitt 4 auf, durch den eine magnetorheologische Flüssigkeit radialwärts zu dem durch die Spulenanordnung 7 erzeugbaren Magnetfeldlinien auszubreiten vermag. Der einseitig offen ausgebildete Strömungskanalabschnitt 4 ist axialwärts durch das Deckelelement 12 fluiddicht begrenzt. Sowohl das Strömungskanalelement 11 sowie auch das Deckelelement 12 sind zentrisch innerhalb des zylindrigen Ventilgehäuses 6 angeordnet. Das Deckelelement 12 schließt mit dem Strömungskanalelement 11 im radial außen liegenden Bereich einen Zuleitungsbereich 13 sowie einen Ableitungsbereich 14 ein. Konturübergreifend mit dem Deckelelement 12 sowie dem dargestellten linken Randbereich des Ventilgehäuses 6 ist eine Abschlussplatte 15 vorgesehen, in der die Ventileintrittsöffnung 1 sowie Ventilaustrittsöffnung 2 eingebracht sind und entsprechend fluiddicht mit dem Zuleitungsbereich 13 und Ableitungsbereich 14 kommunizieren.
• Nur aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung der im Längsschnitt dargestellten Ventilanordnung gemäß 1a ist auf die zeichnerische Darstellung von Details hinsichtlich gegenseitiger Befestigungsmittel sowie elektrische Anschlussleitungen für die Spulenanordnung etc. verzichtet worden. Selbstverständlich sind diese mit an sich bekannten Massnahmen und Mitteln entsprechend vorzusehen.
• Im stromlosen Fall, d. h. die Spulenanordnung 7 wird nicht bestromt, herrscht lediglich ein durch die Permanentmagnete 10 erzeugtes statisches Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinien das scheibenartig ausgebildete Strömungskanalelement 11 axialwärts durchsetzt. Grundsätzlich können folgende unterschiedliche Fallkonstellationen voneinander unterschieden werden:
  Zum einen sei angenommen, dass das statische, durch die Permanentmagnete 10 hervorgerufene Magnetfeld eine Magnetfeldstärke aufweist, durch die die magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung im Bereich des Strömungskanalabschnittes 4 derart verdickt, so dass die Flüssigkeitsströmung vollständig zum Erliegen kommt. Somit nimmt die Ventilanordnung im stromlosen Fall eine geschlossene Stellung ein. Durch geeignete Wahl der elektrischen Stromrichtung durch die Spulenwicklungen der Spulenanordnung 7 wird im Bestromungsfall ein veränderliches Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien axial entgegengesetzt zu den statischen Magnetfeldlinien orientiert sind, wodurch sich das im Bereich des Strömungskanalabschnittes 4 wirksame Magnetfeld kompensiert und eine Flüssigkeitsströmung durch die Ventilanordnung gewährleistet wird.
• Ein anderer Anwendungsfall sieht vor, die Stärke des statischen Magnetfeldes derart einzustellen, dass im stromlosen Fall ein reduzierter, aber dennoch vorhandener Flüssigkeitsstrom durch die Ventilanordnung möglich ist, so dass durch die Vorgabe der elektrischen Stromflussrichtung durch die Spulenanordnung sowie durch geeignete Wahl der Stromstärke eine nahezu beliebige Modulation der magnetorheologischen Flüssigkeitströmung durch die Ventilanordnung erreichbar ist.
• Bezugnehmend auf die Querschnittsdarstellung gemäß 1a, rechte Bilddarstellung, wird ersichtlich, dass das scheibenartig ausgebildete Strömungskanalelement 11 einen kreisförmigen Umfangsrand aufweist, der an die Innenkontur des als geraden Hohlzylinder ausgebildeten Ventilgehäuses 6 angepasst ist. Überdies befinden sich der Zuleitungsbereich 13 sowie der Ableitungsbereich 14 in radialer Überdeckung mit den Spulenwicklungen der Spulenanordnung 7, in Bereichen, in denen die Magnetfeldlinien des veränderlichen Magnetfeldes die Zu- und Ableitungen weitgehend senkrecht durchsetzen, wodurch auch in diesen Bereichen die Rheologie der Flüssigkeit durch die veränderlichen Magneteffekte beeinflusst werden kann.
• Das Strömungskanalelement 11 kann abweichend von der in 1a dargestellten Ausführungsform, die einen meanderförmigen Strömungskanalabschnitt 4 vorsieht, als flache Scheibe bzw. Platte ausgeführt sein, die mit dem axial beabstandeten Deckelelement einen im Querschnitt kreisrunden Engspalt einschließt. Weitere alternative Ausbildungsformen des Strömungskanalelementes 11 sind in 3a, b dargestellt, auf die im weiteren noch eingegangen wird. Eine wesentliche Eigenschaft des Strömungskanalelementes 11 betrifft die modulare Austauschbarkeit des Elementes in Abhängigkeit gewünschter Ventilanforderungen.
• Aus Gründen einer fluidischen Kombinierbarkeit der in 1a dargestellten Ventilanordnung mit weiteren, identisch ausgebildeten Ventilanordnungen, sieht die Abschlussplatte 15 längs ihres Seitenkantenbereiches Durchgangskanäle 16 vor, die mit entsprechend korrespondierenden Durchgangskanälen benachbarter Abschlussplatten fluiddicht verbindbar sind, wie es beispielsweise aus der Bilddarstellung gemäß 5 hervorgeht, auf die im späteren Bezug genommen wird,.
• 1b zeigt eine dreidimensionale äußere Ansicht der Ventilanordnung mit dem zylinderförmig ausgebildeten Ventilgehäuse 6 und der axialwärts am Ventilgehäuse 6 angebrachten Abschlussplatte 15, an deren Vorderfront 17 die Ventileintrittsöffnung 1 sowie Ventilaustrittsöffnung 2 und an deren Seitenkantenbereich die Durchgangskanäle 16 für die Kombination mit weiteren Ventilanordnungen, vorgesehen sind.
• Die Explosionsbilddarstellung in 2 verdeutlicht die einfache Montierbarkeit der Ventilanordnung, die sich im wesentlichen durch axiales Zusammenfügen aus den einzelnen Komponenten Abschlussplatte 15, Deckelelement 12, Strömungskanalelement 11, Kernelement 9, Spulenanordnung 7, Permanentmagnetring 10 sowie Ventilgehäuse 6 ergibt.
• Alternative Ausführungsformen für das Strömungskanalelement 11 sind der 3a und b zu entnehmen. In beiden Fällen erheben sich über die Oberfläche 18 des Strömungskanalelementes 11 sogenannte Strömungsleitmittel 19, die als Strömungskulisse für den magnetorheologischen Flüssigkeitsstrom dienen. Die der Oberfläche 18 abgewandten Oberflächen der Strömungsleitmittel 19 dienen als Dichtflächen, die fluiddicht gegen das nicht in 3 dargestellte Deckelelement gepresst werden.
• Das in 3b dargestellte Strömungskanalelement 11 ist für einen großen Strömungsdurchtritt konzipiert, bei der die Flüssigkeitsströmung durch Vorsehen einer mittig angeordneten Strömungsinsel 19' in zwei unterschiedliche Strömungswege aufgetrennt wird. Demgegenüber sieht das Strömungskanalelement 11 gemäß 3a einen Strömungskanalabschnitt in Art eines vollständigen S-Schlages vor, längs dem die magnetorheologische Flüssigkeit mit großer Wirksamkeit beeinflusst werden kann.
• Für den Austausch und Implementierung der unterschiedlichen Strömungskanalelemente 11 bedarf es keiner weiteren Befestigungsmaßnahmen, zumal das Strömungskanalelement 11 lediglich im Wege eines kraftbeaufschlagten Presssitzes innerhalb des Ventilgehäuses 6 fixiert wird.
• Die 4a und b zeigen technische Anwendungsfälle der vorstehend beschriebenen 2/2-Ventilanordnung. 4a zeigt eine Zylindereinheit, die an zwei Arbeitsleitungen A und B angeschlossen ist und über eine einseitig aus der Zylindereinheit hinausragende Kolbenstange aufweist. Die Arbeitsleitung A, die mit dem oberen Volumen der Kolben-Zylindereinheit verbunden ist, versorgt diese mit magnetorheologischer Flüssigkeit, die druckbeaufschlagt von der Pumpe P, die motorisch angetrieben ist (siehe Motoreinheit M), zur Verfügung gestellt wird. Die Pumpe P wiederum ist mit einem drucklosen Rücklauftank R verbunden. Ein im Leitungskreislauf integriertes Druckbegrenzungsventil D sorgt für einen nicht zu überschreitenden Arbeitsdruck innerhalb der dargestellten Druckleitungen. Schließlich sind zur Betätigung der Kolbenstange längs der Zylindereinheit Z zwei Ventilanordnungen V1 und V2 gemäß der vorstehend beschriebenen Bauart vorgesehen, die in folgender Weise betrieben werden. Zum Einfahren der Kolbenstange K in die Zylindereinheit Z ist die Ventilanordnung V1 geschlossen, so dass sich der durch die Pumpe P aufgebaute Druck innerhalb des Arbeitsmittels in das obere Volumen der Kolben-Zylindereinheit ausbreitet und die Kolbenstange K im gezeigten Fall nach unten drückt. Um einen entsprechenden Abfluss des im unteren Volumen der Kolben-Zylindereinheit zu gewährleisten, ist in diesem Fall die Ventilanordnung V2 geöffnet. Soll hingegen die Kolbenstange K längs der Zylindereinheit Z nach oben getrieben werden, so ist die Ventilanordnung V2 zu schließen und die Ventilanordnung V1 zu öffnen, wobei innerhalb der Druckleitungen A und B der gleiche Flüssigkeitsdruck anliegt. Durch die von der Kolbenstange bedingte Volumenverdrängung innerhalb der Zylindereinheit Z oberhalb des Kolbens, stellt sich im unteren Volumenbereich der Zylindereinheit Z ein größerer Druck ein, der die Kolbenstange K nach oben treibt. Durch den sich in dieser Schaltungskonstellation einstellende Differentialdruck innerhalb der Kolben-Zylindereinheit wird dieser auch als Differentialzylinder genannt.
• Hierdurch unterscheidet sich die Kolben-Zylindereinheit in 4b, die einen Gleichlaufzylinder aufweist, deren Zylindereinheit Z beidseitig jeweils von einer Kolbenstange K durchsetzt wird. Zum Betrieb einer derartigen Kolben-Zylindereinheit bedarf es der in 4b dargestellten Ventilanordnung, bestehend aus vier einzelnen Ventilen V1 bis V4, die in einer Vollbrückenschaltung angeordnet sind. Auch in diesem Fall wird das magnetorheologische Arbeitsmittel durch eine motorangetriebene Pumpe aus einem ansonsten drucklosen Rücklauftank R zur Verfügung gestellt, wobei der Leitungsdruck von einem Druckbegrenzungsventil D begrenzt wird.
• 5 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit für vier, über ihre jeweiligen Abschlussplatten 15 fluiddicht miteinander verbundenen Ventilanordnungen V1 bis V4. Die einzelnen Ventilanordnungen V1 bis V4 sind über ihre Durchgangskanäle 16 in der in 5 dargestellten Anordnung miteinander verbunden. Die in 5 schematisiert eingezeichneten „T”-artig ausgebildeten Symbole stellen fluidische Abdichtungen dar. Die als Ventilinsel dargestellte Kombination der vier Ventilanordnungen V1 bis V4 wird über den schematisiert dargestellten Leitungsplan mit dem magnetorheologischen Flüssigkeitsstrom versorgt. Hierbei dient wiederum eine motorisch angetriebene Pumpe P zur Druckversorgung des Flüssigkeitsstromes, der über die obere Zuleitung druckbeaufschlagt in die Ventilanordnung V1 eingespeist wird. Wieder sorgt ein Druckbegrenzungsventil für einen maximalen begrenzten Arbeitsdruck längs der Druckleitungen. Zur stofflichen Versorgung der Druckleitungen mit magnetorheologischer Flüssigkeit ist die Pumpe P mit einem ansonsten drucklosen Reservoirtank R verbunden. Der bildlich dargestellte Differentialzylinder ist über die Arbeitsleitungen A und B jeweils mit den Ventilen V1 und V2 fluiddicht verbunden. Die Schaltungsanordnung gleicht grundsätzlich dem in 4a abgebildeten Schaltungschema. Durch die fluiddichte Kombination der Ventilanordnungen V3 und V4 an die Ventilanordnungen V1 und V2 ist es möglich, mit Hilfe nur einer einzigen Förderpumpenanordnung gemäß Bilddarstellung in 5 mehrere Endgeräte mit dem magnetorheologischen Flüssigkeitsstrom zu versorgen. So sieht die gestrichelte Pfeildarstellung die Arbeitsmittelversorgung für weitere Endgeräte vor, beispielsweise eines weiteren Hydraulikzylinder. Die Ventilinselanordnung gemäß 5 ist grundsätzlich durch entsprechende Kombination mit mehreren Ventilanordnungen zu erweitern, wodurch eine sehr kompakte Ventilanordnung zur Ansteuerung einer Vielzahl von Hydraulikverbrauchern möglich ist.
• 6 zeigt eine Längsschnittdarstellung (linke Bilddarstellung) sowie eine Querschnittsdarstellung längs der Schnittlinie AA (rechte Bilddarstellung), durch eine 3/3-Ventilanordnung, die in Anlehnung an die in 1 dargstellte 2/2-Ventilanordnung nicht durch einen einzigen, sondern durch zwei regelbare Strömungskanäle 20, 21 ausgebildet ist. Die Ventilanordnung verfügt demzufolge über zwei Ventileintrittsöffnungen 1, 22 sowie zwei Ventilaustrittsöffnungen 2, 23, durch die jeweils zwei voneinander getrennte magnetorheologische Flüssigkeitsströme durch die Ventilanordnung geführt werden können. Gleichsam der Ventilanordnung gemäß 1 umfasst auch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 ein hohlzylinderförmig ausgebildetes Ventilgehäuse 6 alle für die Ventilfunktionen der Ventilanordnung erforderlichen Einzelkomponenten, die modulartig in das Ventilgehäuse 6 einfügbar sind. So umgibt eine zylinderspulenartig ausgebildete Spulenanordnung 7, die innwandig innerhalb des Ventilgehäuses 6 positioniert ist, ein weichmagnetisches Kernelement 9, sowie zwei axial voneinander beabstandete, ringförmig ausgebildete Permanentmagnete 10. In axialer Gegenüberstellung, jeweils getrennt durch das weichmagnetische Kernelement 9, befinden sich zwei Strömungskanalelemente 11, 11', in denen jeweils der Strömungskanalabschnitt 4, 4' wenigstens einseitig fluiddicht begrenzend vorgesehen ist und axialseitig von einem nicht im Detail dargestellten Deckelelement 12, 12' abgedeckt wird. Axialseitig wird die in 6 dargestellte Ventilanordnung entweder von Teilbereichen der Ventilanordnung 6 umschlossen und/oder von entsprechend ausgebildeten Abschlussplatten 15, 15' begrenzt.
• Die 3/3-Ventilanordnung ist gleichsam der in 2 dargestellten Explosionsdarstellung aus den vorstehend erläuterten Einzelelementen zusammenfügbar, so dass eine nahezu beliebige Bauteil-Miniaturisierung möglich ist.
• Das Funktionsprinzip der 3/3-Ventilanordnung sei anhand der 7a und b erläutert.
• Es sei angenommen, dass die Magnetpolung der ringförmig ausgebildeten Permanentmagnete 10 derart gewählt ist, dass ihre einander zugewandten Stirnflächen jeweils eine magnetische Nordpolung aufweisen. Im nicht weiter dargestellten stromlosen Fall, durchsetzt das jeweilige statische Magnetfeld die Strömungskanalabschnitte 4, 4' senkrecht, wobei die Durchströmung der Strömungskanäle 20, 21 mit magnetorheologischer Flüssigkeit unterbunden wird. Im stromlosen Fall ist daher die dargestellte 3/3-Ventilanordnung vollständig geschlossen.
• Wird die Bestromung der Spulenanordnung 7 in einem in 7a dargestellten Umlaufsinn vorgenommen, so vermag das durch die bestromte Spulenanordnung 7 hervorgerufene veränderliche Magnetfeld das im Bereich des Strömungskanals 20 wirkende permanente Magnetfeld zu kompensieren, wodurch der effektive Magnetlinienfluss aus dem Bereich des Strömungskanals 20 verdrängt wird und dieser weitgehend feldfrei wird, wodurch der Strömungskanal 20 von der magnetorheologischen Flüssigkeit durchströmt wird. Anders verhält es sich jedoch im Bereich des Strömungskanals 21, bei dem sich das permanente Magnetfeld mit dem veränderlichen Magnetfeld aufgrund der gemeinsamen parallel gerichteten Magnetfeldrichtung überlagern und zu einer Magnetfelderhöhung führen. Der Strömungskanal 21 bleibt somit unverändert geschlossen.
• 7b zeigt eine Bestromung der Spulenanordnung 7 mit umgekehrter elektrischer Stromrichtung, die zu einer Umkehrung der Verhältnisse der Magnetfeldlinien innerhalb der 3/3-Ventilanordnung führt. Im Falle der 7b wird nun der Strömungskanal 21 durchlässig, wohingegen der Strömungskanal 20 geschlossen wird aufgrund der konstruktiven Magnetfeldüberlagerung aus permanentem und veränderlichem Magnetfeld.
• Die Materialien, der die Strömungskanäle 20, 21 unmittelbar umgebenden Komponenten, sind vorzugsweise derart gewählt, dass ihre magnetische Permeabilität gleich oder kleiner der magnetischen Permeabilität der die Strömungskanäle 20, 21 durchsetzenden magnetorheologischen Flüssigkeit ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass die magnetische Durchdringung senkrecht zur Strömungsrichtung durch die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung bei entsprechender Magnetfeldkonstellation weitgehend verlustfrei erfolgt.
• 8 zeigt eine 3/3-Ventilanordnung in Erweiterung mit einer Anschlussplatte 24, in der ein Verbindungskanalsystem 25 vorgesehen ist, über das die Ventileintrittsöffnungen 1, 22 der beiden sich gegenüberliegenden getrennten Strömungskanäle 20, 21 miteinander verbindet. Mit Hilfe der Anschlussplatte 24 sowie entsprechendem fluiddichten Abschluss der seitlichen Ventileintrittsöffnungen 1, 22, die letztlich über die Frontseite der Anschlussplatte 24 zugänglich sind, wird eine Ventilinselanordnung, wie sie für eine 2/2-Ventilanordnung in 5 dargestellt ist, ermöglich.
• 9 zeigt Hydraulikschaltungen zum Betrieb der vorstehend beschriebenen 3/3-Ventilanordnung. 9a zeigt die Konstellation für einen Differentialzylinder, wohin 9b den Hydraulikschaltplan für einen Gleichlaufzylinder wiedergibt. Auf die bereits unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Symbole wird zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle verzichtet.
• Durch den Einsatz von 3/3-Ventilanordnungen ist es möglich, die als Halbbrücke betriebene Ansteuerung des Differentialzylinders gemäß 9a nur mit einer einzigen 3/3-Ventilanordnung zu betreiben, ebenso reduziert sich die Anzahl der getrennt voneinander zu schaltenden Ventilanordnungen im Vergleich zur Vollbrückenanordnung gemäß 4b auf lediglich zwei 3/3-Wegeventile in 9d.
• Letztlich geht aus 10 eine Ventilanordnung hervor, die axial von einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung Q durchsetzt wird. Wieder ist das Ventilgehäuse 6 hohlzylinderartig ausgebildet und sieht vorzugsweise eine in der Zylinderwand integrierte Spulenanordnung 7 gemäß Bilddarstellung in 10 vor.
• Im Inneren des als Hohlzylinder ausgebildeten Ventilgehäuses 6 ist ein Verdrängungskörper 26 vorgesehen, der ebenfalls zylindrisch ausgebildet ist und mit der Innenwand des Ventilgehäuses 6 einen Engspalt 27 einschließt, der von der magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung axial durchsetzt wird. Um einen unnötigen Druckabfall längs des Strömungsweges innerhalb der in 10 dargestellten Ventilanordnung zu erleiden, sind stromab- bzw. stromauf des Verdrängungskörpers 26 strömungsgünstige An- bzw. Abströmungsformen 28, 29 vorgesehen. Das Verdrängungselement 26 ist gleichsam den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von Ventilanordnungen modular in das Innere der Ventilanordnung implementierbar und je nach Strömungsdurchsatz mit unterschiedlichen Körperdurchmessern ausführbar.
• Die Ventilanordnung gemäß 10 stellt somit eine 2/2-Ventilanordnung dar, die über eine Ventileintrittsöffnung 1 sowie Ventilaustrittsöffnung 2 verfügt und in eine geschlossene bzw. geöffnete Ventilschaltstellung überführbar ist. Im bestromten Falle der Spulenanordnung 7 wird eine Durchströmung der Ventilanordnung unterbunden, so dass die Ventilanordnung geschlossen ist. Im stromlosen Fall ist die Ventilanordnung geöffnet. Selbstverständlich ist es möglich, die in 10 dargestellte Ventilanordnung durch Permanentmagnete zu ergänzen, die entweder dem Ventilgehäuse 6 und/oder innerhalb des Verdrängungskörpers 26 integrierbar sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Umkehrung der Schaltzustände.
• Bezugszeichenliste

1

Ventileintrittsöffnung

2

Ventilaustrittsöffnung

3

Zuleitung

4, 4'

Strömungskanalabschnitt

5

Ableitung

6

Ventilgehäuse

7

Spulenanordnung

8

Zylindergeometrie

9

Kernelement

10

Permanentmagnete

11

Strömungskanalelement

12

Deckelelement

13

Zuleitungsbereich

14

Ableitungsbereich

15, 15'

Abschlussplatte

16

Durchgangskanal

17

Vorderfront der Abschlussplatte

18

Oberfläche

19

Strömungsleitmittel

19'

Oberfläche des Strömungsleitmittels

20, 21

Strömungskanal

22

Ventileintrittsöffnung

23

Ventilaustrittsöffnung

24

Abschlussplatte

25

Verbindungskanalsystem

26

Verdrängungskörper

27

Engspalt

28, 29

Strömungsgünstiger Formkörper

Claims (27)

1. Ventilanordnung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung mit einem Ventilgehäuse (6), in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung (7) zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetflusslinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses (6) weitgehend parallel zueinander orientiert sind, sowie mit einer Ventileintritts- (1, 22) und Ventilaustrittsöffnung (2, 23), die durch einen fluiddichten Strömungskanal (20, 21) verbunden sind, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt (4) aufweist, der von den parallel zueinander orientierten Magnetflusslinien weitgehend senkrecht durchsetzbar ist, wobei der Strömungskanalabschnitt (4) wenigstens einseitig fluiddicht von einem Strömungskanalelement (11) begrenzt ist, das modular in das Ventilgehäuse (6) implementierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ventilgehäuse (6) und/oder innerhalb des von dem Ventilgehäuse (6) einbeschreibbaren Volumens Permanentmagnete (10) vorgesehen sind und deren im Bereich des Strömungskanals (20, 21) permanentes Magnetfeld durch das von der Bestromung der Spulenanordnung (7) hervorgerufene veränderliche Magnetfeld kompensiert wird.
2. Ventilanordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (7) in Form einer Zylinderspule ausgebildet ist, die wenigstens eine in Umfangsrichtung einer Zylindergeometrie (8) angeordnete Spulenwicklung aufweist, und dass die durch die Spulenanordnung (7) erzeugbaren, parallel zueinander orientierten Magnetflusslinien den durch die wenigstens eine Spulenwicklung aufgespannten Spulenquerschnitt senkrecht, d. h. axialwärts durchsetzen.
3. Ventilanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das modular in das Ventilgehäuse (6) implementierbare Strömungskanalelement (11) scheibenartig ausgebildet ist und eine dem Strömungskanalabschnitt (4) zugewandte Oberfläche aufweist, die sich radial zu den axialwärts gerichteten Magnetfeldlinien erstreckt.
4. Ventilanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beabstandet zur Oberfläche des Strömungskanalelements (11) ein scheibenartig ausgebildetes Deckelelement (12) vorgesehen ist, das mit der Oberfläche des Strömungskanalelementes (11) einen, den Strömungskanalabschnitt (4) bildenden Engspalt einschließt.
5. Ventilanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberfläche des Strömungskanalelements (11) über die Oberfläche erhabene Strömungsleitmittel (19) vorgesehen sind, die mit dem Deckelelement (12) fluiddicht in Berührung bringbar sind und den wenigstens einen Strömungskanalabschnitt (4) einschließen.
6. Ventilanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsleitmittel (19) einen mäanderförmig verlaufenden Strömungskanalabschnitt (4) oder zwei oder mehrere getrennte Strömungswege bilden.
7. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungskanalelement (11) axialwärts benachbart an einen von der Spulenanordnung (7) einbeschriebenen Spuleninnenraum angrenzt.
8. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (12) innerhalb des Ventilgehäuses (6) fluiddicht fest gegen das Strömungskanalelement (11) fügbar ist.
9. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckel- (12) und das Strömungskanalelement (11) als eine einstückige Einheit ausgebildet sind.
10. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileintritts- (1) und Ventilaustrittsöffnung (2) auf einer axialwärts gleichen Seite zur Spulenanordnung (7) sowie auch zum Strömungskanalelement (11) angeordnet sind, dass die Ventileintrittsöffnung (1) über eine Zuleitung (3) und die Ventilaustrittsöffnung (2) über eine Ableitung (5) mit dem Strömungskanalelement (11) verbunden sind, und dass die Zu- und Ableitung weitgehend parallel zum axialwärts gerichteten magnetischen Wechselfeld orientiert sind.
11. Ventilanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (12) wenigstens teilweise die Zu- und Ableitung (3, 5) umfasst, dass das Deckelelement (12) fluiddicht mit einer Abschlussplatte (15) verfügt ist, in der die Zu- und Ableitung (3, 5) münden.
12. Ventilanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abschlussplatte (15) die Ventileintritts- (1, 22) und Ventilaustrittsöffnung (2, 23) vorgesehen sind, an denen die Zu- und Ableitung (3, 5) jeweils münden.
13. Ventilanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (6) die Spuleneinheit (7) und das Deckel- und Strömungskanalelement (11, 12) radial umgibt und kopfseitig mit der Abschlussplatte (15) verbunden ist.
14. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das das Ventilgehäuse (6) eine durch die Spulenanordnung (7) vorgegebene Gehäuseform mit einem lichten Gehäuseinnenraum aufweist, in dem die Spulenanordnung (7) einbringbar ist sowie das Strömungskanalelement (11) modulartig einsetzbar ist.
15. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungskanalelement (11) derart innerhalb des Ventilgehäuses (6) in Bezug zur Spulenanordnung (7) einsetzbar ist, dass der Strömungskanalabschnitt (4) in axialer Projektion zur Spulenanordnung vollständig innerhalb des Spulenquerschnitts angeordnet ist.
16. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (7) einen durch den Spulenquerschnitt bestimmten axialwärts beidseitig offenen Spuleninnenraum umgibt, dass der Spuleninnenraum wenigstens teilweise von weichmagnetischen Material und/oder von wenigstens einem Permanentmagneten (10) gefüllt ist.
17. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (7) und das Strömungskanalelement (11) durch das Ventilgehäuse (6) im Inneren des Ventilgehäuses (6) zentriert sind.
18. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileintritts- (1) eine 2/2-Ventilanordnung ist, d. h. über zwei Ventilöffnungen, nämlich eine Ventileintritts- und Ventilaustrittsöffnung (2) verfügt und in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bringbar ist, eine Offene und eine Geschlossene, und folgende Komponenten aufweist: – ein Deckelelement (12) sowie ein Strömungskanalelement (11), die gemeinsam den Strömungskanalabschnitt (4) einschließen, – eine Spulenanordnung (7) mit einem innenliegenden weichmagnetischen Kernelement (9) sowie ein – zumindest die Spulenanordnung (7) umgebendes Ventilgehäuse (6), und dass die Komponenten längs einer gemeinsamen Symmetrieachse derart angeordnet sind, dass das Deckel- und Strömungskanalelement (11, 12) benachbart koaxial zur Spulenanordnung (7) angeordnet sind.
19. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung über vier Ventilöffnungen, nämlich zwei Ventileintritts- (1, 22) und zwei Ventilaustrittsöffnungen (2, 23), verfügt, die in drei unterschiedliche Schaltstellungen bringbar sind, und folgende Komponenten aufweist: – die Spulenanordnung (7) mit einem innenliegenden weichmagnetischen Kernelement (9), – zwei ringförmig ausgebildete Permanentmagnete (10), die axialwärts voneinander beabstandet, unmittelbar am Innenumfangsrand der Spulenanordnung (7) innerhalb des durch die Spulenanordnung (7) einbeschreibbaren Spuleninneren, in konzentrischer Ausrichtung zueinander vorgesehen sind, – zwei Deckel- und Strömungskanalelemente (11, 12), die jeweils einen Strömungskanalabschnitt (4, 4') einschließen, die jeweils derart axial benachbart zur Spulenanordnung (7) angeordnet sind, dass sich jeweils der Strömungskanalabschnitt (4, 4') in axialer Projektion innerhalb des inneren Ringquerschnittes der ringförmigen Permanentmagnete (10) befindet, sowie ein – zumindest die Spulenanordnung (7) umgebendes Ventilgehäuse (6).
20. Ventilanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Permanentmagnete (10) jeweils eine Magnetisierung aufweisen, bei der die sich beabstandet gegenüberliegenden Ringflächen der Permanentmagnete (10) eine gleichnamige Magnetpolung aufweisen.
21. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Abschlussplatte (15, 15') mit dem Deckelelement (12) verbunden ist, die mit der Ventileintritts- (1, 22) und Ventilaustrittsöffnung (2, 23) im Deckelelement (12) korrespondierende Öffnungen aufweist, dass die Abschlussplatte (15, 15') als Rechteckelement ausgebildet ist und eine senkrecht zur Axialrichtung orientierte Vorderfront aufweist, an der die Ventileintritts- (1, 22) und Ventilaustrittsöffnung (2, 23) münden, und dass in einem die Vorderfront umgebenden Seitenkantenbereich wenigstens zwei Durchgangskanäle vorgesehen sind, die mit der Zu- bzw. Ableitung (3, 5) des Strömungskanalabschnitts (4, 4') verbunden sind.
22. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 19 bis 21; dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schaltstellungen folgende sind: a) beide Strömungskanalabschnitte sind teilweise oder ganz geschlossen, b) + c) die Strömungskanalabschnitte sind wechselseitig geöffnet bzw. geschlossen.
23. Ventilanordnung zur Regulierung einer magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung mit einem Ventilgehäuse (6), in dem wenigstens eine elektrische Spulenanordnung (7) zur Erzeugung eines veränderlichen Magnetfeldes vorgesehen ist, dessen Magnetflusslinien in einem Raumbereich innerhalb des Ventilgehäuses (6) weitgehend parallel zueinander orientiert sind, sowie mit einer Ventileintritts- (1) und Ventilaustrittsöffnung (2), die durch einen fluiddichten Strömungskanal verbunden sind, durch die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung leitbar ist und der wenigstens einen Strömungskanalabschnitt aufweist, der durch einen Engspalt (27) gebildet wird, der von den parallel zueinander orientierten Magnetflusslinien derart weitgehend senkrecht durchsetzbar ist, dass durch das veränderliche Magnetfeld das Fließverhalten der zu regulierenden, das Ventilgehäuse (6) durchströmenden magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung beeinflussbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanalabschnitt fluiddicht einseitig von einem Strömungskanalelement begrenzt ist, das modular in das Ventilgehäuse (6) implementierbar und in Art eines Verdrängungskörpers (26) ausgebildet ist, der zentrisch zur Spulenanordnung (7), die in Form einer Zylinderspule ausgebildet ist, die wenigstens eine in Umfangsrichtung einer Zylindergeometrie (8) angeordnete Spulenwicklung aufweist, in einem von der Spulenanordnung (7) umgebenden Spuleninnenraum, der axialwärts beidseitig offen ist, angeordnet ist und der mit einer Innenwand der Zylindergeometrie (8) den den Strömungskanalabschnitt bildenden Engspalt (27) einschließt, durch den die magnetorheologische Flüssigkeitsströmung axialwärts hindurchtritt.
24. Ventilanordnung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (7) und der mit dem Strömungskanalelement eingeschlossene Engspalt (27) derart ausgebildet sind, dass der Engspalt (27) an zwei axial voneinander beabstandeten Bereichen von senkrecht den Engspalt (27) durchdringenden Magnetfeldlinien durchsetzbar ist.
25. Ventilanordnung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileintritts- (1) und Ventilaustrittsöffnung (2) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten relativ zur Spulenanordnung (7) vorgesehen sind, so dass das Strömungskanalelement von der magnetorheologischen Flüssigkeitsströmung axialwärts überströmt wird.
26. Ventilanordnung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (6) axial beidseitig fluiddicht an die Zylindergeometrie (8) angrenzt und mit dem Strömungskanalelement jeweils eine Zu- und Ableitung zu bzw. von dem Strömungskanalabschnitt bildet.
27. Ventilanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungskanalelement aus einem weichmagnetischen Material gefertigt ist, oder dass das Strömungskanalelement Bereiche aus einem weichmagnetischen Material und Bereiche bestehend aus einem Permanentmagneten aufweist.

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