DE112007001851B4

DE112007001851B4 - Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE112007001851B4
Application number: DE112007001851T
Authority: DE
Inventors: Martin Laun; Jürgen PFISTER; Rene Lochtman; Günter OETTER; Claus Gabriel; Peter Schuler
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2027-08-22
Also published as: US20100238760A1; JP2010501839A; DE112007001851A5; WO2008022997A1

Abstract

Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine rotierbare Welle (1), an der eine Rotorplatte (2) befestigt ist, wobei zwischen einer ersten Seite (3) der Rotorplatte (2) und einer ersten Scherfläche (4) ein erster Spalt (5) zum Aufnehmen einer magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist und zwischen einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Seite (6) der Rotorplatte (2) und einer zweiten Scherfläche (7) ein zweiter Spalt (8) zum Aufnehmen der magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist, und wobei die Dauerlast-Scherzelle mindestens einen Magneten (9) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten (5, 8) enthält, wobei der erste und der zweite Spalt (5, 8) angrenzend an einen äußeren Teilbereich (17) der Rotorplatte (2) mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllbar sind und der erste und der zweite Spalt (5, 8) angrenzend an einen inneren Teilbereich (18) der Rotorplatte (2) Verdrängungskörper (15, 16) enthalten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten mit einer an einer rotierbaren Welle befestigten Rotorplatte und ein Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit.
Rheologie ist die Wissenschaft, die sich mit Fließvorgängen befasst, also mit der fortwährenden Deformation eines Materials unter Einwirkung äußerer Kräfte. Die Deformation erfolgt beim Fließen (viskose Verformung) mit endlicher Geschwindigkeit. Bei realen Materialien wird das viskose Verhalten durch plastisches und elastisches Verhalten überlagert. Zur Messung rheologischer Größen werden gemäß dem Stand der Technik verschiedene Rheometer eingesetzt. Zu unterscheiden sind Rotationsrheometer, Kapillarrheometer, Dehnrheometer und Quetschrheometer.
In Labors sind Rotationsrheometer am verbreitetsten. Dabei werden generell drei unterschiedliche Meßsysteme mit genormter Geometrie verwendet. Diese unterschiedlichen Meßsysteme umfassen Kegel/Platte-Meßsysteme, Platte/Platte-Meßsysteme und Zylinder-Meßsysteme.
DE 199 11 441 A1 betrifft ein Rotationsviskosimeter mit einem Zylinder-Meßsystem, bei dem ein Messzylinder in einem mit der zu untersuchenden Probe gefüllten zylindrischen Messbecher rotiert. Dabei werden die Kräfte gemessen und ausgewertet, die die Probe auf den Messzylinder ausübt, wobei die Probe den Spalt zwischen Messzylinder und Messbecher füllt.
DE 3423873 A1 , AT 404192 B , AT 409304 B , AT 409422 B und AT 500358 A1 beziehen sich auf Platte-Platte- oder Kegel-Platte-Messsysteme, bei denen eine Probe zwischen zueinander parallel ausgerichteten Platten, von denen eine rotiert, geschert wird.
Als magnetorheologische Flüssigkeiten (Abkürzung: MRF) bezeichnet man generell Flüssigkeiten, welche ihre rheologischen Eigenschaften unter der Einwirkung eines magnetischen Feldes verändern. Dabei handelt es sich zumeist um Suspensionen von ferromagnetischen, superparamagnetischen oder paramagnetischen Teilchen in einer Trägerflüssigkeit (häufig auch als Basisöl bezeichnet). Der Begriff „magnetorheologische Flüssigkeit” im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung umfasst neben solchen Suspensionen u. a. auch offenzellige Schäume, die mit einer solchen Suspension getränkt sind, sowie Elastomere, die mit magnetischen Partikeln gefüllt sind (magnetorheologische Elastomere).
Wird eine solche Suspension einem Magnetfeld ausgesetzt, nimmt ihr Fließwiderstand zu. Dies wird dadurch verursacht, dass die dispergierten magnetisierbaren Teilchen, beispielsweise Eisenpulver, aufgrund ihrer magnetischen Wechselwirkung kettenartige Strukturen parallel zu den Magnetfeldlinien ausbilden. Während der Verformung einer MRF werden diese Strukturen partiell zerstört, bilden sich aber wieder zurück. Die rheologischen Eigenschaften einer magnetorheologischen Flüssigkeit in einem Magnetfeld ähneln den Eigenschaften eines plastischen Körpers mit Fließgrenze, d. h. es muss eine Mindestschubspannung aufgewendet werden, um die magnetorheologische Flüssigkeit zum Fließen zu bringen.
Magnetorheologische Flüssigkeiten gehören zur Gruppe der nicht-newtonschen Flüssigkeiten. Die Viskosität hängt stark von der eingeprägten Scherrate ab. Die reversible Viskositätsänderung durch Einprägen eines Magnetfelds kann innerhalb von Millisekunden erfolgen.
Das rheologische Verhalten einer magnetorheologischen Flüssigkeit kann näherungsweise durch ein Bingham-Modell beschrieben werden, dessen Fließgrenze mit wachsender Magnetfeldstärke zunimmt. Es können z. B. Schubspannungswerte von einigen Zehntausend N/m² bei magnetischen Flussdichten unter einem Tesla erzielt werden. Hohe übertragbare Schubspannungen sind erforderlich für den Einsatz magnetorheologischer Flüssigkeiten in Vorrichtungen wie Dämpfern, Kupplungen, Bremsen und anderen steuerbaren Geräten (z. B. Haptic Devices, Crashabsorbern, Steer-by-Wire-Lenksystemen, Gear- und Brake-by-Wire-Systemen, Dichtungen, Haltesystemen, Prothesen, Fitnessgeräten oder Lager).
Bekannte Anwendungen von magnetorheologischen Flüssigkeiten sind zum Beispiel in US 5,547,049 , in EP 1 016 806 B1 oder in EP 1 025 373 B1 beschrieben.
Für solche Anwendungen ist es insbesondere von Interesse, wie sich eine magnetorheologische Flüssigkeit und auch die an die magnetorheologische Flüssigkeit angrenzenden Materialien bei einer längeren Belastung verhalten. Beispielsweise ist für magnetorheologische Flüssigkeiten das so genannte „In Use Thickening” bekannt. Dabei handelt es sich um den Effekt, dass die Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit, die (infolge hoher B-Felder) über einen längeren Zeitraum hohen Schubspannungen und hohen Scherraten ausgesetzt wird, zunimmt.
Ferner können magnetorheologische Flüssigkeiten einen abrasiven Verschleiß von Bauteilen verursachen, mit denen sie in Kontakt stehen, bzw. über die sie während ihres Einsatzes gleiten.
Zur Untersuchung solcher Effekte kann zum Beispiel eine Dauerlast-Scherzelle eingesetzt werden, bei der die Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit wie in einem Rotationsrheometer erfolgt und mittels der ein definierter Energieeintrag in eine zu untersuchende MRF-Probe eingebracht werden kann.
Im Stand der Technik bekannte Rotationsrheometer nach dem Platte-Kegel- oder Platte-Platte-Prinzip mit zwei gegeneinander rotierenden Messflächen enthalten üblicherweise ein Stativ oder Gestell, auf dem eine Platte angeordnet ist. Eine von einem Motor angetriebene rotierbare Welle trägt eine Rotorplatte, die von dem Motor über die Welle in Rotation versetzt werden kann.
An dem Stativ ist üblicherweise ein Führungslager für die Welle ausgebildet, für das zum Beispiel ein Luftlager, ein Magnetlager oder eine sonstige reibungsarme Lageranordnung verwendet wird. Bei einem Luftlager wirkt ein Luftpolster bei axialer Belastung der Welle durch eine Normalkraft ähnlich wie eine Feder dieser Belastung entgegen. Eine solche Normalkraft, die zum Beispiel durch Ausdehnung der magnetorheologischen Flüssigkeit durch Erwärmung oder andere Effekte während der Messung erzeugt wird, wirkt auf die Rotorplatte und damit auf die Welle. Die zulässige Normalkraft wird jedoch bei den im Stand der Technik bekannten Rheometern durch die Auslegung des Lagers, zum Beispiel des Luftlagers, nach oben begrenzt, so dass der Funktionsbereich der Dauerlast-Scherzelle dadurch eingeschränkt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und insbesondere eine Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten und ein Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit bereitzustellen, mit denen eine magnetorheologische Flüssigkeit einer definierten Belastung ausgesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten mit einer rotierbaren Welle, an der eine Rotorplatte befestigt ist. Zwischen einer ersten Seite der Rotorplatte und einer ersten Scherfläche ist ein erster Spalt zum Aufnehmen einer magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet. Zwischen einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Seite der Rotorplatte und einer zweiten Scherfläche ist ein zweiter Spalt zum Aufnehmen der magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet. Die Dauerlast-Scherzelle enthält ferner mindestens einen Magneten zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten.
Eine Dauerlast-Scherzelle ist eine Vorrichtung, in der eine Probe über einen bestimmten Zeitraum einer definierten Belastung (definierter Energieeintrag pro Volumen der Probe) durch Scherung ausgesetzt werden kann. Beispielsweise kann eine Dauerbelastung einer Probe gemäß der vorliegenden Erfindung einem Energieeintrag von mehr als 1 × 10¹⁰ J/m³, vorzugsweise von mehr als 1 × 10¹² J/m³ entsprechen.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle ist an ein Rotationsrheometer angelehnt, das analog zu dem Platte-Platte- und/oder dem Kegel-Platte-Prinzip arbeitet. Eine Rotorplatte ist an einer rotierbaren Welle befestigt und wird durch einen Motor, zum Beispiel durch einen Laborrührer, angetrieben. Die Rotorplatte ist während des Betriebs der Dauerlast-Scherzelle auf beiden Seiten mit der zu belastenden magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt. Die Flüssigkeit befindet sich dabei in den zwei Spalten, die jeweils durch eine Seite der Rotorplatte und eine feststehende Scherfläche begrenzt werden. Vorzugsweise sind die Spalten weitgehend symmetrisch ausgebildet und/oder weisen beide Spalten die gleiche Höhe auf, die durch den Abstand zwischen der Oberfläche der Rotorplatte und der jeweiligen Scherfläche bestimmt wird.
Die erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle enthält weiterhin mindestens einen Magneten zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten, die die magnetorheologische Flüssigkeit enthalten. Dadurch kann eine Dauerbelastung der magnetorheologischen Flüssigkeit in einem Magnetfeld erfolgen. Zum Erreichen einer definierten Dauerbelastung ist das durch den mindestens einen Magneten erzeugte Magnetfeld vorzugsweise symmetrisch.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit in einer Dauerlast-Scherzelle, bei dem eine an einer Welle befestigte Rotorplatte rotiert, wobei die Rotorplatte mit einer ersten Seite mit der in einem ersten Spalt enthaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht und mit einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Seite mit der in einem zweiten Spalt enthaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht. Während des Rotierens der Rotorplatte wird (zumindest zeitweise) ein Magnetfeld in den ersten und zweiten Spalten erzeugt. Die magnetorheologische Flüssigkeit wird vorzugsweise durch das Rotieren der Rotorplatte für eine bestimmte Dauer in der Dauerlast-Scherzelle belastet und anschließend aus der Dauerlast-Scherzelle entnommen, woraufhin die Eigenschaften der magnetorheologischen Flüssigkeit untersucht werden.
Die Doppelspaltanordnung der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle und des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den Vorteil, dass sie zu einer Kompensation der Normalkräfte auf die Rotorplatte führt, so dass die Normalkräfte nicht wie beim konventionellen Einzelspalt den Einsatzbereich der Dauerlast-Scherzelle begrenzen. Bei der Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit in einer Dauerlast-Scherzelle mit Spalt im Stile eines Rotationsrheometers mit Messspalt dehnt sich die magnetorheologische Flüssigkeit im Magnetfeld aufgrund ihrer Anisotropie in longitudinaler Richtung (parallel zur Welle der Dauerlast-Scherzelle) aus. Daher ist die Doppelspaltanordnung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft für die Dauerbelastung von magnetorheologischen Flüssigkeiten, da durch die auf beiden Seiten der Rotorplatte angeordneten, mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Spalten eine Normalkraftkompensation erreicht wird.
Vorzugsweise wird zur Dauerbelastung von magnetorheologischen Flüssigkeiten in den beiden Spalten ein Magnetfeld erzeugt, das symmetrisch und homogen ist. Ein solches symmetrisches Magnetfeld ist vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf die rotierbare Welle der Dauerlast-Scherzelle als Symmetrieachse und/oder in Bezug auf die Rotorplatte als Symmetrieebene.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der mindestens eine Magnet mindestens einen Permanentmagneten, insbesondere zwei Hochtemperatur-Neodym-Permanentmagnete. Solche Neodym-Permanentmagnete weisen typischerweise an ihrer Oberfläche eine Flussdichte von bis zu 1,2 Tesla auf. Die Verwendung von Permanentmagneten in der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle hat den Vorteil, dass die Dauerlast-Scherzelle einen robusten und kompakten Aufbau aufweist.
Der Magnet kann jedoch auch ein Elektromagnet sein, insbesondere ein Elektromagnet mit einer Spule und einem oberhalb des ersten Spalts angeordneten ersten Magnetjoch und einem unterhalb des zweiten Spalts angeordneten zweiten Magnetjoch, wobei das erste und das zweite Magnetjoch in Bezug auf die Rotorplatte und auf die Welle symmetrisch ausgebildet sind. Ein symmetrischer Aufbau des Jochs oben und unten in Bezug auf die Rotorplatte im Doppelspalt erlaubt die Einstellung einer gleichmäßigen magnetischen Flussdichte in beiden Spalten, auch bei einer Variation der Spalthöhe oder der Eigenschaften der zu belastenden magnetorheologischen Flüssigkeit.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Magnet bei der vorliegenden Erfindung so gestaltet, dass eine gleichmäßige magnetische Flussdichte über die aktiven Scherbereiche der beiden Spalte erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rotorplatte zumindest teilweise (vorzugsweise vollständig) aus einem magnetisierbaren Material gefertigt. Vorzugsweise sind zumindest diejenigen Bereiche der Rotorplatte aus einem magnetisierbaren Material gefertigt, die als Scherflächen der magnetorheologischen Flüssigkeit dienen. Eine magnetisierbare Rotorplatte (zum Beispiel aus der Stahlsorte 1.0037) an einer Welle aus einem nicht magnetisierbaren Material verstärkt die magnetische Flussdichte in den Spalten signifikant und verbessert die Homogenität des Feldes über die aktiven Spalten. Es ist jedoch auch eine Rotorplatte aus nicht magnetisierbarem Material für die erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle verwendbar.
Die beiden an die Spalte angrenzenden Scherflächen werden vorzugsweise durch eine an den ersten bzw. den zweiten Spalt angrenzende erste und zweite Platte oder durch je eine an ersten bzw. den zweiten Spalt angrenzende Oberfläche eines Magneten (zum Beispiel eines Magnetjochs) gebildet. Durch die Verwendung von an die Spalten angrenzenden Platten kann ihr Material, das eine an den ersten oder zweiten Spalt angrenzende Scherfläche bildet, die während einer Dauerbelastung der magnetorheologischen Flüssigkeit mit der magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht und dadurch beansprucht wird, im Anschluss an eine Dauerbelastung auf Veränderungen untersucht werden. Somit kann die Eignung dieses Materials für Anwendungen in Kombination mit der belasteten magnetorheologischen Flüssigkeit beurteilt werden.
Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle in an die Spalten angrenzenden Bauteilen mindestens ein (gegebenenfalls verschließbarer) Kanal zum Aufnehmen mindestens eines Messsensors ausgewählt aus der Gruppe Hallsonde, Drucksensor und Temperatursensor enthalten.
Mittels einer Hallsonde ist die effektive magnetische Flussdichte in den Spalten online messbar. Beispielsweise befindet sich die Hallsonde in einem Flachkanal innerhalb einer nicht magnetischen Platte unter- oder oberhalb eines der Spalte. Die mit der Hallsonde durchgeführte Messung ist auch während der Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Spalten möglich, so dass eine Erfassung der Magnetisierungsänderung der Flüssigkeit durch die Scherung erfolgen kann. Eine Variation der radialen Position der Hallsonde in dem Kanal (senkrecht zu der rotierbaren Welle) erlaubt die Messung des radialen Flussdichteprofils. Vorzugsweise erfolgt die Messung der Flussdichte in den Spalten mit der Hallsonde während des Stillstands der Dauerlast-Scherzelle, durch Einführen der Hallsonde in einen Kanal durch eine verschließbare Öffnung.
Mittels eines Temperatursensors, insbesondere eines Thermoelements, ist die Temperatur der zu untersuchenden Substanz in den Spalten online messbar. Beispielsweise befindet sich der Temperatursensor in einem Flachkanal innerhalb einer wärmeleitfähigen Platte unter- oder oberhalb eines der Spalte, möglichst nahe an der magnetorheologischen Flüssigkeit. Die mit dem Temperatursensor durchgeführte Messung ist auch während der Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Spalten möglich, so dass eine Erfassung von Temperaturänderungen der Flüssigkeit während der Scherung und gegebenenfalls eine Regelung der Temperatur durch eine dafür vorgesehene Temperiereinrichtung erfolgen kann.
Die Temperiereinrichtung sollte in möglichst direktem Kontakt mit den Spalten stehen, um eine möglichst konstante Temperatur in beiden Spalten, auch bei einem hohen Energieeintrag (hohe Drehmomente/hohe Drehzahl), zu gewährleisten. Gemäß einer Ausführungsvariante ist die Temperiereinrichtung so aufgebaut, dass ein großer Teil der Scherzelle, der ein Gehäuse mit der Rotorplatte, die Spalte, zumindest einen Teil der Welle und die mindestens einen Magneten umfasst, während der Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit in eine temperierte Flüssigkeit eingetaucht wird. Beim Eintauchen wird ein Austreten der magnetorheologischen Flüssigkeit durch geeignete Dichtungen und/oder eine geeignete Wahl der temperierten Flüssigkeit verhindert.
Mittels eines Drucksensors ist der Druck während der Scherung online messbar. So lassen sich zum Beispiel Druckänderungen durch Temperaturvariationen verfolgen. Auch können chemische Reaktionen, die beispielsweise zu einer Entwicklung von Gasen oder auch generell zu einer Volumenausdehnung und damit einer Druckänderung führen, verfolgt werden. Weiterhin ist es beispielsweise auch möglich, durch gezieltes Aufbringen eines Drucks auf das Messvolumen in der Zelle, z. B. über die Befüllöffnung, den Einfluss von Druck auf die übertragbare Schubspannung durch eine simultane Druck- und Drehmomentmessung zu bestimmen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste und zweite Spalt nach außen durch ein Begrenzungselement abgeschlossen. Dies hat den Vorteil, dass die magnetorheologische Flüssigkeit während der Rotation der Rotorplatte aufgrund von Zentrifugalkräften nicht radial aus den Spalten austreten kann. Das Begrenzungselement kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Es kann direkt an den Rotorplattenumfang angrenzen (ohne die Rotation zu behindern) oder in einem bestimmten Abstand zu dem Rotorplattenumfang angeordnet sein, so dass die magnetorheologische Flüssigkeit in den beiden Spalten entlang des Rotorplattenumfangs in Kontakt steht. Das Begrenzungselement kann zum Beispiel eine ringförmige Hülse sein, die eine kreisförmige Rotorplatte konzentrisch umgibt. Da sich das Volumen der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Spalten ändern kann, umfasst das Begrenzungselement vorzugsweise einen Teilbereich aus einem elastisch komprimierbaren Werkstoff. Dadurch wird eine Volumenausdehnung der magnetorheologischen Flüssigkeit bei einer Temperaturerhöhung durch den elastisch komprimierbaren Werkstoff (vorzugsweise einen elastisch komprimierbaren Schaum, zum Beispiel aus Silikon) aufgefangen. Wenn jedoch Druckänderungen, z. B. aufgrund von Temperaturvariationen oder einer Volumenänderung aufgrund einer chemischen Reaktion gemessen werden sollen, ist das Begrenzungselement vorzugsweise vollständig aus einem nicht komprimierbaren Werkstoff gefertigt. Vorteilhafterweise befindet sich die zu belastende magnetorheologische Flüssigkeit dadurch während der Scherung in einem geschlossenen System (begrenzt durch das Begrenzungselement und die sonstigen Begrenzungsflächen beider Spalte und dazu gehörige Dichtungen).
Vorzugsweise verläuft in der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle durch ein an die Spalte angrenzendes Bauteil mindestens ein verschließbarer Kanal zum Befüllen und/oder Entleeren des ersten und zweiten Spaltes mit der magnetorheologischen Flüssigkeit. Ein solcher Kanal kann beispielsweise durch ein Begrenzungselement verlaufen, das die Spalte nach außen abschließt. Die Spalte können jedoch auch im demontierten Zustand der Dauerlast-Scherzelle befüllt oder geleert werden. Das durch die Spalten aufnehmbare Volumen der magnetorheologischen Flüssigkeit beträgt bei der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle bevorzugt zwischen 0,5 und 10 mL, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 mL.
Die Rotorplatte der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle ist vorzugsweise kreisförmig ausgebildet und weist einen Radius in einem Bereich bevorzugt zwischen 3 mm und 20 cm, besonders bevorzugt zwischen 5 mm und 25 mm auf. Vorzugsweise weist die Rotorplatte zwei ebene, eine ebene und eine kegelförmige oder zwei kegelförmige Plattenoberflächen auf. Zwei ebene Rotorplattenoberflächen ergeben, gemeinsam mit zwei ebenen Scherflächen der Dauerlast-Scherzelle, eine doppelte Platte-Platte-Anordnung. Beim Platte-Platte-System wird die zu belastende magnetorheologische Flüssigkeit in den Spalten zwischen den parallel zueinander ausgerichteten Rotorplattenoberflächen und Scherflächen geschert. Die Schergeschwindigkeit ist aber nicht in dem jeweiligen gesamten Spalt gleich. Vielmehr steigt sie mit dem Radius und erreicht ihr Maximum am äußeren Rand der Rotorplatte.
Zwei kegelförmige Rotorplattenoberflächen ergeben, gemeinsam mit zwei ebenen Scherflächen der Dauerlast-Scherzelle, eine doppelte Kegel-Platte-Anordnung. Beim Kegel-Platte-System rotiert je ein Kegel (Rotorplattenoberfläche) über je einer Platte (Scherfläche). In dem jeweils dazwischen angeordneten Spalt befindet sich die zu belastende magnetorheologische Flüssigkeit. Die Umfangsgeschwindigkeit nimmt mit der Kegeloberfläche nach außen hin zu. Gleichzeitig vergrößert sich durch die Kegelform die Spalthöhe. Dies führt dazu, dass die Schergeschwindigkeit in vertikaler Richtung über dem Radius der Rotorplatte konstant bleibt. Die Doppelkegelanordnung erlaubt daher bei der vorliegenden Erfindung das Einstellen einer einheitlichen Scherrate in den beiden Spalten. Das sich daraus ergebende radial inhomogene Magnetfeld in den Spalten kann durch eine Simulationsrechnung quantifiziert und durch eine entsprechende Jochmodifizierung weitgehend kompensiert werden.
Die Höhe der beiden Spalten liegt bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt in dem Bereich zwischen jeweils 0,1 bis 2 mm, besonders bevorzugt zwischen jeweils 0,8 bis 1,2 mm. Die Spalthöhe ist bei der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle durch die Wahl einer bestimmten Rotorplattendicke einstellbar. Die Rotorplatte ist daher vorzugsweise bei der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle austauschbar. Bei kleineren Spalthöhen erhöht sich die maximale Scherrate. Die Stärke des Magnetfeldes in den zwei Spalten lässt sich bei vorgegebenen Permanentmagneten z. B. durch die Wahl der Dicke von zwischen den Magneten und dem jeweiligen Spalt angeordneten Platten beeinflussen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der erste und der zweite Spalt angrenzend an einen äußeren Teilbereich der Rotorplatte mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllbar und enthalten angrenzend an einen inneren Teilbereich der Rotorplatte Verdrängungskörper. Durch die Verdrängungskörper werden kleine Radien mit niedrigen Scherraten und einem geringen Feld ausgeblendet, so dass durch den begrenzten Radienbereich, in dem sich die MRF-Probe während der Scherung befindet, ein enger Scherratenbereich erzielt wird (typisch ist zum Beispiel ein maximaler Faktor 2 der unterschiedlichen Scherraten). Als Verdrängungskörper können zum Beispiel in die Spalte eingelegte Dichtscheiben (z. B. aus PTFE) oder auf die Rotorplatte aufgelötete nichtmagnetische Distanzscheiben (die zusätzlich O-Ringe zur Abdichtung aufnehmen können) dienen.
Die erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle enthält vorzugsweise eine Messeinrichtung zum Bestimmen von durch ein Rotieren der Rotorplatte erhaltenen Energieeinträgen in eine in den ersten und zweiten Spalten enthaltene magnetorheologische Flüssigkeit. Der Energieeintrag kann zum Beispiel durch Messen des Drehmoments (wobei die Reibung der einzelnen Bauteile der Scherzelle berücksichtigt werden muss) oder durch eine Abwärmemessung bestimmt werden. Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Erfindung während der Dauerbelastung mindestens eine der Größen ausgewählt aus der Gruppe auf die Welle ausgeübtes Drehmoment, Magnetfeldstärke des Magnetfeldes, Temperatur der magnetorheologischen Flüssigkeit, Drehzahl der Rotorplatte und Leistungseintrag in die magnetorheologische Flüssigkeit gemessen. Diese Größen können direkt oder indirekt, kontinuierlich oder in Intervallen gemessen oder bestimmt werden. Zur Bestimmung des Energieeintrags müssen das Drehmoment und die Drehzahl kontinuierlich gemessen werden.
Zur Bestimmung der rheologischen Eigenschaften der belastenden magnetorheologischen Flüssigkeiten ist es möglich, die Welle der Scherzelle mit einer konstanten Drehzahl rotieren zu lassen und das dafür erforderliche Drehmoment zu messen. Es ist aber auch möglich, die Welle durch den Motor mit einem konstanten Drehmoment zu beaufschlagen und die aus dem auf die Rotorplatte ausgeübten Drehmoment resultierende Drehzahl bzw. Drehposition zu messen. Weiterhin kann die Welle eine sinusförmige oder nach einer anderen Wellenform verlaufende Drehbewegung ausführen (Oszillations-Versuch), wobei neben dem viskosen Anteil auch die elastische Komponente der magnetorheologischen Flüssigkeit bestimmt werden kann. In jedem Fall wird (gegebenenfalls indirekt) durch die Messeinrichtung das Drehmoment gemessen, das die magnetorheologische Flüssigkeit während der Bewegung der Rotorplatte auf diese ausübt.
Eine Konsistenzänderung der magnetorheologischen Flüssigkeit während der Scherung (In Use Thickening-IUT) kann zum Beispiel durch Messung des zeitlichen Drehmomentverlaufs (direkt über eine Drehmoment-Messwelle oder indirekt über den Motorstrom) erfasst werden, wobei die überlagerte Grundreibung durch Lager und Dichtungen berücksichtigt werden muss.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird während der Rotation der Rotorplatte in der dadurch erzeugten Scherung kontinuierlich der Drehmomentverlauf bzw. der Verlauf der Drehzahl an der Welle der Scherzelle gemessen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgen abwechselnd Phasen, in denen die Rotation der Rotorplatte ausschließlich zur Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit dient und Phasen, in denen eine Messung von Drehmomenten oder Drehzahlen während der Bewegung (zum Beispiel Rotation oder Oszillation) der Rotorplatte zur rheologischen Charakterisierung der magnetorheologischen Flüssigkeit erfolgt.
Die erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle ist vorzugsweise so aufgebaut, dass sie mit wenigen Arbeitsschritten zu demontieren ist, so dass die in der Scherzelle belastete MRF-Probe nach einer definierten Beanspruchung zwecks rheologischer Charakterisierung (Veränderung der Viskosität und Kennlinie – Schubspannung über Flussdichte) und Analytik (Veränderung in den Komponenten, CEP-Morphologie (Elektronenmikroskopie), Dichte, CEP-Konzentration) entnommen werden kann. Die CEP-Morphologie bezeichnet die Teilchengröße und die Teilchengrößenverteilung eines verwendeten Carbonyleisenpulvers. Die rheologische Charakterisierung kann nach der Entnahme der MRF-Probe in einem Rheometer erfolgen.
Ferner ermöglicht ein einfach zu montierender und zu demontierender modularer Aufbau der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle eine hohe Flexibilität hinsichtlich Geometrie und Materialien, insbesondere der Rotorplatte und der Scherflächen. Die Demontage der Rotorplatte und der als Scherflächen dienenden Platten nach einer definierten Beanspruchung einer magnetorheologischen Flüssigkeit erlaubt eine Charakterisierung des Verschleißes und der Oberflächenveränderung von darin enthaltenen Werkstoffen, die mit der magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt kommen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Dauerlast-Scherzelle ein Gehäuse, das ein Eingriffselement zum Eingreifen einer Demontagevorrichtung bei einer Demontage und Montage der Dauerlast-Scherzelle aufweist. Eine solche Demontagevorrichtung ist insbesondere bei einer Dauerlast-Scherzelle mit Permanentmagneten vorteilhaft, da die magnetische Anziehungskraft zur Demontage der Zelle überwunden werden muss und die Montage trotz der Anziehungskraft kontrolliert erfolgen soll. Als Eingriffselement zum Eingreifen der Demontagevorrichtung kann zum Beispiel ein Gewindeteil an der Dauerlast-Scherzelle dienen, in dessen Innen- oder Außengewinde ein Außen- bzw. Innengewinde eines Teils der Demontagevorrichtung eingreifen kann.
Gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung ist die rotierbare Welle der erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle an weitere parallel oder in Reihe geschaltete Dauerlast-Scherzellen koppelbar. Eine Reihenschaltung von Zellen (mit einer gemeinsamen rotierbaren Welle) oder eine Parallelschaltung von Zellen (mit einem gemeinsamen Antrieb für die einzelnen rotierbaren Wellen aller Zellen) erlauben ein gleichzeitiges Durchführen von Dauerlastversuchen. Beispielsweise können mehrere magnetorheologische Flüssigkeiten und/oder mehrere Rotorplattenmaterialien gleichzeitig getestet werden.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt
1 eine schematische Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle,
2 eine schematische Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle und
3 eine schematische Darstellung einer Demontagevorrichtung für eine erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle.
Die Dauerlast-Scherzelle gemäß 1 umfasst eine an einer rotierbaren Welle 1 aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff (zum Beispiel nichtrostender austenitischer Stahl – z. B. Werkstoffnummer 1.4571) befestigte Rotorplatte 2 aus einem magnetisierbaren Werkstoff (zum Beispiel Weicheisen oder Stahl – Werkstoffnummer 1.0037). Die rotierbare Welle 1 ist mit einem (nicht dargestellten) Motor verbunden, der die Welle 1 antreibt, die vorzugsweise durch ein (nicht dargestelltes) (Luft-)Lager gelagert wird. Zwischen der Oberseite der Rotorplatte 2 (erste Seite 3) und einer ersten Scherfläche 4 ist ein erster Spalt 5 angeordnet, in den eine magnetorheologische Flüssigkeit aufgenommen werden kann. Zwischen der Unterseite der Rotorplatte 2 (zweite Seite 6) und einer zweiten Scherfläche 7 ist ein zweiter Spalt 8 ausgebildet, der ebenfalls die magnetorheologische Flüssigkeit aufnehmen kann.
Die Dauerlast-Scherzelle umfasst weiterhin Neodym-Permanentmagneten 9, die in ein Gehäuse 10 einsetzbar sind, so dass sie die Spalten 5, 8 flankieren. Die Permanentmagneten 9 sind jeweils in ein Gehäuseteil 11 eingefasst, das eine zentrale Bohrung 12 zum Aufnehmen der Welle 1 enthält. Wenn die Gehäuseteile 11 mit den Permanentmagneten 9 in die dafür vorgesehenen Aufnahmen 26 des Gehäuses 10 eingesetzt sind, erzeugen die Permanentmagneten 9 ein Magnetfeld in den ersten und zweiten Spalten 5, 8. In der Bohrung 12 befinden sich (nicht dargestellte) Lager, die ein seitliches Auswandern der Welle 1 verhindern.
Die erste und die zweite Scherfläche 4, 7 werden durch eine an den ersten Spalt 5 angrenzende erste Platte 13 bzw. eine an den zweiten Spalt 8 angrenzende zweite Platte 14 gebildet, wobei beide Platten 13, 14 von dem zugehörigen Gehäuseteil 11 abnehmbar sind. Durch die Wahl der Dicke der Platten 13, 14 kann die Magnetfeldstärke in den Spalten 5, 8 beeinflusst werden.
Bevor die Gehäuseteile 11 mit dem darin enthaltenen Permanentmagneten 9 in das Gehäuse 10 eingesetzt werden, werden eine erste Teflon-Dichtscheibe als erster Verdrängungskörper 15 in den ersten Spalt 5 und eine zweite Teflon-Dichtscheibe als zweiter Verdrängungskörper 16 in den zweiten Spalt 8 eingelegt. Durch die Verdrängungskörper 15, 16 sind die Spalte 5, 8 nur angrenzend an einen äußeren (schwarz dargestellten) wirksamen Teilbereich 17 der Rotorplatte 2 und nicht angrenzend an einen inneren (weiß dargestellten) unwirksamen Teilbereich 18 der Rotorplatte 2 mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit befüllbar. Daher findet die Scherung der magnetorheologischen Flüssigkeit beim Betrieb der Dauerlast-Scherzelle nur angrenzend an den äußeren Teilbereich 17 der Rotorplatte 2 in einem engen Scherratenbereich statt.
Ferner sind Dichtelemente 19 zur Abdichtung der Spalte 5, 8 zu der jeweiligen zentralen Bohrung 12 hin vorgesehen, die in dafür in den Platten 13, 14 ausgebildeten Ausnehmungen 20 aufgenommen werden. Als Dichtelement 19 eignen sich zum Beispiel O-Ringe, Quadringe, Labyrinthdichtungen, Gleitringdichtungen oder beliebige andere, dem Fachmann bekannte Dichtelemente zur Abdichtung von rotierenden Elementen.
Integriert in das Gehäuse 10 ist ein Begrenzungselement 21, das die Spalten 5, 8 nach außen abschließt. Das Begrenzungselement 21 enthält einen Teilbereich 23 in Form einer Bohrung, die mit komprimierbarem Werkstoff 22 (Silikonkautschuk) gefüllt ist. Dieser Teilbereich mit dem komprimierbaren Werkstoff 22 dient zum Auffangen einer Volumenausdehnung der magnetorheologischen Flüssigkeit in den Spalten 5, 8, die im Betrieb der Dauerlast-Scherzelle vollständig in den Spalten 5, 8 eingeschlossen ist.
Im Gehäuse 10 und in dem Begrenzungselement 21 sind Kanäle 24 ausgebildet, die zur Aufnahme von Messsensoren (zum Beispiel Hallsonden und/oder Temperatursensoren) vorgesehen sind.
Die Rotorplatte 2 weist in der dargestellten Ausführungsform zwei ebene Plattenoberflächen auf ihren zwei Seiten 3, 6 auf. Es handelt sich daher um eine doppelte Platte-Platte-Anordnung.
Mit der in 1 dargestellten Dauerlast-Scherzelle kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit durchgeführt werden.
2 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzelle.
Die Dauerlast-Scherzelle umfasst eine rotierbare Welle 1 mit einer Rotorplatte 2, wobei zwischen der ersten Seite 3 der Rotorplatte 2 und der ersten Scherfläche 4 ein erster Spalt 5 zum Aufnehmen einer magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist und zwischen einer zweiten Seite 6 der Rotorplatte 2, die der ersten Seite 3 entgegengesetzt ist, und einer zweiten Scherfläche 7 ein zweiter Spalt 8 zum Aufnehmen der magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist.
Die Dauerlast-Scherzelle enthält ferner Permanentmagneten 9 zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten 5, 8 bei zusammengebauter Zelle. Die Permanentmagneten 9 werden, teilweise umgeben von je einem Gehäuseteil 11, in Aufnahmen 26 eines Gehäuses 10 eingebaut, nachdem dort Dichtelemente 25 und Platten 13, 14 aufgenommen wurden. Die Permanentmagneten 9 mit ihren Gehäuseteilen 11 weisen eine zentrale Bohrung 12 auf, um die Welle 1 aufzunehmen. In der Bohrung 12 befinden sich (nicht dargestellte) Lager, die ein seitliches Auswandern der Welle 1 verhindern. An der Außenseite weisen die Gehäuseteile 11 jeweils einen Zapfen mit Außengewinde auf, der als Eingriffselement 27 zum Eingreifen einer Demontagevorrichtung bei der Montage und der Demontage der Dauerlast-Scherzelle dient.
Die erste und zweite Scherfläche 4, 7 werden durch eine an den ersten Spalt 5 angrenzende erste Platte 13 bzw. eine an den zweiten Spalt 8 angrenzende zweite Platte 14 gebildet. Die Platten 13, 14 weisen jeweils ringförmige Vorsprünge auf, die als Verdrängungskörper 15 bzw. 16 dienen, sobald die Platten 13, 14 mit dem Gehäuse 10 der Scherzelle verschraubt sind (über die Bohrungen 28). Die Spalten 5, 8 sind dann angrenzend an den äußeren Teilbereich 17 der Rotorplatte 2 mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllbar und angrenzend an den inneren Teilbereich 18 der Rotorplatte 2 aufgrund der Anwesenheit der Verdrängungskörper 15, 16 nicht mit magnetorheologischer Flüssigkeit befüllbar. Die Verdrängungskörper 15, 16 weisen Ausnehmungen 29 zum Aufnehmen von Dichtelementen 30, z. B. kleinen O-Ringen, Quadringen, Labyrinthdichtungen oder Gleitringdichtungen, auf.
Das Begrenzungselement 21, das die Spalte 5, 8 nach außen abschließt, ist einstückig mit dem Gehäuse 10 ausgebildet. Das Begrenzungselement 21 enthält einen Teilbereich 23, der mit komprimierbarem Werkstoff 22 gefüllt ist und einen Kanal 24 zur Aufnahme von Messsensoren. Ein Befüllungskanal 31 dient zum Befüllen der Spalte 5, 8 mit magnetorheologischer Flüssigkeit und wird während des Betriebs der Dauerlast-Scherzelle verschlossen. In Ausnehmungen 32 in dem Begrenzungselement 21 werden Dichtelemente 33, z. B. große O-Ringe, eingelegt, um die Spalte 5, 8 nach außen abzudichten.
Mit der in 2 dargestellten Dauerlast-Scherzelle kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit durchgeführt werden.
3 zeigt eine Demontagevorrichtung 34 für eine erfindungsgemäße Dauerlast-Scherzelle, zum Beispiel für eine Scherzelle gemäß 2.
Die Demontagevorrichtung 34 dient zum Demontieren und Montieren von erfindungsgemäßen Dauerlast-Scherzellen, insbesondere von solchen, die Permanentmagneten enthalten. Die Demontagevorrichtung enthält eine Gewindestange 35 mit einem Außengewinde 36. Die Gewindestange 35 weist eine axiale Bohrung 37 mit einem Innengewinde 38 auf, die auf ein Eingriffselement einer Dauerlast-Scherzelle aufgeschraubt werden kann. Auf dem Außengewinde 36 der Gewindestange 35 ist eine Rändelmutter 39 aufgeschraubt, an deren Unterseite 40 ein Abstützrohr 41 (zum Beispiel aus Plexiglas) befestigt ist.
Zur Demontage einer Dauerlast-Scherzelle wird das Innengewinde 38 der Gewindestange 35 auf ein Eingriffselement der Scherzelle aufgeschraubt, so dass sich das Abstützrohr 41 an einem Bestandteil des Gehäuses der Scherzelle abstützt. Dann wird die Rändelmutter 39 an der Gewindestange 35 nach oben geschraubt, bis der an dem Eingriffselement hängende Bestandteil der Scherzelle (zum Beispiel ein Gehäuseteil mit darin enthaltenem Permanentmagneten) von dem Rest der Scherzelle ausreichend weit entfernt ist. Dieser Bestandteil kann dann gegebenenfalls vollständig von der Scherzelle entfernt werden.
Bezugszeichenliste

1: rotierbare Welle
2: Rotorplatte
3: erste Seite
4: erste Scherfläche
5: erster Spalt
6: zweite Seite
7: zweite Scherfläche
8: zweiter Spalt
9: Neodym-Permanentmagneten
10: Gehäuse
11: Gehäuseteil
12: zentrale Bohrung
13: erste Platte
14: zweite Platte
15: erster Verdrängungskörper
16: zweiter Verdrängungskörper
17: äußerer Teilebereich
18: innerer Teilbereich
19: Dichtelemente
20: Ausnehmungen
21: Begrenzungselement
22: komprimierbarer Werkstoff
23: Teilbereich
24: Kanäle
25: Dichtelemente
26: Aufnahmen
27: Eingriffselement
28: Bohrungen
29: Ausnehmungen
30: Dichtelemente
31: Befüllungskanal
32: Ausnehmungen
33: Dichtelemente
34: Demontagevorrichtung
35: Gewindestange
36: Außengewinde
37: axiale Bohrung
38: Innengewinde
39: Rändelmutter
40: Unterseite
41: Abstützrohr

Claims

Dauerlast-Scherzelle für magnetorheologische Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch eine rotierbare Welle (1), an der eine Rotorplatte (2) befestigt ist, wobei zwischen einer ersten Seite (3) der Rotorplatte (2) und einer ersten Scherfläche (4) ein erster Spalt (5) zum Aufnehmen einer magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist und zwischen einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Seite (6) der Rotorplatte (2) und einer zweiten Scherfläche (7) ein zweiter Spalt (8) zum Aufnehmen der magnetorheologischen Flüssigkeit ausgebildet ist, und wobei die Dauerlast-Scherzelle mindestens einen Magneten (9) zum Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten (5, 8) enthält, wobei der erste und der zweite Spalt (5, 8) angrenzend an einen äußeren Teilbereich (17) der Rotorplatte (2) mit der magnetorheologischen Flüssigkeit befüllbar sind und der erste und der zweite Spalt (5, 8) angrenzend an einen inneren Teilbereich (18) der Rotorplatte (2) Verdrängungskörper (15, 16) enthalten.
Dauerlast-Scherzelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorplatte (2) zumindest teilweise aus einem magnetisierbaren Material gefertigt ist.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Magnet (9) mindestens einen Permanentmagneten umfasst.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Scherfläche (4, 7) durch eine an den ersten bzw. den zweiten Spalt (5, 8) angrenzende erste und zweite Platte (13, 14) oder durch je eine an den ersten bzw. den zweiten Spalt (5, 8) angrenzende Oberfläche des Magneten (9) gebildet werden.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Spalt (5, 8) nach außen durch ein Begrenzungselement (21) abgeschlossen sind.
Dauerlast-Scherzelle gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Begrenzungselement (21) einen Teilbereich (23) aus einem elastisch komprimierbaren Werkstoff (22) umfasst.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein an die Spalte (5, 8) angrenzendes Bauteil ein verschließbarer Kanal (31) zum Befüllen des ersten und zweiten Spaltes (5, 8) mit der magnetorheologischen Flüssigkeit verläuft.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem an die Spalte (5, 8) angrenzenden Bauteil mindestens ein Kanal (24) zur Aufnahme mindestens eines Messsensors ausgewählt aus der Gruppe Hallsonde, Drucksensor und Temperatursensor enthalten ist.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorplatte (2) zwei ebene, eine ebene und eine kegelförmige oder zwei kegelförmige Plattenoberflächen aufweist.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 enthaltend eine Messeinrichtung zum Bestimmen von durch ein Rotieren der Rotorplatte (2) erhaltenen Energieeinträgen in eine in den ersten und zweiten Spalten (5, 8) enthaltene magnetorheologische Flüssigkeit.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend ein Gehäuse (11), das ein Eingriffselement (27) zum Eingreifen einer Demontagevorrichtung (34) bei einer Demontage und Montage der Dauerlast-Scherzelle aufweist.
Dauerlast-Scherzelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierbare Welle (1) an weitere, parallel oder in Reihe geschaltete Dauerlast-Scherzellen koppelbar ist.
Verfahren zur Dauerbelastung einer magnetorheologischen Flüssigkeit in einer Dauerlast-Scherzelle, gekennzeichnet durch Rotieren einer an einer Welle befestigten Rotorplatte, wobei die Rotorplatte an einer ersten Seite mit der in einem ersten Spalt enthaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht und an einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Seite mit der in einem zweiten Spalt enthaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht und Erzeugen eines Magnetfeldes in den ersten und zweiten Spalten währen des Rotierens der Rotorplatte, wobei der erste und der zweite Spalt angrenzend an einen inneren Teilbereich der Rotorplatte Verdrängungskörper enthalten.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dauerbelastung mindestens eine der Größen ausgewählt aus der Gruppe auf die Welle ausgeübtes Drehmoment, Magnetfeldstärke des Magnetfeldes, Temperatur der magnetorheologischen Flüssigkeit, Drehzahl der Rotorplatte und Leistungseintrag in die magnetorheologische Flüssigkeit gemessen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit durch das Rotieren der Rotorplatte für eine bestimmte Dauer in der Dauerlast-Scherzelle belastet wird und anschließend aus der Dauerlast-Scherzelle entnommen wird und die Eigenschaften der magnetorheologischen Flüssigkeit untersucht werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material mindestens einer an einen der ersten oder zweiten Spalte angrenzenden Scherfläche, die während einer Dauerbelastung mit der magnetorheologischen Flüssigkeit in Kontakt steht und dadurch beansprucht wird, im Anschluss an eine Dauerbelastung auf Veränderungen untersucht wird.