DE4122360A1 - Hydraulisches system mit elektrorheologischem fluid - Google Patents
Hydraulisches system mit elektrorheologischem fluidInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisches System
mit einem elektrorheologischen Fluid in einem Strömungs
kanal, der zumindest teilweise zwischen und im wesentli
chen parallel zu Elektroden verläuft, an welche eine
elektrische Spannungsdifferenz zum Steuern der Viskosi
tät des Fluids anlegbar ist.
Ein solches System ist beispielsweise aus EP-A-01 37 112
in Form eines hydraulisch dämpfenden Zweikammer-Motor
lagers insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen
bekannt. Darin stehen zwei Kammern, die gummielastische
Wände aufweisen und flüssigkeitsgefüllt sind, über einen
in einer starren Zwischenplatte vorgesehenen Strömungs
kanal hydraulisch miteinander in Verbindung. Zur Ausge
staltung als sog. aktives Lager mit schneller Anpassung
an wechselnde Betriebsbedingungen sind die Kammern mit
einer elektroviskosen Flüssigkeit (einem elektrorheo
logischen Fluid) gefüllt, deren Viskosität gesteuert
wird, indem an den Strömungskanal ein elektrisches Feld
quer zur Strömungsrichtung angelegt wird. Geeignete
elektrorheologische Flüssigkeiten sind in der genannten
Druckschrift offenbart.
Eine Schwierigkeit bei derartigen elektrohydraulischen
Lagern besteht darin, die zum Anlegen des elektrischen
Feldes bestimmten Elektroden am Strömungskanal in einer
Weise zu befestigen, die sowohl eine ausreichend hohe
mechanische Festigkeit als auch eine genügend hohe elek
trische Durchschlagsfestigkeit bietet und dazu noch che
mische Beständigkeit gegen die elektrorheologischen
Medien gewährleistet.
Eine solche Qualität der Anordnung von Elektroden und
anderen Systemteilen wird in gattungsgemäßen hydrauli
schen Systemen dadurch erreicht, daß wenigstens eine der
Elektroden mittels eines oder mehrerer Halteelemente aus
Faserverbundwerkstoff befestigt ist.
Durch die Halteelemente aus Faserverbundwerkstoff wird
in vorteilhafter Weise eine weitgehend starre Aufhängung
oder Abstützung von Elektrodenanordnungen und Systemtei
len in hydraulischen Systemen, die mit elektrorheologi
schen Fluiden betrieben werden, erzielt. Neben der hohen
und temperaturstabilen spezifischen Festigkeit in mecha
nischer Hinsicht - auch gegenüber dynamischer Ermüdung -
ist die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit als Vor
teil festzuhalten; Durchschlagsfeldstärken größer als
10 kV/mm sind möglich. Gleichzeitig sind die dielektri
schen Verluste gering, da die relative Dielektrizitäts
konstante unter 5 liegt. Ferner weisen Halteelemente aus
Faserverbundwerkstoff eine gute chemische Beständigkeit
gegen elektrorheologische Fluide auf.
Vorteilhaft sind die verstärkenden Fasern der Faserver
bundteile ausgewählt aus an sich bekannten elektrisch
isolierenden Fasern mit einem Elastizitätsmodul über
5000 N/mm2, vorzugsweise über 7000 N/mm2, insbesondere
Glasfasern (Aramid) oder anderen organischen Hochmodul
fasern. Als Bindemittel kann Reaktionsharz oder thermo
plastisches Harz verwendet werden.
Zur Erzielung elektrisch leitfähiger Anschlußelemente
können Schichten aus Fasern mit hoher elektrischer Leit
fähigkeit, insbesondere aus Kohlefasern, Metallfasern
oder Fasern aus organischem Polymer, in Schichten aus
Fasern mit hohem Isolationswert eingebettet oder auf
diese aufgebracht werden. Ergänzend oder alternativ kön
nen als weitere Möglichkeiten zur Herstellung elektri
scher Verbindungen elektrisch leitfähige Schichten aus
Dispersionen von elektrisch leitfähigen Pulvern, wie
Kohlenstoff oder Metall (z. B. Silber), auf Schichten aus
Fasern mit hohem Isolationswert aufgebracht oder in
diese eingebettet werden.
Vorteilhaft können auch metall-(z. B. kupfer-)kaschierte
Faserverbundplatten verwendet werden, wobei die
Metallbeschichtung mit bekannten Verfahren (z. B. Ätzung)
teilweise entfernt werden kann, um stromleitende Bahnen
zu erhalten, über welche die Elektroden oder andere Sy
stemteile mit elektrischen Bauteilen, insbesondere mit
integrierten Schaltkreisen, beschaltet werden können.
Auch können solche Bauteile im Faserverbundwerkstoff
eingebettet werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform
besteht beispielsweise darin, daß Sensoren - etwa Deh
nungsmeßstreifen - zum Registrieren des aktuellen hy
draulischen Arbeitspunkts fest mit dem jeweiligen Halte
element verbunden werden können, wo sie gegen äußere me
chanische Beschädigungen und elektrische Fremdeinwirkun
gen geschützt sind. Ein weiterer Vorteil dieser
Anordnung besteht darin, daß die elektronischen Bauteile
in räumlicher Nähe zueinander angebracht sind, wodurch
gegenüber herkömmlicher elektrischer Beschaltung der
elektronische Störabstand erhöht wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zeichnerisch
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen
Fig. 1a und 1b im Schnitt bzw. in der Draufsicht ein hy
draulisches System mit einem ringspaltförmigen
Strömungskanal und einer Tragstege aufweisenden
Elektroden-Trägerplatte aus Faserverbundwerkstoff;
Fig. 2a und 2b im Schnitt bzw. in der Draufsicht eine
Faserverbundplatte gemäß Fig. 1, mit aufgebrachten
elektrischen Leiterbahnen und Bauteilen;
Fig. 3a und 3b im Schnitt bzw. in der Draufsicht eine
Faserverbundplatte gemäß Fig. 1, mit eingebetteten
elektrischen Leiterbahnen und Bauteilen;
Fig. 4a und 4b im Schnitt bzw. in der Draufsicht ein hy
draulisches System mit einem ringspaltförmigen
Strömungskanal und einer zylindrischen Innenelek
trode, welche durch Halteplättchen aus Faserver
bundwerkstoff gehaltert ist; und
Fig. 5 im Schnitt ein hy
draulisches System mit einem Strömungskanal für
elektroviskose Flüssigkeit, in dem ein Tauchzylin
der aus Faserverbundwerkstoff verschiebbar angeord
net ist.
Fig. 1a und 1b zeigen im Schnitt bzw. in der Draufsicht
ein hydraulisches System mit einem ringspaltförmigen
Strömungskanal 1, der zwischen einer zylindrischen (oder
alternativ hohlzylindrischen) Innenelektrode 2 und einer
hohlzylindrischen Außenelektrode 3 liegt. Durch Anlegen
einer Spannungsdifferenz an die Elektroden 2 und 3 kann
die Viskosität eines elektrorheologischen Fluids gesteu
ert werden, das etwa auf seinem Weg von einer oberen
Kammer in eine untere Kammer oder umgekehrt den Strö
mungskanal 1 durch Durchlaß- oder Düsenschlitze 6 pas
siert.
Im vorliegenden Beispiel ist die Innenelektrode 2 mit
tels einer Faserverbundplatte 4′ - hier einer im
wesentlichen scheibenförmigen, aber durchbrochenen
Platte - gehaltert, indem diese Platte in einer Ringnut
der Außenelektrode 3 liegt und dort durch einen Halte
ring 5 festgelegt ist, wobei mehrere Tragstege 7 einen
äußeren ringförmigen Teil der Faserverbundplatte 4 mit
einem inneren scheibenförmigen Teil der Faserverbund
platte 4 verbinden und dabei den Ringspalt 1 zwischen
Außenelektrode 3 und Innenelektrode 2 überbrücken, die
sen aber zum überwiegenden Teil freilassen, um die
Durchlaß- oder Düsenschlitze 6 zu bilden. Die Innenelek
trode 2 kann durch eine einzige Faserverbundplatte 4 an
der Außenelektrode 3 befestigt sein, z. B. durch Klebung,
Verschraubung, Nietung, Lötung an eine Metallbeschich
tung etc., oder/und es kann unterhalb der Innenelektrode
2 eine (nicht dargestellte) zweite Faserverbundplatte
vorgesehen und wiederum an der Außenelektrode 3 montiert
sein, so daß die Innenelektrode 2 zwischen zwei Faser
verbundplatten gehalten wird.
Als verstärkendes Material für die Herstellung der
Faserverbundplatte 4 eignen sich elektrisch isolierende
Fasern mit einem Elastizitätsmodul über 5000 N/mm2, vor
zugsweise über 7000 N/mm2, insbesondere Glasfasern oder
andere organische Hochmodulfasern. Als Bindemittel kann
Reaktionsharz oder thermoplastisches Harz verwendet wer
den.
Wie in den weiteren Beispielen gemäß den Fig. 2 und 3
gezeigt (in denen entsprechende Teile gleiche Bezugszei
chen tragen), kann die Faserverbundplatte 4 nicht nur
als Träger für die (hier nicht mehr dargestellte) Innen
elektrode 2, sondern auch als z. B. metallbeschichtete
Platine dienen und zur elektrischen Beschaltung der
Elektroden 2 und 3 insbesondere in den Bereichen der
Tragstege 7 z. B. geätzte elektrische Leiterbahnen 8 und
darauf z. B. aufgelötete elektrische Bauteile 9 tragen.
Die Tragstege 7 haltern somit nicht nur den Innenteil
der Faserverbundplatte 4 (und damit die Innenelektrode
2), sondern ermöglichen zugleich einen kompakten und si
cheren elektrischen Anschluß der Innenelektrode 2 und
ggf. weiterer vorhandener elektrischer Bauteile. Die
raumsparende und stabile Unterbringung solcher Bauteile
besitzt aufgrund der kurzen Leitungswege zwischen ihnen
den zusätzlichen Vorteil, daß Störeinstrahlungen oder
-abstrahlungen auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Leiterbahnen 10 und Bauteile 11 (Fig. 3) können aber auch
in der Faserverbundplatte 4 eingebettet sein, indem lei
tende Schichten in ihr vorgesehen werden, z. B. durch
Einbringen einer Schicht aus Fasern mit hoher elektri
scher Leitfähigkeit, insbesondere aus Kohlefasern, Me
tallfasern oder Fasern aus organischem Polymer, auf oder
zwischen Schichten aus Fasern mit hohem Isolationswert.
Andererseits kann der Faserverbundwerkstoff zumindest
eine elektrisch leitfähige Schicht aus einer Dispersion
eines elektrisch leitfähigen Pulvers, wie etwa Kohlen
stoff oder Metall, insbesondere Silber, auf oder zwi
schen Schichten aus Fasern mit hohem Isolationswert be
sitzen. Durch Einbettung können auch mehrere Ebenen von
Leiterbahnen 8, 10 übereinander geschaffen werden.
Bezugnehmend auf Fig. 4 (in der entsprechende Teile wie
der gleiche Bezugszeichen tragen), wird nunmehr be
schrieben, wie anstelle einer Faserverbundplatte 4 an
dere Halteelemente aus Faserverbundwerkstoff verwendet
werden können, um die Innenelektrode 2 eines ringspalt
förmigen Strömungskanals 1 (mit Durchlaßschlitz 6) an
der Außenelektrode 3 zu haltern. Und zwar erfolgt die
Halterung in diesem Beispiel mittels mehrerer Faserver
bund-Halteplättchen 12, die im Ringspalt über dessen Um
rang verteilt angeordnet sind, den Ringspalt aber um
überwiegenden Teil freilassen, um die Durchlaß- oder Dü
senschlitze 6 zu bilden. Es sollten mindestens drei,
vorzugsweise mindestens vier, Halteplättchen 12 aus Fa
serverbundwerkstoff verwendet werden, um die Innenelek
trode 2 zu zentrieren. Die Halteplättchen 12 können die
Innenelektrode 2 z. B. durch Reibschluß (Klemmung), Form
schluß oder/und Adhäsion (Klebung) o. dgl. an der Außen
elektrode 3 halten. Die von den Halteplättchen 12 herge
stellte Überbrückung des Ringspalts kann wiederum ge
nutzt werden, um auch eine elektrische Verbindung zur
Innenelektrode 2 zu schaffen, etwa durch Leiterbahnen
auf oder in den Halteplättchen 12.
Schließlich wird auf Fig. 5 Bezug genommen, die ein etwas
komplexeres Faserverbund-Halteelement 14 für Elektroden
15 in einem ringförmigen, in einem Dämpfergehäuse 16 an
geordneten und mit elektrorheologischer Flüssigkeit ge
füllten Strömungskanal 13 zeigt. Das Dämpfergehäuse 16
kann als Außenelektrode 3 dienen. Das die Elektroden 15
tragende Halteelement aus Faserverbundwerkstoff ist hier
ein Tauchzylinder 14, der mittels eines aus dem Ring
spalt führenden Kopplungsgestänges 17 aus Faserverbund
werkstoff verschiebbar, d. h. in den Ringspalt und damit
in die elektrorheologische Flüssigkeit absenkbar ist.
Bezugszeichenliste
1 ringspaltförmiger Strömungskanal
2 Innenelektrode
3 Außenelektrode
4 Faserverbundplatte
5 Haltering
6 Durchlaß- oder Düsenschlitz
7 Tragsteg
8 elektrische Leiterbahn
9 elektrisches Bauteil
10 eingebettete elektrische Leiterbahn
11 eingebettetes elektrisches Bauteil
12 Halteplättchen aus Faserverbundwerkstoff
13 ringspaltförmiger Strömungskanal
14 Tauchzylinder aus Faserverbundwerkstoff
15 Elektroden
16 Dämpfergehäuse
17 Kopplungsgestänge
2 Innenelektrode
3 Außenelektrode
4 Faserverbundplatte
5 Haltering
6 Durchlaß- oder Düsenschlitz
7 Tragsteg
8 elektrische Leiterbahn
9 elektrisches Bauteil
10 eingebettete elektrische Leiterbahn
11 eingebettetes elektrisches Bauteil
12 Halteplättchen aus Faserverbundwerkstoff
13 ringspaltförmiger Strömungskanal
14 Tauchzylinder aus Faserverbundwerkstoff
15 Elektroden
16 Dämpfergehäuse
17 Kopplungsgestänge
Claims (16)
1. Hydraulisches System, insbesondere hydraulisch dämp
fendes Zweikammer-Motorlager, mit einem elektrorheologi
schen Fluid in einem Strömungskanal (1; 13), der zumin
dest teilweise zwischen und im wesentlichen parallel zu
Elektroden (2, 3; 15) verläuft, an welche eine elektri
sche Spannungsdifferenz zum Steuern der Viskosität des
Fluids anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenig
stens eine der Elektroden (2, 3; 15) mittels eines oder
mehrerer Halteelemente (4; 12; 14) aus Faserverbund
werkstoff in dem hydraulischen System befestigt ist.
2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff verstärkende,
elektrisch isolierende Fasern mit einem Elastizitäts
modul über 5000 N/mm2, vorzugsweise über 7000 N/mm2,
insbesondere Glasfasern oder andere organische Hoch
modulfasern, enthält.
3. Hydraulisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff als Binde
mittel Reaktionsharz oder thermoplastisches Harz ent
hält.
4. Hydraulisches System nach Anspruch 1, 2 oder 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff zu
mindest eine Schicht aus Fasern mit hoher elektrischer
Leitfähigkeit, insbesondere aus Kohlefasern, Metallfa
sern oder Fasern aus organischem Polymer, auf oder zwi
schen Schichten aus Fasern mit hohem Isolationswert be
sitzt.
5. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Faserverbundwerkstoff
zumindest eine elektrisch leitfähige Schicht aus einer
Dispersion eines elektrisch leitfähigen Pulvers, wie
etwa Kohlenstoff oder Metall, insbesondere Silber, auf
oder zwischen Schichten aus Fasern mit hohem Isolations
wert besitzt.
6. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die aus dem
Faserverbundwerkstoff bestehenden Halteelemente (4)
plattenförmig sind.
7. Hydraulisches System nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das oder die aus dem Faserverbundwerkstoff
bestehenden Halteelemente (6) auf zumindest einer Seite
mit einem Metall, insbesondere Kupfer, kaschiert sind.
8. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß auf zumindest einem Hal
teelement (4) ein oder mehrere elektrische Bauteile (9)
aufgebracht sind.
9. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß in zumindest einem Halte
element (4) ein oder mehrere elektrische Bauteile (11)
eingebettet sind.
10. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Halteele
ment (4) ein oder mehrere planare elektrische Bauteile
(11), insbesondere integrierte Schaltkreise, trägt oder
einschließt.
11. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (1;
13) ein Ringspalt ist, der zwischen einer zylindrischen
oder hohlzylindrischen Innenelektrode (2; 15) und einer
hohlzylindrischen Außenelektrode (3; 16) liegt.
12. Hydraulisches System nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Innenelektrode (2) mittels einer
Faserverbundplatte (4), vorzugsweise einer Faserverbund
scheibe, an der Außenelektrode (3) gehaltert ist, wobei
mehrere Tragstege (7) einen äußeren Teil der Faserver
bundplatte (4) mit einem inneren Teil der Faserverbund
platte (4) verbinden und dabei den Ringspalt (1) zwi
schen Außenelektrode (3) und Innenelektrode (2) über
brücken, diesen aber zum überwiegenden Teil (6) freilas
sen.
13. Hydraulisches System nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Tragstege (7) elektrische Leiter
bahnen (8; 10) tragen oder enthalten.
14. Hydraulisches System nach Anspruch 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Innenelektrode (2) mittels mehre
rer Faserverbund-Halteplättchen (12) an der Außenelek
trode (3) gehaltert ist, wobei die Halteplättchen (12)
im Ringspalt (1) über dessen Umfang verteilt angeordnet
sind, den Ringspalt (1) aber zum überwiegenden Teil (6)
freilassen.
15. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal ein
Ringspalt (13) ist, in dem ein eine oder mehrere Elek
troden (15) tragender Tauchzylinder (14) aus Faserver
bundwerkstoff angeordnet ist.
16. Hydraulisches System nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Tauchzylinder (14) mittels eines
aus dem Ringspalt (13) führenden Kopplungsgestänges (17)
aus Faserverbundwerkstoff verschiebbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914122360 DE4122360C2 (de) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Hydraulisches System mit elektrorheologischem Fluid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19914122360 DE4122360C2 (de) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Hydraulisches System mit elektrorheologischem Fluid |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4122360A1 true DE4122360A1 (de) | 1993-01-07 |
DE4122360C2 DE4122360C2 (de) | 1994-05-19 |
Family
ID=6435553
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19914122360 Expired - Fee Related DE4122360C2 (de) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | Hydraulisches System mit elektrorheologischem Fluid |
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