WO2009040066A1 - Ventil für magnetorheologische flüssigkeiten - Google Patents

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WO2009040066A1
WO2009040066A1 PCT/EP2008/007929 EP2008007929W WO2009040066A1 WO 2009040066 A1 WO2009040066 A1 WO 2009040066A1 EP 2008007929 W EP2008007929 W EP 2008007929W WO 2009040066 A1 WO2009040066 A1 WO 2009040066A1
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control channel
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Stefan Battlogg
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Inventus Engineering Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K13/00—Other constructional types of cut-off apparatus; Arrangements for cutting-off
    • F16K13/08—Arrangements for cutting-off not used
    • F16K13/10—Arrangements for cutting-off not used by means of liquid or granular medium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/08—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet
    • F16K31/082—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid using a permanent magnet using a electromagnet and a permanent magnet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/06—Use of special fluids, e.g. liquid metal; Special adaptations of fluid-pressure systems, or control of elements therefor, to the use of such fluids
    • F15B21/065—Use of electro- or magnetosensitive fluids, e.g. electrorheological fluid
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2082—Utilizing particular fluid

Definitions

  • the invention relates to a valve for magnetorheological fluids according to the preamble of claim 1.
  • Magnetorheological fluids are variable / controllable fluids, the z. B. from a fluid, in particular a silicone oil or another neutral liquid, in which liquid corresponding magnetically active particles are suspended.
  • Such magnetically active particles may, for. B. carbonyl iron powder.
  • the carbonyl iron powder is suspended in the form of minute particles in the micrometer range in the liquid.
  • a first known embodiment is the subject of DE 103 37 516 A1. It is there a valve arrangement for regulating the flow behavior of a magnetorheological fluid and the valve described therein is characterized in that the control channel for the passage of the liquid through the control valve is arranged radially in the interior of a current-carrying coil. If the coil is energized, then closed by the resulting current flow of the arranged in the radial interior control channel. The closing effect takes place in that the magnetically active particles falter in the fluid and thereby a change in viscosity of the fluid takes place. The previously fluid fluid changes into a highly viscous fluid, which greatly increases the flow resistance in the control channel. This practically closes the valve.
  • a multi-part magnetically conductive housing is needed to mount the permanent magnet at all.
  • the housing halves must also not be connected directly to each other, as otherwise the magnetic field of the permanent magnet closes over the connection and the desired magnetic contactor action does not occur or fails. This would require a complex, three-piece construction.
  • the permanent magnet is arranged in the interior of the current-carrying coil (and directly at the control channel), there is the disadvantage that large stray fluxes are to be envisioned because the permanent magnet acts directly on the control channel adjacent to it, irrespective of whether the coil is current-carrying Not.
  • a permanent magnet which always has to have two poles, always a part of the field closes directly from one pole to the other pole. If MR fluid flows in this area, as would be the case with DE103 37 516 A1, it will be affected.
  • valves for magnetorheological fluids have become known, however, work with moving parts.
  • movable membranes are used and on the other hand (DE 198 20 569 A1) also movable actuators.
  • DE 198 20 569 A1 has the disadvantage that the reliability is not given, since the mutually moving parts wear, become brittle, jam or lose sealing effect. Fast switching of the valve is not possible because the moving parts make a stroke and are subject to inertia.
  • control channel is arranged in the radial outer region and thus has a large cross-sectional area or large volume. It is therefore extremely difficult to produce a control flux field strength which is decisive for the effectiveness of the valve in the radial outer circumference with a relatively small coil current, since the core surface in the permanent magnet or under the coil behaves very unfavorably to the magnetic field transition surface in the control channel.
  • the area-wise small core area is fast saturated magnetically, whereas for the In terms of area much larger control channel transition range results in a low field strength. The smaller the diameter of the valve, the less favorable is the field line course in this construction.
  • the invention is therefore based on DE 103 37 516 A1 based on the object, a magnetrheological valve of the type mentioned in such a way that with a relatively low coil current, a high switching efficiency is achieved.
  • switching efficiency is understood here to mean that a high change in viscosity is present in the case of a valve which is in the open state in comparison to the same valve which is in the closed state.
  • An essential feature of the invention is that the respective control channel is arranged in the end side region of the current-carrying coil and that in the interior of the current-carrying coil, a permanent magnet is arranged and further that the control signal extends beyond the radial outer circumference of the coil.
  • the essential advantage is achieved that now with a very low coil current, a high switching efficiency of the valve is achieved. This is because, when the valve is closed, only the magnetic flux of the permanent magnet arranged in the interior acts, which consequently generates a high blocking flux on the control channels arranged on the front side, so that a blocking flux of high flux density is produced in this region. This is because the clear width of the pole face is equal to the clear width of the transition surface in the control channel. The closed state of the valve is thus achieved solely by the magnetic action of the permanent magnet, wherein the coil is de-energized. This has the significant advantage that only a small power output must be used to control the valve, because the closed state of the valve is achieved solely by the permanent magnet.
  • valve Only if the valve is to be controlled in an open state, it is provided that current flows through the coil so as to cancel the magnetic flux of the permanent magnet and to reduce the magnetic flux in the respective control channel arranged at the end, so that it is practically in the region of the front side Control channel disappears and a free flow of fluid in this area is possible.
  • the main advantage of the invention is that it is sufficient for example for a valve of the type according to the invention to use as power source 2 1, 5 volts AA size batteries and this pressures in the range of 10 to 15 bar can be properly controlled.
  • In the open state there is a pressure of z. B. 1 bar, while in the closed state of the valve, a pressure in the range of 10 to 30 bar.
  • the efficiency of the present valve can be further increased by the fact that in the closed state it can be reversely energized compared to the open state, thereby still additionally in the closed state, a control flow is generated in the control channel, which superimposes the blocking flux of the permanent magnet is, so as to additionally create a further barrier effect on the rheological fluid in the control channel.
  • a so-called field concentrator is arranged in the control channel. This is achieved in that arranged in the region of each end face
  • Iron cores in each case an axial bore is arranged, which is arranged as a blind bore in the respective iron core.
  • This blind bore is located exactly opposite the inlet and outlet side channel and thus also the center of the control channel.
  • the pole face is larger than the transition area in the control channel. This ensures that in this center of the control channel in the region of the inlet and outlet channel no high field concentration takes place, but that this field concentration is more radially outward relocated and concentrated, precisely in the region of the control channel in which the liquid flows, which the effectiveness of the magnetic flux in this area greatly increased.
  • the two housing halves of the valve are formed magnetically conductive and consist of a corresponding metal material, while the current-carrying coil in their interior axially mutually associated iron cores, in the center region of the
  • Permanent magnet is arranged.
  • the polarity of the permanent magnet is formed so that it is formed axially. It is important that the permanent magnet has no direct contact with the flow channel or the fluid and is spaced therefrom.
  • the iron cores are also eliminated and instead of the iron cores and the permanent magnets arranged centrally between the iron cores, a single approximately cylindrical permanent magnet is arranged.
  • the clear cross section of the respective control channel which is arranged on the front side in the two oppositely disposed housing halves, dimensioned by the fact that the two housing halves are each provided with an inner and an outer thread and are screwed together.
  • the any cross-section having connecting piece or fluid line can narrow when entering the valve in front of the control channel.
  • the magnetorheological fluid is heated by energizing the electric coil.
  • the coil or the valve unit can be heated to eg 100 0 C.
  • the liquid in the valve (flowing or static) is heated.
  • the current through the heating element can be automatically adapted to the temperature by the appropriate wiring of the heating element with a temperature-dependent resistor such as NTC or PTC (material with a negative or positive temperature coefficient).
  • a temperature-dependent resistor such as NTC or PTC (material with a negative or positive temperature coefficient).
  • a PTC resistor can be connected as a discrete component in series with the heating wire to regulate the heating power through the current.
  • Another expansion stage is the regulation of the current via one or more temperature sensors, such as PT100 or thermocouples, control elements and amplifiers. This allows the use of a local temperature or the weighted average of different temperatures as input parameters for current regulation.
  • the foot When used in ski boots, the foot can be heated, which is ideal.
  • the pressure changes before / after the valve.
  • the aim is to achieve defined pressure states or the possibility of exact pressure determination (independent of external influences, viscosity fluctuations ).
  • the signals necessary for regulating the counterforce are obtained, inter alia, from sensors directly on the control channel.
  • the sensor can be mounted anywhere in the system.
  • the force can also be calculated from the pressure of the medium.
  • Pressure sensors can be mounted in the pipe, for example.
  • take-away / position-determining sensors are an advantage.
  • Such sensors can be designed as variable resistors (potentiometric sensors) or optical encoders / transducers.
  • capacitive or inductive sensors are also conceivable.
  • a sensor for measuring the flow can also be integrated into the valve. This allows the valve to be even better controlled / regulated.
  • the switch When the switch is closed, a current can flow from the supply via a coil to ground.
  • the current through the coil directly determines the strength of the magnetic field, with pulsed control (eg PWM), the coil current can be varied.
  • the switch can be a mechanical switch / button in the simplest embodiment, the use of a transistor is advantageous. Conceivable, however, are other options such as a relay or special forms of the transistor (MOSFET 1 IGBT).
  • the switch can be between coil and GND.
  • a simple construction variant is to limit the current through a resistor. Depending on the application, the internal resistance of the power supply may be sufficient. If the resistance is variable (potentiometer), then the coil current can also be varied. Compared to the pulsed controlled variant, the power loss can quickly reach very high values.
  • the resistor should also symbolize the possibility of current measurement. This can in addition to a measurement via a low resistance
  • Switch by other methods, e.g. a power transformer or an integrated solution (current measuring IC, Hall sensor) done.
  • the current measurement can be done at any location of the circuit and is used for control.
  • a diode is designed as a free-wheeling diode, which allows the coil to continue to drive power after opening the switch.
  • the diode can also be replaced by a switch, which operates in push-pull to the main switch.
  • Control equipped with various sensors that allow the construction of a control loop. Depending on the application, e.g. Pressure, force, displacement, temperature, speed or acceleration sensors are used. The combination of these or other sensors is conceivable.
  • An alternative embodiment provides a control by means of full bridge (H
  • the coil can be controlled in both directions, ie the polarity at the coil terminals can be changed. This makes it possible, for example, to amplify or weaken a permanent magnet in the magnetic circuit of the coil.
  • the location of the current measurement can vary, advantageous is e.g. the measurement in the GND branch to obtain a referenced to GND measurement signal.
  • the valve or controller can be equipped with various sensors that enable the construction of a control loop. Depending on the application, e.g. Pressure, force, displacement, temperature, speed or acceleration sensors are used. The combination of these or other sensors is conceivable.
  • the magnetorheological fluid based on oil with carbonyl iron powder feels "cold” on the foot in winter, instead of "warm feet”.
  • the invention provides that instead of oil / silicone / glycol a liquid with high heat storage capacity is taken. This is heated at home or on the car to the ski area and then serves as a heat storage and heating for the feet. Also conceivable is the use of latent heat accumulators as they are already used in "pocket heat", where a substance is used in which energy can be stored, which is converted into heat on the ski slope when needed (use of the phase transition or chemical processes such as eg crystallization of salts).
  • Dampings according to the prior art are single-stage, a maximum of two or three stages and usually manually adjustable. According to the invention, a stepless adjustment, preferably automatic adjustment, is to take place. To solve this problem, the invention proposes that hydraulic valves according to the prior art (on / off valve;) are replaced by the MRF valves according to the invention.
  • All MRF valves according to the present invention are applicable to headrests, seatbelts, seats and seat members and the like. Such devices are also used in other vehicles, e.g. Bikes in the front and rear suspension, in the seat post od. Like. Used. Likewise, they are used in various sports equipment, such as running or ski boots, etc.
  • Task is to develop an inventive MRF valve so that a maximum spread (force difference) is given the smallest possible space and energy requirements.
  • the solution according to the invention is that one or more disc or fan elements are mounted in the control channels. This increases the friction surface.
  • the insert may consist of a plurality of axially positioned magnetically conductive strips (thin disks), which are spaced apart by magnetically non-conductive webs. If the webs are made thin, they can also be made of magenta conductive material, since then only a very small part of the magnetic field flows through these webs. Thus, the magnetic field flows through the iron core to the first axial plate, then on to the MR-liquid-filled gap to the next plate and so on to the housing half. The MR fluid enters the center of the lamination stack and flows radially away.
  • the laminated core (compartments) has on the iron core side facing a pin, which serves as a centering.
  • Figure 1 perspective exploded view of a valve according to the invention
  • Figure 2 a perspective view of the assembled housing
  • FIG. 3 shows a quarter section of the housing according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a side view of the housing according to FIG. 2
  • Figure 5 an end view of the housing
  • FIG. 6 a cross section in the line AA in FIG. 5
  • FIG. 7 a section in the line BB in FIG. 4
  • FIG. 8 a section according to the line CC in FIG. 5
  • FIG. 9 shows schematically the representation of the field flow with the valve open
  • Figure 10 the field flow in comparison to Figure 9 with the valve closed
  • FIG. 11 shows a section through the control channel arranged on the front side, showing the magnetic flux in the open and in the closed state
  • Figure 12 a simplified embodiment with an installation example of a valve according to the invention
  • FIG. 13 a cross section along the line A-A in FIG. 14 with another one
  • FIG. 14 top view of the inlet-side front side of the further exemplary embodiment according to FIG. 13
  • FIG. 15 Sensor arrangement directly on the MRF valve
  • FIG. 17 Control of an MRF valve with a full-bridge circuit
  • FIG. 18 is a schematic representation of the use of an MRF valve as
  • FIG. 19 shows a longitudinal section through the connecting line in FIG. 18
  • FIG. 21 an embodiment modified from FIG. 20
  • FIG. 22 MRF valve with compartments in the control channel
  • FIG. 23 shows the fan according to FIG. 22 in a perspective front view
  • FIG. 24 shows the fan according to FIG. 23 in a perspective rear view
  • FIG. 25 the fan according to FIGS. 23 and 24, showing the fluid flow
  • valve is rotationally symmetrical about its longitudinal axis. Furthermore, it is also substantially symmetrical to its central transverse axis. It is therefore sufficient only the components and their arrangement on the one valve side -. the inlet side - because the other side of the valve - e.g. the outlet side - is designed exactly the same.
  • the housing of the control valve 35 is shown schematically, which consists of two magnetically conductive housing halves 1, 2, which are screwed together.
  • the housing half 2 has an external thread 20, which can be screwed into an associated internal thread 21 on the housing half 1. In this way, the clear cross section of the later to be described control channel 16 can be adjusted continuously.
  • a connecting piece 3 is formed, which forms an inlet channel 3a, via which, for example, the magnetorheological fluid flows in the direction of arrow 5.
  • the housing half 2 a connection piece 4, which forms an outlet channel 4a, through which the liquid flows out in the direction of arrow 6 again.
  • the control valve 35 shown here can be operated in both directions. In this case, the arrow directions 5, 6 would be reversed, and the outlet opening would then be the inlet opening and vice versa.
  • each housing half 1, 2 in each case an iron core 7, 8 is arranged, which in turn is disposed in the inner bore 14 of a current-carrying coil 10.
  • a permanent magnet 11 is arranged, which is disc-shaped.
  • the two poles of the permanent magnet 11 can be represented separately from each other, so that one sees a north pole 12 and a south pole 13 in FIG. 1, although the two poles 13, 14 form a uniform permanent magnet.
  • the spacers 9 are preferably formed bendable and consist of a magnetically non-conductive material, for. As a plastic material or an aluminum material.
  • FIG. 1 also shows the coil terminals 15 for the energization of the coil 10.
  • the entire liquid channel in the valve region is bounded and defined inwardly by the outer circumference of the coil 10, as well as the end faces of the iron cores 7 and 8, and outwardly by the inner periphery of the two housing halves 1, 2.
  • the flow of magnetorheological fluid is carried out according to Figures 6 and 8, characterized in that the liquid flows in the direction of arrow 5 via the inlet channel 3a in the housing half 1 and distributed disc-shaped on the inner circumference of this housing half and is diverted perpendicular thereto in a frontally arranged control channel 16.
  • the control channel 16 is therefore to be regarded as a disk-shaped space in the plan view, which widens outward in the radial direction around the central inlet channel 3a. In this disk-shaped space to be described later tax operations take place.
  • the control channel 16 is aligned with its longitudinal axis in the radial direction and at the radially outer end of the control channel 16, an annular channel 17 connects, which surrounds the radial outer circumference of the coil 10.
  • the annular channel 17 thus extends over the entire outer circumference of the coil 10 and surrounds it as a liquid jacket.
  • control valve 35 is formed exactly symmetrical to the longitudinal transverse line, d. H.
  • control channels 16, 18 are formed exactly the same and are controlled and influenced by the same controls. It is therefore sufficient only the effect of the liquid in a single control channel, z. As the control channel 16, to describe the effect in the control channel 18.
  • an axial bore 19, which acts as a field line concentrator, is arranged in each case in the region of the mutually associated iron cores 7, 8 arranged in alignment with each other. This is based on the FIG. 11 will be described later. This ensures that the density of the field lines is reduced in this area.
  • FIG. 9 shows that the coil 10 is energized, so that the magnetic flux generated by the coil 10, which generates an external magnetic flux 22 and an internal magnetic flux 23, counteracts the magnetic flux of the permanent magnet 11, so that this magnetic flux is practically canceled.
  • This is due to the low density of the magnetic field lines in Figure 9.
  • This makes it clear that the valve is switched to flow by canceling the magnetic flux in the control channels 16, 18, because in the region of the respective control channels 16, 18 only a whole low magnetic flux 24 is present, which thus opens the control channels 16, 18.
  • the magnetic flux obstructing the flow of the fluid is thus eliminated.
  • the magnetic flux 24 is only negligibly small, as shown by the small number of field lines with low field strength in FIG. 9 in the region of the control channels 16, 18.
  • FIG. 11 This is also illustrated with reference to FIG. 11, where a cross-section through the control channel is shown, showing the magnetic flux 24, 24 'which is effective in the control channel. It can be seen that the magnetic flux superposed by the coil current 24 is greatly reduced and thus the valve is switched to the open position, while the closed position is characterized in that the magnetic flux through the coil 10 is removed and only the magnetic flux 24 'of the permanent magnet 11 acts. As a result, very high magnetic flux spikes are generated in the control channel, as can be seen at position 27 and 28.
  • FIG. 9 shows that, in order to open the valve, the coil is energized in the direction 25, and thus counteracts the permanent magnetic field, so that only a small residual field 26 results.
  • FIG. 10 it is stated that now when the coil magnetic field is eliminated, a strong Permanent magnetic field is formed and thereby a strong magnetic flux 24 'in the region of the opposing control channels 16, 18 is generated.
  • the external magnetic field 22 ' is therefore generated solely by the permanent magnet. This also applies to the correspondingly assigned internal magnetic field.
  • FIG. 12 shows, as an exemplary embodiment, the installation of the control valve 35 according to the invention into a ski boot 29.
  • the control valve 35 is installed in the sole plate 30 of the ski boot 29 and in this case a small, simple current source, consisting for example of two AA batteries 31 is installed in the sole plate 30.
  • the valve is energized only for the open state, the power source 31 must be used only very rarely, so that during normal operation of the ski boot a battery life of 1 to 2 years is given.
  • the control electronics 32 and the fluid lines 33 are also arranged in the sole plate.
  • fluid conduits 33 lead into corresponding fluid cushions, which are arranged in the ski boot 29 (not shown) and which are more or less expanded or emptied in accordance with the open or closed position of the control valve 35.
  • control valve 35 is not limited to the installation of the control valve 35 according to the invention.
  • the remaining, preferred application examples have already been explained in the general description part. It is important that no moving parts are present, so that such a control valve 35 still works when such a ski boot 29 is parked for more than one season, without a function in the control valve 35 is provided.
  • the control valve therefore remains free of deposits and can not wear, which would be possible with moving parts.
  • FIG. 13 shows, as a longitudinal section AA in FIG. 14, the valve with nozzle-shaped constrictions in the inlet channel 3a and with a corresponding, nozzle-shaped enlargement in the outlet channel 4a.
  • the inlet channel 3a is in this case centrally directed the end face of the iron core 7, which thus serves as a baffle for the inflowing liquid.
  • This conically narrowing inlet channel / nozzle enhances the effectiveness of the valve, ie even higher pressures can be perfectly controlled in the closed state.
  • the outlet channel 4a may be formed conically widening. In another embodiment, it can be provided that only the inlet channel 3a is formed as a nozzle, while the outlet channel 4a, for example, is cylindrical, as shown in Figure 8.
  • FIG. 14 shows the arrangement according to FIG. 13 in end view.
  • FIG. 15 shows a sensor arrangement directly on the MRF valve.
  • the signals required to control the counterforce can be obtained, inter alia, from sensors directly on the control channel.
  • the sensor can be mounted anywhere in the system.
  • FIG. 16 An example of a simple control of the MRF valve is shown in FIG. 16.
  • a current can flow from the supply V + via the coil L to the ground GND.
  • the current through the coil L directly determines the strength of the magnetic field, with pulsed driving (e.g., PWM), the coil current can be varied.
  • PWM pulsed driving
  • the switch S may be a mechanical switch / button in the simplest embodiment, the use of a transistor is advantageous. Conceivable, however, are other options such as a relay or special forms of the transistor (MOSFET, IGBT). Among other things, the switch can also be in the GND branch, ie between coil and GND. In a simple construction variant of the current through the resistor R is limited. Depending on the application, the internal resistance of the power supply may be sufficient. If the resistance is variable (potentiometer), then the coil current can also be varied. Compared to the pulsed controlled variant, the power loss can quickly reach very high values.
  • the resistor R should also symbolize the possibility of current measurement. This can be measured in addition to a measurement via a low-resistance (shunt) by other methods such. a power transformer or an integrated solution (current measuring IC, Hall sensor) done. The current measurement can be done at any location of the circuit and is used for control.
  • Diode D is a freewheeling diode that allows the coil to continue to drive current after opening S.
  • the diode can also be replaced by a switch, which is operated in push-pull to the switch S.
  • FIG. 17 An example of a full-bridge (H-bridge) drive is shown in FIG. 17.
  • the coil L can thus be driven in both directions, ie. the polarity at the coil terminals can be changed. This allows e.g. to amplify or weaken a permanent magnet in the magnetic circuit of the coil.
  • the resistor Rs should symbolize the possibility of current measurement. This, in addition to a measurement via a shunt, can be performed by other methods such as e.g. a power transformer or an integrated solution (current measuring IC, Hall sensor) done.
  • the location of the current measurement can vary, advantageous is e.g. the measurement in the GND branch to obtain a referenced to GND measurement signal.
  • the double measurement e.g. before S2 and before S4, offer advantages, as this measures the current in each half-bridge branch (error detection).
  • a magnetorheological fluid and a magnetorheological fluid can also be used for an adjustable movement damping Means are provided for generating a variable magnetic field. This realizes a vibration or shock absorber.
  • a movement damping device such as shown in FIG. 18 may be provided, for example, on a rear swinging arm of a bicycle, with a container 41 containing a piston 53 fixed to the frame of the bicycle by means of a piston rod. Above the piston, a liquid 58, for example a magnetorheological fluid, is filled in the container 41. Below the piston 53, a spring or acting as a spring air or gas filling 55 is arranged. At the rear swingarm is also a
  • the expansion tank contains a piston 54 and below the piston 54 also a spring or acting as a spring air or gas filling 56.
  • a constriction 44 is provided which generates a counterforce against the overflowing liquid, so that a damping takes place.
  • the constriction 44 is in this case in the sense of the present invention designed as a device for generating a variable magnetic field.
  • FIG. 19 shows a fragmentary enlargement of the installation of the constriction 44 in the line cross section of the line 52.
  • the constriction 44 is formed by an inserted into the flow path 45 package 47 of planar partitions 37, between which a plurality of flow paths 46 remain. If the flow path 45 is surrounded by a cylindrical tube, which forms part of the conduit 52, an upper and a lower circular segment-shaped element 38 is attached to the package 47 of partitions 37, which rests against the inside of the conduit 52.
  • the planar partitions 37 each have two additional friction surfaces for the liquid, which cause a very high flow resistance over a small length in the flow path.
  • Fig. 20 is an application example of the device according to the invention in an "antidive" system for a front fork of a bicycle is shown schematically.
  • the piston-cylinder unit 42 has a cylinder 43 and a piston 40, the continuous piston rod 39 is arranged, for example, so that it is moved with the wheel hub or the wheel, while the cylinder 43 is arranged so that it with the Fork bridge is connected to the front fork of the bicycle.
  • the piston 40 moves in the cylinder 43.
  • the magnetorheological fluid which is located in the cylinder 43, is moved by the controllable damping device 48 according to the invention, via the channel 49th
  • the damping device 48 according to the invention can be designed, for example, as shown in FIGS. 18 or 19.
  • the coil, not shown, via which the magnetic field and thus the damping effect can be adjusted, is supplied via a line 57 from a central electronic control unit 50 with power.
  • the electronic control unit 50 can increase the flow of current to the coil. This increases the magnetic field and ultimately also the damping effect. Overall, this achieves that the immersion of the front fork when braking is reduced (anti-dive system).
  • the electronic control device 50 can still be controlled in dependence on further sensors 60 for the speed and 61 for example for the detected outside temperature or a single or multi-axis acceleration sensor.
  • FIG. 21 differs from that shown in FIG. 20 essentially in that the piston rod 39 does not pass.
  • the volume of the magnetorheological fluid would have to decrease. But since liquids are practically incompressible, is one for
  • Compensation element 62 is provided. This can be formed, for example, by an air-filled closed porous absorber foam. But it is also possible that the part 62 of a tight-closing piston is formed and the space below the piston is gas or air-filled to compensate for the immersion of the piston rod volumes.
  • FIGS. 22 to 25 show the use of a fan 70 in the control channel of an MRF valve according to the invention.
  • the respective input and output side used fan 70 increases the friction surface for the flow of the magnetorheological fluid as it flows through the channel.
  • the liquid thus flows not only through a single channel, but through a more axial and parallel arranged in layers fanned control channel. This increases the force difference (spread) between the switched-on and the switched-off state of the valve.
  • a single channel 18 is divided into several channels.
  • the fan 70 is a completely rotationally symmetrical part, consisting of a plurality of disks 63-65 arranged one behind the other, which are separated from one another and kept at a distance by webs 71 arranged therebetween.
  • the liquid thus initially flows into the compartment 70 in the axial direction, and then distributes outwards into the individual radial channels 68, 69, as shown in FIG.
  • the individual axially successive arranged disks 63-65 are formed from a magnetic conductive material, while the intermediate webs 71 consist of a magnetically non-conductive material.
  • the magnetic flux should not short-circuit there.
  • the webs 71 may be provided to also form the webs 71 of a magnetically conductive material.
  • the production of the fan 70 is thus easier because all parts of a consist of magnetically conductive material.
  • the resulting magnetic losses in the region of the webs 71 are still acceptable.
  • the M.R.F.F. particles carbonyl iron powder particles
  • the M.R.F.F. particles are initially present in the liquid disordered without magnetic field. Under the influence of a magnetic field, they form a coherent chain in the magnetorheological fluid.
  • a relatively large gap of the length of e.g. 6 mm in the control channel 18 without the use of a fan 70 there is a risk that such a long chain of particles in the liquid ruptures.
  • the gap spacing becomes smaller and there is no danger of the chain of the particles adhering to one another tearing open.
  • the friction surface is significantly increased in the area traversed by the magnetic field.
  • the particles can cling to a substantially enlarged wall surface when the magnetic field is turned on, because the area effective for this purpose is increased by the plurality of disks 63-65 used. This can be switched with the same magnetic field, a much higher force or a much higher pressure difference.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ventil für magnetorheologische Flüssigkeiten, wobei das Ventil einen Steuerkanal (16, 17, 18) zur Durchleitung der Flüssigkeit und eine stromdurchf lossene Spule (10) aufweist, wobei die Flüssigkeit magnetisierbare Teilchen aufweist, welche eine Viskositätsänderung bzw. eine Änderung des Strömungswiderstandes des Fluids je nach Bestromung der Spule ausbilden und den Steuerkanal öffnen oder schließen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Steuerkanal im Stirnseitenbereich der stromdurchf lossenen Spule angeordnet ist und dass im Innenraum der stromdurchf lossenen Spule ein Permanentmagnet (11) angeordnet ist und dass ferner der Steuerkanal sich über den radialen Außenumfang der Spule hinweg erstreckt.

Description

Ventil für magnetorheologische Flüssigkeiten
Gegenstand der Erfindung ist ein Ventil für magnetorheologische Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Magnetorheologische Flüssigkeiten sind veränderbare/steuerbare Flüssigkeiten, die z. B. aus einem Fluid, insbesondere einem Silikonöl oder einer anderen neutralen Flüssigkeit bestehen, in welche Flüssigkeit entsprechende magnetisch aktive Partikel suspendiert sind. Solche magnetisch wirksamen Partikel können z. B. Carbonyl-Eisenpulver sein.
Das Carbonyl-Eisenpulver ist in Form kleinster Partikel im Mikrometerbereich in der Flüssigkeit suspendiert.
Solche magnetorheologischen Ventile sind in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Eine erste bekannte Ausführungsform ist Gegenstand der DE 103 37 516 A1. Es handelt sich dort um eine Ventilanordnung zur Regulierung des Fließverhaltens einer magnetorheologischen Flüssigkeit und das dort beschriebene Ventil zeichnet sich dadurch aus, dass der Steuerkanal für die Durchleitung der Flüssigkeit durch das Steuerventil radial im Innenraum einer stromdurchflossenen Spule angeordnet ist. Wird die Spule bestromt, dann wird durch den entstehenden Stromfluss der im radialen Innenraum angeordnete Steuerkanal geschlossen. Die Schließwirkung erfolgt dadurch, dass die magnetisch aktiven Teilchen im Fluid stocken und hierdurch eine Viskositätsänderung des Fluids stattfindet. Das vorher dünnflüssige Fluid ändert sich in ein stark dickflüssiges Fluid, was den Strömungswiderstand im Steuerkanal stark erhöht. Damit ist das Ventil praktisch geschlossen. Nachteil der bekannten Anordnung ist jedoch, dass wegen der radial einwärts gerichteten Anordnung des Steuerkanals im Innenraum der magnetdurchflossenen Spule starke Streuflüsse (und nicht beeinflussbare Magnetfelder) in Kauf genommen werden müssen, wenn zusätzlich ein Permanentmagnet verwendet wird, wie es die genannte Druckschrift beschreibt. Die Druckschrift beschreibt nicht genau, wo der Permanentmagnet angeordnet sein soll und beschreibt nur die Möglichkeit, dass der Permanentmagnet im radialen Außenbereich der stromdurchflossenen Spule oder im Innenraum angeordnet sein soll. Ist der Permanentmagnet im radial äußeren Bereich der stromdurchflossenen Spule angeordnet, besteht der Nachteil, dass man einen groß dimensionierten Permanentmagneten benötigt, um einen entsprechenden Steuerfluss im radialen Innenraum der stromdurchflossenen Spule zu erreichen. Zudem wird ein mehrteiliges magnetisch leitendes Gehäuse benötigt, um den Permanentmagneten überhaupt montieren zu können. Die Gehäusehälften dürfen auch nicht direkt miteinander verbunden sein, da sich sonst das Magnetfeld des Permanentmagneten über die Verbindung schließt und die gewünschte Magnet-Λ/entilwirkung nicht oder mangelhaft eintritt. Dazu wäre eine aufwendige, dreiteilige Konstruktion erforderlich.
Ist hingegen der Permanentmagnet im Innenraum der stromdurchflossenen Spule (und unmittelbar beim Steuerkanal) angeordnet, besteht der Nachteil, dass dort große Streuflüsse zu vergegenwärtigen sind, denn der Permanentmagnet wirkt unmittelbar auf den an ihm anliegenden Steuerkanal, unabhängig davon, ob die Spule stromdurchflossen ist oder nicht. Bei einem Permanentmagnet, welcher immer zwei Pole haben muss, schließt sich immer ein Teil des Feldes direkt von einem Pol zum anderen Pol. Wenn in diesem Bereich MRFluid strömt, wie es bei der DE103 37 516 A1 der Fall wäre, wird es beeinflusst. Es bedarf also einer hohen elektrischen Leistung, um dieses Steuerventil zu betätigen und eine entsprechend große Energiequelle, weil nur durch entsprechende hohe Bestromung der Spule das Magnetfeld des Permanentmagnets beim Steuerkanal reduziert werden kann und so eine entsprechende Viskositätsänderung der Flüssigkeit gegeben ist. Eine komplette Aufhebung des Magnetfeldes des Permanentmagnets ist mit einem direkt an den Permanentmagneten angrenzenden Steuerkanal nicht möglich. Aufgrund der stets jedoch wirkenden Streuflüsse ist die Viskositätsänderung der Flüssigkeit im offenen Zustand im Vergleich zum geschlossenen Zustand des Ventils jedoch gering. Insgesamt besteht bei der genannten Druckschrift also der Nachteil, dass mit einer relativ groß dimensionierten Stromquelle nur eine geringe Viskositätsänderung des Ventils erreichbar ist.
Mit dem Gegenstand der DE 201 03 782 U1 , der DE 299 13 326 U1 und der DE 198 20 569 A1 sind Ventile für magnetorheologische Flüssigkeiten bekannt geworden, die allerdings mit bewegten Teilen arbeiten. Einerseits werden bewegbare Membranen verwendet und andererseits (DE 198 20 569 A1) auch bewegbare Aktoren. Mit solchen bewegbaren Teilen besteht jedoch der Nachteil, dass die Betriebssicherheit nicht gegeben ist, da die zueinander beweglichen Teile verschleißen, spröde werden, verklemmen oder an Dichtwirkung verlieren. Eine schnelle Schaltung des Ventils ist nicht möglich , da die beweglichen Teile einen Hub machen und der Massenträgheit unterliegen.
Mit dem Gegenstand der DE 44 33 056 A1 ist es zwar bekannt geworden, dass man einen Schwingungsdämpfer mit Permanentmagneten ausrüstet und den Fluidkanal im radialen Außenbereich der stromdurchflossenen Spule anordnet. Nachteil der Anordnung ist jedoch wiederum, dass die Anordnung im Bereich eines verschiebbar ausgebildeten Kolbens ausgebildet ist und die Stromzuführung über die bewegbare Kolbenstange stattfinden muss. Bei der genannten Druckschrift zeigt die Figur 2 einen im Innenraum der stromdurchflossenen Spule angeordneten Permanentmagneten. Der Steuerkanal ist jedoch im radialen Außenbereich der stromdurchflossenen Spule angeordnet, und damit besteht der Nachteil, dass ein relativ hoher Spulenstrom notwendig ist, um ein entsprechend wirksames Magnetfeld in diesem Bereich anzulegen. Dies liegt daran, dass der Steuerkanal im radialen Außenbereich angeordnet ist und damit eine große Querschnittsfläche bzw. großes Volumen hat. Es ist also außerordentlich schwierig, im radialen Außenumfang mit einem relativ geringen Spulenstrom eine für die Wirksamkeit des Ventils entscheidende Steuerflussfeldstärke zu erzeugen, da die Kernfläche beim Permanentmagnet bzw. unter der Spule sich sehr ungünstig zur Magnetfeldübergangsfläche im Steuerkanal verhält. Der flächenmäßig kleine Kernbereich ist magnettechnisch schnell gesättigt, wogegen sich für den flächenmäßig viel größeren Steuerkanalübergangsbereich eine geringe Feldstärke ergibt. Je kleiner der Durchmesser des Ventils wird, desto ungünstiger wird der Feldlinienverlauf bei dieser Konstruktion.
Der Erfindung liegt deshalb ausgehend von der DE 103 37 516 A1 die Aufgabe zugrunde, ein magnetrheologisches Ventil der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass mit einem relativ geringen Spulenstrom ein hoher Schaltwirkungsgrad erzielt wird.
Unter dem Begriff Schaltwirkungsgrad wird hierbei verstanden, dass eine hohe Viskositätsänderung gegeben ist bei einem Ventil, welches sich im Offenzustand befindet im Vergleich zu dem gleichen Ventil, welches sich im geschlossenen Zustand befindet.
Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt durch die technische Lehre des Anspruches 1.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, dass der jeweilige Steuerkanal im Stirnseitenbereich der stromdurchflossenen Spule angeordnet ist und dass im Innenraum der stromdurchflossenen Spule ein Permanentmagnet angeordnet ist und dass ferner das Steuersignal sich über den radialen Außenumfang der Spule hinweg erstreckt.
Mit der gegebenen technischen Lehre wird der wesentliche Vorteil erreicht, dass nun mit ganz geringem Spulenstrom ein hoher Schaltwirkungsgrad des Ventils erreicht wird. Dies daher, dass bei geschlossenem Ventil nur der Magnetfluss des im Innenraum angeordneten Permanentmagneten wirkt, der demzufolge auf die stirnseitig angeordneten Steuerkanäle einen hohen Sperrfluss erzeugt, so dass in diesem Bereich ein Sperrfluss hoher Flussdichte erzeugt wird. Dies deshalb, weil die lichte Weite der Polfläche gleich der lichten Weite der Übergangsfläche im Steuerkanals ist. Der geschlossene Zustand des Ventils wird also allein durch die magnetische Wirkung des Permanentmagneten erzielt, wobei die Spule stromlos ist. Damit besteht der wesentliche Vorteil, dass eine nur geringe Stromleistung für die Ansteuerung des Ventils verwendet werden muss, weil der geschlossene Zustand des Ventils allein durch den Permanentmagneten erreicht wird.
Nur wenn das Ventil in einen offenen Zustand gesteuert werden soll, ist vorgesehen, dass die Spule kurzzeitig stromdurchflossen ist, um so den Magnetfluss des Permanentmagneten aufzuheben und im jeweiligen, stirnseitig angeordneten Steuerkanal den Magnetfluss so zu reduzieren, dass er praktisch im Bereich des stirnseitig angeordneten Steuerkanals verschwindet und eine freie Durchströmung der Flüssigkeit in diesem Bereich möglich ist.
Damit werden einerseits hohe Schaltwirkungsgrade des Ventils erreicht, d. h. es können große Viskositätsänderungen der magnetorheologischen Flüssigkeit erzielt werden und andererseits ist es nun erstmals möglich, dass die Spule nur im Schaltzustand bestromt wird.
Damit ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass es ausreicht, eine tragbare, relativ klein dimensionierte Stromquelle zu verwenden, was die Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Ventils wesentlich verbessert.
So ist es erstmals möglich, ein solches Ventil in tragbaren Anordnungen einzubauen, wie z. B. in einem Skischuh, einem Snowboard-Schuh, einem Langlaufschuh, in einem Sportschuh zum Laufen, in der Sattelstütze eines Fahrrades oder anderen bewegbaren Transportmitteln zu verwenden, die nicht über eine eigene Stromversorgung verfügen.
Hier ist der wesentliche Vorteil der Erfindung darin begründet, dass es beispielsweise für ein Ventil der erfindungsgemäßen Bauart ausreicht, als Stromquelle 2 1 ,5 Volt Batterien der AA-Größe zu verwenden und hierbei Drücke im Bereich von 10 bis 15 bar einwandfrei beherrscht werden können. Im offenen Zustand herrscht hierbei ein Druck von z. B. 1 bar, während im Schließzustand des Ventils ein Druck im Bereich von 10 bis 30 bar besteht. Der Wirkungsgrad des vorliegenden Ventils kann noch dadurch gesteigert werden, dass im Schließzustand es zusätzlich vorgesehen sein kann, dass die Spule umgekehrt bestromt wird im Vergleich zum Offenzustand, wodurch damit noch zusätzlich im Schließzustand ein Steuerfluss im Steuerkanal erzeugt wird, der dem Sperrfluss des Permanentmagneten überlagert wird, um so damit noch zusätzlich eine weitere Sperrwirkung auf die rheologische Flüssigkeit im Steuerkanal zu erzeugen.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass ein sogenannter Feldkonzentrator im Steuerkanal angeordnet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass im Bereich der jeweils stirnseitig angeordneten
Eisenkerne jeweils eine Axialbohrung angeordnet ist, die als Sackbohrung in dem jeweiligen Eisenkern angeordnet ist. Diese Sackbohrung ist genau dem einlauf- und auslaufseitigen Kanal gegenüberliegend angeordnet und somit auch dem Zentrum des Steuerkanals.
Somit ist die Polfläche größer wie die Übergangsfläche im Steuerkanals. Damit wird erreicht, dass in diesem Zentrum des Steuerkanals im Bereich des Einlaufund Auslaufkanals keine hohe Feldkonzentration stattfindet, sondern dass diese Feldkonzentration mehr radial auswärts verlegt und konzentriert wird, und zwar genau in den Bereich des Steuerkanals, in dem die Flüssigkeit strömt, was die Wirksamkeit des Magnetflusses in diesem Bereich stark erhöht.
Bei allen Ausführungsformen ist immer stets vorausgesetzt, dass die beiden Gehäusehälften des Ventils magnetisch leitfähig ausgebildet sind und aus einem entsprechenden Metallmaterial bestehen, währenddessen die stromdurchflossene Spule in ihrem Innenraum jeweils axial einander zugeordnete Eisenkerne aufweist, in deren Mittenbereich der
Permanentmagnet angeordnet ist. Die Polung des Permanentmagneten ist so gebildet, dass sie axial ausgebildet ist. Wichtig ist, dass der Permanentmagnet keinen direkten Kontakt mit dem Strömungskanal bzw. dem Fluid hat und davon beabstandet ist. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Eisenkerne auch entfallen und statt der Eisenkerne und den mittig zwischen den Eisenkernen angeordneten Permanentmagneten auch ein einziger etwa zylindrisch ausgebildeter Permanentmagnet angeordnet wird.
Im Übrigen wird der lichte Querschnitt des jeweiligen Steuerkanals, der stirnseitig in den beiden gegenüberliegend angeordneten Gehäusehälften angeordnet ist, dadurch dimensioniert, dass die beiden Gehäusehälften mit jeweils einem Innen- und einem Außengewinde versehen sind und miteinander verschraubbar sind. Durch entsprechendes Verschrauben der beiden Gehäusehälften kann somit stufenlos die lichte Weite des jeweiligen Steuerkanals eingestellt werden. Dies ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem Stand der Technik, weil beim Stand der Technik eine stufenlose Einstellung der lichten Weite des Steuerkanals nicht gegeben war.
Die einen beliebigen Querschnitt aufweisende Anschlussstutzen bzw. Fluidleitung kann sich beim Eintritt in das Ventil vor dem Steuerkanal verengen.
Nachfolgend werden eine Reihe weiterer Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
1. Heizen (Erwärmen der Flüssigkeit):
Es wurde festgestellt, dass sich bei ausgeschaltetem Magnetfeld die Gegenkraft (proportional) zur Viskositätsänderung der Basisflüssigkeit, ändert. Bei eingeschaltetem Magnetfeld ändert sich die Gegenkraft proportional zur Viskositätsänderung der Basisflüssigkeit überlagert mit dem MR-Effekt.
Um zu gewährleisten, dass sich ein Temperaturbereich von mindestens -400C bis +900C erstreckt, besteht das Problem, dass die Fliesseigenschaften nicht über den gesamten Temperaturbereich gleich sind. Damit bedeuten temperaturbedingte Änderungen der Viskosität entsprechende Änderungen der Gegenkraft. Lösung:
Erfindungsgemäß wird zur Lösung dieses Problems nun vorgeschlagen, dass die magnetorheologische Flüssigkeit durch Bestromen der Elektrospule erwärmt wird. Die Spule bzw. die Ventileinheit kann dabei bis z.B. 1000C erwärmt werden. Die sich im Ventil befindliche Flüssigkeit (strömend oder statisch) wird dabei erwärmt.
In einer weiteren Ausführung kann durch die geeignete Beschaltung des Heizelements mit einem temperaturabhängigen Widerstand wie NTC oder PTC (Material mit negativem bzw. positivem Temperaturkoeffizienten) der Strom durch das Heizelement automatisch der Temperatur angepasst werden. Beispielsweise kann ein PTC-Widerstand als diskretes Bauteil in Serie zum Heizdraht angeschlossen werden, um die Heizleistung über den Strom zu regeln.
Eine weitere Ausbaustufe ist die Regelung des Stroms über einen oder mehrere Temperaturfühler, wie beispielsweise PT100 oder Thermoelemente, Regelelemente und Verstärker. Das ermöglicht die Verwendung einer lokalen Temperatur oder auch das gewichtete Mittel verschiedener Temperaturen als Eingangsparameter für die Stromregelung.
Bei der Verwendung in Skischuhen kann damit der Fuß(raum) geheizt werden, was ideal ist.
2. Druck- oder Volumenstrommessung im Ventil:
2.1 Druckmessung
Je nach Magnetfeld ändert sich der Druck vor/nach dem Ventil.
Die Temperatur und andere Faktoren (Leitungsbeschaffenheit...) beeinflussen den Druck.
Es wird angestrebt, definierte Druckzustände bzw. Möglichkeit der exakten Druckbestimmung (unabhängig von äusseren Einflüssen, Viskositätsschwankungen...) zu erreichen. Hierzu ist vorgesehen, dass die zur Regelung der Gegenkraft notwendigen Signale unter anderem aus Sensoren direkt am Steuerkanal gewonnen werden. Je nach Anwendung und Sensortyp kann der Sensor beliebig im System angebracht werden.
Die Kraft kann beispielsweise auch aus dem Druck des Mediums berechnet werden. Drucksensoren können beispielsweise im Rohr angebracht werden. Für bestimmte Anwendungen vorteilhaft ist es, den Sensor als Differenzdrucksensor „P" auszuführen, der den Druckunterschied zwischen An- und Abströmseite misst.
Vor allem wenn über das Ventil Bewegungen gesteuert werden sind wegaufnehmende / positionsbestimmende Sensoren von Vorteil. Solche Sensoren können als veränderbare Widerstände (Potentiomethsche Sensoren) oder optische Encoder / Wegaufnehmer ausgeführt werden. Denkbar sind aber auch kapazitive oder induktive Sensoren.
2.2 Volumenstrommessung Statt dem Drucksensor kann auch ein Sensor zum Messen des Durchflusses (Volumenstrom) in das Ventil integriert werden. Damit kann das Ventil noch besser gesteuert/geregelt werden.
3. Elektrische Ansteuerunq des Ventils
Es besteht das Bedürfnis das Ventil zu Steuern oder zu Regeln.
3.1 Einfache elektrische Ansteuerung:
Wird der Schalter geschlossen, kann ein Strom von der Versorgung über eine Spule zur Masse fließen. Der Strom über die Spule bestimmt direkt die Stärke des Magnetfeldes, bei gepulster Ansteuerung (z.B. PWM) kann der Spulenstrom variiert werden. Der Schalter kann in der einfachsten Ausführung ein mechanischer Schalter / Taster sein, vorteilhaft ist die Verwendung eines Transistors. Denkbar sind aber auch andere Möglichkeiten wie z.B. ein Relais oder auch Sonderformen des Transistors (MOSFET1 IGBT). Der Schalter kann unter anderem auch zwischen Spule und GND sein.
Eine einfache Aufbauvariante ist, den Strom über einen Widerstand zu begrenzen. Je nach Anwendung kann auch der Innenwiderstand der Stromversorgung ausreichen. Wird der Widerstand veränderbar ausgeführt (Potentiometer), dann kann auch der Spulenstrom variiert werden. Gegenüber der gepulst angesteuerten Variante kann hier die Verlustleistung aber schnell sehr hohe Werte erreichen.
Der Widerstand soll auch die Möglichkeit der Strommessung symbolisieren. Diese kann neben einer Messung über einen niederohmigen Widerstand
(Shunt) durch andere Methoden wie z.B. einen Stromtrafo oder eine integrierte Lösung (Strommess-IC, Hallsensor) erfolgen. Die Strommessung kann an einem beliebigen Ort der Schaltung erfolgen und dient der Regelung.
Eine Diode ist als Freilaufdiode ausgebildet, die es der Spule erlaubt, nach dem Öffnen des Schalters weiter Strom zu treiben. Die Diode kann ebenfalls durch einen Schalter ersetzt werden, der im Gegentakt zum Hauptschalter betrieben wird.
Neben der einfachen Möglichkeit zur Steuerung kann das Ventil oder die
Steuerung mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden, die den Aufbau eines Regelkreises ermöglichen. Je nach Einsatzzweck können z.B. Druck-, Kraft-, Weg-, Temperatur-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Auch die Kombination dieser oder anderer Sensoren ist denkbar.
3.2 Ansteuerung über eine Vollbrücke
Eine alternative Ausführung sieht eine Ansteuerung mittels Vollbrücke (H-
Brücke) vor. Die Spule kann so in beide Richtungen angesteuert werden, d.h. die Polarität an den Spulenanschlüssen kann gewechselt werden. Das ermöglicht z.B. einen Permanentmagneten im magnetischen Kreis der Spule zu verstärken oder abzuschwächen.
Der Ort der Strommessung kann variieren, vorteilhaft ist z.B. die Messung im GND-Zweig um ein auf GND referenziertes Meßsignal zu erhalten. Neben der einfachen Möglichkeit zur Steuerung kann das Ventil oder die Steuerung mit verschiedenen Sensoren ausgestattet werden, die den Aufbau eines Regelkreises ermöglichen. Je nach Einsatzzweck können z.B. Druck-, Kraft-, Weg-, Temperatur-, Geschwindigkeits- oder Beschleunigungssensoren verwendet werden. Auch die Kombination dieser oder anderer Sensoren ist denkbar.
4. Wärmespeicheröl als Basisflüssigkeit:
Die magnetorheologische Flüssigkeit auf Basis Öl mit Carbonyleisenpulver fühlt sich im Winter „kalt" am Fuß an. Es werden stattdessen „warme Füße" angestrebt.
Hierzu sieht die Erfindung vor, dass statt Öl/Silikon/Glycol eine Flüssigkeit mit hoher Wärmespeicherfähigkeit genommen wird. Diese wird Zuhause oder auf der Autofahrt ins Skigebiet aufgeheizt und dient danach als Wärmespeicher und Heizung für die Füße. Auch denkbar ist die Verwendung von Latentwärmespeichern wie sie bereits bei „Taschenwärmem" verwendet werden. Dabei wird ein Stoff eingesetzt, in dem Energie gespeichert werden kann, die bei Bedarf auf der Skipiste in Wärme umgewandelt wird. (Ausnutzung des Phasenübergangs bzw. chemische Prozesse wie z.B. Kristallisation von Salzen).
5. Stoßdämpferanwendungen:
Dämpfungen nach dem Stand der Technik sind einstufig, maximal zwei- oder dreistufig und meist händisch verstellbar. Erfindungsgemäß soll eine stufenlose Verstellung, bevorzugt automatische Verstellung erfolgen. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass Hydraulikventile nach dem Stand der Technik (Ein-/Aus-Ventil;) durch die erfindungsgemäßen MRF-Ventile ersetzt werden.
7. Fächereinsatz
Alle MRF-Ventile nach der vorliegenden Erfindung sind in Kopfstützen, Sicherheitsgurten, Sitzen und Sitzelementen und dgl. anwendbar. Derartige Vorrichtungen werden ebenso in anderen Fahrzeugen, wie z.B. Fahrrädern in der Vorder- und Hinterradaufhängung, in der Sattelstütze od. dgl. eingesetzt. Ebenso werden sie in diversen Sportgeräten, wie Lauf- oder Schischuhen, usw. verwendet.
Aufgabe ist es, ein erfindungsgemäßes MRF-Ventil so weiterzubilden dass, eine größtmögliche Spreizung (Kraftunterschied) bei kleinstmöglichem Bauraum und Energiebedarf gegeben ist.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass eine oder mehrere Scheiben- oder Fächerelemente in den Steuerkanälen angebracht werden. Dadurch wird die Reibfläche erhöht. Der Einsatz kann aus mehreren axial positionierten magnetisch leitenden Streifen (dünne Scheiben) bestehen, welche durch magnetisch nicht leitende Stege voneinander beabstandet sind. Wenn die Stege dünn ausgeführt werden, können Sie auch aus magentisch leitendem Material sein, da dann nur ein sehr geringer Teil des Magnetfeldes durch diese Stege fließt. Somit fließt das Magnetfeld durch den Eisenkern zum ersten axialen Blech, dann weiter über den mit MR-Flüssigkeit gefüllten Spalt zum nächsten Blech und so fort bis zur Gehäusehälfte. Die MR-Flüssigkeit tritt in der Mitte des Blechpakets ein und strömt radial weg.
Das Blechpaket (Fächer) hat auf der dem Eisenkern zugewandten Seite einen Zapfen, welcher als Zentrierung dient.
Wären die axialen Fächer/Scheiben aus magnetisch nicht leitendem Material, so müsste das Magnetfeld über eine große Strecke von einem zum anderen Pol (=mit weniger gut leitendem MR-Flüssigkeit gefüllten Spalt, z.B. 2mm Abstand) fliessen, was nachteilig ist (ein sehr starker Magnet würde benötigt, da die Magnetfeldstärke im Spalt mit dem Abstandes abnimmt). Daher wird es bevorzugt, diese Fächer/Scheiben aus einem magnetisch leitenden Material auszubilden.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.
Es zeigen:
Figur 1 : perspektivisch auseinandergezogene Darstellung eines Ventils nach der Erfindung
Figur 2: eine perspektivische Darstellung des zusammengebauten Gehäuses
Figur 3: ein Viertelschnitt des Gehäuses nach Figur 2
Figur 4: eine Seitenansicht des Gehäuses nach Figur 2
Figur 5: eine Stirnansicht des Gehäuses
Figur 6: ein Querschnitt in der Linie AA in Figur 5 Figur 7: ein Schnitt in der Linie BB in Figur 4
Figur 8: ein Schnitt gemäß der Linie CC in Figur 5
Figur 9: schematisiert die Darstellung des Feldflusses bei offenem Ventil
Figur 10: der Feldfluss im Vergleich zur Figur 9 bei geschlossenem Ventil
Figur 11 : ein Schnitt durch den stirnseitig angeordneten Steuerkanal mit Darstellung des Magnetflusses im offenen und im geschlossenen Zustand
Figur 12: ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel mit einem Einbaubeispiel eines Ventils nach der Erfindung
Figur 13: ein Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 14 mit einem weiteren
Ausführungsbeispiel mit düsenförmigen Verengungen
Figur 14: Draufsicht auf die einlaufseitige Stirnseite des weiteren Ausführungsbeispiels nach Figur 13
Figur 15: Sensoranordnung direkt am MRF-Ventil
Figur16: Ansteuerung eines MRF-Ventils mit einer einfachen Schaltung
Figur 17: Ansteuerung eines MRF-Ventils mit einer Vollbrücken-Schaltung
Figur 18: schematisierte Darstellung der Anwendung eines MRF-Ventils als
Schwingungsdämpfer mit eingebauten Fächern
Figur 19: ein Längsschnitt durch die Verbindungsleitung in Figur 18
Figur 20: Anwendungsbeispiel der Anordnung bei einem „Antidive"-System für eine Vorderradgabel eines Fahrrades Figur 21 : ein gegenüber Figur 20 abgewandeltes Ausführungsbeispiel
Figur 22: MRF Ventil mit Fächer im Steuerkanal
Figur 23: der Fächer nach Figur 22 in perspektivischer Vorderansicht
Figur 24: der Fächer nach Figur 23 in perspektivischer Rückansicht
Figur 25: der Fächer nach Fig. 23 und 24 mit Darstellung der Flüssigkeitsströmung
Bei der folgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, dass das gesamte Ventil um seine Längsachse rotationssymmetrisch aufgebaut ist. Ferner ist es auch im Wesentlichen symmetrisch zu seiner Mitten-Querachse. Es reicht deshalb aus, lediglich die Bauteile und deren Anordnung auf der einen Ventilseite - z.B. der Einlaufseite - zu beschreiben, weil die andere Ventilseite - z.B. die Auslaufseite - genau gleich ausgebildet ist.
In den Figuren 1 bis 4 ist das Gehäuse des Steuerventils 35 schematisiert dargestellt, welches aus zwei magnetisch leitfähigen Gehäusehälften 1 , 2 besteht, die miteinander verschraubbar sind. Im Ausführungsbeispiel hat die Gehäusehälfte 2 ein Außengewinde 20, welches in ein zugeordnetes Innengewinde 21 an der Gehäusehälfte 1 einschraubbar ist. Auf diese Weise kann der lichte Querschnitt des später noch zu beschreibenden Steuerkanals 16 stufenlos eingestellt werden.
An der Gehäusehälfte 1 ist ein Anschlussstutzen 3 ausgebildet, der einen Einlaufkanal 3a bildet, über den beispielsweise die magnetorheologische Flüssigkeit in Pfeilrichtung 5 einströmt.
In analoger Weise weist die Gehäusehälfte 2 einen Anschlussstutzen 4 auf, der einen Auslasskanal 4a ausbildet, über den die Flüssigkeit in Pfeilrichtung 6 wieder ausströmt. Es versteht sich von selbst, dass das hier gezeigte Steuerventil 35 in beiden Richtungen betrieben werden kann. In diesem Fall würden die Pfeilrichtungen 5, 6 umgedreht werden, und die Auslauföffnung wäre dann die Einlauföffnung und umgekehrt.
Im Innenraum jeder Gehäusehälfte 1 , 2 ist hierbei jeweils ein Eisenkern 7, 8 angeordnet, der wiederum in der Innenbohrung 14 einer stromdurchflossenen Spule 10 angeordnet ist.
Zwischen den beiden Eisenkernen 7, 8, die bevorzugt zylinderförmig ausgebildet ist, ist ein Permanentmagnet 11 angeordnet, der scheibenförmig ausgebildet ist. Der besseren Beschreibung wegen sind die beiden Pole des Permanentmagneten 11 getrennt voneinander darstellbar, so dass man in Figur 1 einen Nordpol 12 und einen Südpol 13 sieht, obwohl die beiden Pole 13, 14 einen einheitlichen Permanentmagneten bilden.
Es sind ferner im radialen Außenbereich der Spule 10 gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnete Distanzhalter 9 vorhanden, die etwa u-förmig profiliert sind. Sie stützen sich mit ihren abgebogenen Enden jeweils an den Innenflächen der beiden Gehäusehälften 1 , 2 ab, um so einen genau definierten Steuerkanal 16 zu bilden. Sie durchsetzen somit den Ringkanal 17.
Die Distanzhalter 9 sind bevorzugt biegbar ausgebildet und bestehen aus einem magnetisch nicht leitenden Material, z. B. ein Kunststoffmaterial oder einem Aluminiummaterial.
Die Figur 1 zeigt noch die Spulenanschlüsse 15 für die Bestromung der Spule 10.
Der gesamte Flüssigkeitskanal im Ventilbereich ist nach innen durch den Außenumfang der Spule 10, sowie der Stirnseiten der Eisenkerne 7 und 8, und nach außen durch den Innenumfang der beiden Gehäusehälften 1 , 2 begrenzt und definiert. Der Fluss der magnetorheologischen Flüssigkeit erfolgt gemäß den Figuren 6 und 8 dadurch, dass die Flüssigkeit in Pfeilrichtung 5 über den Einlaufkanal 3a in die Gehäusehälfte 1 einströmt und sich am Innenumfang dieser Gehäusehälfte scheibenförmig verteilt und senkrecht hierzu in einen stirnseitig angeordneten Steuerkanal 16 umgeleitet wird. Der Steuerkanal 16 ist deshalb in der Draufsicht etwa als scheibenförmiger Raum anzusehen, der sich in radialer Richtung um den zentralen Einlaufkanal 3a herum nach außen erweitert. In diesem scheibenförmigen Raum finden die später zu beschreibenden Steuervorgänge statt.
Der Steuerkanal 16 ist mit seiner Längsachse in radialer Richtung ausgerichtet und am radial äußeren Ende des Steuerkanals 16 schließt sich ein Ringkanal 17 an, der den radialen Außenumfang der Spule 10 umgibt. Der Ringkanal 17 erstreckt sich also über den gesamten Außenumfang der Spule 10 und umgibt diese als Flüssigkeitsmantel. Damit wird die Spule 10 bei Stromdurchfluss gekühlt, was zu einer Konstanthaltung des elektrischen Widerstandes der Spule führt, der damit relativ temperaturunabhängig ist.
Nach Durchfluss durch den Ringkanal vereinigt sich dieser Ringkanal 17 wieder auf der anderen Seite in einen weiteren Steuerkanal 18. Die vorher für den Steuerkanal 16 gegebenen Erläuterungen gelten deshalb in analoger Weise für den Steuerkanal 18.
Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, dass das Steuerventil 35 genau symmetrisch zur Längsquerlinie ausgebildet ist, d. h. die Steuerkanäle 16, 18 sind genau gleich ausgebildet und werden über die gleichen Steuerelemente gesteuert und beeinflusst. Es reicht deshalb aus, lediglich die Wirkung der Flüssigkeit in einem einzigen Steuerkanal, z. B. dem Steuerkanal 16, zu beschreiben, um auch die Wirkung im Steuerkanal 18 zu beschreiben.
Wichtig ist, dass im Bereich der einander zugeordneten und fluchtend zueinander angeordneten Eisenkerne 7, 8 jeweils stirnseitig eine Axialbohrung 19 angeordnet ist, die als Feldlinienkonzentrator wirkt. Dies wird anhand der Figur 11 später noch beschrieben. Damit wird erreicht, dass in diesem Bereich die Dichte der Feldlinien herabgesetzt ist.
Anhand der Figuren 9 und 10 werden nun die Wirkung der Feldlinien auf den offenen und den geschlossenen Ventilzustand erläutert.
In Figur 9 ist dargestellt, dass die Spule 10 bestromt ist, so dass der durch die Spule 10 erzeugte Magnetfluss, der einen äußeren Magnetfluss 22 und einen inneren Magnetfluss 23 erzeugt, dem Magnetfluss des Permanentmagneten 11 entgegenwirkt, so dass dieser Magnetfluss praktisch aufgehoben wird. Dies ergibt sich aufgrund der geringen Dichte der Magnetfeldlinien in Figur 9. Damit wird deutlich, dass durch die Aufhebung des Magnetflusses im Bereich der Steuerkanäle 16, 18 das Ventil auf Durchfluss geschaltet wird, weil im Bereich der jeweiligen Steuerkanäle 16, 18 nur noch ein ganz geringer Magnetfluss 24 vorhanden ist, der somit die Steuerkanäle 16, 18 öffnet. Der die Strömung des Fluids behindernde Magnetfluss ist somit entfallen.
Der Magnetfluss 24 ist nur noch vernachlässigbar gering, wie sich an der geringen Anzahl der Feldlinien mit geringer Feldstärke in Figur 9 im Bereich der Steuerkanäle 16, 18 ergibt.
Wird jedoch der Stromfluss durch die Spule 10 entfernt, geht das Ventil in den Schließzustand über, wie es in Figur 10 dargestellt ist. Dort ist erkennbar, dass der Magnetfluss 24' im Bereich der Steuerkanäle 16, 18 nun stark erhöht ist und damit eine wirksame Unterbrechung des Fluidstromes in diesem Bereich stattfindet. Die Viskosität des Fluidstromes wird so stark erhöht, dass praktisch keine Strömung mehr feststellbar ist.
Dies ist auch anhand der Figur 11 dargestellt, wo ein Querschnitt durch den Steuerkanal mit Darstellung des im Steuerkanal wirksamen Magnetflusses 24, 24' dargestellt ist. Man sieht, dass der durch den Spulenstrom überlagerte Magnetfluss 24 stark vermindert ist und damit das Ventil in die Offenstellung geschaltet ist, während die Schließstellung dadurch gekennzeichnet ist, dass der Magnetfluss durch die Spule 10 entfernt ist und nur noch der Magnetfluss 24' des Permanentmagneten 11 wirkt. Dadurch werden sehr hohe Magnetflussspitzen im Steuerkanal erzeugt, wie dies bei Position 27 und 28 erkennbar ist.
Wichtig ist, dass aufgrund der Axialbohrung 19 in beiden Eisenkernen 7, 8 nun eine Feldkonzentration in den außerhalb des Zentrums stattfindenden Bereichen des Steuerkanals 16, 18 und nicht mehr in dessen Zentrum stattfindet. Dies ist in Figur 11 dargestellt.
Es wird gemäß Figur 11 deshalb im Zentrumsbereich - fluchtend gegenüber dem Einlaufkanal 3a und dem Auslaufkanal 4a - eine Verminderung des Magnetflusses erzeugt, so dass der Magnetfluss mehr in den radial außenliegenden Bereich von der Zentrumslinie 34 aus gesehen verlegt wird. Dies ist durch die Pfeilrichtungen 36 symbolisiert. Würden die Axialbohrungen 19 in den Eisenkernen 7, 8 nicht vorhanden sein, würde das magnetische Feld mehr im Bereich der Zentrumslinie 34 konzentriert sein. In diesem Bereich liegen aber die Einlauf- und Auslaufkanäle 3a, 4a und es ist schwierig, den Fluss in diesem zentralen Bereich zu steuern. Dies wäre nur mit wesentlich höheren Flussdichten möglich. Aus diesem Grund wird die fluid-wirksame Steuerung in den radial äußeren Bereich - gesehen vom Zentrum des Einlaufund Auslaufkanals 3a, 4a - verlegt.
Erreicht wird dies mit jeweils einer zentrisch gegenüber dem Einlauf- und Auslaufkanal 3a, 4a im jeweiligen Eisenkern 7, 8 angeordneten Axialbohrung 19. Das Eisenmaterial ist also in diesem zentrischen Bereich magnetisch geschwächt und verliert seine magnetische Wirksamkeit. Selbstverständlich könnte die Axialbohrung auch mit einem nicht-magnetisch wirksamen Material, z. B. einem Kunststoffpfropfen, verschlossen sein.
Die Figur 9 zeigt, dass zur Offenstellung des Ventils die Spule in Richtung 25 mit Strom beaufschlagt wird, und so dem Permanentmagnetfeld entgegenwirkt, so dass sich nur noch ein geringes Restfeld 26 ergibt. Im Gegensatz zur Figur 10 ist angegeben, dass nun bei Wegfall des Spulen-Magnetfeldes ein starkes Permanentmagnetfeld entsteht und hierdurch ein starker Magnetfluss 24' im Bereich der einander gegenüberliegenden Steuerkanäle 16, 18 erzeugt wird.
Das äußere Magnetfeld 22' ist also allein durch den Permanentmagneten erzeugt. Dies gilt auch für das entsprechend zugeordnet innere Magnetfeld.
Die Figur 12 zeigt als Ausführungsbeispiel den Einbau des erfindungsgemäßen Steuerventils 35 in einen Skischuh 29. Hierbei ist erkennbar, dass das Steuerventil 35 in die Sohlenplatte 30 des Skischuhs 29 eingebaut ist und hierbei eine kleine einfache Stromquelle - bestehend beispielsweise aus zwei AA-Batterien - 31 in der Sohlenplatte 30 eingebaut ist. Nachdem nun erfindungsgemäß das Ventil nur für den Öffnungszustand bestromt wird, muss die Stromquelle 31 nur sehr selten eingesetzt werden, so dass bei üblichem Betrieb des Skischuhes eine Batterielebensdauer von 1 bis 2 Jahren gegeben ist. Im Übrigen ist noch erkennbar, dass in die Sohlenplatte auch noch die Steuerelektronik 32 und die Fluidleitungen 33 angeordnet sind.
Diese Fluidleitungen 33 führen in entsprechende Flüssigkeitspolster, die im Skischuh 29 - nicht näher dargestellt - angeordnet sind und die entsprechend der Offen- oder Schließstellung des Steuerventils 35 mehr oder weniger expandiert oder entleert werden.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einbau des erfindungsgemäßen Steuerventils 35 beschränkt. Die übrigen, bevorzugten Anwendungsbeispiele wurden im allgemeinen Beschreibungsteil bereits schon erläutert. Wichtig ist, dass keinerlei bewegbaren Teile vorhanden sind, so dass ein solches Steuerventil 35 auch dann noch arbeitet, wenn ein solcher Skischuh 29 über mehr als eine Saison abgestellt wird, ohne dass eine Funktion im Steuerventil 35 erbracht wird. Das Steuerventil bleibt deshalb frei von Ablagerungen und kann nicht verschleißen, was bei bewegten Teilen möglich wäre.
Die Figur 13 zeigt als Längsschnitt A-A in Figur 14 das Ventil mit düsenförmigen Verengungen im Einlaufkanal 3a und mit einer entsprechenden, düsenförmigen Erweiterung im Auslaufkanal 4a. Der Eintrittskanal 3a ist hierbei zentrisch auf die Stirnfläche des Eisenkerns 7 gerichtet, die somit als Prallfläche für die einströmende Flüssigkeit dient. Diese konisch sich verengende Eintrittskanal/- düse verstärkt die Wirksamkeit des Ventils, d.h. im geschlossenen Zustand können noch höhere Drücke einwandfrei beherrscht werden.
Der Effekt aufgrund der Verengung ist ähnlich dem Effekt, wenn man Sand durch einen Trichter presst. Je nach Düsenwinkel geht der Sand leicht oder schwer durch den Trichter bzw. mit geringer Kraft an der Düsenspitze kann eine große Kraft am Düseneingang geschaltet werden. In analoger Weise kann auch der Auslaufkanal 4a sich konisch erweiternd ausgebildet sein. In einer anderen Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, dass lediglich der Einlaufkanal 3a als Düse ausgebildet ist, während der Auslaufkanal 4a beispielsweise zylindrisch ausgebildet ist, wie dies in Figur 8 dargestellt ist.
Die Figur 14 zeigt die Anordnung nach Figur 13 in Stirnansicht.
Die Figur 15 zeigt eine Sensoranordnung direkt am MRF-Ventil. Die zur Regelung der Gegenkraft notwendigen Signale können unter anderem aus Sensoren direkt am Steuerkanal gewonnen werden. Je nach Anwendung und Sensortyp kann der Sensor beliebig im System angebracht werden.
Ein Beispiel einer einfachen Ansteuerung des MRF-Ventils zeigt Figur 16. Wird der Schalter S geschlossen, kann ein Strom von der Versorgung V+ über die Spule L zur Masse GND fließen. Der Strom über die Spule L bestimmt direkt die Stärke des Magnetfeldes, bei gepulster Ansteuerung (z.B. PWM) kann der Spulenstrom variiert werden.
Der Schalter S kann in der einfachsten Ausführung ein mechanischer Schalter / Taster sein, vorteilhaft ist die Verwendung eines Transistors. Denkbar sind aber auch andere Möglichkeiten wie z.B. ein Relais oder auch Sonderformen des Transistors (MOSFET, IGBT). Der Schalter kann unter anderem auch im GND- Zweig, d.h. zwischen Spule und GND, sein. Bei einer einfachen Aufbauvariante wird der Strom über den Widerstand R begrenzt. Je nach Anwendung kann auch der Innenwiderstand der Stromversorgung ausreichen. Wird der Widerstand veränderbar ausgeführt (Potentiometer), dann kann auch der Spulenstrom variiert werden. Gegenüber der gepulst angesteuerten Variante kann hier die Verlustleistung aber schnell sehr hohe Werte erreichen.
Der Widerstand R soll auch die Möglichkeit der Strommessung symbolisieren. Diese kann neben einer Messung über einen niederohmigen Widerstand (Shunt) durch andere Methoden wie z.B. einen Stromtrafo oder eine integrierte Lösung (Strommess-IC, Hallsensor) erfolgen. Die Strommessung kann an einem beliebigen Ort der Schaltung erfolgen und dient der Regelung.
Die Diode D ist eine Freilaufdiode, die es der Spule erlaubt nach dem Öffnen von S weiter Strom zu treiben. Die Diode kann ebenfalls durch einen Schalter ersetzt werden, der im Gegentakt zum Schalter S betrieben wird.
Ein Beispiel einer Ansteuerung mittels Vollbrücke (H-Brücke) zeigt die Figur 17. Die Spule L kann so in beide Richtungen angesteuert werden, d.h. die Polarität an den Spulenanschlüssen kann gewechselt werden. Das ermöglicht z.B. einen Permanentmagneten im magnetischen Kreis der Spule zu verstärken oder abzuschwächen.
Der Widerstand Rs soll die Möglichkeit der Strommessung symbolisieren. Diese kann neben einer Messung über einen Shunt durch andere Methoden wie z.B. einen Stromtrafo oder eine integrierte Lösung (Strommess-IC, Hallsensor) erfolgen. Der Ort der Strommessung kann variieren, vorteilhaft ist z.B. die Messung im GND-Zweig um ein auf GND referenziertes Meßsignal zu erhalten. Unter anderem kann auch die doppelte Messung, z.B. vor S2 und vor S4, Vorteile bieten, da dadurch der Strom in jedem Halbbrückenzweig gemessen wird (Fehlererkennung).
In den nachstehend erläuterten Ausführungen kann für eine einstellbare Bewegungsdämpfung ebenfalls eine magnetorheologische Flüssigkeit und eine Einrichtung zur Erzeugung eines veränderbaren Magnetfeldes vorgesehen werden. Damit wird ein Schwingungs- oder Stoßdämpfer realisiert.
Eine Bewegung dämpfende Vorrichtung wie Fig. 18 zeigt, kann beispielsweise an einer Hinterradschwinge eines Fahrrades vorgesehen sein, wobei ein Behälter 41 einen am Rahmen des Fahrrades mittels einer Kolbenstange fixierten Kolben 53 enthält. Oberhalb des Kolbens ist im Behälter 41 eine Flüssigkeit 58, beispielsweise eine magnetorheologische Flüssigkeit eingefüllt. Unterhalb des Kolbens 53 ist eine Feder oder eine als Feder wirkende Luft- oder Gasfüllung 55 angeordnet. An der Hinterradschwinge ist weiters ein
Ausgleichsbehälter 51 fixiert, in den die Flüssigkeit aus dem Behälter 41 über die Verbindungsleitung 52 verdrängt werden kann. Der Ausgleichsbehälter enthält einen Kolben 54 und unterhalb des Kolbens 54 ebenfalls eine Feder oder eine als Feder wirkende Luft- oder Gasfüllung 56. In der Verbindungsleitung 52 ist eine Engstelle 44 vorgesehen, die eine Gegenkraft gegen die überströmende Flüssigkeit erzeugt, sodass eine Dämpfung erfolgt. Die Engstelle 44 ist hierbei im Sinn der vorliegenden Erfindung als Einrichtung zur Erzeugung eines veränderbaren Magnetfeldes ausgebildet.
Die Figur 19 zeigt eine ausschnittsweise Vergrößerung des Einbaus der Engstelle 44 in den Leitungsquerschnitt der Leitung 52.
Die Engstelle 44 wird durch ein in die Fließstrecke 45 eingefügtes Paket 47 von ebenen Trennwänden 37 gebildet, zwischen denen eine Vielzahl von Strömungsbahnen 46 verbleiben. Ist die Fließstrecke 45 von einem zylindrischen Rohr umhüllt, das einen Teil der Leitung 52 darstellt, so ist an das Paket 47 von Trennwänden 37 ein oberes und ein unteres kreissegmentförmiges Element 38 angesetzt, das jeweils an der Innenseite der Leitung 52 anliegt. Die ebenen Trennwände 37 weisen je zwei zusätzliche Reibungsflächen für die Flüssigkeit auf, die in der Fließstrecke einen sehr hohen Strömungswiderstand auf einer kleinen Länge bewirken.
In Fig. 20 ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem „Antidive"-System für eine Vorderradgabel eines Fahrrades schematisch dargestellt. Die Kolben-Zylinder-Einheit 42 weist einen Zylinder 43 und einen Kolben 40 auf, die durchgehende Kolbenstange 39 ist beispielsweise so angeordnet, dass sie mit der Radnabe bzw. dem Rad mitbewegt wird, während der Zylinder 43 so angeordnet ist, dass er mit der Gabelbrücke der Vorderradgabel des Fahrrades verbunden ist. Beim Einfedern der Vorderradgabel bewegt sich also der Kolben 40 im Zylinder 43. Dabei wird die magnetorheologische Flüssigkeit, die sich im Zylinder 43 befindet, durch die erfindungsgemäße steuerbare Dämpfvorrichtung 48 bewegt, und zwar über den Kanal 49.
Die erfindungsgemäße Dämpfvorrichtung 48 kann beispielsweise so ausgebildet sein wie in den Figuren 18 oder 19 gezeigt. Die nicht näher dargestellte Spule, über die sich das Magnetfeld und damit die Dämpfungswirkung einstellen lassen, wird über eine Leitung 57 von einer zentralen elektronischen Steuereinheit 50 aus mit Strom versorgt.
Wird der schematisch dargestellte Vorderradbremshebel 59 gezogen, kann die elektronische Steuereinheit 50 den Stromfluss zur Spule erhöhen. Damit wird das Magnetfeld erhöht und letztlich auch die Dämpfungswirkung. Insgesamt erreicht man damit, dass das Eintauchen der Vorderradgabel beim Abbremsen verringert wird (Anti-Dive-System). Die elektronische Steuereinrichtung 50 kann noch in Abhängigkeit von weiteren Sensoren 60 für die Geschwindigkeit und 61 für beispielsweise die erfasste Außentemperatur oder einen ein- oder mehrachsigen Beschleunigungssensor gesteuert werden.
Das in Fig. 21 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 20 im Wesentlichen dadurch, dass die Kolbenstange 39 nicht durchgeht. Beim Eintauchen der Kolbenstange 39 in den Zylinder 43 würde sich daher das Volumen der magnetorheologische Flüssigkeit verringern müssen. Nachdem aber Flüssigkeiten praktisch inkompressibel sind, ist dafür ein
Ausgleichselement 62 vorgesehen. Dieses kann beispielsweise von einem luftgefüllten geschlossen porigen Absorberschaumstoff gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass der Teil 62 von einem dicht abschließenden Kolben gebildet ist und der Raum unterhalb des Kolbens gas- oder luftgefüllt ist, um das Eintauchen der Kolbenstangenvolumen zu kompensieren.
in den Figuren 22 bis 25 ist der Einsatz eines Fächers 70 im Steuerkanal eines erfindungsgemäßen MRF-Ventils dargestellt. Der jeweils eingangs- und ausgangsseitig eingesetzte Fächer 70 erhöht die Reibfläche für die Strömung der magnetorheologischen Flüssigkeit beim Durchströmen durch den Kanal.
Die Flüssigkeit strömt damit nicht nur durch einen einzigen Kanal, sondern durch einen über mehrere axiale und parallel zueinander angeordnete in Schichten aufgefächerten Steuerkanal. Damit wird der Kraftunterschied (Spreizung) zwischen dem eingeschalteten und dem ausgeschalteten Zustand des Ventils erhöht. Damit wird ein einziger Kanal 18 in mehrere Kanäle unterteilt. Bei dem Fächer 70 handelt es sich um ein vollständig rotationssymmetrisches Teil, bestehend aus einer Mehrzahl von hintereinander angeordneten Scheiben 63-65, die durch dazwischen angeordnete Stege 71 voneinander getrennt und auf Abstand gehalten werden.
Von einer zentralen Einströmöffnung 66 ausgehend strömt somit die Flüssigkeit zunächst in axialer Richtung in den Fächer 70 hinein, und verteilt sich dann in die einzelnen radialen Kanäle 68,69 nach außen, wie dies in Figur 25 dargestellt ist. Der Rest der Flüssigkeit, der nicht in radiale Richtung umgelenkt wurde, gelangt bis zum stirnseitige Verschluss 67 auf der anderen Seite.
Es wird hierbei bevorzugt, wenn die einzelnen axial hintereinanderliegende angeordneten Scheiben 63-65 aus einem magnetische leitfähigen Material gebildet sind, während die dazwischenliegenden Stege 71 aus einem magnetisch nicht-leitfähigem Material bestehen. Der Magnetfluss soll sich dort nicht kurzschließen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann es jedoch vorgesehen sein, auch die Stege 71 aus einem magnetisch leitfähigem Material auszubilden. Die Herstellung des Fächers 70 ist damit einfacher, weil alle Teile aus einem magnetisch leitenden Material bestehen. Die hierdurch entstehenden magnetischen Verluste im Bereich der Stege 71 sind noch akzeptabel.
Der Einbau der erfindungsgemäßen Fächer zur Strömungsverteilung im Steuerkanal 18 hat große Vorteile. So wurde festgestellt, dass bei einem M. R. F.-Ventil ohne eingesetzte Fächer Kräfte und Gegenkräfte im Bereich zwischen 1000 bis 3000 Newton geschaltet werden können. Wenn das Ventil ausgeschaltet und nicht bestromt ist, ist eine Gegenkraft von 1000 Newton vorhanden, wenn es hingegen bestromt ist, wird eine Gegenkraft von 3000 Newton in der Flüssigkeit erzeugt. Damit können Drücke im Bereich von 30 bis 60 bar geschaltet werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Fächer 70 in dem erfindungsgemäßen M. R. F.-Ventil können hingegen mit dem gleichen Elektromagneten 6000 bis 8000 Newton geschaltet werden. In Druck umgerechnet entspricht dies 300 bis 400 bar Absperrvermögen des Ventils.
Zur Erklärung dieser Erscheinung kann ausgeführt werden, dass die M. R. F.Partikel (Carbonyl-Eisen-Pulver-Partikel) zunächst ohne Magnetfeld ungeordnet in der Flüssigkeit vorhanden sind. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes bilden sie eine zusammenhängende Kette in der magnetorheologischen Flüssigkeit. Wenn man nun einen relativ große Spalt der Länge von z.B. 6 mm im Steuerkanal 18 ohne Einsatz eines Fächers 70 hat, besteht die Gefahr, dass eine solche lange Kette der Partikel in der Flüssigkeit aufreißt.
Unterteilt man hingegen den Steuerkanal in eine Vielzahl von parallel zueinander angeordnete radiale Kanäle, dann wird der Spaltabstand geringer und es besteht nicht mir die Gefahr, dass die Kette der aneinander anhängenden Partikel aufreißt. Damit wird auch die Reiboberfläche in dem vom Magnetfeld durchflossenen Bereich wesentlich vergrößert. Damit können sich die Partikel an einer wesentlich vergrößerten Wandoberfläche bei eingeschaltetem Magnetfeld festklammern, weil die hierfür wirksame Fläche durch die Vielzahl der verwendeten Scheiben 63-65 vergrößert ist. Damit kann man mit dem gleichen Magnetfeld eine vielfach höhere Kraft oder einen vielfach höheren Druckunterschied schalten.
Zeichnungslegende
1 Gehäusehälfte 25 Resultierendes
2 Gehäusehälfte 35 Magnetfeld
3 Anschlussstutzen 3a 26 Restfeld
Einlaufkanal 27 Position
4 Anschlussstutzen 4a 28 Position
Auslaufkanal 29 Skischuh
5 Pfeilrichtung 40 30 Sohlenplatte
6 Pfeil richtung 31 Stromquelle
7 Eisenkern 32 Steuerelektronik
8 Eisenkern 33 Fluidleitung
9 Distanzhalter 34 Zentrumslinie
10 Spule 45 35 Steuerventil
11 Permanentmagnet 36 Pfeilrichtungen
12 Nordpol 37 Trennwände
13 Südpol 38 Kreisförmiges Element
14 Innenbohrung 39 Kolbenstange
15 Spulenanschluss 50 40 Kolben
16 Steuerkanal 41 Behälter
17 Ringkanal 42 Kolben-Zylinder-Einheit
18 Steuerkanal 43 Zylinder
19 Axialbohrung 44 Engstelle
20 Außengewinde 55 45 Fließstrecke
21 Innengewinde 46 Strömungsbahn
22 äußerer Magnetfluss 22' 47 Paket
23 inneres Magnetfeld 48 Dämpfvorrichtung
24 Magnetfluss (vermindert) 49 Kanal
24' 60 50 Steuereinheit
51 Ausgleichsbehälter 52 Verbindungsleitung 62 Ausgleichselement
53 Kolben 63 Scheibe
54 Kolben 64 Scheibe
55 Gasfüllung 65 Scheibe 56 Gasfüllung 15 66 Einströmöffnung
57 Leitung 67 Verschluss
58 Flüssigkeit 68 radialer Kanal
59 Bremshebel 69
60 Sensor 70 Fächer 61 Sensor 20 71 Steg

Claims

Patentansprüche
1. Ventil für magnetorheologische Flüssigkeiten, wobei das Ventil einen Steuerkanal zur Durchleitung der Flüssigkeit durch das Steuerventil in einem radial ausgebildeten Innenraum einer stromdurchflossenen Spule aufweist, wobei die Flüssigkeit magnetisierbare Teilchen aufweist, welche eine Viskositätsänderung bzw. eine Änderung des Strömungswiderstandes des Fluids je nach Bestromung der Spule ausbilden und den Steuerkanal öffnen oder schließen, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Steuerkanal (16, 18) im Stirnseitenbereich der stromdurchflossenen Spule (10) angeordnet ist und dass im Innenraum der stromdurchflossenen Spule ein Permanentmagnet (11 ) angeordnet ist und dass ferner der Steuerkanal sich über den radialen Außenumfang der Spule (10) hinweg erstreckt.
2. Ventil nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass ein relativ geringer Spulenstrom einen relativ hohen Schaltwirkungsgrad des Steuerventils (35) ausbildet, wobei im geschlossenen Zustand des Steuerventils (35) ein Magnetfluss (22, 24) des im Innenraum der Spule (10) angeordneten Permanentmagneten (11 ) einen relativ hohen Sperrfluss mit relativ hoher Flussdichte auf den stirnseitig angeordneten Steuerkanal (16, 18) erzeugt.
3. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (35) zwei Gehäusehälften (1 , 2) mit jeweils daran angeordneten Anschlussstutzen (3, 4) aufweist, welche jeweils einen Einlauf- und einen Auslaufkanal (3a, 4a) zum Ein- und Ausströmen der magnetorheologischen Flüssigkeit in Pfeilrichtung (5, 6) ausbilden, wobei die Gehäusehälften (1 , 2) magnetisch leitfähig und miteinander formschlüssig verbindbar ausgebildet sind, wodurch der lichte Querschnitt des Steuerkanals (16) stufenlos einstellbar ausgebildet ist.
4. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum jeder Gehäusehälfte (1 , 2) jeweils einen Eisenkern (7, 8) aufweist, welcher in einer Innenbohrung (14) der stromdurchflossenen Spule (10) angeordnet ist, wobei zwischen den vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Eisenkernen (7, 8) der Permanentmagnet (11 ) angeordnet ist, welcher vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet ist und einen Nord- und eine Südpol (12, 13) aufweist.
5. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Außenbereich der Spule (10) gleichmäßig am Umfang verteilte, vorzugsweise biegbare und aus einem magnetisch nicht leitenden Material gebildete Distanzhalter (9) aufweist, welche sich mit ihren abgebogenen Enden jeweils an den Innenflächen der beiden Gehäusehälften (1 , 2) abstützen und einen definierten Steuerkanal (16) ausbilden und einen angeordneten Ringkanal (17) durchsetzen, wobei die Spule (10) zwei Spulenanschlüsse zur Bestromung aufweist.
6. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Ventilbereich definierter Flüssigkeitskanal nach innen durch den Außenumfang der Eisenkerne (7, 8) und nach außen durch den Innenumfang der beiden Gehäusehälften (1 , 2) begrenzt ist.
7. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des Steuerkanals (16) in radialer
Richtung ausgerichtet ist, wobei sich am radial äußeren Ende des Steuerkanals (16) ein Ringkanal (17) anschließt, weicher den radialen Umfang der Spule (10) umgibt und einen Flüssigkeitsmantel ausbildet, welcher die Spule (10) bei Stromdurchfluss kühlt und eine Konstanthaltung des elektrischen Widerstandes ausbildet, wodurch die Spule (10) relativ temperaturunabhängig ausgebildet ist.
8. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein sich an den Ringkanal (17) anschließender Steuerkanal (18) eine identische Ausbildung des Steuerkanals (16) aufweist, wobei die Steuerkanäle (16, 18) mittels gleicher Steuerelemente gesteuert werden.
9. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugeordneten und fluchtend zueinander angeordneten Eisenkerne (7, 8) jeweils stirnseitig eine Axialbohrung (19) aufweisen, welche als Feldlinienkonzentrator ausgebildet ist und die Feldlinien im Bereich der Mitte herabsetzt.
10. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die bestromte Spule (10) einen äußeren und inneren Magnetfluss (22, 23) erzeugt und dem Magnetfluss des Permanentmagneten (11 ) entgegenwirkt, wodurch ein Magnetfluss (24) mit einer relativ geringen Dichte von Magnetfeldlinien im Bereich der Steuerkanäle (16, 18) ausgebildet ist, welcher Magnetfluss (24) eine relativ geringe Viskosität des Fluids ausbildet, wodurch die Steuerventile (16, 18) öffnen und das Fluid fließt.
11. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (11 ) eine relativ hohe Viskosität des Fluids ausbildet und einen Durchfluss des Fluids durch die Steuerkanäle (16, 18) aufgrund eines relativ hohen Magnetfluss (24') (verhindert.
12. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Axialbohrung (19) in beiden Eisenkernen (7, 8) den zentrischen Bereich magnetisch schwächt und eine Feldkonzentration in den außerhalb des Zentrums stattfindenden Bereichen des Steuerkanals (16, 18) ausbildet, welche im Zentrumsbereich fluchtend gegenüber Einlauf- und Auslaufkanal (3a, 4a) eine Verminderung des Magnetflusses erzeugt und diesen in den radial außenliegenden Bereich einer Zentrumslinie (34) verlegt und dort eine fluid-wirksame Steuerung ausbildet.
13. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein resultierendes Magnetfeld (25) von der Spule (10) eine Offenstellung des Steuerventils (35) ausbildet, welches dem Permanentmagnet (11 ) entgegenwirkt und eine relativ geringes Restfeld (26) ausbildet.
14. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil (35) für den Einbau in zum Beispiel eine Sohlenplatte (30) eines Skischuhs (29) ausgebildet ist und lediglich mittels einer Stromquelle (31 ) in den Öffnungszustand bestromt ist, wobei die Sohlenplatte (30) zusätzlich eine Steuerelektronik (32) und Fluidleitungen (33) aufweist, welche Fluidleitungen (33) in entsprechend im Skischuh (29) angeordnete Flüssigkeitspolster führen und entsprechend der Offen- oder Schließstellung des Steuerventils (35) expandiert oder entleert werden.
15. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Offen- bzw. Schließstellung des Steuerventils (35) mittels nicht bewegbarer Teile ausgeführt ist, wodurch das Steuerventil (35) relativ verschleißfrei ausgebildet ist.
16. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit über einen düsenartig sich verengenden Einlaufkanal (3a) in den Steuerkanal geleitet ist.
17.Vent.il nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit durch einen sich konisch nach außen erweiterten Auslasskanal (4a) aus dem Steuerkanal ausgeleitet ist.
18. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet keinen direkten Kontakt mit dem Strömungskanal bzw. dem Fluid hat und davon beabstandet ist.
19. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit durch Bestromen der Elektrospule erwärmt wird
20. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch die geeignete Beschaltung des Heizelements mit einem temperaturabhängigen Widerstand (wie NTC oder PTC (Material mit negativem bzw. positivem Temperaturkoeffizienten)) der Strom durch das Heizelement automatisch der Temperatur angepasst werden
21. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass im Steuerkanal (16) mindestens ein Drucksensor und/oder ein Volumenstrommesser angeordnet sind.
22. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polarität an den Spulenanschlüssen der Spule (10) wechselbar ist.
23. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetorheologische Flüssigkeit eine hohe
Wärmespeicherfähigkeit besitzt.
24. Ventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Scheiben- oder Fächerelemente (70) in den Steuerkanälen (16) angeordnet sind.
25. Ventil nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenoder Fächerelemente (70) aus mehreren axial positionierten, magnetisch leitenden Streifen (dünne Scheiben 63-65) bestehen, welche durch magnetisch nicht leitende Stege (71 ) voneinander beabstandet sind.
26. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung dämpfende Vorrichtung mit einem MRF-Ventil an einer Hinterradschwinge eines Fahrrades angeordnet ist.
27. Ventil nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewegung dämpfende Vorrichtung mit einem MRF-Ventil an einer Vorradgabel eines Fahrrades angeordnet ist.
PCT/EP2008/007929 2007-09-20 2008-09-19 Ventil für magnetorheologische flüssigkeiten WO2009040066A1 (de)

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