WO2010020422A1

WO2010020422A1 - Bewegung dämpfende vorrichtung

Info

Publication number: WO2010020422A1
Application number: PCT/EP2009/006080
Authority: WO
Inventors: Stefan Battlogg; Jürgen PÖSEL; Gernot Elsensohn
Original assignee: Inventus Engineering Gmbh
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US9217487B2; CN102171481B; US20110148071A1; US8418819B2; DE112009001995A5; US20140097593A1; CN102171481A

Abstract

In einer Bewegung dämpfenden Vorrichtung wird eine magnetorheologische Flüssigkeit (3) durch eine Fließstrecke (5) gedrückt. Eine ein veränderbares Magnetfeld (10) erzeugende Einrichtung (2) weist einen von einer Spule (7) umwickelten Kern (6) und Polflächen (11, 12) in der Fließstrecke (5) auf, über die das Magnetfeld (10) zur Dämpfung der Bewegung auf die magnetorheologische Flüssigkeit (3) einwirkt. Die Spule (7) ist mit dem Kern (6) in der Fiießstrecke (5) angeordnet, wobei die Achse (A) der Spule (7) senkrecht zur Fließrichtung der magnetorheologischen Flüssigkeit (3) liegt. Die Fließstrecke (5) weist eine Umhüllung aus einem magnetisch leitenden Material auf.

Description

Bewegung dämpfende Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Bewegung dämpfende Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit durch eine Fließstrecke gedrückt wird, mit einer ein veränderbares Magnetfeld erzeugenden Einrichtung, die in der Fließstrecke Polflächen aufweist, über die das Magnetfeld zur Steuerung der Fließeigenschaften auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt.

Um die Fließeigenschaften einer magnetorheologischen Flüssigkeit mittels eines Magnetfeldes so beeinflussen zu können, dass der

Strömungswiderstand der Fließstrecke sich ändert, sind verschiedene

Kriterien zu erfüllen. Ein von einer Spule erzeugtes Magnetfeld muss in die magnetorheologische Flüssigkeit eingebracht werden, wofür Elemente und

Teile der Vorrichtung, die für den direkten Weg der Feldlinien durch die magnetorheologische Flüssigkeit vorgesehen sind, besser magnetisch leitend sein sollten, als andere Elemente und Teile, die außerhalb des direkten Weges der Feldlinien sind.

Eine bei einem Aufprall Energie absorbierende Vorrichtung ist beispielsweise in der WO 2007/068436 beschrieben. Das Magnetfeld wird von einer Spule erzeugt, die mit einem C-förmigen Kern aus einem magnetisch aktiven Werkstoff, insbesondere einem Eisenkern, versehen ist. Zwischen den beiden gering beabstandeten Polflächen des C-förmigen Kerns wird ein im Querschnitt rechteckiger Austrittskanal hindurchgeführt, der die Fließstrecke enthält. Die an den Polflächen anliegenden Wände des Austrittskanales sind aus magnetisch gut leitendem Material, die Seitenwände hingegen aus einem magnetisch zumindest schlechter leitenden Material als die magnetorheologische Flüssigkeit.

Bewegungs- oder Schwingungsdämpfer mit Kolben und Zylindern, die eine magnetorheologische Flüssigkeit enthalten, deren Fließeigenschaften durch ein veränderbares Magnetfeld eingestellt werden können, sind beispielsweise aus der DE 935831 , der der DE 4433056 oder der US 5277281 bekannt. Zur Erzeugung des Magnetfeldes werden Wicklungen bzw. Spulen verwendet, deren Achsen sich in der Bewegungsrichtung des Kolbens und damit in der Fließrichtung erstrecken. Die magnetorheologische Flüssigkeit wird durch einen Umfangsspalt zwischen dem Kolben und der Innenwand des Zylinders hindurch gedrückt. Die DE 935831 zeigt eine stationäre, außen um den Zylinder angeordnete Spule, die DE 4433056 enthält die Spule und einen Permanentmagneten im Kolben. Nach der US 5277281 wird der Kolben durch einen von der Spule umwickelten Kern gebildet, wobei der magnetische Kreis zwei voneinander beabstandete Ringbereiche der Zylinderwandung einschließt. Die Feldlinien durchdringen daher die magnetorheologische Flüssigkeit mit axialem Abstand, wobei die Richtung des magnetischen Flusses wechselt.

Da Carbonyleisenpartikel keine Pole haben, spielt die Richtungsänderung keine Rolle, jedoch der axiale Abstand, da die Partikel neue Ketten bilden müssen. Weiters ist das Flächen- bzw. Volumenverhältnis von Spule zu Kern sehr ungünstig, was zu einer vorzeitigen magnetischen Sättigung des Kernes im Inneren der Spule führt.

Die Erfindung hat es sich nun zur Aufgabe gestellt, die Einbringung der die Viskositätsänderung der magnetorheologischen Flüssigkeit bewirkenden magnetischen Kräfte zu optimieren, und löst dies durch die technische Lehre des Anspruches 1 oder des Anspruches 3.

Wesentlich ist, dass die Polflächen an einem von einer Spule umwickelten Kern vorgesehen sind, deren Achse senkrecht zur Fließrichtung der magnetorheologischen Flüssigkeit liegt, und dass die Fließstrecke eine

Umhüllung aus einem magnetisch leitenden Material aufweist. Das magnetisch leitende Material ist insbesondere ein Werkstoff, wie er für

Spulenkerne verwendet wird, und der hier in weiterer Folge auch als Spulenkernmaterial bezeichnet wird. Die erfindungsgemäß im Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik um 90° gedrehte Spulenachse, die somit in einer Querschnittsebene der Fließstrecke liegt, bewirkt eine nicht unterbrochene Länge in der Fließstrecke, in der der magnetische Fluss etwa gleichmäßig die magnetorheologische Flüssigkeit durchdringt, sodass die Magnetisierung verbessert bzw. eine schwächere Einrichtung zur Magnetfelderzeugung installiert werden kann. Der Kern ist umwickelt, das heißt, dass die Polflächen des Kernes innerhalb der Spule sind und den Spulenquerschnitt ausfüllen, und das Flächen- bzw. Volumenverhältnis wesentlich günstiger ist.

Da Spulen samt Kern an der Außenseite entfallen, und die Umhüllung der Fließstrecke aus magnetisch leitendem Material, die im allgemeinen ein Rohr oder dergleichen aus Eisen, einem nieder legierten Stahl oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff bzw. Spulenkernmaterial ist, in den magnetischen Kreis eingebunden ist, wird eine besonders raumsparende Konstruktion erzielt, die auch bei äußerst beschränkten Platzverhältnissen eingesetzt werden kann.

Für die Unterbringung der das veränderbare Magnetfeld erzeugenden Einrichtung innerhalb der Umhüllung der Fließstrecke werden nachstehend zwei bevorzugte Möglichkeiten beschrieben.

In einer bevorzugten ersten Ausführung ist vorgesehen, dass die Fließstrecke durch den von der Spule umwickelten Kern in zwei Strömungsbahnen unterteilt ist. Insbesondere ist dabei auch jede der beiden Strömungsbahnen durch zumindest eine weitere Polflächen aufweisende Trennwand unterteilt.

Jede Unterteilung bzw. Trennwand reduziert zwar die Querschnittsfläche der Fließstrecke und damit das pro Zeiteinheit magnetisierbare Volumen der

Flüssigkeit, bewirkt aber durch die kleineren Abstände zwischen je zwei

Polflächen eine wesentlich bessere Magnetisierung. Dies erlaubt es die Gesamthöhe der Fließstrecke so zu vergrößern, dass deren Durchflussquerschnitt trotz der Trennwand dem zu magnetisierenden Volumen der durchzudrückenden magnetorheologischen Flüssigkeit entsprechend groß gehalten werden kann.

Bevorzugt werden mehrere Trennwände zu einem Paket zusammen gefasst und in die Fließstrecke eingesetzt. In diesem Paket sind die für die Stärke der Magnetisierung maßgeblichen Abstände zwischen den Polflächen sehr klein.

Die innen liegende Spule und die Trennwände reduzieren den freien Durchtrittsquerschnitt, sodass der Eingang in die Fließstrecke eine Engstelle darstellt, wobei die Fließstrecke vorzugsweise in einem Austrittskanal des Behälters vorgesehen ist. Durch die wesentlich bessere Magnetisierung der magnetorheologischen Flüssigkeit kann gegebenenfalls bei einer Vielzahl von gering beabstandeten Polflächen die Fließstrecke sogar eine größere freie Querschnittsfläche aufweisen als der Behälter, sodass die Engstelle in diesem Fall sogar eine Erweiterung umfasst.

Die zusätzlichen Polflächen erhöhen die Anzahl der Partikel in der magnetorheologischen Flüssigkeit, welche mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung treten. Zur Verbesserung der Wirkung sollten dabei in der Strömung Turbulenzen möglichst vermieden werden, zumindest nicht gefördert werden. Deshalb ist der Einbau von Trennwänden, die eine glatte, keine Turbulenzen fördernde Oberfläche aufweisen zu bevorzugen. Insbesondere sind ebene Flächen geeignet. Hoch stehende Stege oder Kanten sind von Nachteil. Im Gegensatz hierzu sind reibungserhöhende Schichten durchaus denkbar und möglich.

In einer ersten Ausführung kann das Paket aus sich parallel zu den Strömungsbahnen erstreckenden Trennwänden aufgebaut sein, die durch hoch stehende Distanzstücke oder Laschen, insbesondere hochgebogene Randlaschen auf Abstand gehalten sind. Über eine beliebige Verbindung an den Laschen, direkte Verklebung, Verlötung, Klebestreifen oder dergleichen, kann das Paket zusammen gehalten werden. Beispielsweise können 16 Trennwände ä 0,2 mm Dicke vorgesehen sein, die den Austrittskanal in 17 Strömungsbahnen ä 0,2 mm unterteilen. Der Austrittskanal hat somit im Bereich der Polflächen eine lichte Höhe von 6,6 mm. Das Paket von Trennwänden kann in einer anderen Ausführung der Erfindung auch durch eine zickzackartige Faltung einer Materialbahn hergestellt sein. Die sich parallel zu den Strömungsbahnen erstreckenden Trennwände können beispielsweise aus Spulenkernmaterial gefertigt und durch Distanzstücke oder Stege aus einem Material voneinander beabstandet sein, das schlechter magnetisch leitet als die magnetorheologische Flüssigkeit.

Zumindest einige der Trennwände, vorzugsweise aber alle Trennwände sind eben und ohne Vorsprünge ausgebildet, und senkrecht auf die zwischen den Polflächen gebündelten Feldlinien des magnetischen Feldes ausgerichtet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung liegen die Trennwände dicht aneinander gereiht senkrecht zur Fließrichtung in der Fließstrecke und weisen fluchtende Schlitze auf, die die Strömungsbahnen bilden. Dabei stellen die Schlitzwände die zusätzlichen Polflächen dar. Eine derartige Trennwand kann als Blechstanzteil, als Sinterteil oder als MIM-Teil (im Metallspritzguss) hergestellt werden, wobei sie beispielsweise leiterartig oder kammartig erscheint. Bevorzugt können die verbleibenden Stege zwischen den Schlitzen sich beidseitig eines mittleren Verbindungsstegs erstrecken.

Besonders vorteilhaft und leicht herstellbar ist eine Ausführung, in der die Trennwände aus Transformatorenblech gestanzt und zumindest an den einander berührenden Flächen isoliert, insbesondere lackiert sind. Die Isolierung verhindert, dass entstehende Wirbelströme sich addieren können. In einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die Trennwände in zwei Paketen zusammen gefasst, die beiderseits des von der Spule umwickelten Kerns angeordnet sind. Der zwischen den beiden Paketen von Trennwänden angeordnete Kern ist bevorzugt als annähernd quaderförmiger Block ausgeführt, um den die Spulenwicklung gelegt ist, deren Achse senkrecht zur Strömungsrichtung durch den Austrittskanal liegt. Der Kern innerhalb der Spule kann ebenfalls Strömungsbahnen enthalten, wenn die Wicklung der Spule die Ein- und Austrittsöffnungen dieser Strömungsbahnen frei lässt.

Die Erfindung macht es auch in einfacher Weise möglich, die Umhüllung mit einem zylindrischen Querschnitt zu versehen. In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung insbesondere ein durchgehendes zylindrisches Rohr, wie es besonders bei höheren Drücken vorteilhaft zur Aufnahme der Spannungen bei geringer Verformung ist, und in dem die Engstelle, wie erwähnt, durch die Spule samt Kern und vorzugsweise auch die beiden Pakete von Trennwänden gebildet ist. In dieser Ausführung ist als Abschluss jedes Paketes bevorzugt ein im Querschnitt kreissegmentförmiges Element aus einem magnetisch gut leitenden Werkstoff zugeordnet, beispielsweise aus einem Trafoblech, Ferritpulver oder einem anderen Spulenkernmaterial, sodass das zylindrische Rohr ausgefüllt ist. In dieser Ausführung wird der magnetische Kreis durch die im Querschnitt kreissegmentförmigen Elemente aus Spulenkernmaterial ergänzt bzw. vervollständigt, deren gebogene Flächen an der Innenseite des Rohres aus magnetisch gut leitendem Material anliegen.

Ausgehend vom Kern der Spule etwa in der Mitte der Fließstrecke verlaufen die Feldlinien somit senkrecht nach außen durch die Strömungsbahn bzw. ein Paket von Trennwänden mit zusätzlichen Polflächen und ein kreissegmentförmiges Element in das zylindrische Rohr, aus dem sie diametral gegenüber durch das zweite kreissegmentförmige Element und die zweite Strömungsbahn bzw. ein zweites Paket von Trennwänden in den in der Mitte angeordneten umwickelten Kern zurückkehren. Werden die Trennwände, wie oben beschrieben, aus dem

Spulenkernmaterial gestanzt, so können die verbleibenden Stege nicht aus einem magnetisch schlechter leitenden Material bestehen; es hat sich aber gezeigt, dass die Stege bei entsprechender Minimierung so magnetisch gesättigt werden, dass das Magnetfeld dennoch ausreichend durch die

Strömungsbahnen gezwungen wird. Alternativ können mit Vorteil

Aussparungen in den Trennwänden vorgesehen sein, durch die hindurch

Halterungen aus magnetisch schlecht oder nicht leitendem Werkstoff geführt sind, die die Trennwände voneinander beabstandet halten.

In einer weiteren Ausführung kann vorgesehen sein, dass das Paket einen über die Länge durchgehenden Hohlraum aufweist, der sich mittig im Austrittskanal erstreckt. Diese Ausführung erlaubt es, durch die Engstelle und das eingesetzte Paket einen Bauteil zu führen. Dieser Bauteil kann beispielsweise ein Seil oder eine Kolbenstange oder dergleichen sein, Eine derartige Zugeinrichtung ist in der WO 2007/068435 näher beschrieben. Diese Ausführung der Erfindung ermöglicht eine besonders einfache und kompakte Ausführung, bei sehr geringen Wirkungsverlusten des eingebrachten Magnetfeldes.

Eine weitere Möglichkeit zur Unterbringung der das veränderbare Magnetfeld erzeugenden Einrichtung innerhalb der Umhüllung der Fließstrecke besteht darin, dass zwei dreidimensionale Spulen vorgesehen werden, die zwischen je zwei in Längsrichtung sich erstreckenden geraden Abschnitten einen etwa halbkreisförmigen Abschnitt aufweisen. Die beiden dreidimensionalen Spulen sind spiegelbildlich zueinander angeordnet, und es kann jeweils ein kreissegmentförmiges Element als Kern vorgesehen sein, wobei dann zwischen den beiden kreissegmentförmigen Elementen bevorzugt ein Paket von Trennwänden eingesetzt ist. Mit Vorteil kann im Innern des zwischen den zwei kreissegmentförmigen Elementen liegenden einzigen Pakets ein durchgehender Hohlraum ausgebildet sein. Werden die Trennwände senkrecht zur Fließstrecke vorgesehen und aus Transformatorblech oder einem anderen Spulenkernmaterial gestanzt, so ist weiters bevorzugt vorgesehen, dass in jeder Trennwand zumindest die die Schlitze trennenden Stege und vorzugsweise auch ein mittlerer dem Kern zugehöriger Bereich sowie die kreissegmentförmigen Elemente einstückig und über mindestens einen Verbindungssteg zusammenhängend ausgebildet sind.

Erfindungsgemäße Bewegung dämpfende Vorrichtungen können in verschiedensten Anwendungen vorgesehen werden. Da mit einem relativ geringen Spulenstrom ein hoher Schaltwirkungsgrad erzielt werden kann, ergibt sich der wesentliche Vorteil, dass es ausreicht, eine tragbare, relativ klein dimensionierte Stromquelle zu verwenden, was die Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich erweitert. Unter dem Begriff Schaltwirkungsgrad wird hierbei verstanden, dass durch die Bestromung eine hohe Viskositätsänderung erreicht werden kann.

So ist eine magnetorheologische Dämpfung in tragbaren Anordnungen möglich, wie z. B. in einem Skischuh, einem Snowboard-Schuh, einem Langlaufschuh, oder einem Sportschuh zum Laufen. Weiters kann die Dämpfungsvorrichtung in der Sattelstütze oder Stoßdämpfern eines Fahrrades, oder anderen bewegbaren Transportmitteln eingesetzt werden, die nicht über eine eigene Stromversorgung verfügen. Die Dämpfungsvorrichtung, die als Drossel am Übergang zwischen den beiden Teilräumen vor und nach der Fließstrecke, beispielsweise in einem Zylinder oder dergleichen dient, kann Drucksensoren vor und/oder nach der Fließstrecke, Temperatursensoren, Wegmesssensoren, Volumenstrommesssensoren usw. aufweisen, sodass über eine Steuerung die Fließeigenschaften der magnetorheologischen Flüssigkeit unabhängig von äußeren Einflüssen konstant gehalten bzw. definiert geändert werden kann.

Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung führt bei maximaler Bestromung zur Sperre der Fließstrecke, sodass sie auch als magnetorheologisches Ventil einsetzbar ist. Hier ist ein wesentlicher Vorteil darin zu sehen, dass hierbei Drücke im Bereich von 300 bar und mehr einwandfrei beherrscht werden können. Im offenen Zustand herrscht beispielsweise Normaldruck von 1 bar, während im Schließzustand des Ventils ein Druck im Bereich von 300 bar beherrscht wird. Dadurch kann die Vorrichtung als Ventil auch zum stufenlosen Steuern/Regeln von Hydrauliksystemen von Baggern, Schwerlastmaschinen, Kranen, Nutzfahrzeugen, Panzern, Werkzeugmaschinen, Luftfahrtfahrzeugen und in der Medizintechnik usw. verwendet werden.

Weiters kann das felderzeugende Bauteil, also die Wicklung, im Bedarfsfall auch zum Aufheizen der magnetorheologischen Flüssigkeit verwendet werden.

In einer weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch die gesamte Einrichtung zur Erzeugung des veränderbaren Magnetfelds (Spule, Trennwandpakete, Kern, etc.) in einem zylindrischen Rohr axial verfahren werden, beispielsweise um bei einer Sicherheitsgurtvorrichtung die Gurtschlossbefestigung zu bewegen und auf unterschiedliche Fahrer einzustellen. Vorteilhaft kann dabei die Einrichtung mittels einer Kolbenstange, durch deren Bohrung die Kabel für die Energieversorgung geführt werden können, gezogen oder gedrückt, oder mittels eines Seiles bewegt werden.

Statt dem Gurtschloss kann auch der Sicherheitsgurt (Sicherheitsgurtaufwickelvorrichtung) selber in ähnlicher Weise durch die erfindergemäße Vorrichtung beeinflusst werden. Nachstehend wird nun die Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt aus einer

Sicherheitsgurtschlossbefestigung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 9,

Fig. 2 eine teilgeschnittene Schrägansicht einer ersten Ausführung,

Fig. 3 eine behälterseitige Stirnansicht der ersten Ausführung, Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführung der

Vorrichtung, Fig. 5 eine Schrägansicht eines Paketes von Trennwänden einer ersten Ausführung,

Fig. 6 eine zweite Ausführung einer Trennwand, Fig. 7 eine vergrößerte Seitenansicht eines Paketes von

Trennwänden der zweiten Ausführung,

Fig. 8 eine zweite Ausführung einer Magnetspule in Schrägansicht,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführung der

Vorrichtung mit einer Magnetspule nach Fig. 8, Fig. 10 einen Teillängsschnitt durch eine vierte Ausführung der

Vorrichtung, Fig. 11 und 12 zwei Schaltbilder für die Ansteuerung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung, und

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Trennwandstapels mit einzelnen Trennwandspulen.

Eine Bewegung dämpfende Vorrichtung kann, wie Fig. 1 zeigt, beispielsweise in der Befestigung eines Gurtschlosses 9 eines Sicherheitsgurtes in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Die Vorrichtung weist einen Behälter 1 auf, in dem eine magnetorheologische Flüssigkeit 3 (Fig. 4) enthalten ist. Der Behälter 1 ist an einem Teil des Fahrzeugchassis fixiert. Im Behälter 1 ist eine Einrichtung 2 zur Erzeugung eines veränderbaren Magnetfeldes nach Art eines Kolbens axial verschiebbar, wobei die Einrichtung an einer Kolbenstange bzw. einem Seil 34 befestigt ist. Das Seil 34 verläuft nach außen und über eine Umlenkrolle 35 zum Gurtschloss 9. An der vom Seil 34 abgewandten Seite sind eine Rückholfeder 36 und eine elektrische Leitung 28 angeordnet. Die im Behälter 1 enthaltene magnetorheologische Flüssigkeit 3 wird durch eine in der Einrichtung 2 ausgebildete Fließstrecke 5 gedrückt, wenn am Seil 34 gezogen wird. Das innerhalb der Fließstrecke vorhanden, veränderbare Magnetfeld wirkt auf die magnetorheologische Flüssigkeit, sodass deren Viskosität geändert und das Durchpressen durch die Fließstrecke 5 verzögert wird. Durch die so erzeugte Gegenkraft wird Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt.

Das Seil 34 kann auch direkt oder indirekt mit dem Sicherheitsgurt bzw. der Gurtaufwickelvorrichtung verbunden sein.

Der Übergang zwischen dem Behälter 1 und der Fließstrecke 5 stellt eine Engstelle 4 dar. Die Einrichtung 2 umfasst einen eine Spule 7 und einen Kern 6, 23 aufweisenden Elektromagneten, über den ein Magnetfeld erzeugt wird. Der Elektromagnet kann über Signale von Sensoren, die einen Aufprall überwachen, in Abhängigkeit von verschiedenen Kriterien, wie Gewicht und Sitzposition des Fahrers usw., angesteuert werden, wobei das veränderliche Magnetfeld die Viskosität der durch die Öffnung zu drückenden magnetorheologischen Flüssigkeit 3 verändert und die Gegenkraft im System, ausgehend von der Engstelle 4 größer oder kleiner wird.

Die Magnetspulenanordnung ist im Inneren der Fließstrecke 5 vorgesehen. Fig. 2 zeigt eine abgewinkelt geschnittene Schrägansicht der Umhüllung der Fließstrecke 5, die als zylindrisches Rohrstück mit Gewindemuffe 27 dargestellt ist. In die Gewindemuffe 27 kann der Behälter 1 eingeschraubt sein, der ebenfalls durch ein Rohrstück gleichen Durchmessers gebildet ist. Die Engstelle 4 zu Beginn der Fließstrecke 5 ist durch einen keilförmigen Mittelsteg 25 eines Einsatzes 24 gebildet, sodass die magnetorheologische Flüssigkeit 3 beim Passieren der Fließstrecke in zwei Teilströme 26 unterteilt wird. Die Spulenanordnung 2 weist eine Magnetspule 7 auf, deren Achse senkrecht zur Fließstrecke 5 liegt und mittig im Austrittskanal so angeordnet ist, dass sie durch den keilförmigen Mittelsteg 25 abgedeckt ist (Fig. 4). Innerhalb der Spule 7 ist ein Kern 6 angeordnet, der in dieser Ausführung quaderförmig ist, und ebene, zueinander parallele Polflächen 11 , 12 aufweist.

Als Kern kann ein weichmagnetisches Material, Permanentmagnet bzw. eine Kombination aus Permanentmagneten und weichmagnetischen Materialien verwendet werden. Jenseits jedes Teilstroms 26 ist jeweils ein annähernd kreissegmentförmiges Element 23 (Polkappe) vorgesehen, das aus Spulenkernmaterial gefertigt ist und an der Innenseite des die Fließstrecke 5 umgebenden zylindrischen Rohres bzw. Kanals anliegt. Der Kanal ist ebenfalls aus einem Spulenkernmaterial hergestellt, beispielsweise aus einem Eisenrohr od. dgl., um die Magnetfeldlinien 10 zu schließen. Die elektrischen Anschlussleitungen 28 sind am austrittseitigen Ende aus dem Austrittskanal in nicht näher dargestellter Weise herausgeführt. Die magnetische Leitfähigkeit der magnetorheologischen Flüssigkeit 3 ist geringer als die des Kernes 6, der kreissegmentförmigen Elemente 23 und des Kanals, sodass die Wirkung des durch die Feldlinien 10 in Fig. 3 gezeigten Magnetfeldes von der Höhe des Spaltes zwischen dem Kern 6 und dem kreissegmentförmigen Element 23, das heißt der Höhe jedes Teilstroms 26 abhängig ist.

Da die Magnetisierung der magnetorheologischen Flüssigkeit 3 umso besser ist, je kleiner die Höhe der Fließstrecke 4 ist, ist beidseits des Kernes 6 jeder Teilstrom 26 durch Trennwände 15, die aus einem gut leitenden Spulenkernmaterial bestehen und insbesondere zu Paketen 17 zusammen gefasst sind, in Strömungsbahnen 16 unterteilt. Jede Trennwand 15 verringert die Höhe und bildet zusätzliche ebene Polflächen 13, 14, wobei die Trennwände 15 aus Spulenkernmaterial durch Stege 22 voneinander beabstandet sein können, die aus einem magnetisch schlechter leitenden Material bestehen.

Neben Eisen als günstigstes Material mit guten „magnetischen" Eigenschaften kommen weiters auch als Spulenkernmaterialien in Frage: Silizium-Eisen, ein relativ günstiges Material mit guten magnetischen Eigenschaften, schlechter elektrischer Leitfähigkeit und geringster Remanenz, magnetischer Stahl, ein Material mit etwas höherem Preis, nicht korrodierend und mit etwas schlechteren magnetischen Eigenschaften, Nickel-Eisen, eine klassische weichmagnetische Legierung mit höheren Preis und höchster Permeabilität, und Eisen-Kobalt als teuerstes Material, aber mit höchster Sättigungsflussdichte.

Je nach Einsatzort sind andere Materialien möglich (z.B. Kern aus Ferrit, Eisenpulver oder anderen Pulvermischungen). Eventuell bieten „exotischere" Materialien Vorteile (z.B. BASF Catamold FN50: spritzgusstauglich).

Fig. 5 zeigt Trennwände 15, die an den beiden Längsseitenrändern abgebogene Laschen 18 aufweisen, durch die Trennwände 15 auf Abstand gehalten werden, und eine Vielzahl von Strömungsbahnen 16 begrenzen. Die Trennwände 15 sind über die Laschen 18 durch Kleben, Löten, od. dgl. zu einem Paket 17 verbunden, das als Einheit in den Austrittskanal eingeschoben werden kann. Die Trennwände 15 bestehen beispielsweise aus einem Transformatorenblech, also einem Material mit sehr hoher magnetischer Leitfähigkeit, und das in Fig. 5 gezeigte Paket 17 umfasst je sechzehn Trennwände 15 und Strömungsbahnen 16, die alle dieselbe Dicke bzw. Höhe von beispielsweise 0,2 mm aufweisen. Das Paket 17 hat somit eine Gesamtdicke von 6,2 mm.

Das Paket 17 weist einen zentralen Hohlraum 21 auf, durch den beispielsweise eine Kolbenstange oder ein Seil geführt werden kann, das an der die magnetorheologische Flüssigkeit 3 aus dem Behälter 1 drückenden Druckfläche, beispielsweise einem Kolben zieht, wie dies in der erwähnten WO 2007/068435 gezeigt ist.

Ein Paket 17 kann aber nicht nur aus in Längsrichtung der Fließstrecke 5 sich erstreckenden Trennwänden 15 zusammengesetzt sein. Fig. 6 und 7 zeigen eine zweite Möglichkeit, ein Paket 17 von Trennwänden 15 mit Strömungsbahnen 16 auszugestalten. Jede Trennwand 15 erstreckt sich dabei in einer Radialebene senkrecht durch den Austrittskanal und die Strömungsbahnen 16 setzen sich aus Schlitzen 19 zusammen, die in die Trennwände 15 eingebracht sind. Eine derartige Trennwand 15 kann insbesondere aus einem Transformatorenblech od. dgl. gestanzt sein, wobei eine Vielzahl von Schlitzen 19 durch Stege 20 voneinander getrennt sind, die von einem mittleren Verbindungssteg 22 (Fig. 6) abstehen. Die Schlitze 19 erstrecken sich dadurch bis zum Rand hin und sind durch Seitenteile des Einsatzes 24 abgedeckt. Verbindungsstege 22 könnten natürlich auch an beiden Rändern vorgesehen sein, und die Schlitze 19 sich zwischen diesen ohne Mittelunterbrechung erstrecken. Wie Fig. 7 zeigt, werden mehrere Trennwände 15 direkt hintereinander angeordnet, wobei die Schlitze 19 fluchten. Die Schlitzwände stellen dabei die zusätzlichen Polflächen 13, 14 dar.

Denkbar ist auch die Ausbildung des Trennwandpakets als gefaltetes Element.

Die Fertigung durch Ausstanzen aus Transformatorenblech od. dgl. erlaubt es weiters, den Spulenkern 6, die beiden Pakete 17 von Trennwänden 15 und die kreissegmentförmigen Abschlusselemente 23 zur Anpassung an den zylindrischen Querschnitt des Austrittskanals 5 in einem Stück herzustellen, das dann die in Fig. 6 gezeigte Form aufweist. Die aneinanderliegenden Seitenflächen der Trennwände 15 können mit einem elektrisch isolierenden Lack versehen sein, sodass in den einzelnen Trennwänden 15 entstehende Wirbelströme sich nicht addieren. Der in Fig. 7 gezeigte Teil 30 wird mit der Spule 7 bestückt und in den Einsatz 24 eingelegt, der dann in den Austrittskanal eingebracht und axial fixiert wird, beispielsweise mit Hilfe des erwähnten am austrittsseitigen Ende aufschraubbaren Auffangtopfes. Der Einsatz 24 besteht aus einem magnetisch schlecht leitenden Material, beispielsweise einem Kunststoff.

Die Fig. 8 und 9 zeigen zwei Ausführungen, in denen die Spule 7 dreidimensional gewickelt ist, d.h. jede Wicklung liegt nicht in einer Ebene, sondern ist aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt, wobei zwischen den in Längsrichtung der Fließstrecke 5 sich im Austrittskanal erstreckenden geraden Abschnitten 32 je ein etwa halbkreisförmiger Abschnitt 33 nach oben oder unten geführt ist. Die Spule 7 ist dadurch an den Enden geöffnet, und ein Teil 30 gemäß Fig. 9, kann einen mittleren Hohlraum 21 aufweisen, durch den beispielsweise das oben erwähnte Zugmittel zum Kolben bzw. Boden des Behälters 1 geführt sein kann. Der Hohlraum 21 kann aber auch zur Aufnahme eines Verbindungselementes für das Paket 17 von Trennwänden 15 oder des in Fig. 1 gezeigten Seiles 34 dienen. Da die Spule 7 an den Enden aufgespreizt ist, kann auch der Kern 6 innerhalb der Spule 7 Strömungsbahnen 16 aufweisen, die zwischen fluchtenden Stegen 20 durch Schlitze 19 gebildet sind.

Die in Fig. 8 gezeigte Form kann sich auch aus zwei Spulen 7 ergeben, wie in Fig. 9 angedeutet ist. Jeder der beiden Spulen 7 ist in dieser Ausführung das kreissegmentförmige Element 23 als Kern zugeordnet, wobei zwischen den beiden Elementen 23 ein Paket 17 von Trennwänden 15 angeordnet ist, das Strömungsbahnen 16 und einen mittigen Hohlraum 21 aufweist. Der Einsatz 24 ist ringförmig und zum Behälter 1 hin abgeschrägt, wobei er die Engstelle 4 bildet (Fig. 4).

Die in der magnetorheologischen Flüssigkeit 3 bzw. in der Fließstrecke 5 angeordnete Einrichtung zur Erzeugung des veränderbaren Magnetfeldes kann auch eine Leiterplatte mit einer Planarspule und einem Kern umfassen, wobei auf der Leiterplatte auch noch weitere elektronische Bauteile für die Steuerung der Einrichtung 2 angeordnet sein können.

Die Spulen 7 können nicht nur aus einem isolierten Kupferdraht, sondern auch aus einem Kupferband, einer Kupferfolie oder einer eloxierten Aluminiumfolie gefertigt sein.

Denkbar ist auch die Anordnung mehrerer die Bewegung dämpfender Vorrichtungen hintereinander (in Serie), welche unterschiedlich angesteuert werden können.

Fig. 10 zeigt eine Ausführung, in der an den Behälter 1 , an dessen einem Ende die Fließstrecke verwirklicht ist, ein behälterartiger Verschluss 37 dichtend aufgesetzt ist, wobei der Behälter 1 und der Verschluss 37 unter Verringerung des Innenraumes ineinander geschoben werden können. Der Verschluss 37 ist mit einem Sensor 38 versehen, dem eine Längenmaßskala am Behälter 1 zugeordnet ist, sodass der Schiebeweg erfasst werden kann. Der Verschluss 37 ist weiters mit einem Drucksensor 39 versehen, sodass das Magnetfeld der innen liegenden Spule 7 innerhalb der Fließstrecke 5 druck- und/oder wegabhängig verändert werden kann. Der Verschluss 37 kann innen eine Feder beinhalten, welche gegen den Behälter 1 wirkt. Diese Ausführung könnte beispielsweise in einer Sattelstütze eines Fahrrades zum Einsatz kommen.

Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel einer einfachen, gepulsten Ansteuerung (PWM), bei der der Spulenstrom variiert werden kann. 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 Masse (GND) vorgesehen sein. 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. Die Strommessung kann an einem beliebigen Ort der Schaltung erfolgen. Die Diode D ist eine Freilaufdiode, der es der Spule 7 erlaubt nach dem Öffnen von S weiter Strom zu treiben. Die Diode kann ebenfalls durch einen Schalter (Sync-FET) ersetzt werden.

Neben der einfachen Möglichkeit zur Steuerung kann 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.

Fig. 12 zeigt ein Beispiel einer Ansteuerung mittels Vollbrücke (H-Brücke). 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. Bei gepulster Ansteuerung (PWM) kann der Spulenstrom variiert werden. 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 Ground (GND)-Zweig, um ein auf GND referenziertes Messignal 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). Neben der einfachen Möglichkeit zur Steuerung kann auch in dieser Ausführung 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.

Die Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiels eines Trennwandstapels, bei dem die Fließstrecke durch mit Abstand voneinander angeordnete Trennwände 15' in mehrere Strömungsbahnen 16 unterteilt ist. Eine dieser Strömungsbahnen ist in Fig. 12 beispielhaft samt Angabe der Fließrichtung eingezeichnet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Trennwand 15' aus magnetisch leitendem bzw. ferromagnetischem Material eine eigene Trennwand-Spule T zugeordnet, die jeweils aus nur einer einzigen Windung besteht. Diese Windung kann beispielsweise von einem isolierten Leiter gebildet sein.

Elektrisch sind die einzelnen Trennwandspulen in Serie geschaltet, wobei der Ausgang der jeweils darüber liegenden Trennwand-Spule T mit dem Eingang der darunter liegenden Trennwand-Spule 7' verbunden ist. Die Kontaktstellen sind mit 35 bezeichnet.

Diese Trennwand-Spulen 7' können alternativ oder zusätzlich zur Spule 7 der vorhergehenden Figuren vorhanden sein. Wenn sie nur alternativ zu dieser Spule vorhanden sind, dann bilden diese Trennwand-Spulen zusammen diese Spule 7.

Bevorzugt ist die Windung zumindest an der Einström- bzw. Ausströmseite maximal so hoch wie die Trennwand selbst, womit das Durchströmen nicht behindert wird. An den Seitenflächen kann die Spule höher sein. Hier können auch die Abstandhalter 34 (beispielsweise ausgebildet in der Isolierung der Trennwand-Spule 7') sowie die Kontakte 35 angeordnet sein. Die Windung der Spule kann auch aus einer eloxierten Aluminiumfolie bestehen. Es ist auch möglich, diese Windung auf einer Leiterplatte aufzubringen. Die Leiterplatten werden dann als Multi-Layer gestapelt. Die Trennwände 15' sind vorzugsweise aus magnetisch leitendem, ferromagnetischen Material und bilden den Kern der einzelnen Trennwandspulen.

Wenn man diese Trennwand-Einzelspulen einsetzt, kann - wie bereits erwähnt - die Spule der vorhergehenden Ausführungsbeispiele mit der Bezugsziffer 7 entfallen. Damit erzielt man einen Gewichts- und Platzvorteil. Bei besonders starken Magnetfeldern kann man aber beide Spulen, nämlich die Spule 7 und die Trennwand-Spulen 7' einsetzen.

Der Kern (6), die Trennwände (15) und die Umhüllung können jeweils teilweise bzw. vollständig als Permanentmagnete ausgebildet sein. Dazu werden sie zumindest teilweise aus Materialien wie magnetischen Eisen- oder Stahllegierungen, Ferrit, AINiCo, seltenen Erden wie SmCo und NeFeB gefertigt. Denkbar ist auch die Fertigung in Kombination mit anderen Materialien wie es zum Beispiel bei kunststoffgebundenen Magneten der Fall ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Bewegung dämpfende Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit (3) durch eine Fließstrecke (5) gedrückt wird, mit einer ein veränderbares Magnetfeld (10) erzeugenden Einrichtung (2), die in der Fließstrecke (5) Polflächen (11 , 12) aufweist, über die das Magnetfeld (10) zur Steuerung der Fließeigenschaften auf die magnetorheologische Flüssigkeit (3) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Polflächen an einem von einer Spule umwickelten Kern (6) vorgesehen sind, der in der Fließstrecke (5) angeordnet ist, wobei die Achse (A) der Spule (7) senkrecht zur Fließrichtung liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fließstrecke eine Umhüllung aus einem magnetisch leitenden Material aufweist.

3. Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit (3) durch eine Fließstrecke (5) gedrückt wird, mit einer ein Magnetfeld (10) erzeugenden Einrichtung (2), die in der Fließstrecke (5) Polflächen (11 , 12) aufweist, über die das Magnetfeld (10) zur Steuerung der Fließeigenschaften auf die magnetorheologische Flüssigkeit (3) einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Ventil ausgebildet ist, mit wenigstens einem Durchgangskanal, sowie mit einer senkrecht zur Fließrichtung liegenden Achse (A) der Felderzeugungseinrichtung, wobei in dem Durchgangskanal ein durch ein Feld beeinflussbares Fluid vorgesehen ist und die

Felderzeugungseinrichtung dafür vorgesehen ist, mit einem Feld auf das durch ein Feld beeinflussbare Fluid in dem Durchgangskanal einzuwirken.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der umwickelte Kern (6) die Fließstrecke (5) in zwei Strömungsbahnen unterteilt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Strömungsbahn (16) durch zumindest eine zusätzliche Polflächen (13, 14) aufweisende Trennwand (15) unterteilt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennwände (15) parallel zueinander in mindestens einem Paket (17) zusammengefasst sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwände (15) in zwei Paketen (17) zusammen gefasst sind, die beiderseits des von der Spule (7) umwickelten Kerns (6) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trennwände (15) parallel zu den Strömungsbahnen (16) erstrecken und voneinander durch Distanzstücke, beispielsweise hochstehende Laschen (18) auf Abstand gehalten sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (6) innerhalb der Spule (7) mindestens eine Strömungsbahn (16) enthält, wobei die Wicklung der Spule (7) die Ein- und Austrittsöffnungen jeder Strömungsbahn (16) frei lassen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (7) dreidimensional gewickelt ist, wobei zwischen zwei geraden, in Fließrichtung sich erstreckenden Wicklungsabschnitten (32) zwei kreisbogenförmige Wicklungsabschnitte (33) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei dreidimensional gewickelte, getrennt bestrombare Spulen (7) axialsymmetrisch angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede dreidimensional gewickelte Spule (7) mit einem kreissegmentförmigen Kern versehen ist, der eine ebene Polfläche (11 , 12) und eine gewölbte Fläche aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Trennwände (15) dicht aneinander gereiht senkrecht zur Fließrichtung erstrecken und fluchtende Schlitze (19) aufweisen, die die Strömungsbahnen (16) bilden, in denen die Schlitzwände die zusätzlichen Polflächen (13, 14) darstellen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließstrecke (5) in einem zylindrischen Austrittskanal eines Behälters (1 ) für die magnetorheologische Flüssigkeit (3) vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden äußersten Polflächen an kreissegmentförmigen Elementen (23) vorgesehen sind, deren gewölbte Flächen an der Innenwand des die Fließstrecke (5) umhüllenden Austrittskanales anliegen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldlinien (10) des Magnetfeldes im wesentlichen senkrecht durch die Strömungsbahnen (16) und die Polflächen verlaufen.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllung der Fließstrecke und/oder die Trennwand (15) und/oder der Kern (6) zumindest teilweise aus ferromagnetischen Materialien wie magnetischen Eisen- oder

Stahllegierungen, Ferrit, AINiCo, seltenen Erden wie SmCo und NeFeB gebildet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließstrecke durch mindestens eine, vorzugsweise mehrere beabstandete Trennwände (15') in Strömungsbahnen unterteilt ist, und zumindest einem Teil der Trennwände, vorzugsweise jeder Trennwand, eine eigene Trennwand-Spule zugeordnet ist, die vorzugsweise im Bereich der Stirnflächen der Trennwände um diese herum geführt ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand-Spule eine einzige Windung aufweist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand-Spule von einem isolierten Leiter gebildet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand-Spulen benachbarten Trennwände elektrisch verbunden, vorzugsweise in Serie geschaltet sind.

22. Zweirad mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass sie vorzugsweise zwischen dem Rahmen und dem Rad angeordnet ist.

23. Schwingungsdämpfer mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22.

24. Sicherheitgurtschlosshalterung mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23.

25. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei mit der Spule die Temperatur der magnetorheologischen Flüssigkeit angepasst wird.