WO2010020425A1

WO2010020425A1 - Vorrichtung mit einer magnetorheologischen flüssigkeit (mrf)

Info

Publication number: WO2010020425A1
Application number: PCT/EP2009/006084
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: DE112009002013B4; DE112009002013A5

Abstract

Bewegung dämpfende Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit zur Dämpfung einer Bewegung durch eine eine Engstelle bildende Fließstrecke gedrückt wird, wobei eine ein Magnetfeld erzeugende Einheit vorgesehen ist, wobei das Magnetfeld im Bereich der Fließstrecke über Polflächen auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, wobei die Polflächen (6, 7) im Wesentlichen bogensegmentförmig ausgebildet sind und wobei die zwischen den Polflächen (6, 7) liegende Fließstrecke (F) durch mindestens eine im Wesentlichen bogensegmentförmige Trennwand (8a-d) aus vorzugsweise ferromagnetischem Material in mindestens zwei Strömungsbahnen (9) unterteilt ist.

Description

Vorrichtung mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit (MRF)

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit vorzugsweise zur Dämpfung einer Bewegung durch eine Fließstrecke gedrückt wird, wobei eine Magnetfeld erzeugende Einheit vorgesehen ist, wobei das Magnetfeld im Bereich der Fließstrecke über Polflächen auf die magnetorheologische Flüssigkeit (MRF) einwirkt.

Vorrichtungen mit magnetorheologischen Flüssigkeiten sind an sich bekannt. Der Vorteil liegt darin, dass man über eine Variation des Magnetfeldes die Dämpfungswirkung beeinflussen kann. Derartige Bewegung dämpfende Vorrichtungen können beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, u. a. bei der Lenksäule, bei den Kopfstützen, den Sicherheitsgurten, den Sitzen oder Sitzelementen. Auch bei anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise Fahrrädern oder Motorrädern, sind solche Bewegung dämpfende Vorrichtungen verwendbar. Bei Zweirädern nicht nur zum Dämpfen der Räder gegenüber dem Rahmen, sondern auch beispielsweise bei einem Fahrrad in der Sattelstütze. Ebenso können diese Bewegung dämpfenden Vorrichtungen in diversen Sportgeräten, wie beispielsweise Fitnessgeräten, Lauf- oder Schischuhen verwendet werden.

Eine solche Vorrichtung ist mit der EP1270989A1 bekannt geworden. Diese kann als Stand der Technik gelten und beschreibt eine Dämpfungsvorrichtung, welche über ein Magnetfeld einer axialen Spule das MRF in ringförmigen, konzentrischen Kanälen beschreibt.

Ein wesentlicher Nachteil bei Ausführungen nach dem Stand der Technik ist der Spulenkern, welcher ein „magnetisches Nadelöhr" darstellt, da sich der gesamte magnetische Fluss der Spule in ihm konzentriert. Dabei nimmt die vom Magnetfeld durchflutbare Querschnittsfläche quadratisch mit dem Kerndurchmesser ab. Die Flussdichte im Kern kann nicht beliebig erhöht werden, durch die magnetische Sättigung sind je nach Material Flussdichten im Bereich von 1 ,5 bis 2,2Tesla im Kern möglich.

Die durchflutete Fläche der Fließstrecke steht üblicherweise in einem schlechten Verhältnis zur durchfluteten Fläche des Kerns. Dabei wird das Verhältnis besonders schlecht wenn der Kerndurchmesser verringert werden soll oder die Länge der Fließstrecke vergrößert werden soll.

Ein weiterer Nachteil ist die ändernde magnetische Flussdichte in den Strömungskanälen, weil die vom Magnetfeld durchflossene Fiäche von Innen nach Aussen zunimmt, wodurch die magnetische Flussdichte radial nach außen stark abnimmt (bei der EP1270989A1 um zirka die Hälfte). Aus unterschiedlichen Flussdichten resultieren unterschiedliche Viskositätsänderungen und sich daraus ergebende unterschiedliche Drücke in den Strömungskanälen, was zu Verformung der Trennwände führt. Magnettechnisch vorteilhaft ist es, wenn die Wandstärken der Trennwände und die Abstände zwischen den Trennwänden klein ausgeführt werden (im Bereich von z.B. 0,1 bis 1 mm). Da die Fächeroberfläche groß sein sollte (nur dann geben Fächer einen Sinn, weil die Fächer die Reibfläche vergrößern sollen) ergeben sich auch schon bei kleinen Druckunterschieden große Kräfte auf die Trennwände. Die (dünnen) Fächer können sich u.a. auch durch die Verformung berühren, was dann zum magnetischen Kurzschluss und dadurch zu noch größeren Feldstärkeunterschieden führen kann. Die Funktion ist dann nicht mehr gewährleistet.

Ein weiterer Nachteil ist, dass beim Stand der Technik - in Fließrichtung gesehen (entlang der Längsachse) - die zwei vom Magnetfeld durchfluteten Abschnitte eines Kanals räumlich voneinander getrennt sind. MRF-Partikel die den Kanal durchströmen passieren die Bereiche im Magnetfeld und bilden dort Ketten (=Viskositätsänderung), lösen die Ketten aber wieder im neutralen Bereich zwischen den Feldern (Abschnitten).

Die für die Kettenbildung notwendige Zeit verkürzt die effektiv nutzbare Kanallänge, da während der Kettenbildung der MRF-Effekt, die Viskositätsänderung, nicht voll ausgeprägt ist. Gerade bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten muss die Zeit zur Kettenbildung berücksichtigt werden und gegebenenfalls durch längere Kanäle kompensiert werden. Längere Kanäle verschärfen aber wiederum die Problematik der Sättigung des Kerns.

In bestimmten Anwendungen, bei denen der Durchfluss von MRF komplett gesperrt werden soll, ist die Anordnung des Durchgangskanals als mehrere ringförmige, konzentrische Kanäle von Nachteil. Um ein Durchbrechen (Fließen) der MRF zu verhindern darf das Magnetfeld an seiner schwächsten Stelle im Kanal eine gewisse Feldstärke nicht unterschreiten. Diese schwächste Stelle liegt radial außen, wo die Flussdichte am geringsten ist. Die für eine gewisse Feldstärke im radial äußersten Kanal notwendige Flussdichte erzeugt aber im innersten Kanal eine wesentlich höhere Flussdichte, da die durchflutete Fläche kleiner ist.

Das kann einerseits den Energiebedarf des Systems erhöhen, da im inneren Bereich sehr hohe Flussdichten nötig sind oder andererseits Schwachstellen erzeugen, bei denen das MRF durchbrechen kann weil die zum Sperren des Kanals notwendige Feldstärke nicht erreicht wird. Die Feldstärke kann nicht beliebig erhöht werden, damit auch der radial äußerste Kanal eine hohe Flussdichte aufweist, da zuvor andere Bauteile magnettechnisch gesättigt sein können.

Die beschriebenen Nachteile eines Systems nach dem Stand der Technik betreffen sinngemäß auch US 2005087408 A1 und US20050087409.

Die beschriebenen Systeme erzeugen mit einer koaxialen Spule ein Magnetfeld, das entweder durch die Fächer kurzgeschlossen wird und so die radial äußersten Bereiche nicht erreicht oder, wenn die Fächer magnetisch nicht leiten, durch den großen Luftspalt und die Vervielfachung der durchfluteten Fläche radial nach außen stark abnimmt. In der US2005/0087409 wird ein MRF-Ventil beschrieben, das eine mittig gelegene Magnetfelderzeugungseinheit mit relativ wenig Volumen aufweist, um ein vernünftiges Feld radial nach Aussen zu erzielen. Das Feld nimmt wegen der quadratischen Flächenzunahme zu stark ab. Ferner sind die Fächer im X-Y Raster angeordnet, welche radial vom Magnetfeld durchsetzt werden. Sie funktionieren nur richtig, wenn die Fächer aus magnetisch nicht leitendem Material sind, da sonst in den Fächern magnetischer Fluss verloren geht und daneben befindliche MRF Bereiche nur von einem schwachen Feld beeinflusst werden. Sind diese jedoch aus einem magnetisch leitendem Material fließt das Magnetfeld radial durch die Stege nach Aussen (am meisten in den Stegen, welche zum Zentrum gerichtet sind - 12 - 3 - 6- 9 Uhr Position).

Besonders bei hohen Drücken kann es bei kleinsten Magnetfeldverteilungsunterschieden in den durch Druck beaufschlagten

Fächerelementen zu starken Verformungen (Defekten) kommen. Die Funktion kann dann nicht mehr gewährleistet sein. Bei Konstruktionen nach der

US2005/0087409 würden diese Verformungen noch größer werden, da die magnetfelderzeugende Einheit in Relation zum radial äußersten Fächerkanal ein sehr ungünstiges Verhältnis aufweist.

In der DE 198 20 570 (Carl Schenk AG) werden ringformartige Fächer gezeigt. Es gelten die gleichen Nachteile, wie eingangs genannt, nämlich verschiedene Wirkflächengröße, ein sich änderndes Magnetfeld und ein sich verändernder Druck.

Das Mischen von nacheinander liegenden Bypasskanälen und Sperrkanälen, so wie auf Seite 3 der DE 198 20 570 zwar beschrieben, ist bei MRF und Magnetfeldern nicht möglich. Bei für elektrorheologischen Flüssigkeiten ausgelegten Konstruktionen geht das elektrische Feld von einer Platte zur anderen (- Pol zu + Pol) und schließt sich über ein Kabel, bei MRF Anwendungen muss das Magnetfeld von einer Magnetfelderzeugungseinheit durch mehrere Elemente und dann über einen magnetischen Rückschluss zur Erzeugungseinheit zurück fließen (Magnetfeld wird geschlossen), wobei diese Teile vorteilhaft gleiche Querschnittsflächen aus magnetisch leitenden Materialien aufweisen sollen. Die baugleiche Verwendung von Vorrichtungen für ERF und MRF ist deshalb technisch nicht richtig. Bei den EP 1 270 989 und US 2005 087 409 geht der Fächer in Strömungsrichtung gesehen über die ganze Länge. Damit ist allerdings der Nachteil verbunden, dass die zwischen den magnetisch durchflossenen Fächersegmenten liegenden Fächerwände die Grundreibung (Grunddruck) erhöhen, was die Spreizung (= Unterschied zwischen Ein- und Ausgeschaltet) reduziert. Bestromt bringt dieser Fächerabschnitt nichts, da er nicht von einem Magnetfeld durchflössen ist. Diese Konstruktion ist deshalb nachteilig.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können diese Nachteile verhindert werden, was eine Miniaturisierung des Systems ermögiicht und den Bau von wesentlich effizienteren Dämpfungsvorrichtungen zulässt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorzugsweise Bewegung dämpfende Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit der sich die Dämpfungswirkung in einem weiteren Bereich, vorzugsweise bis zum vollständigen Sperrung der Dämpfungswirkung beeinflussen lässt. Insbesondere soll das Problem mit der Sättigung des Kerns und Magnetfeldeinbringung besser als nach dem Stand der Technik gelöst werden.

In einer bevorzugten Ausführung wird dies dadurch erreicht, dass

• die Achse der Spule im Wesentlichen normal zur Fließstrecke verläuft,

• die Polflächen im Wesentlichen bogensegmentförmig ausgebildet und

• der schaltbare MRF Kanal in Strömungsrichtung gesehen ohne Unterbruch von Magnetfeld beaufschlagt wird und • die zwischen den Polflächen liegende Fließstrecke durch mindestens eine im Wesentlichen bogensegmentförmige Trennwand aus vorzugsweise ferromagnetischem Material in mindestens zwei Strömungsbahnen unterteilt ist.

Die Fächerelemente haben annähernd die gleiche Breite, sodass sich ein homogenes Magnetfeld ergibt. Hierbei wird jedoch voraus gesetzt, dass die Fächer nicht schräg eingebaut sind. Das Magnetfeld im Kanal wird so entgegen dem Stand der Technik nicht mehr unterbrochen, zudem ist das Verhältnis der durchfluteten Kern- zur durchfluteten Kanalfläche sehr günstig, da diese Flächen annähernd gleich sein können.

Daher liegt ein wesentliches Merkmal der Erfindung darin, dass die Magnetfeldstärke bzw. die Flußdichte von der Magnetfelderzeugungseinheit ausgehend (Spule, Kern) über die Fächer, die Kanäle und die Umhüllung, über welche das Magnetfeld zur Erzeugungseinheit zurück fliest, fast gleich (homogen) ist. In den einzelnen vom Magnetfeld beeinflussten Kanälen und den Kanälen zueinander gesehen, findet dadurch die gleiche Viskositätsänderung der magnetorheologischen Flüssigkeit statt, es herrscht so im Wesentlichen der gleiche Druck.

Jede Trennwand reduziert zwar die Querschnittsfläche der gesamten Fließstrecke und damit das pro Zeiteinheit magnetisierbare Volumen der magnetorheologischen Flüssigkeit, bewirkt aber durch die verringerten Abstände zwischen je zwei Polflächen trotz gleichbleibender Gesamtabmessungen eine wesentlich bessere Magnetisierung. Damit lässt sich die Dämpfung in einem weiten Bereich über das Magnetfeld einstellen, bei maximalem Magnetfeld ist sogar eine Sperrung des Durchtritts der magnetorheologischen Flüssigkeit bis zu 60 bar, vorzugsweise bis zu 400 bar Druck möglich und auch ausgeführt worden. MRF Ventile nach dem Stand der Technik arbeiten meist nur mit Maximaldrücken um 30bar.

Die zuvor beschriebenen Konstruktionsmerkmale sind aus dem zuvor zitierten Stand der Technik nicht bekannt, und daher auch nicht nahegelegt. Die für die einwandfreie und vorteilhafte Funktion der Vorrichtung unumgängliche Optimierung einer derartigen Vorrichtung erfordert in kürzester Zeit eine Änderung der Fließfähigkeit durch Aufbau und Veränderung des Magnetfeldes. Feldlinienverlauf, Querschnittsform, Materialwahl, Druckverhalten, Verformungen, Bauraumbedarf etc. stellen nicht eine Auswahl aus selbstverständlichen gleichwertigen Möglichkeiten dar, sondern sind das Ergebnis intensiver Untersuchungen und Experimente. Es kommt nicht von ungefähr, dass Details dazu im Stand der Technik nicht angeführt sind.

Eine weitere Ausführungsvariante sieht eine Spule vor, deren Achse parallel zur Fließrichtung verläuft und deren Feld über axiale Polkappen zu mindestens einem bogenförmigen Durchflusskanal gelenkt wird.

Vorzugsweise ist die Spule dabei außerhalb des äußersten Kanals angebracht, wodurch für den Kern im inneren mehr Platz zur Verfügung steht. Durch die Bündelung der Feldlinien in die bogenförmigen Kanaisegmente kann der magnetische Fluss effizient genutzt werden ohne dass der Kern gesättigt wird.

In dieser Ausgestaltung kommt es wieder zu einer feldfreien Zone innerhalb der Fließstrecke, in welcher das Fächerelement unterbrochen sein kann. Unerwünschte magnetische Kurzschlüsse durch das Fächerelement werden so vermieden.

Außerdem zeichnet sich die Erfindung durch eine kompakte Bauweise aus, welche vor allem bei beengten Platzverhältnissen und/oder dem Erfordernis eines geringen Gewichts (wie beispielsweise im Fahrradbau) von Vorteil ist.

Die Fächerelemente haben annähernd die gleiche Breite und Länge, so dass die durchflutete Fläche und somit die Feldstärke relativ homogen bleibt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibungen näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Dreiviertelschnitt.

Die Fig. 2, 4 und 5 zeigen weitere Ausführungsbeispiele in derselben Darstellung.

Die Fig. 3a und 3b zeigen zwei schematische Ausführungsbeispiele für ein „Antidive"-System einer Motorradvorderradgabel. Die Fig. 6 zeigt einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel mit einer Spule, deren Achse normal zur Durchflussrichtung steht.

Die Fig. 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel

Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Bewegung dämpfenden Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung ist in einem Rohr 2 angeordnet. In diesem Rohr befindet sich eine nicht näher dargestellte magnetorheologische Flüssigkeit, die beispielsweise von einem nicht näher dargestellten Kolben, dessen Bewegung gedämpft werden soll, durch die Vorrichtung 1 bewegt wird. Zur Beeinflussung der Dämpfungswirkung ist eine mit ihrer Achse A parallel zum Rohr 2 ausgerichtete Spule 3 vorgesehen, die über nicht dargestellte Leitungen von einer Steuereinrichtung mit Strom versorgbar ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spule als robuste Bandspule, vorzugsweise aus Kupfer oder eloxiertem Aluminium ausgebildet.

Innerhalb der Spule 3 befindet sich ein Kern 4 aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff wie beispielsweise Eisen. Der Kern 4 steht auf beiden Seiten (in axialer Richtung der Achse A gesehen) über die Spule 3 vor.

Radial außerhalb der Spule 3 ist eine im Wesentlichen zylindrische Brücke 5, ebenfalls aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, angeordnet.

Der Kern (4), die Trennwände/Fächer (9), Teil 11 , 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. Erfindungsgemäß verläuft die Achse A der Spule 3 im Wesentlichen parallel zur Fließstrecke. Die Polflächen 6 und 7, welche am Kern 4 und der Brücke 5 ausgebildet sind, sind im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht nun darin, dass die zwischen den Polflächen 6 und 7 liegende Fließstrecke F durch mindestens eine im Wesentlichen zylindrische Trennwand aus ferromagnetischem Material in mindestens zwei Strömungsbahnen unterteilt ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind - in axialer Richtung gesehen - vor und hinter der Spule 3 jeweils vier solche, koaxial zueinander angeordnete zylindrische Trennwände 8a, 8b, 8c und 8d vorgesehen.

Diese Trennwände 8a bis 8d unterteilen die Fließstrecke F in gesonderte Strömungsbahnen, durch welche die magnetorheologische Flüssigkeit bei der zu dämpfenden Bewegung strömt. Die Magnetfeldlinien des angelegten

Magnetfeldes verlaufen im Wesentlichen senkrecht zu den Strömungsbahnen 9, wobei sich aufgrund des ferromagnetischen Materials der Trennwände an den

Innen- und Außenflächen jeder Trennwand 8a bis 8d zu den Polflächen 6 und 7 zusätzliche Polflächen bilden, zwischen denen die magnetorheologische

Flüssigkeit durchströmt.

Damit ist eine ganz gezielte und hocheffektive Beeinflussung der magnetorheologischen Flüssigkeit durch das Magnetfeld gegeben, wobei bei maximal angelegtem Magnetfeld sogar der Durchtritt der magnetorheologischen Flüssigkeit durch die Strömungsbahnen 8a bis 8d gesperrt werden kann. Unter Sperrung wird dabei eine Minimierung des Durchtritts der Flüssigkeit pro Zeiteinheit auf Null bzw. annähernd Null verstanden. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt vorzugsweise Drücke in der magnetorheologischen Flüssigkeit von bis zu 60 bar, vorzugsweise bis zu 400 bar zu sperren.

Aus konstruktiver Sicht sind die Trennwände 8a bis 8d konzentrisch zueinander angeordnet und vorzugsweise über radiale Stege 10 zu einem Trennwandpaket zusammengefasst. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gibt es zwei solche Trennwandpakete, eines vor der Spule und eines hinter der Spule.

Dimensionsmäßig ist es günstig, wenn die radiale Höhe jeder Strömungsbahn im Wesentlichen der radialen Dicke einer Trennwand 8a bis 8d entspricht. Damit lässt sich bei einer kompakten Bauweise eine optimale Beeinflussung der magnetorheologischen Flüssigkeit erzielen.

In die Brücke 5 ist ein Dauermagnet 11 eingebaut, der auch bei abgeschalteter Spule 3 für eine Grundmagnetisierung sorgt. Damit kann auch bei einem

Stromausfall eine gewisse Dämpfungswirkung erzielt werden. Wenn das von der

Spule 3 erzeugte Magnetfeld mit dem vom Permanentmagneten 11 erzeugten

Magnetfeld gleichgerichtet ist, kommt es zu einer Erhöhung der

Dämpfungswirkung, ist die Spule umgekehrt gepolt und das Magnetfeld der Spule dem des Permanentmagneten 11 entgegengerichtet, kann dies bis zu einer

Aufhebung der Magnetisierung im Bereich der Fließstrecke bzw. der

Strömungsbahnen 9 gehen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Brücke 5 und die Spule 3 radial außerhalb des Rohres 2 angeordnet, in das die Strömungsbahnen 9 eingebaut sind.

Eine alternative Ausführungsform zeigt die Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform ist die Brücke 5 von einem Rohr 2' aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff gebildet. Es bedarf hier keiner gesonderten Brücke 5 wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1. Dafür ist man aber beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 im Material des Rohres 2 frei. Beispielsweise eignen sich in Fig. 1 auch Kunststoffrohre. Ansonsten bezeichnen in Fig. 2 gleiche Bezugsziffern gleiche Teile wie in Fig. 1.

Ein weiterer Unterschied besteht lediglich darin, dass der bevorzugt vorgesehene Permanentmagnet 11 ' nicht in der Brücke sondern im Kern 3 angeordnet ist. Bei den in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Spule 3 und die Trennwände 8a bis 8d in Betrieb feststehend beispielsweise mit dem Fahrzeugrahmen verbunden, während die magnetorheologische Flüssigkeit beispielsweise durch einen nicht dargestellten Kolben oder einen sonstigen Antrieb durch die Bewegung dämpfende Vorrichtung 1 gedrückt wird.

Bei beiden Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und Fig. 2 können neben den gesonderten Permanentmagneten 11 bzw. 11 ' auch die Trennwände 8a bis 8d durch Permanentmagneten gebildet sein, deren Polflächen die Wandflächen der Trennwände bilden.

In Fig. 3a ist ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei einem „Antidive"-System für eine Vorderradgabel eines Motorrades schematisch dargestellt.

Die Kolben-Zylinder-Einheit 12 weist einen Zylinder 13 und einen Kolben 14 auf, die durchgehende Kolbenstange 15 ist beispielsweise so angeordnet, dass sie mit der Radnabe bzw. dem Rad mitbewegt wird, während der Zylinder 13 so angeordnet ist, dass er mit der Gabelbrücke der Vorderradgabel des Motorrades verbunden ist. Beim Einfedern der Vorderradgabel bewegt sich also der Kolben 14 im Zylinder 13. Dabei wird die magnetorheologische Flüssigkeit, die sich im Zylinder 13 befindet, durch die erfindungsgemäße steuerbare Dämpfvorrichtung 1 bewegt, und zwar über den Kanal 16. Die erfindungsgemäße Dämpfvorrichtung kann beispielsweise so ausgebildet sein wie in den Figuren 1 oder 2. Die nicht näher dargestellte Spule, über die sich das Magnetfeld und damit die Dämpfungswirkung einstellen lässt, wird über eine Leitung 17 von einer zentralen elektronischen Steuereinheit 18 aus mit Strom versorgt.

Wird der schematisch dargestellte Vorderradbremshebel 19 gezogen, kann die elektronische Steuereinheit 18 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 Anbremsen verringert wird (Anti-Dive-System). Die elektronische Steuereinrichtung 18 kann noch in Abhängigkeit von weiteren Sensoren 20 für die Geschwindigkeit und 21 für beispielsweise die erfasste Außentemperatur gesteuert werden.

Das in Fig. 3b gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 3a im Wesentlichen dadurch, dass die Kolbenstange 15 nicht durchgeht. Beim Eintauchen der Kolbenstange 15 in den Zylinder 13 würde sich daher das Volumen der magnetorheologische Flüssigkeit verringern müssen. Nachdem aber Flüssigkeiten praktisch inkompressibel sind, ist dafür ein Ausgleichselement 22 vorgesehen. Dieses kann beispielsweise von einem luftgefüllten geschlossenporigen Absorberschaumstoff gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass der Teil 22 von einem dicht abschließenden Kolben gebildet ist und der Raum unterhalb des Kolbens 22 gasgefüllt ist, um das Eintauchen der Kolbenstangenvolumen zu kompensieren.

Während bei den in Fig. 1 , 2, 3a und 3b dargestellten Ausführungsbeispielen die Spule 3 samt Trennwänden 8a bis 8d feststehend war, ist dies bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 4 und 5 gerade umgekehrt. Hier steht das Hüllrohr 2' bzw. 2", während die Spule 3 und die Trennwände 8a bis 8d zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, die sich als Kolben in dem Hüllrohr durch die magnetorheologische Flüssigkeit bewegen. Durch diese Bewegung strömt diese Flüssigkeit ebenfalls durch die zwischen den Trennwänden 8a bis 8d angeordneten Strömungsbahnen. Über das Magnetfeld kann die Dämpfungswirkung beeinflusst werden.

In Fig. 4 und 6 sieht man die elektrischen Leitungen 23 zur Versorgung der Spule 3. In den übrigen Figuren sind diese Leitungen der Einfachheit halber weggelassen.

Während bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel das Rohr 2' aus ferromagnetischem Material besteht und die Trennwände 8a bis 8d bis an die Innenseite dieses Rohres 2' reichen, ist es bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht nötig, dass das Hüllrohr 2" aus ferromagnetischem Material besteht. Auch ein Kunststoffrohr wäre beispielsweise denkbar und möglich. Es ist nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel die Brücke 5 im Inneren des Rohres 2" angeordnet. Sie kann auch eine Dichtung 24 tragen. Diese Dichtung kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn man durch Anlegen des maximalen Magnetfeldes den Durchtritt der magnetorheologischen Flüssigkeit zwischen den Trennwänden 8a bis 8c vollkommen sperren möchte.

Fig. 6 stellt eine bevorzugte Ausführungsvariante dar, bei der die Spule (3) „liegend", mit der Spulenachse normal zur Durchflussrichtung, eingebaut ist. Das Magnetfeld der Spule (3) wird über einen zentralen Kern (4) und dessen im Wesentlichen bogensegmentförmigen Polfiächen (7) zu der Fließstrecke (F) geführt, welche über ebenfalls bogensegmentförmige Trennwände (8) in mehrere Strömungsbahnen (9) unterteilt sein kann. Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführung ist, dass die einzelnen Strömungsbahnen (9) in Durchflussrichtung gesehen im Wesentlichen bogensegmentförmig ausgeführt sind.

Über das Rohr (2'), welches aus einem magnetischen Material sein muss, wird das Magnetfeld geschlossen. Die Kontaktflächen des Rohres (2') mit den Strömungsbahnen (9) stellen dabei weitere Polflächen (6) dar. Der verbleibende Freiraum im Rohr (2') wird durch Stege (25) ausgefüllt. Die Stege (25) sind vorzugsweise aus magnetisch nicht bzw. schlecht leitendem Material hergestellt.

Diese Konstruktion ermöglicht ein sehr gutes Verhältnis von vom Magnetfeld durchfluteter Kernfläche zu durchfluteter Fläche der Strömungsbahn (9), was bedeutet, dass der Kern (4) keine Engstelle für das Magnetfeld darstellt. Zudem ist das Feld innerhalb der Strömungsbahnen (9) sehr homogen und in Strömungsrichtung gesehen (axial) ohne Magnetfeldunterbruch.

Der Schnitt soll die Funktionsweise verdeutlichen, deshalb wurde wie in den Figuren 1 und 2 auf die Darstellung einer möglicherweise vorhandenen Kolbenstange oder ähnlichen Bewegungseinrichtung verzichtet. Die Spule wird über die Anschlusskabel (23) mit Strom versorgt, weitere Felderzeugungseinrichtungen wie Permanentmagnete können beispielsweise als Kern(4) ausgeführt oder in den Kern (4) eingebaut sein. Fig. 6 stellt eine bevorzugte Ausführungsvariante dar, bei der die Spule (3) „liegend", mit der Spulenachse normal zur Durchflussrichtung, eingebaut ist. Das Magnetfeld der Spule (3) wird über einen zentralen Kern (4) und dessen im Wesentlichen bogensegmentförmigen Polflächen (7) zu der Fließstrecke (F) geführt, welche über ebenfalls bogensegmentförmige Trennwände (8) in mehrere Strömungsbahnen (9) unterteilt sein kann. Ein wesentliches Merkmal dieser Ausführung ist, dass die einzelnen Strömungsbahnen (9) in Durchflussrichtung gesehen im Wesentlichen bogensegmentförmig ausgeführt sind.

Über das Rohr (2'), welches aus einem magnetischen Material sein muss, wird das Magnetfeld geschlossen. Die Kontaktflächen des Rohres (2') mit den Strömungsbahnen (9) stellen dabei weitere Polflächen (6) dar. Der verbleibende Freiraum im Rohr (2¹) wird durch Stege (25) ausgefüllt. Die Stege (25) sind vorzugsweise aus magnetisch nicht bzw. schlecht leitendem Material hergestellt.

Diese Konstruktion ermöglicht ein sehr gutes Verhältnis von vom Magnetfeld durchfluteter Kernfläche zu durchfluteter Fläche der Strömungsbahn (9), was bedeutet, dass der Kern (4) keine Engstelle für das Magnetfeld darstellt. Zudem ist das Feld innerhalb der Strömungsbahnen (9) sehr homogen und in Strömungsrichtung gesehen (axial) ohne Magnetfeld unterbruch.

Der Schnitt soll die Funktionsweise verdeutlichen, deshalb wurde wie in den Figuren 1 und 2 auf die Darstellung einer möglicherweise vorhandenen Kolbenstange oder ähnlichen Bewegungseinrichtung verzichtet. Die Spule wird über die Anschlusskabel (23) mit Strom versorgt, weitere Felderzeugungseinrichtungen wie Permanentmagnete können beispielsweise als Kem(4) ausgeführt oder in den Kern (4) eingebaut sein.

Die Figur 7 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel im Vergleich zu den vorher gehenden Figuren, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wurden. Genauso wie in Figur 6 unterscheidet sich diese Ausführung von den vorher gehenden Ausführungen dadurch, dass der Fächer nicht mehr komplett herum geht (nicht 360°), sondern es sind 2 Segmentfächer mit dazwischen liegenden geschlossenen Stegen 25 vorhanden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es kann ein Segment oder mehrere Segmente mit jeweils einem oder mehreren Fächern ausgeführt werden.

Es gibt zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, insbesondere im Kraftfahrzeugbau zur Dämpfung der Bewegung eines Rades gegenüber dem Fahrzeug. Bei Fahrrädern ist auch der Einsatz in einer Sattelstütze zur Dämpfung der Bewegung des Sattels relativ zum Rahmen denkbar und möglich. Auch weitere Einsatzgebiete sind durchaus vorstellbar.

Zeichnungslegende

1 Vorrichtung

2 Rohr

2' Rohr

2" Hüllrohr

3 Spule

4 Kern

5 Brücke

6 Polfläche

7 Polfläche

8 Trennwand

8a bis 8d Trennwände

9 Strömungsbahn

10 Steg

1 1 Permanentmagnet

1 1 ' Permanentmagnet

12 Kolben-Zylinder-Einheit

13 Zylinder

14 Kolben

15 Kolbenstange

16 Kanal

17 Leitung

18 Steuereinheit

19 Vorderradbremshebel

20 Sensor (z.B. Geschwindigkeit)

21 Sensor (z.B. Temperatur) Ausgleichselement Elektrische Leitung Dichtung Steg Fließstrecke

Claims

Patentansprüche:

1. Bewegung dämpfende Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit zur Dämpfung einer Bewegung durch eine eine Engstelle bildende Fließstrecke gedrückt wird, wobei eine ein Magnetfeld erzeugende Einheit vorgesehen ist, wobei das Magnetfeld im Bereich der Fließstrecke über Polflächen auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die

Polflächen (6, 7) im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet sind und dadurch mindestens eine zwischen den Polflächen (6, 7) liegende im Wesentlichen bogenförmige Fließstrecke (F) ausbildet.

2. Bewegung dämpfende Vorrichtung, in der eine magnetorheologische Flüssigkeit zur Dämpfung einer Bewegung durch eine eine Engstelle bildende Fließstrecke gedrückt wird, wobei eine ein Magnetfeld erzeugende Einheit vorgesehen ist, wobei das Magnetfeld im Bereich der Fließstrecke über Polflächen auf die magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Polflächen (6, 7) im Wesentlichen bogenförmig ausgebildet sind und dadurch mindestens eine zwischen den Polflächen (6, 7) liegende im Wesentlichen bogenförmige Fließstrecke (F) ausbildet, welche durch mindestens eine im Wesentlichen bogenförmige Trennwand (8a-d) aus vorzugsweise ferromagnetischem Material in mindestens zwei Strömungsbahnen (9) unterteilt sein kann.

3. Ventil mit wenigstens einem Durchgangskanal, sowie mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, wobei in dem Durchgangskanal ein durch ein Feld beeinflussbares magnetorheologische Flüssigkeit vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polflächen (6, 7) im Wesentlichen bogensegmentförmig ausgebildet sind und dadurch mindestens eine zwischen den Polflächen (6, 7) liegende im Wesentlichen bogensegmentförmige Fließstrecke (F) ausbildet, welche durch mindestens eine im Wesentlichen bogensegmentförmige Trennwand (8a-d) aus vorzugsweise ferromagnetischem Material in mindestens zwei Strömungsbahnen (9) unterteilt sein kann.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeld stärke bzw. die Flußdichte in den verschiedenen Kanälen annähernd gleich (homogen) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldstärke in den verschiedenen Kanälen zueinander fast gleich (homogen) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fächerelemente annähernd die gleiche Breite haben, sodass sich ein gleiches Magnetfeld ergibt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die das Magnetfeld erzeugende Einheit eine Elektrospule sein kann.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Spule normal zur Durchflussrichtung verläuft und die Spule innerhalb der Fließstrecke liegt.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Spule parallel zur Durchflussrichtung verläuft und die Spule axial innerhalb der Fließstrecke liegt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Spule parallel zur Durchflussrichtung verläuft und die Spule axial außerhalb der Fließstrecke liegt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen- und Außenflächen jeder Trennwand (8a-d) zu den Polflächen (6, 7) zusätzliche Polflächen bilden.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Trennwände (8a-d) parallel zueinander angeordnet sind und vorzugsweise über radiale Stege (10) zu einem Trennwandpaket zusammengefasst sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spule (3) ein Kern (4) aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, angeordnet ist, der - vorzugsweise beidseitig - über die Spulen (3) vorsteht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen radial außerhalb der Spule (3) eine im Wesentlichen zylindrische Brücke (5) aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, angeordnet ist, wobei die Strömungsbahnen zwischen Brücke (5) und Kern (4) angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke (5) von einem Rohr (2') aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Werkstoff, gebildet ist (Fig. 2).

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (8a-d) und die Spule (3) im Betrieb feststehen (Fig. 1 und 2).

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Trennwand (8a-d) und die Spule (3) zu einer Baueinheit zusammengefasst sind, und diese Baueinheit als Kolben in einem Rohr (2', 2") bewegbar ist (Fig. 4 und 5).

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsbahnen - in axialer Richtung gesehen - vor und hinter der Spule (3) angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (3) als Bandspule, vorzugsweise aus Kupfer oder eloxiertem Aluminium, ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Kern (4) der Spule (3) oder einer die Spule (3) umgebenden Brücke (5) ein Permanentmagnet (11 , 11 ') angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolben-Zylinder-Einheit (12) vorgesehen ist, über die die magnetorheologische Flüssigkeit relativ zur zumindest einen Trennwand in Bewegung versetzbar ist, wobei die Relativbewegung zwischen Kolben (14) und Zylinder (13) der Kolben-Zylinder-Einheit (12) je nach Stärke des Magnetfeldes unterschiedlich gedämpft wird.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung bei maximal angelegtem Magnetfeld den Durchtritt der magnetorheologischen Flüssigkeit durch die Strömungsbahnen (9) sperrt.

23. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, zur Dämpfung der Bewegung eines Rades eines Fahrzeuges.

24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, zur Dämpfung der Bewegung eines Fitnessgerätes.