DE102008057575A1

DE102008057575A1 - Aktor mit einem magnetorheologischen Elastomer-Element

Info

Publication number: DE102008057575A1
Application number: DE102008057575A
Authority: DE
Inventors: Tobias Heier; Christian Schubert; Peter Galitz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-11-15
Filing date: 2008-11-15
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010054775A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem magnetorheologischen Elastomer-Element, welches unter Ausnutzung des Formgedächtniseffekts durch Einwirkung einer Magnetkraft in unterschiedliche Formen gebracht werden kann und direkt oder indirekt derart auf einen Fluidstrom einwirken kann, dass sich dessen Querschnittsfläche mit einer Formänderung des Elastomer-Elements verändert. Vorzugsweise wirkt das magnetorheologische Elastomer-Element auf ein elastisch verformbares rohrförmiges Element ein, dessen freie Querschnittsfläche mit einer Formänderung des Elastomer-Elements veränderbar ist, um einen im rohrförmigen Element geführten Fluidstrom zu verändern. Dabei kann das magnetorheologische Elastomer-Element den Fluidstrom oder das diesen führende rohrförmige Element im Wesentlichen ringförmig umgeben, während das magnetorheologische Elastomer-Element zumindest mit seiner dem rohrförmigen Element oder dem Fluidstrom abgewandten Seite an einem durch das magnetorheologische Elastomer-Element im Wesentlichen nicht verformbaren Stützelement abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktor mit einem magnetorheologischen Elastomer-Element, welches unter Ausnutzung des Formgedächtniseffekts durch Einwirkung einer Magnetkraft in unterschiedliche Formen gebracht werden kann. Zum Stand der Technik wird auf die DE 10 2004 041 649 B4 sowie die DE 10 2006 016 773 A1 und daneben beispielshalber auf die EP 0 236 060 B1 verwiesen.
Hinsichtlich einer gezielten Beeinflussung bzw. Veränderung eines Fluidstromes sind Stand der Technik bspw. händisch oder elektromechanisch oder fluidisch oder bspw. über Spindeltrieb mittels eines Elektromotors verstellbare Düsen, Ventile und Kanäle für verschiedenste Anwendungsgebiete, wobei die oben letztgenannte Schrift EP 0 236 060 B1 ein Beispiel hierfür zeigt. Mit solchen bekannten Aktoren zur Veränderung eines Fluidstromes können beispielsweise in der Automobilindustrie die sog. Tilgerkanäle in den dem Fachmann bekannten Hydrolagern der Aggregatelagerung verändert werden.
Weiterer Stand der Technik gemäß der weiteren oben genannten Schriften sind sog. magneto-rheologische Elastomere, bei welchen es sich um eine relativ neuartige Materialklasse handelt, deren mechanische Eigenschaften wie der Speicher- und Verlustmodul durch ein Magnetfeld in weitem Rahmen steuerbar sind. Nachdem weiche magneto-rheologische Elastomere, welche im weiteren als „MRE” abgekürzt werden, auch einen Formgedächtniseffekt zeigen, kann ein Formkörper aus diesem Material durch ein Magnetfeld verformt werden und nimmt beim Abschalten des Magnetfelds seine Ausgangsform wieder ein. In den beiden oben erstgenannten Schriften ist die Verwendung von MRE beispielsweise für die Schwingungsdämpfung; Schwingungsisolation, Aktoren, Sicherheitsschalter, haptische Systeme und künstliche Muskeln vorgeschlagen.
Vorliegend soll nun ein einfach gestalteter Aktor mit einem MRE nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden (= Aufgabe der Erfindung).
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das magnetorheologische Elastomer-Element direkt oder indirekt derart auf einen Fluidstrom einwirken kann, dass sich dessen Querschnittsfläche mit einer Formänderung des Elastomer-Elements verändert. Beispielsweise wirkt dabei das MRE auf ein elastisch verformbares rohrförmiges Element ein, dessen freie Querschnittsfläche mit einer Formänderung des Elastomer-Elements veränderbar ist, um einen im rohrförmigen Element geführten Fluidstrom zu verändern. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der weiteren Unteransprüche.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die bekannte Eigenschaft von magnetorheologischen Elastomeren (MRE), sich in einem geeigneten Magnetfeld auszudehnen und diese neue Form nur solange beizubehalten, als das Magnetfeld gehalten wird. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft einer in einem geeigneten Magnetfeld erzielbaren Längenänderung von MRE wird nun vorliegend vorgeschlagen, eine Einengung eines Kanals oder eine Verquetschung eines elastischen Schlauchs (= „rohrförmiges Element”) oder dgl. durch ein MRE hervorzurufen, wenn an dieses ein entsprechendes geeignetes Magnetfeld angelegt wird. Dabei ist es prinzipiell möglich, jeden beliebigen Querschnitt auf diese Weise einzuengen oder in seiner Form zu verändern, besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das MRE den zu verändernden, bspw. zu drosselnden Fluidstrom oder das diesen führende rohrförmige Element im wesentlichen ringförmig umgibt, wobei der entsprechende Querschnitt des Fluidstroms oder des rohrförmigen Elements bspw. rund oder im wesentlichen rechteckig sein kann.
Die beigefügten 1a, 1b, sowie 2, 2a, 2b und 3 zeigen auf das wesentliche abstrahiert drei mögliche Ausführungsbeispiele, wobei in den mit dem zusätzlichen Buchstaben „a” bezifferten Figuren ein erster Zustand dargestellt ist, in welchem kein Magnetfeld am MRE anliegt, während in den mit dem zusätzlichen Buchstaben „b” bezifferten Figuren ein zweiter Zustand dargestellt ist, in welchem das MRE durch Anlegen eines Magnetfelds verformt ist. Dabei sind in sämtlichen Figuren die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
Beim ersten Ausführungsbeispiel nach den 1a, 1b ist innerhalb eines elastisch verformbaren rohrförmigen Elements 1, bei dem es sich vorzugsweise um einen Schlauch handelt, ein Fluidstrom geführt. Dieser Schlauch bzw. dieses elastisch verformbare rohrförmige Element 1 ist durch einen erfindungsgemäßen Aktor hindurchgeführt bzw. von diesem im wesentlichen ringförmig gestalteten Aktor über einen gewissen Längenabschnitt umgeben. Dieser Aktor ist aus einem ringförmigen magnetorheologischen Elastomer-Element 3 (= MRE 3) sowie einem dieses auf der dem rohrförmigen Element 1 abgewandten Seite umgebenden Stützelement 2 sowie einem dieses auf der dem MRE 3 abgewandten Seite umgebenden Elektromagneten 4 vorzugsweise in Form einer Magnetspule aufgebaut. Das genannte Stützelement 2 ist dabei solchermaßen ausgelegt, dass dieses bei einer Verformung des MRE 3 durch dieses MRE 3 im wesentlichen nicht verformt wird.
Im Zustand nach 1a ist der Elektromagnet 4 abgeschaltet, so dass kein Magnetfeld auf das MRE 3 einwirkt. In diesem Zustand mag das MRE 3 zwar an der Außenseite des rohrförmigen Elements 1 anliegen, übt jedoch auf dieses nahezu keine Kraft bzw. keinen Druck aus, so dass dessen Form durch das MRE 3 praktisch nicht beeinflusst wird. Im Zustand nach 1b hingegen ist der Elektromagnet 4 eingeschaltet, so dass ein Magnetfeld auf das MRE 3 einwirkt, welches dieses gemäß den dargestellten Pfeilen 5 in Richtung zur Achse des rohrförmigen Elements 1 hin verformt. Hierdurch wird das elastisch verformbare rohrförmige Element 1 bis zu einem gewissen Restdurchmesser quasi zusammengequetscht, so dass in diesem Zustand wie ersichtlich der freie Querschnitt des rohrförmigen Elements 1 im Bereich des MRE 3 sowie unter dessen Einwirkung signifikant eingeschränkt wird. Hierdurch erfährt der darin geführte Fluidstrom eine Veränderung, nämlich eine Drosselung.
Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach den 2, 2a, 2b – in letzteren ist nur das wesentliche gezeigt – führt ein erstes rohrförmiges Element 6a einen Fluidstrom in den aus dem ringförmigen magnetorheologisches Elastomer-Element 3 (= MRE 3) sowie dem dieses auf dessen ringförmiger Außenseite umgebenden Stützelement 2 sowie dem dieses auf der dem MRE 3 abgewandten Seite umgebenden Elektromagneten 4 aufgebauten Aktor hinein, und zwar in einen im wesentlichen vom MRE 3 begrenzten Hohlraum 7. Aus diesem Hohlraum 7 wird der Fluidstrom durch ein zweites rohrförmiges Element 6b, das sich vorliegend im wesentlichen auf einer gemeinsamen Linie mit dem ersten rohrförmigen Element 6a befindet und gegenüber diesem lediglich um den besagten Hohlraum 7 seitlich versetzt ist, abgeführt. Nach der vorliegenden Prinzipskizze wird der besagte Hohlraum durch das MRE 3 sowie die Stirnseiten der beiden rohrförmigen Elemente 6a, 6b begrenzt; selbstverständlich können seitlich dieses gezeigten Aktors noch Abdichtringe oder dgl. vorgesehen sein, die vorzugsweise auf den rohrförmigen Elementen 6a, 6b aufsitzen, so wie dies auch in der später erläuterten 3 gezeigt ist.
Nun noch auf die 2, 2a, 2b Bezug nehmend führt folglich das MRE 3 im Bereich zwischen den beiden rohrförmigen Elementen 6a, 6b den in diesen geführten Fluidstrom direkt, wobei das MRE 3 bereits im sog. Ruhezustand gemäß 2, 2a, in dem der Elektromagnet 4 abgeschaltet ist und somit kein Magnetfeld auf das MRE 3 einwirkt, eine Form nach Art einer Venturidüse, jedoch ohne Abzweigrohr im engsten Querschnitt, aufweist. Im Zustand nach 2b ist der Elektromagnet 4 eingeschaltet, so dass ein Magnetfeld auf das MRE 3 einwirkt, welches dieses gemäß den dargestellten Pfeilen 5 weiter zum Zentrum der Venturidüse hin verformt. Hierdurch wird der engste Querschnitt der durch das MRE 3 gebildeten sog. Quasi-Venturidüse weiter verringert, so dass auch der darin, nämlich innerhalb des MRE 3 bzw. des durch dieses gebildeten Aktors geführte Fluidstrom eine Veränderung erfährt, indem dessen Durchfluss weiter eingeschränkt wird. Mit Abschalten des Magnetfeldes wird dann der sog. Ruhezustand nach 2, 2a wieder hergestellt; analoges gilt selbstverständlich für das erste Ausführungsbeispiel nach den 1a, 1b.
3 zeigt eine Ausführungsform ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1a, 1b, mit dem Unterschied, dass an den freien Seiten des MRE 3, die zwischen dessen dem Fluidstrom zugewandten Seite und dessen dem Stützelement 2 zugewandten Seite liegen, jeweils ein Abdichtring 8 vorgesehen ist, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. Beispielsweise kann es sinnvoll sein, den das MRE (magnetorheologische Elastomer-Element) (3) ansteuernden Elektromagnet (4) abweichend von den vorliegenden Darstellungen seitlich neben dem MRE (3) anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004041649 B4 [0001]
- DE 102006016773 A1 [0001]
- EP 0236060 B1 [0001, 0002]

Claims

Aktor mit einem magnetorheologischen Elastomer-Element (3), welches unter Ausnutzung des Formgedächtniseffekts durch Einwirkung einer Magnetkraft in unterschiedliche Formen gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetorheologische Elastomer-Element (3) direkt oder indirekt derart auf einen Fluidstrom einwirken kann, dass sich dessen Querschnittsfläche mit einer Formänderung des magnetorheologischen Elastomer-Elements (3) verändert.
Aktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass magnetorheologische Elastomer-Element (3) auf ein elastisch verformbares rohrförmiges Element (1) einwirken kann, dessen freie Querschnittsfläche mit einer Formänderung des magnetorheologischen Elastomer-Elements (3) veränderbar ist, um einen im rohrförmigen Element geführten Fluidstrom zu verändern.
Aktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetorheologische Elastomer-Element (3) den Fluidstrom oder das diesen führende rohrförmige Element (1, 6a, 6b) im wesentlichen ringförmig umgibt.
Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetorheologische Elastomer-Element (3) zumindest mit seiner dem rohrförmigen Element (1, 6a, 6b) oder dem Fluidstrom abgewandten Seite an einem durch das magetorheologische Elastomer-Element (3) im wesentlichen nicht verformbaren Stützelement (2) abgestützt ist.
Aktor nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Seiten des magnetorheologische Elastomer-Elements (3), die zwischen der dem Fluidstrom zugewandten Seite und der dem Stützelement (2) zugewandten Seite liegen, jeweils ein Abdichtring (8) vorgesehen ist.