DE102005013986B3

DE102005013986B3 - Fluidvorrichtung mit magnetorheologischer Flüssigkeit

Info

Publication number: DE102005013986B3
Application number: DE200510013986
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Engler; Markus Hoffmann
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2005-03-26
Filing date: 2005-03-26
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2025-03-27

Abstract

Es handelt sich um eine Fluidvorrichtung (1), bei deren Betrieb eine magnetorheologische Flüssigkeit durch einen relativ zu einem Vorrichtungsgehäuse (3) bewegbaren Arbeitskolben (5) verdrängt wird, so dass sie mindestens einen Dämpfungskanal (25) durchströmt. Es sind mit dem Arbeitskolben (5) bewegungsgekoppelte Magnetfelderzeugungsmittel (36) vorhanden, die ein im Bereich des Dämpfungskanals (25) wirksames Magnetfeld erzeugen können, um den Fließwiderstand der magnetorheologischen Flüssigkeit zum Zwecke einer Beeinflussung der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens (5) zu verändern. Durch die Bewegungskopplung der Magnetfelderzeugungsmittel mit dem Arbeitskolben (5) ist auf einfache Weise eine positionsabhängige Geschwindigkeitsbeeinflussung möglich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidvorrichtung, bei deren Betrieb eine magnetorheologische Flüssigkeit durch einen relativ zu einem Gehäuse bewegbaren Arbeitskolben verdrängt wird, so dass sie mindestens einen Dämpfungskanal durchströmt, wobei Magnetfelderzeugungsmittel vorhanden sind, die ein im Bereich des Dämpfungskanals wirksames Magnetfeld erzeugen können, um den Fließwiderstand der im Dämpfungskanal strömenden magnetorheologischen Flüssigkeit zum Zwecke einer Beeinflussung der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens zu verändern, wenn dieser eine Dämpfungsstrecke durchläuft.

Eine aus der EP 1 016 805 B1 bekannte Fluidvorrichtung dieser Art ist als Stoßdämpfer ausgebildet und beinhaltet einen in einem Gehäuse verschiebbaren Arbeitskolben, der durch Beaufschlagung einer mit ihm verbundenen Kolbenstange relativ zu dem Gehäuse linear verstellbar ist. Der Arbeitskolben trennt zwei mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammern voneinander ab, die über einen spaltartigen Dämpfungskanal miteinander verbunden sind. Bei Verlagerung des Arbeitskolbens wird magnetorheologische Flüssigkeit über den Dämpfungskanal von der einen in die andere Arbeitskammer verdrängt. Durch eine im Bereich des Dämpfungskanals platzierte Magnetspule kann ein Magnetfeld erzeugt werden, das auf die im Dämpfungskanal strömende magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt, so dass sich deren Fließwiderstand verändert. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens und somit die Dämpfungscharakteristik variiert werden.

Die US 2,846,028 beschreibt eine ebenfalls mit magnetorheologischer Flüssigkeit arbeitende Dämpfungsvorrichtung. Ein Kolben verdrängt bei seiner Betätigung eine magnetorheologische Flüssigkeit durch einen Drosselkanal hindurch, um den herum eine Magnetspule platziert ist. Die Magnetspule wird durch den in einer weiteren Magnetspule induzierten Strom aktiviert, wenn ein mit dem Kolben bewegungsgekoppeltes magnetisches Element in diese weitere Magnetspule eintaucht.

Magnetorheologische Flüssigkeiten reagieren mit ihren rheologischen Eigenschaften reversibel auf das Anlegen eines Magnetfeldes. Es handelt bei ihnen um Suspensionen mit in einer Trägerflüssigkeit enthaltenen ferromagnetischen Feststoffpartikeln. Ohne den Einfluss eines magnetischen Feldes sind magnetorheologische Flüssigkeiten in der Regel dünnflüssig. Werden sie einem Magnetfeld ausgesetzt, tritt eine scheinbare Erhöhung der Viskosität auf und der Fließwiderstand der Flüs sigkeit ändert sich innerhalb von Millisekunden. Die Höhe des Fließwiderstandes kann über die Stärke des Magnetfeldes beeinflusst werden. In jüngerer Zeit wurden auch nano-magnetorheologische Flüssigkeiten entwickelt, deren Feststoffpartikel im Vergleich zu denjenigen konventioneller magnetorheologischer Flüssigkeiten wesentlich kleiner sind. Solche nano-magnetorheologischen Flüssigkeiten sind besonders sedimentations- und alterungsstabil.

Um bei der aus der EP 1 016 805 B1 bekannten Fluidvorrichtung eine hubabhängige Dämpfungscharakteristik herbeizuführen, bedarf es einer aufwendigen Ansteuerung der Magnetspule in Verbindung mit geeigneten Positionserfassungsmitteln. Dies hat relativ hohe Herstellungskosten und einen beträchtlichen Montageaufwand zur Folge. Auch können sich bereits minimale Störungen in der Steuerelektronik nachteilig auf das Betriebsverhalten auswirken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Fluidvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem und kostengünstigem Aufbau einen wenig störungsanfälligen Betrieb ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass die Magnetfelderzeugungsmittel mit dem Arbeitskolben bewegungsgekoppelt sind, wobei der Dämpfungskanal so angeordnet ist, dass sich die in ihm strömende magnetorheologische Flüssigkeit im Einflussbereich des von den Magnetfelderzeugungsmitteln erzeugten Magnetfeldes befindet, wenn der Arbeitskolben die Dämpfungsstrecke durchläuft, und dass die magnetorheologische Flüssigkeit mittelbar durch den Arbeitskolben verdrängt wird, indem dieser beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke auf einen Verdrängungskolben einwirkt, der als bewegliche Wand eines den Dämpfungskanal enthaltenden, mit der magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Kanalsystems ausgeführt ist.

Auf diese Weise kann ohne aufwendige Positionserfassungssensorik eine stellungsabhängige Beeinflussung der Kolbengeschwindigkeit durchgeführt werden. Man kann von einer Selbststeuerung sprechen, weil das die Kolbengeschwindigkeit beeinflussende Magnetfeld durch den Arbeitskolben selbst in den gewünschten Wirkungsbereich transportiert wird. Entsprechend dem gewählten Verlauf des Dämpfungskanals lässt sich das Dämpfungsverhalten der Fluidvorrichtung spezifisch nach Bedarf vorgeben, ohne Notwendigkeit elektronischer Regelungseingriffe.

Das erfindungsgemäße Dämpfungsprinzip kann sowohl bei passiven Fluidvorrichtungen (Dämpfer) als auch bei aktiven Vorrichtungen (fluidbetätigte Antriebe) eingesetzt werden. Soweit es sich bei der Fluidvorrichtung um einen fluidbetätigten Antrieb handelt, sei es nun ein Linearantrieb oder ein Rotationsantrieb, lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Prinzip eine sehr wirksame Endlagendämpfung des Arbeitskolbens bei einer oder bei beiden Bewegungsrichtungen bewirken.

Vor allem bei einer aktiven Fluidvorrichtung, bei der der Arbeitskolben durch Fluidbeaufschlagung bewegt wird, ist eine zuverlässige Medientrennung zwischen der magnetorheologischen Flüssigkeit und dem verwendeten Antriebsfluid von Vorteil. Bei dem Antriebsfluid kann es sich um eine beliebige Flüssigkeit oder ein beliebiges Gas handeln, vorzugsweise um Druckluft. Eine solche Medientrennung lässt sich besonders zuverlässig realisieren, wenn der Arbeitskolben nicht unmittelbar, sondern über den zwischengeschalteten Verdrängerkolben nur mittelbar auf die zu verdrängende magnetorheologische Flüssigkeit einwirkt.

Prinzipiell könnte das Magnetfeld elektromagnetisch mittels einer geeigneten Spuleneinrichtung erzeugt werden. Besonders vorteilhaft wird jedoch die Verwendung mindestens eines Permanentmagneten als Magnetfelderzeugungsmittel angesehen, weil hier auf elektrische Zuleitungen und eine Energieversorgung verzichtet werden kann. Außerdem kann ein solcher Permanentmagnet bei Bedarf zusätzlich in an sich bekannter Weise in Verbindung mit entsprechenden Sensoren zur Positionserfassung des Arbeitskolbens und insbesondere zur Detektion der Kolben endlagen herangezogen werden. In einem solchen Falle kann der Permanentmagnet folglich eine Doppelfunktion erfüllen.

Aus den abhängigen Ansprüchen gehen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung hervor.

Es wäre prinzipiell möglich, den gesamten Arbeitshub des Arbeitskolbens als Dämpfungsstrecke heranzuziehen, wobei über den gewählten Verlauf des Dämpfungskanals eine hubabhängige Dämpfungscharakteristik erzielt werden kann. Eine solche Bauform eignet sich vor allem für den Einsatz bei Stoßdämpfern. Hingegen empfiehlt es sich vor allem bei als Antriebe ausgelegten Fluidvorrichtungen, nur eine Teilstrecke des maximalen Arbeitshubes des Arbeitskolbens als Dämpfungsstrecke heranzuziehen, und zwar insbesondere denjenigen Endabschnitt des Arbeitshubes, der der jeweiligen Kolbenendlage vorangeht. Man kann auf diese Weise in einer oder bei beiden Hubrichtungen eine wirksame Endlagendämpfung realisieren.

Sind, wie im Falle einer doppelseitigen Endlagendämpfung, mehrere Dämpfungsstrecken gewünscht, wird zweckmäßigerweise jeder Dämpfungsstrecke ein eigener Dämpfungskanal zugeordnet.

Um eine beidseitige Endlagendämpfung zu realisieren, können die beiden Dämpfungskanäle in der Hubrichtung des Arbeitskolbens beabstandet zueinander angeordnet sein, wobei sie unter Bildung einer Reihenschaltung fluidisch miteinander kommunizieren, so dass die vom Arbeitskolben verdrängte magnetorheologische Flüssigkeit stets unter Durchströmen sämtlicher Dämpfungskanäle hin und her verschoben wird.

Die Länge und/oder Position des Dämpfungskanals kann bezogen auf die Hubrichtung des Arbeitskolbens veränderbar sein. Dadurch kann insbesondere die Länge und/oder der Beginn einer jeweiligen Dämpfungsstrecke variabel vorgegeben werden. Auch Totzeiten für das Ansprechen der magnetorheologischen Flüssigkeit können dadurch sehr einfach kompensiert werden. Beispielsweise kann das den Dämpfungskanal definierende Bauteil verstellbar am Außenumfang des Vorrichtungsgehäuses angebracht sein, beispielsweise über eine in die Außenfläche des Vorrichtungsgehäuses eingebrachte Verankerungsnut.

Als besonders zweckmäßig wird eine Ausgestaltung angesehen, bei der sich der Dämpfungskanal parallel zur Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeugungsmittel erstreckt, so dass der Abstand zwischen den Magnetfelderzeugungsmitteln und dem Dämpfungskanal beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke konstant bleibt. Dies führt zu einer konstanten Dämpfungsintensität.

Ist hingegen eine sich hubabhängig verändernde Dämpfungsstärke gewünscht, kann der Dämpfungskanal zumindest partiell auch einen bezüglich der Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeu gungsmittel geneigten Verlauf besitzen, so dass sich der Abstand zwischen den Magnetfelderzeugungsmitteln und dem Dämpfungskanal beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke verändert und folglich auch die auf die magnetorheologische Flüssigkeit momentan einwirkende Feldstärke.

Um die Dämpfungsstärke zwischen verschiedenen Anwendungsfällen modifizieren zu können, kann die Fluidvorrichtung so ausgebildet sein, dass die Position des Dämpfungskanals zur Variation des Abstandes zwischen dem Dämpfungskanal und den Magnetfelderzeugungsmitteln veränderlich justierbar ist. Hierzu kann das den Dämpfungskanal definierende Bauteil beispielsweise radial bezüglich der Längsachse des Arbeitskolbens verstellbar oder über eine Exzentermimik relativ zum Vorrichtungsgehäuse verdrehbar oder verschwenkbar sein.

Eine besonders kompakte Anordnung ergibt sich, wenn die Magnetfelderzeugungsmittel direkt am Arbeitskolben im Innern des Vorrichtungsgehäuses angeordnet sind. Der längsseits neben dem Hubbereich des Arbeitskolbens platzierte Dämpfungskanal kann in das Vorrichtungsgehäuse integriert oder als Komponente einer Dämpfungseinrichtung am Außenumfang des Vorrichtungsgehäuse montiert sein.

Dem Verdrängerkolben kann ein Betätigungsstößel zugeordnet sein, der dem Arbeitskolben axial entgegenragt und der vom aufprallenden Arbeitskolben verschoben wird, wobei er den Verdrängerkolben mit verschiebt, welcher dabei die magnetorheologische Flüssigkeit durch den Dämpfungskanal hindurchdrückt.

Die jenseits des Verdrängerkolbens aus dem Dämpfungskanal austretende magnetorheologische Flüssigkeit wird zweckmäßigerweise in einer volumenveränderlichen Aufnahmekammer des Kanalsystems aufgefangen. Besitzt diese Aufnahmekammer eine unter Federvorspannung stehende bewegliche Wand, wird die magnetorheologische Flüssigkeit selbsttätig wieder zurückgedrückt, wenn der Verdrängerkolben nicht mehr vom Arbeitskolben blockiert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
1 eine bevorzugte erste Bauform der erfindungsgemäßen, hier als fluidbetätigter Linearantrieb ausgebildeten Fluidvorrichtung in einer Seitenansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil I aus 3,
2 die Fluidvorrichtung aus 1 in einer Vorderansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II,
3 einen Längsschnitt durch die Fluidvorrichtung aus 1 und 2 im Längsschnitt, wobei der Arbeitskolben in einer ungedämpften Betriebsphase außerhalb der Dämpfungsstrecke gezeigt ist,
4 die Fluidvorrichtung aus 1 bis 3 während des Durchlaufens der Dämpfungsstrecke durch den Arbeitskolben,
5 die Fluidvorrichtung gemäß 1 bis 4 bei in einer Kolbenendlage angelangtem Arbeitskolben,
6 eine weitere Ausführungsform der Fluidvorrichtung im Längsschnitt,
7 einen Ausschnitt der bei der Bauform gemäß 6 zur Anwendung gelangenden, eine Abstandsjustierung des Dämpfungskanals ermöglichenden Dämpfungseinrichtung gemäß Schnittlinie VII-VII aus 6,
8 eine alternative Bauform der Fluidvorrichtung im Längsschnitt, bei der der Dämpfungskanal axial verstellbar ist,
9 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Fluidvorrichtung, die mit Mitteln zur Endlagendämpfung für beide Hubrichtungen des Arbeitskolbens ausgestattet ist, und
10 eine Ausführungsform der Fluidvorrichtung, bei der ein zusätzliches, das Dämpfungsverhalten beeinflussendes Magnetfeld mittels eines durch Induktion hervorgerufenen Stromes erzeugt wird.
Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen ist die in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 versehene Fluidvorrichtung als durch Fluidkraft betätigbarer Linearantrieb ausgebildet. Die Fluidvorrichtung 1 besitzt ein Abtriebsteil 2, an dem sich eine Linearbewegung abgreifen lässt. Allerdings lässt sich die Er findung auch in Verbindung mit Drehantrieben einsetzen, bei denen die am dortigen Abgriffsteil abnehmbare Bewegung eine Drehbewegung ist.
Im einzelnen verfügt die Fluidvorrichtung 1 über ein Vorrichtungsgehäuse 3, das in seinem Innern eine lineare Kolbenlaufkammer 4 definiert, in der ein Arbeitskolben 5 linear verschiebbar geführt ist, so dass er eine durch einen Doppelpfeil 6 verdeutlichte, linear hin- und hergehende Hubbewegung 6 zwischen zwei Kolbenendlagen ausführen kann.
Die beiden Kolbenendlagen sind dadurch definiert, dass der Arbeitskolben 5 an jeweils einer der beiden stirnseitigen Abschlusswände 7, 8 der Kolbenlaufkammer 4, die zu dem Vorrichtungsgehäuse 3 gehören, zur Anlage gelangt. Eine solche Kolbenendlage ist in 5 angedeutet.
Die beiden Abschlusswände 7, 8 sitzen stirnseitig an den beiden Enden eines Zylinderrohrs 12, das die umfangsseitige Begrenzungswand der Kolbenlaufkammer 4 und gleichzeitig die Kolbenlauffläche definiert. Bei Bedarf kann es sich bei dem Zylinderrohr 12 um einen Hybridkörper handeln, bei dem die Kolbenlauffläche von einer insbesondere aus Kunststoffmaterial bestehenden Gleitschicht gebildet ist, die von einem aus Metall oder Kunststoffmaterial bestehenden Außenrohr umschlossen ist.
Ein oder mehrere am Arbeitskolben 5 vorgesehene Dichtringe 13 liegen jeweils mit Dichtkontakt an der Kolbenlauffläche an, so dass die Kolbenlaufkammer 4 durch den Arbeitskolben 5 axial unter Abdichtung in zwei Arbeitskammern 14, 15 unterteilt wird.
In jede Arbeitskammer 14, 15 mündet in nicht näher gezeigter Weise ein das Vorrichtungsgehäuse 3 durchsetzender Steuerkanal 16a, 16b, über den Druckluft bezüglich der angeschlossenen Arbeitskammer 14, 15 zu- und abgeführt werden kann. Die daraus resultierende axiale Fluidbeaufschlagung des Arbeitskolbens 5 ruft dessen Hubbewegung 6 hervor. Anstelle von Druckluft kann auch ein anderes Gas oder ein hydraulisches Medium als Antriebsfluid eingesetzt werden.
Das schon erwähnt Abgriffsteil 2 ist mit dem Arbeitskolben 5 bewegungsgekoppelt und ist außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 zugänglich, um die Antriebsbewegung abgreifen zu können, beispielsweise zur Bestätigung einer Komponente einer Maschine. Beim Ausführungsbeispiel besteht das Abgriffsteil 2 aus einer Kolbenstange, die die eine Abschlusswand 7 unter Abdichtung verschiebbar durchsetzt und am Arbeitskolben 5 befestigt ist.
Alternativ könnte der Linearantrieb auch als kolbenstangenloser Linearantrieb ausgeführt sein. Hier könnte dann das Ab griffsteil 2 im Bereich des Außenumfanges des Zylinderrohrs 12 verschiebbar gelagert und über ein um Rollen umgelenktes Antriebsband oder berührungslos über eine Magneteinrichtung mit dem Arbeitskolben 5 antriebsmäßig gekoppelt sein. Denkbar wäre auch eine Ausgestaltung als sogenannte Schlitzzylinder, bei der ein mit dem Arbeitskolben 5 verbundener Mitnehmer durch einen abgedichteten Längsschlitz des Zylinderrohrs hindurch nach außen greift.
An einer oder beiden Stirnseiten des Arbeitskolbens 5 können Pufferelemente 17 angeordnet sein, um den Endaufprall an den Abschlusswänden 7, 8 zu mindern.
Zusätzlich oder alternativ ist die Fluidvorrichtung 1 mit auf einem magnetorheologischen Prinzip arbeitenden Dämpfungsmitteln 18 ausgestattet, die bei allen Ausführungsbeispielen insbesondere eine Endlagendämpfung des Arbeitskolbens 5 hervorrufen. Bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8 sind die Dämpfungsmittel 18 nur in einer Hubrichtung wirksam, wenn der Arbeitskolben 5 in die Kolbenendlage an der in der Zeichnung rechts liegenden ersten Abschlusswand 7 gelangt. Allerdings könnten entsprechende Dämpfungsmittel 18 auch der anderen, zweiten Abschlusswand 8 zugeordnet werden. Die 9 und 10 zeigen eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung von Dämpfungsmitteln 18 für eine beidseitige Endlagendämpfung.
Durch die Dämpfungsmittel 18 wird erreicht, dass der Arbeitskolben 5 vor dem Erreichen der zugeordneten Kolbenendlage eine Dämpfungsstrecke D durchläuft, in der seine Geschwindigkeit reduziert wird. Die Dämpfungsstrecke D wird von dem der jeweiligen Kolbenendlage jeweils unmittelbar vorgelagerten Endabschnitt des maximalen Arbeitshubes des Arbeitskolbens 5 definiert und nimmt insoweit nur eine Teilstrecke des dem Arbeitskolben 5 insgesamt zur Verfügung stehenden Arbeitshubes ein. Vor Erreichen der jeweiligen Kolbenendlage bewegt sich der Arbeitskolben 5 entlang einer ungedämpften Teilstrecke des Arbeitshubes, bei der die Dämpfungsmittel 18 noch nicht wirksam sind.
Die Dämpfungsmittel 18 enthalten ein Kanalsystem 22 bestehend aus einer Verdrängungskammer 23, einem sich daran anschließenden Zwischenkanal 24, einem sich daran anschließenden, bezüglich dem Zwischenkanal 24 einen geringeren Querschnitt aufweisenden Dämpfungskanal 25 und einer auf den Dämpfungskanal 25 folgenden Aufnahmekammer 26 mit wiederum größerem Querschnitt.
Die Verdrängungskammer 23 erstreckt sich parallel zur Richtung der Hubbewegung 6 und ist dem Arbeitskolben 5 in dieser Hubrichtung axial vorgelagert. Beim Ausführungsbeispiel ist sie durch eine bohrungsartige Ausnehmung 27 in der ersten Abschlusswand 7 definiert, wobei sie an der dem Arbeitskolben 5 zugewandten Seite durch einen in der Ausnehmung 27 abgedichtet verschiebbaren Verdrängerkolben 28 begrenzt ist. Ein dem Verdrängerkolben 28 zugeordneter, beim Ausführungsbeispiel in Baueinheit mit dem Verdrängerkolben 28 ausgeführter Betätigungsstößel 32 durchsetzt unter Abdichtung den der Ausnehmung 27 vorgelagerten Abschnitt der ersten Abschlusswand 7 in verschiebbarer Weise und ragt axial in die sich anschließende erste Arbeitskammer 14 hinein, dem Arbeitskolben 5 entgegen. Den jenseitigen Abschluss des Kanalsystems 22 bildet eine beim Ausführungsbeispiel kolbenartig ausgebildete bewegliche Wand 33, die die Aufnahmekammer 26 unter Abdichtung verschließt.
Zweckmäßigerweise wird die Aufnahmekammer 26 vom Endabschnitt einer Rohrkörpers 34 gebildet, in dem die bewegliche Wand 33 unter Abdichtung axial verschiebbar geführt ist, wobei eine jenseits der Aufnahmekammer 26 liegende Federeinrichtung 35 ständig drückend auf die bewegliche Wand 33 einwirkt und diese in Richtung einer Verringerung des Volumens der Aufnahmekammer 26 beaufschlagt.
In dem Kanalsystem 22 befindet sich eine magnetorheologische Flüssigkeit, also eine Flüssigkeit, die unter Einfluss eines Magnetfeldes ihren Fließwiederstand und mithin scheinbar ihre Viskosität ändert. Diese magnetorheologische Flüssigkeit – im Folgenden der Einfachheit halber als "MR-Flüssigkeit" be zeichnet – kann durch das Wechselspiel des sich verlagernden Verdrängerkolbens 28 und der sich entsprechend verlagernden beweglichen Wand 33 in dem Kanalsystem 22 hin und her verschoben werden, wobei ein Teil ihres Volumens den Dämpfungskanal 25 durchströmt.
In der in 3 gezeigten Ausgangsstellung hat die unter Federvorspannung bewegliche Wand 33 die MR-Flüssigkeit weitestmöglich aus der Aufnahmekammer 26 verdrängt, wobei über die Flüssigkeitssäule eine Kraft auf den Verdrängerkolben 28 ausgeübt wird, so dass dieser seine Grundstellung einnimmt, bei der der Betätigungsstößel 32 weitestmöglich axial in die erste Arbeitskammer 14 hineinragt. Der axiale Überstand des Betätigungsstößels 32 bezüglich der ersten Abschlusswand 7 entspricht im Wesentlichen der gewünschten Dämpfungsstrecke D.
Trifft der Arbeitskolben 5 bei seiner Hubbewegung stirnseitig auf den Betätigungsstößel 32 auf, wird letzterer zusammen mit dem Verdrängerkolben 28 in die Ausnehmung 27 hineingeschoben, so dass das Volumen der Verdrängungskammer 23 reduziert wird und die enthaltene MR-Flüssigkeit über den Zwischenkanal 24 und den Dämpfungskanal 25 in die Aufnahmekammer 26 überströmt. Hierbei weicht die bewegliche Wand 33 zurück, so dass sich das Volumen der Aufnahmekammer 26 zur Aufnahme der verdrängten MR-Flüssigkeit vergrößern kann.
Der vorgeschilderte Bewegungsablauf geht aus 3 bis 5 gut hervor, wobei die 5 das Ende der Hubbewegung aufgrund Erreichens der Kolbenendlage des Arbeitskolbens 5 wiedergibt.
Wird die Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens 5 umgekehrt, so dass er sich aus der zuvor eingenommenen Kolbenendlage herausbewegt, wird die in dem Kanalsystem 22 eingeschlossene MR-Flüssigkeit durch die unter der Kraft der Federeinrichtung 35 sich verlagernde bewegliche Wand 33 zurückgeschoben, wobei gleichzeitig der Verdrängerkolben 28 mit seinem Betätigungsstößel 32 neuerlich in die Grundstellung ausgefahren wird.
Ist auch bei entgegengesetzter Hubrichtung des Arbeitskolbens 5 eine Endlagendämpfung gewünscht, können die beschriebenen Dämpfungsmittel 18 ein weiteres Mal vorgesehen werden, wobei dann die entsprechende Verdrängungskammer 23 mit zugehörigem Verdrängerkolben 28 und Betätigungsstößel 32 der zweiten Abschlusswand 8 zugeordnet ist.
Bei der ebenfalls eine beidseitige Endlagendämpfung ermöglichenden Ausführungsform gemäß 9 und 10 bestehen die Dämpfungsmittel 18 praktisch aus einer Zweifachanordnung der anhand 1 bis 8 geschilderten Dämpfungsmittel, wobei jedoch ein gemeinsames, geschlossenes Kanalsystem 22 vorliegt, das daraus resultiert, dass die sich an die beiden Dämpfungskanäle 25 anschließenden Aufnahmekammern zu einer gemeinsamen Aufnahmekammer 26' vereinigt sind, unter gleichzeitiger Weglassung der Federeinrichtung 35 und der beweglichen Wand 33. Die Aufnahmekammer 26' wird folglich stirnseitig beidseits von den beiden Dämpfungskanälen 25 begrenzt. Letztere sind also in der Hubrichtung des Arbeitskolbens 5 beabstandet zueinander angeordnet und gleichzeitig in fluidischer Reihenschaltung miteinander verknüpft.
Bei dieser Ausführungsform kann zweckmäßigerweise die von einem jeweiligen Verdrängerkolben verdrängte MR-Flüssigkeit stets beide Dämpfungskanäle durchströmen. Dabei findet dann vorzugsweise eine Wechselwirkung zwischen den beiden Verdrängerkolben 28 statt, indem beim Zurückschieben des jeweils einen Betätigungsstößels 32 der jeweils andere Betätigungsstößel in die zugeordnete Arbeitskammer ausfährt, und umgekehrt.
Das Abbremsen des Arbeitskolbens 5 bei seiner Bewegung längs der Dämpfungsstrecke D beruht maßgeblich auf dem Druckverlust, der aufgrund eines magnetorheologischen Effekts auftritt, wenn die MR-Flüssigkeit durch den verengten Dämpfungskanal 25 hindurchströmt. Der magnetorheologische Effekt wird ausgelöst durch an dem Arbeitskolben 5 angeordnete und folglich die Bewegung dieses Arbeitskolbens 5 mitmachende Magnetfelderzeugungsmittel 36, die ein Magnetfeld hervorrufen, das zumindest beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke D auf die mo mentan im Dämpfungskanal 25 befindliche MR-Flüssigkeit einwirkt und deren Fließwiederstand erhöht.
Der jeweilige Dämpfungskanal ist daher so plaziert, dass er zumindest dann von den Feldlinien der Magnetfelderzeugungsmittel 36 durchquert wird, wenn der Arbeitskolben 5 die Dämpfungsstrecke zurücklegt.
Da die MR-Flüssigkeit erst bei Verlagerung des Verdrängerkolbens 28 durch den Dämpfungskanal 25 hindurchgezwängt wird, ist es für den gewünschten Effekt unschädlich, wenn das sich bewegende Magnetfeld eventuell schon vor Beginn der Dämpfungs-Startposition auf die im Dämpfungskanal 25 befindliche MR-Flüssigkeit einwirkt.
Wie sich anhand der 4 und 5 gut ersehen lässt, ist der Dämpfungskanal 25 zweckmäßigerweise auf gleicher axialer Höhe mit der Dämpfungstrecke D plaziert. Sind mehrere Dämpfungsstrecken vorhanden, wie beispielsweise im Falle der 9 und 10, ist zweckmäßigerweise jeder Dämpfungsstrecke ein eigener Dämpfungskanal zugeordnet.
Prinzipiell könnten die Magnetfelderzeugungsmittel 36 unter Beibehaltung einer Bewegungskopplung auch extern bezüglich des Arbeitskolbens 5 angeordnet sein. Beispielsweise könnten sie außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 am Abgriffsteil 2 oder an einer mit diesem mitbewegbar verbundenen Komponente angebracht sein. Es versteht sich, dass in diesen Fällen auch der zugeordnete Dämpfungskanal 25 so zu plazieren ist, dass er sich im Einflussbereich des Magnetfeldes befindet, wenn eine Beeinflussung der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens 5 gewünscht ist.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist der Dämpfungskanal 25 so angeordnet, dass sich die Magnetfelderzeugungsmittel 36 beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke mit konstantem Abstand zum Dämpfungskanal 25 entlang diesem bewegen. Die Dämpfungsintensität bleibt auf diese Weise über die gesamte Dämpfungsstrecke hinweg die gleiche.
Ist allerdings entlang der Dämpfungsstrecke D eine sich verändernde Dämpfungsintensität gewünscht, kann dies beispielsweise dadurch realisiert werden, dass man für den Dämpfungskanal 25 zumindest partiell einen bezüglich der Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeugungsmittel 36 geneigten Verlauf wählt. Ein solcher geneigter Verlauf ist in 5 bei 37 strichpunktiert exemplarisch angedeutet. Man kann auf diese Weise beispielsweise eine linear oder progressiv ansteigende Dämpfungsintensität realisieren.
Im Übrigen kann durch einen spezifischen Verlauf des Dämpfungskanal 25 nicht nur eine zunehmende, sondern auch eine abnehmende Dämpfungsintensität hervorgerufen werden. Insgesamt hat man somit die Möglichkeit, die Dämpfungscharakteristik exakt auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustimmen.
Die 6 offenbart eine Möglichkeit, um den Abstand "a", der zwischen dem Dämpfungskanal 25 und den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke D vorliegt, variabel vorgeben zu können.
Der Dämpfungskanal 25 ist hier in einem bevorzugt rohrförmigen Kanalkörper 38 ausgebildet, der im Anschluss an den Dämpfungskanal 25 zweckmäßigerweise gleichzeitig auch noch den die Aufnahmekammer 26 definierenden Rohrkörper 34 bildet. Mit seinen beiden axialen Endabschnitten ist der Kanalkörper 38 jeweils exzentrisch an einer kreisförmig konturierten Lagerscheibe 42a, 42b gehalten, wobei jede dieser Lagerscheiben 42a, 42b in einem ihr zugeordneten, am Vorrichtungsgehäuse 3 fixierten Lagerkörper 43a, 43b verdrehbar gelagert ist. Die beiden Lagerscheiben 42a, 42b und der Kanalkörper 38 bilden eine in sich starre Einstelleinheit, die sich bezüglich den beiden Lagerkörpern 43a, 43b um eine Drehachse 44 verdrehen lässt, welche zur Hubrichtung des Antriebskolbens 5 parallel und zugleich durch die beiden Zentren der kreisförmigen Lagerscheiben 42a, 42b verläuft.
Wird die Einstelleinheit gemäß Pfeil 45 in 7 verdreht, führt der Kanalkörper 38 bezüglich der Drehachse 44 eine Orbitalbewegung aus, wobei sich sein Abstand "a" zu den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 verändert. Eine Position mit verändertem Abstand "al" ist in 7 strichpunktiert angedeutet.
Durch geeignete Feststellmittel 46, beispielsweise eine Klemmschraube, kann die eingestellte Position fixiert werden. Bei Bedarf können die Feststellmittel 46 auch so ausgebildet sein, dass über sie auch die Veränderung der Drehwinkeleinstellung der Einstelleinheit vorgenommen werden kann.
Um unabhängig von der eingestellten Position eine fluiddichte Verbindung zu dem Zwischenkanal 24 zu gewährleisten, mündet letzterer in einen axial zwischen der einen Lagerscheibe 42a und dem zugeordneten Lagerkörper 43a definierten Überströmraum 47, in den auch der Dämpfungskanal 25 einmündet. Um einen Austritt der MR-Flüssigkeit zu verhindern, ist zwischen der besagten Lagerscheibe 42a und dem zugeordneten Lagerkörper 43a eine ringförmige Dichtung 48 vorgesehen.
Es versteht sich, dass auch andere Möglichkeiten getroffen werden können, um den Querabstand zwischen Dämpfungskanal 25 und Magnetfelderzeugungsmitteln 36 variabel einstellen zu können. Beispielsweise könnten Mittel vorgesehen sein, die eine lineare radiale Verschiebemöglichkeit bezüglich der Längsachse des Arbeitskolbens 5 ermöglichen.
Jedenfalls kann auf diese Weise die Dämpfungsstärke über einen veränderbaren Abstand des den Dämpfungskanal 25 aufweisenden Kanalkörpers 38 zu den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 insbesondere stufenlos eingestellt werden.
Die Einstelleinheit 38, 42a, 42b bildet zusammen mit den beiden Lagerkörpern 43a, 43b eine insgesamt mit Bezugsziffer 52 bezeichnete Dämpfungseinrichtung der Dämpfungsmittel 18, die am Außenumfang des Vorrichtungsgehäuses 3, längsseits neben der Kolbenaufnahmenkammer 4, insbesondere lösbar, angebaut ist. Der Zwischenkanal 24 befindet sich in einer starren oder flexiblen Fluidleitung 53, die einenends – an dem dem Verdrängerkolben 28 entgegengesetzten Mündungsbereich der Verdrängungskammer 23 – an die erste Abschlusswand 7 und andernends, über den Lagerkörper 43a, an den Überströmraum 47 angeschlossen ist.
Einige oder sämtliche der bei den Ausführungsbeispielen außerhalb des Vorrichtungsgehäuses 3 angeordneten Komponenten der Dämpfungsmittel 18 können zum Erhalt einer kompakten Anordnung auch in das Vorrichtungsgehäuse 3 integriert sein. In diesem Zusammenhang wäre es insbesondere möglich, den Dämpfungskanal 25 längsseits neben der Dämpfungsstrecke D in die Wandung des Zylinderrohres 12 zu integrieren, wie dies in 4 bei 25' strichpunktiert angedeutet ist.
Es ist des weiteren von Vorteil, wenn die Länge und/oder Position des Dämpfungskanals 25 in der Richtung der Hubbewegung 6 des Arbeitskolbens 5, insbesondere stufenlos, veränderbar ist, um beispielsweise die Länge und/oder den Beginn der Dämpfungsstrecke D variabel vorgeben zu können. Ein derartige Verstellmöglichkeiten eröffnendes Ausführungsbeispiel zeigt die 8.
Bei dem Ausführungsbeispiel der 8 ist vergleichbar den 6 und 7 ein den Dämpfungskanal 25 definierender Kanalkörper 38 vorgesehen, der zweckmäßigerweise auch die Aufnahmekammer 26 definiert und die gegebenenfalls vorhandene bewegliche Wand 33 mit zugeordneter Federeinrichtung 35 aufnimmt. Dieser Kanalkörper 38 ist mit zur Längsachse der Kolbenlaufkammer 4 paralleler Ausrichtung längsseits neben dem Vorrichtungsgehäuse 3 angeordnet und mit seinem dem Zwischenkanal 24 entgegengesetzten Endabschnitt an einem Lagerkörper 54 befestigt. Dieser Lagerkörper 54 ist so am Außenumfang des Vorrichtungsgehäuses 3 fixiert, dass sich seine Position in Richtung der Hubbewegung 6 variabel einstellen lässt. Die Einstellmöglichkeit ist bei 55 durch einen Doppelpfeil angedeutet. Für die verstellbare Befestigung kann eine nicht näher dargestellte Nutensteinverbindung herangezogen werden, die in eine längs des Außenumfanges des Vorrichtungsgehäuses 3 verlaufende Verankerungsnut 56 eingreift.
Üblicherweise besitzt ein Linearantrieb an der Außenfläche seines Vorrichtungsgehäuses 3 mehrere längsverlaufende Befestigungsnuten 57, über die die Fluidvorrichtung 1 an einer Tragstruktur fixiert werden kann und die auch den Anbau von Zusatzkomponenten ermöglichen, wobei hier insbesondere auch an Positionssensoren 58 gedacht ist, mit denen sich eine Positionserfassung des Arbeitskolbens 5 realisieren lässt. Eine der Befestigungsnuten 57 kann ohne weiteres als Verankerungsnut 56 für den Lagerkörper 54 herangezogen werden (1).
Der dem Lagerkörper 54 entgegengesetzte Endabschnitt 62 des Kanalkörpers 38 taucht unter Abdichtung teleskopierbar in die ortsfest fixierte, den Zwischenkanal 24 definierende Fluidleitung 53 ein. Beim Verstellen des Lagerkörpers 54 verändert sich somit die Eintauchtiefe des Endabschnittes 62 und mithin auch die außerhalb der Fluidleitung 53 vorhandene wirksame Länge L des Dämpfungskanals 25, die sich während des Kolbenhubes im Einflussbereich des von den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 erzeugten Magnetfeldes befindet.
Je weiter der Kanalkörper 38 in den Zwischenkanal 24 eingeschoben ist – die zugehörige Teleskopierlagerung 63 befindet sich zweckmäßigerweise seitlich außen an der ersten Ab schlusswand 7 – desto kürzer ist die wirksame Länge L und desto kürzer fällt auch die Dämpfungsstrecke D aus, selbst wenn der Arbeitskolben 5 schon vorher auf den zugeordneten Betätigungsstößel 32 aufläuft. Die auf dem magnetorheologischen Prinzip basierende Dämfpungswirkung setzt unabhängig vom Zeitpunkt der Betätigung des Verdrängerkolbens 28 erst ein, wenn die MR-Flüssigkeit in den Einfluss des Magnetfeldes gelangt.
Folglich könnte Länge und/oder Beginn der Dämpfungsstrecke auch ohne die beschriebenen Teleskopiermaßnahmen verändert werden, wenn Verstellmöglichkeiten gegeben sind, die eine Veränderung der Position des Dämpfungskanals 25 in Richtung der Hubbewegung 6 relativ zur Kolbenlaufkammer 4 ermöglichen.
Durch die vorgehend geschilderten Maßnahmen können unter anderem auch beim Ansprechen der MR-Flüssigkeit eventuell auftretende Totzeiten kompensiert werden.
Es wurde schon erwähnt, dass die magnetorheologischen Dämpfungsmaßnahmen entweder nur für je eine der Kolbenendlagen oder für beide Kolbenendlagen ausgeführt sein können. Die 9 und 10 zeigen Bauformen für eine beidseitige Endlagendämpfung. Die Funktionsprinzipien dieser Bauformen wurden oben bereits angedeutet. Grundsätzlich ist es hier so, dass die MR-Flüssigkeit in dem geschlossenen Kanalsystem 22 ent lang des gesamten Vorrichtungsgehäuses 3 geführt wird und dabei stets unter dem Einfluss des von den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 hervorgerufenen Magnetfeldes steht. Die eigentliche Dämpfungswirkung entfaltet sich jedoch nur dann, wenn das Magnetfeld auf die im jeweiligen Dämpfungskanal strömende MR-Flüssigkeit einwirkt, weil hier der Strömungsquerschnitt wesentlich geringer ist als außerhalb des betreffenden Dämpfungskanals. Die Rückstellung des Verdrängungskolbens 28 für die jeweils eine Endlage wird durch die Verdrängungsbewegung des jeweils anderen Verdrängerkolbens bewirkt, wenn dieser durch den aufprallenden Arbeitskolben 5 verschoben wird.
Die Magnetfelderzeugungsmittel 36 sind vorzugsweise von einer Permanentmagneteinrichtung 64 gebildet, die im einfachsten Fall einen mit dem Arbeitskolben 5 bewegungsgekoppelten Permanentmagnet aufweist. Bei Bedarf können auch mehrere Permanentmagnete, eventuell in Kombination mit ferromagnetischen Elementen, vorgesehen sein. Die Bauformen der 1 bis 5 und 7 und 10 sind mit einer Permanentmagneteinrichtung 64 ausgestattet, die direkt in den Arbeitskolben 5 eingebettet ist. Bei den Permanentmagneten handelt es sich zweckmäßigerweise um Stab- oder Ringmagnete.
Die Verwendung einer Permanentmagneteinrichtung 64 zur Erzeugung des auf die MR-Flüssigkeit einwirkenden Magnetfeldes hat den Vorteil, dass auf eine elektrische Energieversorgung verzichtet werden kann. Außerdem besteht hier die Option, die Permanentmagneteinrichtung gleichzeitig als Betätigungsmittel für eine berührungslose Positionserfassung des Arbeitskolbens 5 heranzuziehen. Es kann dann, wie in 1 exemplarisch gezeigt, außerhalb der Kolbenlaufkammer 4 entlang des Hubweges des Arbeitskolbens 5 mindestens ein gehäusefester Positionssensor 58 angeordnet werden, der berührungslos auf das Magnetfeld anspricht, wenn dieses aufgrund der Kolbenbewegung in seine Nähe gelangt. Gemäß 1 kann beispielsweise jeder Kolbenendlage ein Positionssensor 58 zugeordnet werden, um das Erreichen der Kolbenendlage zu erfassen.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Magnetfelderzeugungsmittel in Gestalt einer elektrisch betriebenen Spuleneinrichtung 65 auszuführen. Eine solche Variante ist bei dem Ausführungsbeispiel der 6 angedeutet. Sitzt die über mindestens eine Spule verfügende Spuleneinrichtung 65 am oder im Arbeitskolben 5, kann die Einspeisung der notwendigen elektrischen Energie über elektrische Leiter 66 geschehen, die über das Abgriffsteil 2 nach außen geführt sind.
Das in 10 abgebildet Ausführungsbeispiel sieht in Verbindung mit als Permanentmagneteinrichtung 64 ausgebildeten Magnetfelderzeugungsmitteln 36 zusätzlich eine die Kolben– laufkammer 4 koaxial umschließende gehäusefeste Induktions spuleneinrichtung 67 vor, die im Bereich der Dämpfungsstrecke plaziert ist. Taucht die Permanentmagneteinrichtung 64 bei Annäherung des Arbeitskolbens 5 in seine Kolbenendlage in die Induktionsspuleneinrichtung 67 ein, wird in dieser ein Strom induziert, der dazu benutzt wird, mindestens eine über elektrische Leitungen 69 angeschlossene weitere Spule 68 zu speisen, die im Bereich eines Dämpfungskanals 25 plaziert ist, so dass das von ihr erzeugte Magnetfeld ebenfalls auf die im Dämpfungskanal 25 strömende MR-Flüssigkeit einwirkt.
Somit steht hier die MR-Flüssigkeit während der Dämpfungsphase nicht nur im Einflussbereich desjenigen Magnetfeldes, das von der sich zusammen mit dem Arbeitskolben 5 bewegenden Permanentmagneteinrichtung 64 erzeugt wird, sondern zusätzlich unter dem Einfluss des aufgrund des geschilderten Induktionseffektes von der weiteren Spule 68 erzeugten Magnetfeldes.
Wenn das durch die Induktionswirkung hervorgerufene Magnetfeld der weiteren Spule 68 ausreicht, um den Fließwiderstand der MR-Flüssigkeit in der gewünschten Weise zu beeinflussen, kann die weitere Spule 68 zusammen mit dem zugeordneten Dämpfungskanal 25 sogar an einer Stelle plaziert werden, die sich stets außerhalb des Einflussbereiches der mit dem Arbeitskolben 5 bewegungsgekoppelten Permanentmagneteinrichtung 64 befindet.
Allen Ausführungsbeispielen ist eine Selbstaktivierung der Dämpfungswirkung durch die beschriebene Führung der MR-Flüssigkeit entgegen der Bewegungsrichtung des Arbeitskolbens gemeinsam, und eine automatisch freigegebene Rückstellungsmöglichkeit für den jeweiligen Verdrängerkolben beim Rückhub des Arbeitskolbens. Der Rückhub selbst wird beispielsweise über eine die MR-Flüssigkeit zurückdrückende Federeinrichtung hervorgerufen oder durch die Betätigung des jeweils anderen Verdrängerkolbens bei zweiseitiger Endlagendämpfung.
Allen geschilderten Ausführungsbeispielen ist das Prinzip gemeinsam, dass beim Überfahren einer bestimmten Position durch den Arbeitskolben 5 vor seiner Kolbenendlage mit dem Arbeitskolben 5 bewegungsgekoppelte Magnetfelderzeugungsmittel 36 durch den magnetorheologischen Effekt den Druckverlust der durch den verengten Dämpfungskanal 25 strömenden MR-Flüssigkeit erhöhen, wobei die Strömung der MR-Flüssigkeit durch vom Arbeitskolben 5 verursachte Verdrängung bewirkt wird. Die Stärke der Dämpfung kann über den Abstand des verengten Dämpfungskanals zu den Magnetfelderzeugungsmitteln 36 eingestellt und der jeweiligen Applikation angepasst werden. Über den kleinsten Strömungsquerschnitt sowie die Feldstärke des erzeugten Magnetfeldes ist eine feste Voreinstellung der Dämpfungsintensität möglich. Der Dämpfungsweg hängt insbesondere vom Hub des gegebenenfalls vorhandenen Verdrängerkolbens, von den gegebenen Strömungsquerschnitten und von der Länge des im Magnetfeld befindlichen Dämpfungskanals ab.
Bei den mit einem Verdrängerkolben ausgestatteten Dämpfungsmitteln 18 ist es zweckmäßig, wenn das für die Erzeugung der Dämpfungswirkung verantwortliche Magnetfeld maximal während der Beaufschlagung des Verdrängerkolbens 28 auf den Dämpfungskanal 25 einwirkt. Damit ist außerhalb der Dämpfungsphase eine wiederstandsarme Strömung der MR-Flüssigkeit durch den Dämpfungskanal 25 hindurch gewährleistet, was die Rückstellung des Verdrängerkolbens 28 in den Ausgangszustand vereinfacht.
Die Vorteile des beschriebenen magnetorheologischen Dämpfungsprinzips liegen unter anderem in dem hohen Energieaufnahmevermögen, der einfach realisierbaren mechanischen Ein stellmöglichkeit und einem relativ gutmütigen Einstellverhalten auch bei kleinen abzubremsenden Massen. Darüber hinaus kann auch bei kleinen Lasten ein Rückschwingen vermieden werden, da in der zur Erzeugung der Bewegung des Arbeitskolbens 5 mit Überdruck beaufschlagten Arbeitskammer stets ein höherer Druck herrschen darf als in der abströmseitigen Arbeitskammer. Wegen der relativ hohe Wärmeleitfähigkeit der MR-Flüssigkeit ergibt sich überdies eine gute Wärmeabfuhr.

Claims

Fluidvorrichtung, bei deren Betrieb eine magnetorheologische Flüssigkeit durch einen relativ zu einem Gehäuse (3) bewegbaren Arbeitskolben (5) verdrängt wird, so dass sie mindestens einen Dämpfungskanal (25) durchströmt, wobei Magnetfelderzeugungsmittel (36) vorhanden sind, die ein im Bereich des Dämpfungskanals (25) wirksames Magnetfeld erzeugen können, um den Fließwiderstand der im Dämpfungskanal (25) strömenden magnetorheologischen Flüssigkeit zum Zwecke einer Beeinflussung der Geschwindigkeit des Arbeitskolbens (5) zu verändern, wenn dieser eine Dämpfungsstrecke durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsmittel (36) mit dem Arbeitskolben (5) bewegungsgekoppelt sind, wobei der Dämpfungskanal (25) so angeordnet ist, dass sich die in ihm strömende magnetorheologische Flüssigkeit im Einflussbereich des von den Magnetfelderzeugungsmitteln (36) erzeugten Magnetfeldes befindet, wenn der Arbeitskolben (5) die Dämpfungsstrecke durchläuft, und dass die magnetorheologische Flüssigkeit mittelbar durch den Arbeitskolben (5) verdrängt wird, indem dieser beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke auf er einen Verdrängerkolben (28) einwirkt, der als bewegliche Wand eines den Dämpfungskanal (25) enthaltenden, mit magnetorheologischer Flüssigkeit gefüllten Kanalsystems (22) ausgeführt ist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsstrecke eine Teilstrecke des gesamten, maximalen Arbeitshubes des Arbeitskolbens (5) ist, wobei die Geschwindigkeitsbeeinflussung beim Eintritt des Arbeitskolben (5) in die Dämpfungsstrecke beginnt.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Dämpfungsstrecke von dem vor Erreichen einer Kolbenendlage vom Arbeitskolben (5) durchlaufenen Endabschnitt des Arbeitshubes gebildet ist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zwei Dämpfungsstrecken (25), die von den beiden einer jeweiligen Kolbenendlage des Arbeitskolbens (5) vorgelagerten Endabschnitten des Arbeitshubes gebildet sind.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dämpfungsstrecke eigener Dämpfungskanal (25) zugeordnet ist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Dämpfungskanäle in Hubrichtung des Arbeitskolbens (5) beabstandet zueinander angeordnet sind und in Reihenschaltung fluidisch miteinander kommunizieren.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder Position des Dämpfungskanals (25) in der Hubrichtung des Arbeitskolbens (5) veränderbar ist.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25) so angeordnet ist, dass sich die Magnetfelderzeugungsmittel (36) beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke mit Abstand zum Dämpfungskanal (25) entlang diesem bewegen.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25) parallel zur Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeugungsmittel (36) verläuft, derart, dass der Abstand zwischen den Magnetfelderzeugungsmitteln (36) und dem Dämpfungskanal (25) beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke konstant bleibt.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25, 25') zumindest partiell einen bezüglich der Bewegungsrichtung der Magnetfelderzeugungsmittel (36) geneigten Verlauf besitzt, derart, dass sich der Abstand zwischen den Magnetfelderzeugungsmitteln (36) und dem Dämpfungskanal (25, 25') beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke verändert.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke zwischen den Magnetfelderzeugungsmitteln (36) und dem Dämpfungskanal (25) vorliegende Abstand durch Veränderung der Position des Dämpfungskanals (25) veränderlich einstellbar ist, um die Dämpfungsintensität variieren zu können.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsmittel (36) direkt am Arbeitskolben (5) angeordnet sind.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25) in das Vorrichtungsgehäuse (3) integriert ist.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25) Bestandteil einer am Außenumfang des Vorrichtungsgehäuses (3) angeordneten Dämpfungseinrichtung (52) ist.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (25) in einem rohrförmigen Kanalkörper (38) ausgebildet ist.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdrängerkolben (28) ein dem Arbeitskolben (5) axial entgegenragender Betätigungsstößel (32) zugeordnet ist, auf den der Arbeitskolben (5) aufprallen kann, um dadurch den Verdrängerkolben (28) unter gleichzeitiger Verdrängung der magnetorheologischen Flüssigkeit zu verschieben.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem (22) eine sich an den Dämpfungskanal (25) anschließende volumenveränderliche Aufnahmekammer (26, 26') für verdrängte magnetorheologische Flüssigkeit aufweist.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (26) durch eine unter Federvorspannung stehende bewegliche Wand (33) begrenzt ist, die den Verdrängerkolben (28) über die eingeschlossene magnetorheologische Flüssigkeit in die Ausgangsstellung zurückschieben kann, wenn der Arbeitskolben (5) die Kolbenendlage verlässt.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsmittel (36) eine Permanentmagneteinrichtung (64) aufweisen.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneteinrichtung (64) auch als Betätigungsmittel für eine berührungslose Positionserfassung des Arbeitskolbens (5) ausgebildet sind und hierzu mit mindestens einem gehäusefesten Positionssensor (58) zusammenarbeiten kann.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Induktionsspuleneinrichtung (67), in der beim Durchlaufen der Dämpfungsstrecke durch die Permanentmagneteinrichtung (64) ein Strom induziert wird, von dem mindestens eine Spule (68) gespeist wird, die ein Magnetfeld zur Beeinflussung der im Dämpfungskanal (25) befindlichen magnetorheologischen Flüssigkeit hervorruft.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsmittel (36) eine elektrisch betriebene Spuleneinrichtung (65) aufweisen.
Fluidvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als durch Fluidkraft betätigbare Antriebsvorrichtung.
Fluidvorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung als durch Fluidkraft betätigbare Antriebsvorrichtung in Gestalt eines Linearantriebes.