DE102008057575A1 - Actuator with a magnetorheological elastomer element - Google Patents

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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.The invention relates to an actuator with a magnetorheological elastomer element, which can be brought into different forms by utilizing a magnetic force by utilizing the shape memory effect and directly or indirectly can act on a fluid flow, that changes its cross-sectional area with a change in shape of the elastomer element , Preferably, the magnetorheological elastomeric element acts on an elastically deformable tubular element whose free cross-sectional area is variable with a change in shape of the elastomeric element to change a fluid flow guided in the tubular element. In this case, the magnetorheological elastomer element substantially surround the fluid flow or the tubular element guiding the same, while the magnetorheological elastomer element at least with its side facing away from the tubular element or the fluid flow on a supporting element that is not substantially deformable by the magnetorheological elastomer element is supported.

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.The invention relates to an actuator with a magnetorheological elastomer element, which can be brought into different forms by utilizing the shape memory effect by the action of a magnetic force. The prior art is on the DE 10 2004 041 649 B4 as well as the DE 10 2006 016 773 A1 and besides, for example, on the EP 0 236 060 B1 directed.

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.With regard to a targeted influencing or change of a fluid flow, the prior art, for example manually or electromechanically or fluidically or for example via spindle drive by means of an electric motor adjustable nozzles, valves and channels for a variety of applications, the above last document EP 0 236 060 B1 an example of this shows. With such known actuators for changing a fluid flow, for example in the automotive industry, the so-called absorber channels can be changed in the hydraulic bearings of the assembly mounting known to the person skilled in the art.

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.Another Prior art according to the other above Typefaces are so-called magneto-rheological elastomers in which It is a relatively new class of materials whose mechanical Properties such as the memory and loss modulus due to a magnetic field are controllable to a large extent. After soft magneto-rheological Elastomers, hereinafter abbreviated to "MRE" can also show a shape memory effect, can Shaped body of this material deformed by a magnetic field be and takes when switching off the magnetic field its initial shape again. In the two above-mentioned writings is the use MRE, for example, for vibration damping; Vibration isolation, actuators, safety switches, haptic systems and artificial muscles proposed.

Vorliegend soll nun ein einfach gestalteter Aktor mit einem MRE nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden (= Aufgabe der Erfindung).present Now is a simple designed actuator with a MRE after the generic term of claim 1 are shown (= object of the invention).

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.The Solution to this problem is characterized in that the magnetorheological elastomer element directly or indirectly so can act on a fluid flow that its cross-sectional area changed with a change in shape of the elastomeric element. For example, the MRE acts on an elastically deformable tubular element, whose free cross-sectional area changeable with a change in shape of the elastomeric element is a guided in the tubular element Change fluid flow. Advantageous training and further education are content of the other subclaims.

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.basis The present invention is the known property of magnetorheological elastomers (MRE) to expand in a suitable magnetic field and this to maintain new shape only as long as held the magnetic field becomes. Taking advantage of this property one in a suitable Magnetic field achievable change in length of MRE is now proposed herein, a narrowing of a channel or a squeezing of an elastic tube (= "tubular Element ") or the like by an MRE, if on this a corresponding suitable magnetic field is applied. there It is possible in principle, any cross-section narrow in this way or change in shape, however, it is particularly advantageous if the MRE is to change the For example, to be throttled fluid flow or leading them tubular element substantially annular surrounds, wherein the corresponding cross-section of the fluid flow or the tubular element, for example, round or substantially can be rectangular.

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.The attached 1a . 1b , such as 2 . 2a . 2 B and 3 show three essential embodiments, wherein in the figured with the additional letter "a" figures a first state is shown, in which no magnetic field is applied to the MRE, while in the figured with the additional letter "b" figures a second state is shown, in which the MRE is deformed by applying a magnetic field. The same elements are identified by the same reference numerals in all figures.

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.In the first embodiment of the 1a . 1b is within an elastically deformable tubular element 1 , which is preferably a hose, a fluid flow out. This hose or this elastically deformable tubular element 1 is passed through an actuator according to the invention or surrounded by this substantially annular shaped actuator over a certain length section. This actuator is made of an annular magnetorheological elastomer element 3 (= MRE 3 ) as well as this on the tubular element 1 opposite side surrounding support element 2 as well as one on the MRE 3 opposite side surrounding electromagnet 4 preferably constructed in the form of a magnetic coil. The said support element 2 is designed in such a way that this at a deformation of the MRE 3 through this MRE 3 is essentially not deformed.

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.In the state after 1a is the electromagnet 4 shut off, leaving no magnetic field on the MRE 3 acts. In this state, the MRE likes 3 although on the outside of the tubular element 1 abut, but exerts on this almost no force or no pressure, so that its shape by the MRE 3 is virtually unaffected. In the state after 1b however, the electromagnet is 4 turned on, leaving a magnetic field on the MRE 3 which acts according to the arrows shown 5 towards the axis of the tubular element 1 deformed. As a result, the elastically deformable tubular element 1 quasi squeezed together to a certain residual diameter, so that in this state, as can be seen, the free cross section of the tubular element 1 in the area of the MRE 3 as well as being significantly restricted under its action. As a result, the fluid flow guided therein undergoes a change, namely a throttling.

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.In the second embodiment of the 2 . 2a . 2 B - In the latter only the essential is shown - leads a first tubular element 6a a fluid flow into the annular magnetorheological elastomeric element 3 (= MRE 3 ) as well as this on its annular outer surrounding support member 2 as well as this on the MRE 3 opposite side surrounding electromagnet 4 constructed actuator into, and in a substantially from the MRE 3 limited cavity 7 , Out of this cavity 7 the fluid flow is through a second tubular element 6b in the present case substantially on a common line with the first tubular element 6a and with respect to this only around said cavity 7 laterally offset, discharged. According to the present schematic diagram of said cavity is the MRE 3 as well as the end faces of the two tubular elements 6a . 6b limited; Of course, laterally of this actuator shown can still sealing rings or the like. Be provided, preferably on the tubular elements 6a . 6b sit up, as in the later explained 3 is shown.

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.Now on the 2 . 2a . 2 B Thus, referring to the MRE 3 in the area between the two tubular elements 6a . 6b the guided in this fluid flow directly, the MRE 3 already in the so-called idle state according to 2 . 2a in which the electromagnet 4 is switched off and thus no magnetic field on the MRE 3 has a shape in the manner of a Venturi nozzle, but without branch pipe in the narrowest cross-section, having. In the state after 2 B is the electromagnet 4 turned on, leaving a magnetic field on the MRE 3 which acts according to the arrows shown 5 deformed further towards the center of the venturi. This will be the narrowest cross-section of the MRE 3 formed so-called. Quasi-Venturi further reduced, so that even in it, namely within the MRE 3 or guided by this actuator fluid flow undergoes a change by the flow rate is further limited. With switching off the magnetic field then the so-called. Hibernation is after 2 . 2a restored; Of course, the same applies to the first embodiment according to the 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. 3 shows an embodiment similar to the first embodiment of the 1a . 1b , with the difference that on the free sides of the MRE 3 , between its side facing the fluid flow side and its supporting element 2 facing side, each a sealing ring 8th is provided, but this and a variety of other details may be quite different from the above explanations, without departing from the content of the claims. For example, it may be useful that the MRE (magnetorheological elastomer element) ( 3 ) activating electromagnet ( 4 ) differing from the illustrations at the side of the MRE ( 3 ).

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Claims (5)

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.Actuator with a magnetorheological elastomer element ( 3 ), which can be brought into different forms by utilizing the shape memory effect by the action of a magnetic force, characterized in that the magnetorheological elastomer element ( 3 ) can act directly or indirectly on a fluid flow in such a way that its cross-sectional area changes with a change in shape of the magnetorheological elastomer element ( 3 ) changed. 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.Actuator according to Claim 1, characterized in that the magnetorheological elastomer element ( 3 ) to an elastically deformable tubular element ( 1 ) whose free cross-sectional area with a change in shape of the magnetorheological elastomer element ( 3 ) is variable to change a guided in the tubular element fluid flow. 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.Actuator according to Claim 1 or 2, characterized in that the magnetorheological elastomer element ( 3 ) the fluid flow or the tubular element ( 1 . 6a . 6b ) surrounds substantially annular. 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.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetorheological elastomer element ( 3 ) at least with its tubular element ( 1 . 6a . 6b ) or the side facing away from the fluid flow at a through the magetorheological elastomer element ( 3 ) substantially non-deformable support element ( 2 ) is supported. 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.Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that on the free sides of the magnetorheological elastomer element ( 3 ), which between the fluid flow side facing and the support member ( 2 ) facing side, in each case a sealing ring ( 8th ) is provided.
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