阀门装置和方法
【专利说明】阀门装置和方法
[0001]本发明涉及一种阀门装置、配备有这种阀门装置的阻尼器以及用于操作阀门装置或阻尼器的方法。
[0002]这样的阀门装置具有至少一个设置有至少一种磁流变介质的流道，其中，作为所述介质而优选采用磁流变流体(MRF) ο在此，可通过作用于流道的磁场来改变磁流变流体流经流道的流量。通过磁场的强度和分布，经过流道的流动阻力和进而流过阀门装置的流量受到相应影响。
[0003]磁流变流体，例如像磁流变液体(MRF)通常由分散在载液(如油或乙二醇)中的微小铁磁颗粒(例如羰基铁粉)的悬浮物构成。所述颗粒的直径一般在0.1至50微米之间并且所述颗粒在磁场影响下沿场力线形成链状结构。此过程能够以可实现的1毫秒的转换时间或甚至更短时间很快速且完全地逆转。
[0004]在现有技术中已经知道了各种各样的阀门装置和阻尼器，其中，通过作用于流道的磁场来影响流经阀门装置的流量。
[0005]例如由DE69821799T2公开了一种可控阀门和利用该阀门的振动阻尼装置。在此，通过永磁体的磁场或电线圈的磁场来影响将第一腔和第二腔相互连通的通道。为了改变磁场强度，例如可以改变永磁体距该通道的距离。
[0006]由DE10337516A1公开了一种用于控制磁流变液体的流动行为的阀门组，在这里，由永磁体所产生的磁场动态叠加线圈组的磁场。该结构允许节能操作，因为可通过永磁体来调节根据需要通过线圈组磁场被修正的基本场。
[0007]由W02011/009586A1公开了一种具有过渡区段的可调阀门。在这里，在阀门装置上可以调节流通通道的横截面遇到一定强度的场的比例。由此，在该系统中可以在流通通道的横截面上调节出磁场不均匀性。这样的实施方式带来显著优点，即流通通道可分为三个区段，即磁场小或无磁场的流通区段，磁场强度大的闭锁区段和位于两者间的过渡区段，在过渡区段中该场非常不均匀。这样的阀门允许配备有它的阻尼器有良好的响应特性。
[0008]用于影响磁流变阻尼器上的阻尼特征曲线的一种简单解决做法由W099/58873A公开了。在那里，采用了旁路孔或承受弹簧力的阀门。但此时不利的是无法在工作操作中改变特征曲线。
[0009]在W02011/076415A2中公开了一种用于磁流变液体的具有非常节能的结构的灵活可调的阀门。在此，通过磁脉冲将永磁体可变地磁化。在磁脉冲之后，通过顽磁长时间保持所出现的磁场。为了提供在流道宽度范围内不均匀的磁场，流道宽度的一部分可以被叠加另一线圈的动态磁场。这很令人满意地发挥作用，但缺点是，为了在流道宽度范围内产生不均匀的磁场，必须安装至少两个可单独控制的电线圈。这增加了结构成本并且也提高了安装成本和费用。为了获得更大的调节范围，在W02011/009586A1中也示出了带有三个线圈的结构，但由此一来成本更高，因为所示的构想需要在多个单独线圈内的不同的电流方向和电流强度，因而分别耗掉一部分自身功率。
[0010]由DE102009060550A1公开了一种用于两轮车的阻尼装置，在这里，第一和第二阻尼腔通过带有磁流变流体的流道相连。该流道对应配属有磁体机构用于使流道经受磁场。通过电线圈的既定磁脉冲，持久改变该磁体机构的硬磁性材料的磁化。通过附加的由电线圈局部叠加的磁场，可以在流道宽度范围内产生局部不均匀的磁场。因而，可以在工作操作中在流道横截面上动态影响磁场不均匀性。但是，动态叠加长期需要电流。各不同的变型实施方式表明可如何通过使用至少两个电线圈在流道宽度范围产生局部不均匀的磁场以获得有利的阻尼特征曲线。
[0011]这些实施方式的缺点是致动器结构复杂并且为产生横向于流动方向的不均匀磁场所需要的附加线圈占地。另外，多个线圈需要复杂许多的、大型且尤其昂贵的控制装置，至少用于产生电流的功率部件必须设计成由多个部分构成。
[0012]因此，鉴于所举出的现有技术，本发明的任务是提供一种阀门装置和一种配备有这种阀门装置的阻尼器以及一种操作阀门装置的方法，在这里，不太费事地也可以在连续操作中进行特征曲线的调整。
[0013]该任务将通过具有权利要求1的特征的阀门装置、具有权利要求19的特征的阻尼器以及具有权利要求20的特征的阀门装置操作方法来完成。优选的改进方案是从属权利要求的主题。从概述和实施例说明中得到本发明的其它优点和特征。
[0014]根据本发明的阀门装置包括至少一个带有磁流变介质且尤其是磁流变流体的且优选是被磁流变介质流过的流道。设有至少一个控制装置。磁路机构用于在流道内提供磁场。该磁路机构包括至少一个硬磁性磁体构件和至少一个可通过该控制装置来控制的电线圈。该磁路机构具有至少两个部段，它们的动态磁特性是不同的。由此一来，通过可由电线圈输出的磁脉冲尤其在流道内调节出期望的磁场不均匀性并且可以存储在硬磁性磁体构件内。不均匀性应该可以基本上相对于磁流变介质流动方向倾斜地在流道内产生。所述至少两个部段尤其以铁磁性部段或铁磁性构件形式构成。尤其是该不均匀性基本上可以横向于或垂直于磁流变介质的流动方向在流道内产生。
[0015]根据本发明的阀门装置有许多优点。本发明的特点是其结构简单并且尤其是能很简单实现的控制，这尤其对于用在价格敏感领域中是有利的。本发明的阀门装置的一个显著优点在于，可以通过一个或多个电线圈磁脉冲持久产生有针对性的不均匀的磁场。通过所述至少两个部段的不同的动态特性，磁脉冲的不同脉冲变化的长度、分布和强度不同地作用于硬磁性磁体构件的各自部分。在磁脉冲长到成为静态磁场情况下该动态特性不再起重要作用或甚至不起作用时，在短或极短磁脉冲时该动态磁特性的影响增大，结果当输出不同的脉冲形状时，在所述至少两个部段中也持久存在不同的磁性环境。
[0016]该阀门装置利用相对于流动方向倾斜的或横向的不均匀场分布用于获得有利的阻尼特征曲线。尤其是可以通过电脉冲来实现有针对性的且持久不均匀的磁化，由此一来，实现了相对于现有技术的能量需求减少和控制成本降低。可以获得致动器的简单结构和尤其被明显简化的控制。根据所述部段的结构，可以通过该线圈的精确限定的(很)短磁脉冲持久反复磁化对应于一个部段的硬磁性材料，而对应于另一个部段的硬磁性材料的磁化未改变。在此，两个部段尤其是同一磁路的部段并且优选只通过动态磁特性来区分。磁化或反复磁化的强度可以在最大可能范围内变换。
[0017]以下脉冲适合作为本发明意义上的短脉冲，其持续不到10秒，优选持续不到1秒，尤其优选持续不到100毫秒。具有不到10毫秒或优选不到1毫秒的持续时间的脉冲适用作很短的脉冲。
[0018]在根据本发明的阀门装置中，可通过该控制装置来控制的电线圈磁脉冲可以有目的地在流道内调节出在磁路机构磁场的磁场分布中的不均匀性。
[0019]该流道优选横向于磁流变介质流动方向地具有包括流道宽度的流动横截面。这些部段尤其优选地在流道宽度方向上错开布置。这些部段能够并排或上下重叠设置。由此，在流道宽度方向上可产生所期望的不均匀磁场。
[0020]在一个优选实施方式中，阀门装置优选包括至少一个带有磁流变介质的流道，其中该流道横向于磁流变介质流动方向地具有包括至少一个流道宽度的流动横截面。该阀门装置配属有控制装置并且该阀门装置包括磁路机构。该磁路机构具有至少一个硬磁性磁体构件和至少一个可通过该控制装置来控制的电线圈。该电线圈设立用于通过至少一个磁脉冲持久改变该硬磁性磁体构件的磁化以便调节在流道内作用的磁场。该磁路机构沿流道宽度具有至少两个部段，它们的动态磁特性是不同的。由此，通过由控制装置控制的电线圈磁脉冲可以沿流道宽度调节流道内的磁场分布不均匀性并且存储在磁路机构尤其是硬磁性磁体构件中。
[0021]在横向于磁流变介质流动方向的流动横截面范围内，局部作用的磁场强度可以沿流道宽度被有目的地调节为不均匀，从而使最大磁场强度与最小作用的磁场强度之比大于2，尤其大于5、大于10、大于100或大于1000。这尤其通过有目的被控制的电线圈磁脉冲来实现。
[0022]该磁场可以横向于流动方向地在流道宽度上具有大梯度过渡区段。但该磁场也能在多个区段内或在整个流道横截面范围是一样的。就是说，在合适的磁脉冲情况下，也可以产生不太均匀的或甚至均匀的场。通过磁脉冲的形状、持续时间和强度，可以持久影响在流道内作用的磁场的高度及其形状。
[0023]由此一来，可以有目的地在流道宽度和/或流道的流动横截面范围内调节出磁场不均匀性。借助电线圈，可以通过不同的磁脉冲随时间分布在流道宽度上产生不同的磁场分布，从而与磁脉冲随时间变化曲线相关地得到在流道宽度范围内的相应场强分布。
[0024]只通过唯一的电线圈的唯一磁脉冲，可以在流道内产生目的明确地不均匀的磁场并且存储在硬磁性构件内。可以在流动横截面范围产生不同的磁场区段。例如可能的是，在流道内提供一个流通区段，其实际上不具有磁场，并且产生一个闭锁区段，在闭锁区段内产生具有一定强度的均匀磁场，并且在流通区段和闭锁区段之间提供一个过渡区段，在过渡区段内有极其不均匀的磁场并且在该过渡区段内在那里作用的磁场强度很强烈地变化。
[0025]这些部段优选至少部分由具有不同的电特性或磁特性的材料构成。尤其是这些部段由至少一种铁磁性材料构成。
[0026]在所有实施方式中，一个部段的动态磁特性优选与该部段的形状相关。在一个优选的改进方案中，该磁路机构的至少一部分是由铁磁性材料构成的实心体或实心构成的铁磁体。实心部分尤其可以是均匀构成的。
[0027]该磁路机构的至少一个部段优选由至少一种层状材料且尤其是铁磁性层状材料且尤其层压品构成。为此，优选采用例如被用在制造变压器或电动机时的具有规定的电特性和磁特性的金属片。
[0028]由此，该磁路机构的部段具有各向异性特性。就是说，在该部段中存在与方向相关的特性。例如可以在若干磁性层之间设置不导电的或导电性差的薄膜层，从而该磁路机构的部段垂直于该层状材料的层地只具有低的或甚至不具有导电能力。通过这种措施，可以在此部段内减少由变化磁场引发的涡电流。因而，可以利用由层状材料(如层叠)构成的铁磁性部段获得不同于可用具有均匀实心体的铁磁性部段所获得的动态磁特性，即使这两个部段由相同材料或有着相似的电磁特性的材料构成。
[0029]在导电的实心体内，在有例如由磁脉冲作用而引起的变化磁场的情况下出现了涡电流，涡电流又产生动态磁场，其一般抵制作用的磁脉冲。由此一来，只有当所用的材料在实心构件和由层状材料构成的构件中是相同时，实心铁磁性磁体构件与由层状材料构成的相应构件相比更多地抵制动态作用的磁场。
[0030]所述至少两个单独部段可以设置在单独构件上。这些部段可以由不同的可磁化材料构成。也可能的是采用相同的可磁化材料，在此，所述部段的不同的动态磁特性例如由不同的材料、不同的造型、不同的加工或再处理来引起。造型尤其是指有针对性地采用层叠的层状材料或实心材料。至少两个部段优选以铁磁性部段形式构成。这些部段能作为单独的铁磁性构件构成。
[0031]动态磁特性是指磁特性的时间关联性，尤其