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Ferrofluid- bzw. MRF-Aktuator, insbesondere zur freien Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen - Dokument DE102005054606A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005054606A1 31.05.2007
Titel Ferrofluid- bzw. MRF-Aktuator, insbesondere zur freien Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen
Anmelder Ufermann, Rüdiger, 47443 Moers, DE
Erfinder Ufermann, Rüdiger, 47443 Moers, DE
DE-Anmeldedatum 16.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005054606
Offenlegungstag 31.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.05.2007
IPC-Hauptklasse F16K 31/02(2006.01)A, F, I, 20051116, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01L 9/04(2006.01)A, L, I, 20051116, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Abbildung zeigt eine freie Ventilsteuerung mit einem Ferrofluid- bzw. einem MRF-Aktuator. Der obere Faltenbalg (2) und der untere Faltenbalg (8) stehen über den Balgzylinder (7) in Strömungsverbindung. Das Faltenbalgmaterial besteht in einer ersten Ausführungsform aus magnetfelddurchlässigen Werkstoffen wie z. B. Edelstahl. Für weniger kraftintensive Anwendungen als Stell- oder Schaltelement können auch Kunststoff zum Einsatz kommen. Die flüssigkeitsdichten Faltenbalge (2, 8) und der Balgzylinder (7) sind mit einem Ferrofluid oder einem Magneto-Rheologischen-Fluid (MRF) gefüllt. Zum thermischen Druckausgleich kann auch eine nur teilweise Füllung erfolgen. Vorteilhafterweise ist die Ringspule (11) axialkonzentrisch und mittig zu den Balgen platziert, so dass deren Magnetfeldlinien (4) effizient genutzt werden können. Wirken nun auf das Ferrofluid oder die MFR die Magnetfeldlinien (4) der Ringspule (11) ein, so werden je nach Magnetfeldrichtung und Intensität die magnetisch aktiven Teile in Richtung des Ventils (10) oder entgegengesetzt wirken und einen entsprechenden steuerbaren positiven oder negativen Hub der Faltenbalge (2, 8) bzw. der Ventile bewirken.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur freien Ventilsteuerung von Brennkraftmaschinen nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Freie Ventilsteuerungen für Brennkraftmaschinen befinden sich z. Zt. noch im Entwicklungsstadium und in Laborversuchen der einschlägigen Industrie.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung nach der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art vorzuschlagen, mit der die vorgegebenen Aktionen vorteilhafterweise erfüllt werden können und wobei Weiterbildungen der Erfindung durch die von diesem Anspruch abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet sind.

Die Anordnung unterscheidet sich von den Eingangs genannten Entwicklungen im Stand der Technik vorrangig insbesondere dadurch, dass mit stark vereinfachter Mechanik gleichzeitig wesentlich weniger elektrische Energie benötigt wird, so dass die Bereitstellung von Hilfsenergie in einem noch sinnvollen Verhältnis zur Gesamtenergiebilanz steht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das hermetisch dicht in einen magnetfelddurchlässigen Faltenbalg eingebrachte Ferrofluid oder Magneto-Rheologische-Fluid (MRF) durch eine axialkonzentrisch und mittig dazu platzierte Ringspule aus magnetfelddurchlässigen Werkstoffen das Ventil mehr oder weniger weit in Form des vorgegebenen Ventilhubes öffnet oder schließt bzw. auch als allgemeines Stellelement fungieren kann.

In folgendem wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben.

Dabei zeigt:

1 eine vereinfachte Schnittzeichnung der Ventilsteuerung (1) in Vorderansicht. Der obere Faltenbalg (2) und der untere Faltenbalg (8) stehen über den Balgzylinder (7) in Strömungsverbindung. Das Faltenbalgmaterial besteht in einer ersten Ausführungsform aus magnetfelddurchlässigen Werkstoffen wie z. B. Edelstahl. Für weniger kraftintensive Anwendungen als Stell- oder Schaltelement können auch Kunststoffe zum Einsatz kommen. Die Faltenbalge (2, 8) und der Balgzylinder (7) sind mit einem Ferrofluid oder Magneto-Rheologischem-Fluid (MRF) ganz oder zum thermischen Druckausgleich auch nur teilweise, drucklos oder unter positivem Druck stehend, gefüllt. Um eine entsprechende Dämpfung zu erreichen kann auch eine teilweise Füllung mit Gas bzw. einem Gasgemisch erfolgen. Vorteilhafterweise ist die Ringspule (11) axialkonzentrisch und mittig zu den Bälgen platziert, so dass deren Magnetfeldlinien (4) effizient genutzt werden können. Es können auch mehrere Ringspulen mechanisch unmittelbar hintereinander oder auch zueinander beabstandet, montiert werden. Die Ringspule (11) ist mit dem Motorgehäuse (12) form- oder kraftschlüssig verbunden, um die auf den Faltenbalg einwirkenden Kräfte aufzunehmen. Wirken nun auf das Ferrofluid oder die MRF die Magnetfeldlinien (4) der Ringspule (11) ein, so werden je nach Magnetfeldrichtung und Intensität die magnetisch aktiven Teilchen der MRF in Richtung des Ventils (10) oder entgegengesetzt wirken und einen entsprechenden steuerbaren positiven oder negativen Hub der Faltenbalge (2, 8) bzw. der Ventile bewirken. Das Ventil (10) kann kraft- oder formschlüssig mit dem Druckelement (9) verbunden sein. Dabei kann unter Vorspannung der Faltenbalge der Ventilteller dichtend gegen den Ventilsitz gezogen werden, wobei die Ventilfeder entfallen kann. Die Druckfläche des Ventilschaftes kann aber auch in bekannter Form verlierbar im Druckelement (9) betrieben werden, wobei dann die Ventilfeder für den notwendigen Arbeitskontakt sorgt.

1
Ventilsteuerung
2
oberer Faltenbalg
3
Ferrofluid oder Magneto-Rheologisches-Fluid (MRF)
4
Magnetfeldlinien
5
Motorgehäuse
6
Steuerspannung
7
Balgzylinder
8
unterer Faltenbalg
9
Druckelement
10
Ventil
11
Ringspule
12
Motorgehäuse


Anspruch[de]
Freie Ventilsteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Faltenbalg (2) und der untere Faltenbalg (8) und mittig dazu platzierte Balgzylinder (7) jeweils aus magnetfelddurchlässigen Werkstoffen, insbesondere Edelstahl, bestehen, hermetisch dicht sind und untereinander in Strömungsverbindung stehen und unter Normaldruck oder positivem Druck stehend, ganz oder teilweise mit einem Ferrofluid oder einem Magneto-Rheologischem-Fluid (MRF) oder auch mit Mischungen davon gefüllt sein können, wobei das verbleibende Restvolumen ein Gas bzw. Gasgemisch oder auch ein Vakuum sein kann und die kraft- oder formschlüssig um den Balgzylinder (7) platzierte Ringspule (11) oder auch mehr als einer Ringspule (11 ... n) in Reihe oder auch zueinander beabstandet kraft- oder formschlüssig mit dem Motorgehäuse (12) verbunden ist bzw. sein können, wobei das unverlierbar mit dem unteren Faltenbalg (8) in Verbindung stehende Druckelement (9) auch kraft- oder formschlüssig mit dem Schaftende des Ventils (10) verbunden sein kann oder auch nicht. Freie Ventilsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Faltenbalg (2) bzw. der untere Faltenbalg (8) entfällt und durch eine Verlängerung des Balgzylinders (7) über das jeweilige Ende der Ringspule (11) hinaus ersetzt wird oder auch nicht. Freie Ventilsteuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsteuerung (1) als einseitig oder zweiseitig wirksames Stellelement bzw. als Schaltelement eingesetzt wird, wobei das Druckelement (9) beidseitig der Balge angebracht wird bzw. auch entfallen kann.






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