Was ist ein magnetorheologischer Dämpfer?
Ein magnetorheologischer Dämpfer ist ein stoßabsorbierendes Gerät, das ein Magnetfeld auf eine Mischung aus flüssigen Öl- und Eisenpartikeln ausübt. Die Eisenpartikel werden vom Magnetfeld angezogen und richten sich entlang der Magnetfeldlinien aus, die durch die Flüssigkeit verlaufen. Dadurch entsteht eine dicke Flüssigkeit, die Bewegungen widersteht und bei einer Vielzahl von Anwendungen Vibrationen und Stöße reduziert. Diese Flüssigkeiten werden manchmal als intelligente Flüssigkeiten bezeichnet, da sie ihre Eigenschaften ändern, wenn das Magnetfeld hinzugefügt oder verändert wird.
Rheologie ist die Untersuchung der Auswirkungen von Flüssigkeiten und Feststoffen, wenn sie Bewegungen oder Drücken ausgesetzt sind. In Flüssigkeiten sind die Hauptmerkmale, die für die Vibrationskontrolle nützlich sein können, die Viskosität und die Scherbeanspruchung. Die Viskosität bezieht sich auf die Dicke einer Flüssigkeit und darauf, wie sie Bewegungen oder Strömungen widerstehen kann. Die Scherbeanspruchung ist ein Maß dafür, wie eine Flüssigkeit nicht auseinandergezogen oder plötzlich bewegt werden kann und wie sich in der Flüssigkeit befindliche Materialien bewegen können, wenn sie schnell in eine beliebige Richtung gezogen werden.
Ein Dämpfer ist eine Bezeichnung für eine Vorrichtung zur Reduzierung von Vibrationen, die einem Stoßdämpfer ähnelt, der bei Fahrzeugen zur Reduzierung der Aufhängungsbewegung aufgrund unebener Straßenoberflächen verwendet wird. Viele Dämpfer und Stoßdämpfer verwenden Öle unterschiedlicher Dicke, um die Bewegung zu verringern und die Ausrüstung zu schützen. Wenn Ölen kleine Eisenpartikel zugesetzt werden, können Magnetfelder die Eisenpartikel beeinflussen und die Eigenschaften der Flüssigkeit verändern.
Wenn Sie das Eisen-Öl-Gemisch in einen Standard-Stoßdämpfer geben und mit elektrischem Strom ein Magnetfeld erzeugen, entsteht ein magnetorheologischer Dämpfer. Wenn das Magnetfeld erhöht wird, widerstehen die Eisenpartikel zunehmend Bewegungen und erzeugen ein höheres Maß an Schwingungsdämpfung. Wenn eine elektrische Steuerung zusammen mit einer Software zur Steuerung des Magnetfelds hinzugefügt wird, kann ein variabler magnetorheologischer Dämpfer verwendet werden, um Vibrationen schnell zu reduzieren und Strukturen oder Fahrzeuge zu schützen.
Eisenpartikel in Dämpfern werden häufig mit einem Polymer beschichtet, um ein Zusammenkleben zu verhindern. Wenn Sie die Partikel sehr klein halten, bleiben sie im Öl suspendiert und können sich nicht am Boden des Dämpfers absetzen. Wenn das Magnetfeld erzeugt wird, ähnelt das Gemisch eher einem Feststoff als einer Flüssigkeit und ist sehr widerstandsfähig gegen Strömung oder Bewegung. Wenn das Öl mit einem Kolben in einen Zylinder gedrückt wird, kann die hohe Viskosität die Bewegung des Öls durch kleine Löcher im Kolben verringern.
Die Scherbeanspruchung kann ausgenutzt werden, indem der Kolben gegen eine Reihe von im Öl eingetauchten Platten ausgetauscht wird. Die Platten bewegen sich in der Flüssigkeit hin und her, und wenn das Magnetfeld aktiviert wird, verdickt sich das Eisen-Öl-Gemisch schnell und wird sehr scherfest. Wenn die Platten mit einer festen Welle verbunden sind, die vom Dämpfer ausgeht, kann die Welle an einem Fahrzeug- oder Gebäudefundament angebracht werden und ein Dämpfungssystem bereitstellen.
Der Erdbebenschutz wurde im späten 20. Jahrhundert zu einem Bereich verstärkter Forschung, als die menschliche Entwicklung in Bereichen zunahm, in denen das Potenzial für Gebäudeschäden hoch war. Eine Technik bestand darin, das Gebäude mit Gummi oder anderen stoßdämpfenden Materialien vom Boden zu trennen, was eine gewisse Bewegung des Gebäudes während eines Erdbebens ermöglichte. Ohne irgendeine Form der Dämpfung kann die Bewegung des Gebäudes jedoch extrem sein und es können Schäden oder ein vollständiger Ausfall auftreten. Das Hinzufügen eines magnetorheologischen Dämpfungssystems am Fuß des Gebäudes ermöglichte es den Architekten, die Gebäudebewegung mit einem steuerbaren System zu reduzieren.
Fahrzeuge waren im 20. Jahrhundert ein weiteres Interessensgebiet für magnetische Dämpfungssysteme. Das Interesse am Komfort der Fahrgäste und ein höheres Maß an Sicherheitssystemen führten dazu, dass Stoßdämpfer mit magnetorheologischer Dämpfertechnologie variabel gefedert wurden. Der Fahrer konnte mithilfe eines Schalters einen Fahrkomfort wählen, der einem Steuergerät mitteilte, wie viel Magnetfeld erzeugt werden soll, wenn Vibrationen erfasst werden. Darüber hinaus könnten Sicherheitssysteme ein Schleudern oder eine mögliche Überschlagsituation erkennen und das Federungsverhalten ändern, um dem entgegenzuwirken.
Militärwaffen waren ein weiterer Bereich, in dem magnetorheologische Dämpfer von Nutzen sein könnten. Bei Anbringung an einer großen Kanone konnte der Dämpfer das Abfeuern eines Projektils erfassen und aktivieren, um den Rückstoß zu verringern. Dies verringert nicht nur den Verschleiß der Waffe, sondern in mobilen Panzern oder Kanonen könnte die Stoßreduzierung die Ermüdung der Soldaten, die die Waffen abfeuern, verringern.