DE10161972A1 - Energieabsorptionsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Energieabsorptionsvorrichtung, insbesondere zur Aufnahme und Ableitung von Kräften in Brückenbauwerken, umfasst ein Gehäuse 1 mit wenigstens einer mit magnetorheologischer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Hydraulikflüssigkeitskammer 5, 6. Die Hydraulikflüssigkeitskammer 5, 6 weist einen gelagerten beweglichen Hydraulikkolben 3 auf, wobei auf den Hydraulikkolben 3 wirkende Kräfte auf die Hydraulikflüssigkeit übertragbar sind. Im Bereich des Hydraulikkolbens 3 ist ein Durchlass zum Duchfluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen den Stirnseiten des Hydraulikkolbens 3 vorgesehen. Eine im Bereich des Durchlasses 9 angeordnete, eine oder mehrere Magnetspulen 10 umfassende Magnetfelderzeugungsvorrichtung ist derart angeordnet, dass die Querschnittflächen der Magnetspule(n) im Wesentlichen dem Durchlass gegenüberliegen.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Energieabsorptionsvorrichtung wird insbesondere im Brückenbau zur Aufnahme und Ableitung von Kräften eingesetzt.
- Bei der Konstruktion von Brücken in Erdbebengebieten werden im allgemeinen zwischen der Brücke und dem Brückenpfeiler bzw. dem Widerlager Energieabsorptionsvorrichtungen verwendet, die entweder als blockierendes System arbeiten, d. h. es wird auf diese lediglich Kraft überragen, oder als dämpfendes System funktionieren, d. h. Kraftstöße werden zusätzlich gedämpft. Das Prinzip, nach dem solche Energieabsorptionsvorrichtungen funktionieren, beruht auf der Umwandlung von kinetischer Stossenergie in Wärmeenergie, wobei die Stossenergie über einen in einem Hydraulikflüssigkeitsbad gelagerten Hydraulikkolben auf das Hydraulikflüssigkeitsbad übertragen wird. Hierdurch wird die Erwärmung der Hydraulikflüssigkeit und die Absorption bzw. Dämpfung von Stößen bewirkt.
- Die Dämpfungswirkung von solchen Energieabsorptionsvorrichtungen hängt wesentlich von den Fließeigenschaften der verwendeten Hydraulikflüssigkeit ab. Dies liegt daran, dass beim Auftreten von Stößen die Hydraulikflüssigkeit im Bereich des Hydraulikkolbens durch einen Durchlass strömt und hierdurch eine Verschiebung des Hydraulikkolbens und damit eine Dämpfung bewirkt wird. Folglich hängt die Stärke der Dämpfung wesentlich von der Fließgeschwindigkeit in diesem Durchlassbereich und damit von den Fließeigenschaften der Hydraulikflüssigkeit ab.
- Um die Dämpfungswirkung von solchen Energieabsorptionsvorrichtungen zu verändern, wurde vorgeschlagen, als Hydraulikflüssigkeit eine sogenannte magnetorheologische Flüssigkeit zu verwenden, deren Fließeigenschaften durch ein Magnetfeld beeinflusst werden können. Hierfür werden in der Energieabsorptionsvorrichtung Spulen vorgesehen, wobei die Wicklungen dieser Spulen um den Umfang des Kolbens herumlaufen und die Querschnittsflächen der Spulendrähte somit parallel zur axialen Erstreckungsrichtung des Kolbens sind. Das Magnetfeld dieser Spulen kann verändert werden, so dass durch Steuerung des Magnetfelds im Durchlassbereich die Fließeigenschaften der Flüssigkeit verändert werden können. Hierdurch wird eine variable Einstellung der Dämpfungswirkung der Kraftabsorptionsvorrichtung ermöglicht. Es erweist sich bei einer solchen Vorrichtung als nachteilig, dass die Spulen nicht getrennt von dem Kolben gefertigt werden können, da die Spulenwicklungen in der Umfangsfläche des Kolbens eingelassen sind und somit um den Kolben gewickelt werden müssen. Wenn lediglich eine Spule verwendet wird, entsteht als zusätzlicher Nachteil, dass beim Ausfall dieser Spule die Steuerungsmöglichkeit der Dämpfungswirkung komplett ausfällt. Ein weiterer Nachteil tritt auf, wenn die Spulen in Elektrobleche eingesetzt sind. In diesem Fall verlaufen die von den Spulen erzeugten Feldlinien senkrecht zu den Schichtungsebenen der Elektrobleche. Für eine optimale Wirkung des Magnetfeldes ist es jedoch besser, wenn die Magnetfeldlinien parallel zu den Schichtungsebenen verlaufen.
- Aufgabe der Erfindung ist es, die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen und eine Energieabsorptionsvorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass die Dämpfungswirkung der Energieabsorptionsvorrichtung genauer gesteuert werden kann und die Herstellungskosten der Vorrichtung verringert werden.
- Diese Aufgabe wird durch die Energieabsorptionsvorrichtung gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen dieser Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 1-19 definiert.
- Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung, die insbesondere zur Aufnahme und Ableitung von Kräften in Brückenbauwerken dient, umfasst ein Gehäuse mit wenigstens einer mit magnetorheologischer Hydraulikflüssigkeit gefüllter Hydraulikflüssigkeitskammer sowie einen in der Hydraulikflüssigkeitskammer gelagerten beweglichen Hydraulikkolben, wobei die auf den Hydraulikkolben wirkenden Kräften auf die Hydraulikflüssigkeit übertragbar sind. Im Bereich des Hydraulikkolbens ist ferner ein Durchlass zum Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen den Stirnseiten des Hydraulikkolbens vorgesehen und im Bereich des Durchlasses ist eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet, die eine oder mehrere Magnetspulen umfasst. Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetfelderzeugungseinrichtung derart angeordnet ist, dass die Querschnittflächen der Magnetspulen im wesentlichen dem Durchlass gegenüberliegen.
- Hierdurch wird erreicht, dass der Durchlass gleichermaßen innerhalb und außerhalb der Spulenkörper von geschlossenen Magnetfeldlinien durchsetzt wird. Hierdurch können die Fließeigenschaften der Hydraulikflüssigkeit im Durchlassbereich durch die Veränderung des Magnetfeldes gleichmäßiger gesteuert werden. Es wird dadurch eine genaue Steuerung der Dämpfungswirkung ermöglicht.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Magnetspulen der Magnetfelderzeugungsvorrichtung derart angeordnet, dass ihre Querschnittflächen im wesentlichen tangential zur äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens verlaufen. Unter dem tangentialen Verlauf der Querschnittfläche ist hierbei ein Verlauf senkrecht zu der radialen Ausdehnungsrichtung des Hydraulikkolbens zu verstehen, wobei die Querschnittflächen die Umfangsfläche des Hydraulikkolbens nicht notwendigerweise tangieren müssen. Als Konsequenz werden die Durchlässe im wesentlichen durch die von den Spulenkörpern eingeschlossene Magnetfeldlinien senkrecht zur Durchflussrichtung der Hydraulikflüssigkeit durchsetzt. Durch die Anordnung von insbesondere mehreren um den äußeren Umfang des Hydraulikkolbens verteilten Spulen werden die Fertigungsmöglichkeiten verbessert, da die Spulenkörper unabhängig von dem Hydraulikkolben separat hergestellt werden können und anschließend in den Kolben eingesetzt werden können. Die Spulen müssen nämlich nicht direkt auf den Kolben gewickelt werden, so dass der Transport der Kolben zu den Fertigungsbetrieben, die die Spulen herstellen, entfällt.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Magnetspulen in die äußere Umfangsfläche des Hydraulikkolbens eingelassen, wobei insbesondere eine Ausnehmung mit Hinterschnitt zum Einsetzen der Spulen bereitgestellt sein kann und die Spulen zum festen Halt in diesen Ausnehmungen in ein Harz eingegossen sein können.
- In einer weiteren Ausführungsform können die Spulen in einem von dem Hydraulikkolben separaten Eisenkern, insbesondere aus weichmagnetischem Material, eingesetzt sein, wobei dieser Eisenkern wiederum in dem Hydraulikkolben eingesetzt ist und vorzugsweise mit diesem verschraubt ist.
- Die Magnetspulen der Magnetfelderzeugungseinrichtung können unterschiedliche Formen und Größen aufweisen. Sie können insbesondere gleich groß sein, jedoch ist auch die Verwendung von Spulen mit unterschiedlicher Größe möglich. Darüber hinaus ist auch eine versetzte Anordnung der Spulen auf der Umfangsfläche des Hydraulikkolbens denkbar. Die Spulen selbst können einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sie können aber auch rechteckförmig ausgestaltet sein. Darüber hinaus ist auch eine Spulenform möglich, bei der die Spulenwicklungen mäanderförmig entlang der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens verlaufen.
- Der Durchlass zum Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit ist vorzugsweise durch einen oder mehrere zwischen dem Gehäuse der Energieabsorptionsvorrichtung und der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens verlaufende Spalte gebildet.
- Um eine sichere axiale Bewegung des Hydraulikkolbens in der Hydraulikkammer zu gewährleisten, wird der Hydraulikkolben vorzugsweise von einer Kolbenstange geführt. In dem Hydraulikkolben und in dieser Kolbenstange können Kabelkanäle vorgesehen sein, in denen die elektrischen Leitungen angeordnet sind, welche die Magnetfelderzeugungsvorrichtung mit einer elektrischen Stromquelle verbinden.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ferner eine Steuerungseinheit zum Steuern des Magnetfelds der Magnetfelderzeugungsvorrichtung vorgesehen. Darüber hinaus können ein oder mehrere Drucksensoren zur Messung der in der Hydraulikflüssigkeitskammer auftretenden Druckkräfte und/oder ein Wegmesser zur Bestimmung der Lage des Hydraulikkolbens in der Hydraulikflüssigkeitskammer vorgesehen sein. Die Steuerungseinrichtung der Magnetfelderzeugungsvorrichtung kann dabei derart ausgestaltet sein, dass sie das Magnetfeld in Abhängigkeit von den von den Drucksensoren und/oder dem Wegmesser ermittelten Werten steuert. Hierdurch kann die Dämpfungswirkung an unterschiedliche bauwerksbedingte Gegebenheiten angepasst werden.
- Zum Ausgleich von thermischen Volumenschwankungen der Hydraulikflüssigkeit, die bei auf die Energieabsorptionsvorrichtung wirkenden Stößen sowie aufgrund schwankender Umgebungstemperaturen auftreten können, ist vorzugsweise ein mit der Hydraulikflüssigkeitskammer verbundener Gasausgleichsraum vorgesehen. Dieser Ausgleichsraum kann durch einen in Hydraulikflüssigkeit gelagerten, mit Gas gefüllten elastischen Schlauch gebildet sein.
- In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Magnetspulen in einem separaten Elektroblech eingesetzt.
- In einer anderen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung umfasst der Durchlass einen oder mehrere Doppelspalte, so dass Hydraulikflüssigkeit bei der Bewegung des Kolbens an mehreren Stellen im Bereich des Hydraulikkolbens hindurchfließen kann.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren deutlich, bei denen:
- Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung zeigt;
- Fig. 2 eine ungeschnittene perspektivische Detailansicht des Hydraulikkolbens aus Fig. 1 zeigt;
- Fig. 2a ein Schnitt entlang der Linie A-A des in Fig. 2 gezeigten Hydraulikkolbens ist;
- Fig. 2b eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 2a mit X bezeichneten Teilausschnitts ist;
- Fig. 2c den Detailausschnitt X einer anderen Ausführungsform des Hydraulikkolbens zeigt;
- Fig. 3 eine vergrößerte Detailansicht des Hydraulikkolbens aus Fig. 1 ist;
- Fig. 4a-4e die äußere Umfangsfläche des Hydraulikkolbens für verschiedene Ausführungsformen der Erfindung zeigen;
- Fig. 5 eine geschnittene Detailansicht einer weiteren Ausführungsform des Hydraulikkolbens zeigt, wobei lediglich ein Ausschnitt des Umfangsbereichs des Kolbens dargestellt ist;
- Fig. 6 einen Schnitt durch einen Hydraulikkolben gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
- Fig. 6a eine Detailansicht der Fig. 6 ist, die den Umfangsbereich des Hydraulikkolbens im eingebauten Zustand zeigt.
- Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfers, der insbesondere im Brückenbau zwischen Brücke und Widerlager bzw. Pfeiler eingesetzt wird und vorzugsweise in Erdbebenregionen zur Dämpfung von Erdbebenstößen verwendet wird. Dieser Erdbebendämpfer umfasst ein zylindrisches Gehäuse 1, in dem eine Kolbenstange 2 geführt ist. Die Kolbenstange ist wiederum mit einem Hydraulikkolben 3 verbunden, der in axialer Richtung im Zylindergehäuse 1 verschiebbar ist. Der Hydraulikkolben 3 befindet sich in einem Hydraulikflüssigkeitsbad, das aus zwei Hydraulikkammern 5 und 6 gebildet ist. Die Kolbenstange 2 bewirkt die Führung des Hydraulikkolbens im Gehäuse, und die Stange ist gegenüber dem Gehäuse durch Abdichtungen 4 abgedichtet. Zwischen dem äußeren Umfang des Hydraulikkolbens und der Innenseite des zylinderförmigen Gehäuses ist ein Ringspalt 9 ausgebildet, durch den Hydraulikflüssigkeit strömen kann. Wirken Stöße auf den Erdbebendämpfer, wird ein Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit durch den Ringspalt 9 und eine axiale Verschiebung des Kolbens bewirkt. Hierdurch wird die Stoßdämpfung erreicht. Bei der in den Hydraulikflüssigkeitskammern 5 und 6 vorgesehenen Flüssigkeit handelt es sich um eine sogenannte magnetorheologische Flüssigkeit, deren Fließeigenschaften über ein Magnetfeld beeinflusst werden können. An der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens sind Magnetspulen 10 vorgesehen, die über Kabel 11, welche in dem Hydraulikkolben 3 und der Kolbenstange 2 in Kabelführungen 12 geführt sind, mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung des Magnetfelds verbunden sind. Durch die Veränderung des Magnetfelds der Spulen 10 kann nunmehr die Fließeigenschaft der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert werden. Als Konsequenz wird die Dämpfungswirkung des Dämpfers beeinflusst, da unterschiedliche Fließeigenschaften zu unterschiedlichen Durchflussgeschwindigkeiten im Ringspalt 9 führen. Die Querschnittflächen der Magnetspulen sind dabei im wesentlichen tangential zu der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens angeordnet, was zu einer Erzeugung eines Magnetfelds mit geschlossenen Feldlinien im Bereich des Ringspaltes führt, wie weiter unten noch genauer erläutert wird.
- Der Erdbebendämpfer gemäß Fig. 1 weist ferner eine Gasausgleichskammer 7 auf, die aus einem ringförmigen hohlen Gummischlauch gebildet ist, der mit Inertgas gefüllt ist. Der Gummischlauch ist in einem im entsprechenden Hohlraum im Gehäuse des Dämpfers angeordnet, wobei dieser Hohlraum mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist und über ein Ventil 8 mit der Hydraulikflüssigkeitskammer 6 verbunden ist. Dieser Gasausgleichsraum dient zum Ausgleich von thermischen Volumenschwankungen der Hydraulikflüssigkeit, die bei Temperaturschwankungen der Umgebungsluft sowie bei der Aufnahme und Ableitung von Kraftstößen auftreten. Ferner weist der Dämpfer einen Wegmesser 13 zur Bestimmung der Position des Hydraulikkolbens im Zylindergehäuse sowie zwei Drucksensoren 14 und 15 auf, die den Druck in den Hydraulikflüssigkeitskammern 5 und 6 messen. Über die Drucksensoren können die am Zylinder wirksamen Druckkräfte über die Beziehung F = p.A (wobei F die wirkende Kraft, p der Druck und A die Fläche ist) gemessen werden. Die Drucksensoren und der Wegmesser sind wiederum mit der Steuerungseinheit verbunden, so dass eine Steuerung des Magnetfeldes und folglich der Dämpfungswirkung des Dämpfers in Abhängigkeit von den in der Hydraulikflüssigkeitskammer wirkenden Kräften und der Position des Kolbens im Gehäuse möglich ist.
- Fig. 2 zeigt die ungeschnittene Ansicht des Hydraulikkolbens aus Fig. 1. Aus dieser Figur wird ersichtlich, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung mehrere kreisförmige Spulen aufweist, die entlang der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens angeordnet sind. Die Querschnittflächen der Spulen verlaufen dabei im wesentlichen tangential zur äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens. Durch die Verwendung von mehreren Spulen tritt lediglich eine geringe Veränderung des gesamten Magnetfeldes beim Ausfall einer Spule auf, so dass selbst bei der Fehlfunktion von einer Spule eine ausreichend genaue Steuerung des Magnetfelds zur Beeinflussung der Dämpfungswirkung gewährleistet ist. Ferner werden durch die Verwendung von mehreren tangential auf der Oberfläche angeordneten Spulen die Fertigungsmöglichkeiten verbessert, da die Spulen getrennt vom Dämpfer in Spezialbetrieben hergestellt werden können und anschließend im mechanischen Fertigungsbetrieb bei der Herstellung des Dämpfers eingesetzt werden können.
- In Fig. 2a ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A des Kolbens aus Fig. 2 gezeigt. Es wird hieraus ersichtlich, dass insgesamt sechs Spulen um den Umfang des Kolbens angeordnet sind, wobei die Querschnittflächen der Spulen tangential zur äußeren Umfangsfläche des Kolbens, d. h. senkrecht zur radialen Ausdehnungsrichtung des Kolbens, verlaufen.
- In Fig. 2b ist ein Detailausschnitt X der Fig. 2a gezeigt. Aus dieser Figur geht hervor, dass die Spulen 10 in Ausnehmungen mit Hinterschnitt in dem Hydraulikkolben 3 eingelassen sind. Ferner sind die Spulen in Harz eingegossen.
- Aus Fig. 2c ist der gleiche Detailausschnitt X der Fig. 2a gezeigt, jedoch handelt es sich hier um eine andere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind die Spulen nicht direkt in dem Hydraulikkolben eingelassen, sondern sie befinden sich in einem separaten Eisenkern 20, der wiederum in eine Aussparung im Hydraulikkolben eingesetzt ist und mit dem Kolben mittels einer Schraube 21 befestigt ist. Hierdurch wird eine leichtere Auswechselmöglichkeit für die Spulen gewährleistet, da die Spulen einfach durch Austausch des Eisenkerns 20 bei Defekt ersetzt werden können.
- Aus Fig. 3 ist der in Fig. 1 dargestellte Kolben vergrößert in einer Detailansicht gezeigt. In dieser Figur wird durch Pfeile die Bewegungsrichtung des Kolbens angezeigt, und es ist ferner mit dem Bezugszeichen 30 der Verlauf der von den Spulen 10 erzeugten Magnetfeldlinien angedeutet. Die Magnetfeldlinien, die den Bereich des Durchlasses 9 durchlaufen, sind dabei im wesentlichen senkrecht zum Durchlass und liegen in der von den Spulenkörpern eingeschlossenen Fläche. Hierdurch wird ein magnetischer Fluss mit geschlossenen Feldlinien im Durchlassbereich gewährleistet und eine genaue Steuerung der Fließeigenschaft der magnetorheologischen Flüssigkeit ermöglicht.
- Aus den Fig. 4a bis 4e sind unterschiedliche mögliche Anordnungen der Spulen 10 auf den Umfangsflächen des Hydraulikkolbens gezeigt. Fig. 4a zeigt dabei die bereits vorstehend beschriebene Spulenanordnung. In Fig. 4b ist eine alternative Spulenanordnung gezeigt, bei der die Spulen einen kleineren Durchmesser als in Fig. 4a aufweisen und versetzt zueinander angeordnet sind. Fig. 4c zeigt eine Spulenanordnung, bei der Spulen mit gleicher Größe verwendet werden, die jeweils paarweise nebeneinander in Axialrichtung der Oberfläche des Hydraulikkolbens angeordnet sind. Aus Fig. 4d ist eine weitere alternative Anordnung gezeigt, bei der Spulen mit zwei unterschiedlichen Größen verwendet werden, wobei die kleineren Spulen jeweils paarweise nebeneinander in Axialrichtung der Oberfläche des Hydraulikkolbens angeordnet sind. Fig. 4e zeigt eine Ausführungsform, bei der die Spulen nicht kreisförmig, sondern rechteckförmig ausgestaltet sind. Aus Fig. 4e ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine Spule verwendet wird, deren Wicklungen sich mäanderförmig entlang der Umfangsfläche des Hydraulikkolbens erstrecken. Mit allen den in Fig. 4a-4e gezeigten Ausführungsformen werden die erfindungsgemäßen Vorteile, insbesondere die Erzeugung eines homogenen Magnetfelds im Bereich des Durchlasses zwischen Zylinderkolben und Gehäuse erreicht.
- Fig. 5 zeigt eine Detailansicht des Umfangsbereichs des Hydraulikkolbens einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind die Magnetspulen 10 in Elektroblechen 20' eingesetzt, wobei die Schichtungsebenen in vertikaler Richtung verlaufen. Hierdurch wird erreicht, dass die Magnetfeldlinien parallel zu den Schichtungsebenen sind, was zu einer optimalen Wirkung des Magnetfelds führt.
- Fig. 6 zeigt einen Hydraulikkolben 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dieser Hydraulikkolben weist einen Spalt 9' zum Durchlass von Hydraulikflüssigkeit auf.
- In Fig. 6a ist eine Detailansicht des Umfangsbereichs des Hydraulikkolbens der Fig. 6 gezeigt, wobei der Kolben in dieser Figur in das Gehäuse 1 eingebaut ist. Aus der Detailansicht wird insbesondere ersichtlich, dass der Durchlass für die Hydraulikflüssigkeit durch einen Doppelspalt gebildet wird, der aus dem Spalt 9' im Hydraulikkolben und einem Spalt 9" zwischen Gehäuse 1 und Kolben 3 besteht. Ferner ist aus Fig. 6a ersichtlich, dass die Breiten der Spalte 9' und 9'' 0,3 mm betragen.
- Bei dem in den Fig. 6 und 6a gezeigten Ausführungsbeispiel ist anstelle der geschichteten Elektrobleche ein massiver umlaufender Weicheisenkern 20" vorgesehen. Dieser wird von dem Kolben 3 freitragend gehalten, d. h. zwischen seiner äußeren Mantelfläche und der benachbarten Hülse aus Weicheisenmaterial 20''' befindet sich der Ringspalt 9'. Die Hülse 20''' ist am Kolben 3 mittels eines Passsitzes gehalten. Zwischen ihrer äußeren Mantelfläche und dem Zylinder 1 ist der Ringspalt 9" vorgesehen.
- Die Hülse 20''' kann - wie beispielsweise in der Fig. 6a gezeigt ist - auch aus mehreren Einzelteilen bestehen, z. B. mehreren zusammengesetzten umlaufenden Ringen oder Ringsegmenten. Diese Ringe oder Ringsegmente können gegeneinander magnetisoliert sein, um einen magnetischen Kurzschluß zu verhindern. Eine solche Isolation 22 ist in Fig. 6a gezeigt.
Claims (21)
1. Energieabsorptionsvorrichtung, insbesondere zur Aufnahme und Ableitung von Kräften
in Brückenbauwerken, umfassend:
ein Gehäuse (1) mit wenigstens einer mit magnetorheologischer Hydraulikflüssigkeit gefüllter Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6);
einen in der Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6) gelagerten beweglichen Hydraulikkolben (3), wobei auf den Hydraulikkolben (3) wirkende Kräfte auf die Hydraulikflüssigkeit übertragbar sind;
einen im Bereich des Hydraulikkolbens (3) vorgesehenen Durchlass (9) zum Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen den Stirnseiten des Hydraulikkolbens (3); und
eine im Bereich des Durchlasses (9) angeordnete, eine oder mehrere Magnetspulen (10) umfassende Magnetfelderzeugungsvorrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Querschnittflächen der Magnetspule(n) im wesentlichen dem Durchlass gegenüberliegen.
ein Gehäuse (1) mit wenigstens einer mit magnetorheologischer Hydraulikflüssigkeit gefüllter Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6);
einen in der Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6) gelagerten beweglichen Hydraulikkolben (3), wobei auf den Hydraulikkolben (3) wirkende Kräfte auf die Hydraulikflüssigkeit übertragbar sind;
einen im Bereich des Hydraulikkolbens (3) vorgesehenen Durchlass (9) zum Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit zwischen den Stirnseiten des Hydraulikkolbens (3); und
eine im Bereich des Durchlasses (9) angeordnete, eine oder mehrere Magnetspulen (10) umfassende Magnetfelderzeugungsvorrichtung;
dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfelderzeugungsvorrichtung derart angeordnet ist, dass die Querschnittflächen der Magnetspule(n) im wesentlichen dem Durchlass gegenüberliegen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittflächen
der Magnetspule(n) (10) im wesentlichen tangential zur äußeren Umfangsfläche des
Hydraulikkolbens (3) verlaufen.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspule(n) (10) in die äußere Umfangsfläche des Hydraulikkolbens (3),
insbesondere in eine Ausnehmung mit Hinterschnitt, eingelassen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule(n) (10)
in ein Harz eingegossen sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspule(n) (10) in einem separaten Eisenkern (20) eingesetzt ist (sind)
und der Eisenkern (20) in dem Hydraulikkolben (3) eingesetzt, vorzugsweise mit
diesem verschraubt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspulen (10) im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetspulen (10) unterschiedliche Größen aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspule(n) (10) entlang der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens
in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnet ist (sind).
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspule(n) (10) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt
aufweist (aufweisen).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetspule(n) (10) einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist
(aufweisen).
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Magnetspule(n) mäanderförmig entlang der äußeren Umfangsfläche des Hydraulikkolbens
(3) verläuft (verlaufen).
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchlass (9) ein oder mehrere zwischen dem Gehäuse (1) und der äußeren
Umfangsfläche des Hydraulikkolbens (3) verlaufende Spalte umfasst.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hydraulikkolben (3) von einer Kolbenstange (2) geführt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass im Hydraulikkolben
(3) und in der Kolbenstange (2) Kabelkanäle (12) vorgesehen sind, in welchen
Leitungen (11) angeordnet sind, die die Magnetfelderzeugungsvorrichtung mit einer
elektrischen Stromquelle verbinden.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuerungseinheit zum Steuern des Magnetfeldes der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein oder mehrere Drucksensoren (14, 15) zur Messung der in der
Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6) auftretenden Druckkräfte und/oder ein Wegmesser (13) zur
Bestimmung der Lage und/oder Geschwindigkeit des Hydraulikkolbens (3) in der
Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6) vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Steuerungseinheit derart ausgestaltet ist, dass sie das Magnetfeld in Abhängigkeit von den von
den Drucksensoren (14, 15) und/oder dem Wegmesser (13) ermittelten Werten steuert.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit der Hydraulikflüssigkeitskammer (5, 6) verbundener Gasausgleichsraum
(7) zum Ausgleich von Volumenschwankungen der Hydraulikflüssigkeit vorgesehen
ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasausgleichsraum
(7) durch einen in Hydraulikflüssigkeit gelagerten, mit Gas gefüllten elastischen
Schlauch gebildet ist.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die Magnetspule(n) in separaten Elektroblechen (20') eingesetzt ist (sind).
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchlass einen oder mehrere Doppelspalte (9', 9") umfasst.
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