Ein magnetorheologischer Dämpfer ist ein stoßdämpfendes Gerät, das arbeitet, indem es ein Magnetfeld auf eine Mischung aus flüssigem Öl und Eisenpartikeln legt. Die Eisenpartikel werden vom Magnetfeld angezogen und richten sich entlang der Magnetfeldlinien aus, die durch die Flüssigkeit gehen. Dadurch entsteht eine dicke Flüssigkeit, die Bewegungen widersteht und Vibrationen und Stöße in einer Vielzahl von Anwendungen reduzieren kann. Diese Flüssigkeiten werden manchmal als intelligente Flüssigkeiten bezeichnet, da sie ihre Eigenschaften ändern, wenn das Magnetfeld hinzugefügt oder variiert wird.
Rheologie ist das Studium der Wirkung von Flüssigkeiten und Feststoffen, wenn sie Bewegungen oder Drücken ausgesetzt sind. In Flüssigkeiten sind die wichtigsten Eigenschaften, die für die Schwingungskontrolle nützlich sein können, Viskosität und Scherspannung. Die Viskosität bezieht sich auf die Dicke einer Flüssigkeit und wie sie Bewegung oder Strömung widerstehen kann. Scherspannung ist ein Maß dafür, wie eine Flüssigkeit einem Auseinanderziehen oder einer plötzlichen Bewegung widersteht und wie sich in die Flüssigkeit eingebrachte Materialien bewegen können, wenn sie schnell in eine beliebige Richtung gezogen werden.
Ein Dämpfer ist ein Begriff für eine Vorrichtung zur Reduzierung von Vibrationen, die einem Stoßdämpfer ähnelt, der in Fahrzeugen verwendet wird, um Federungsbewegungen aufgrund unebener Straßenoberflächen zu reduzieren. Viele Dämpfer und Stoßdämpfer verwenden Öle unterschiedlicher Dicke, um die Bewegung zu reduzieren und die Ausrüstung zu schützen. Wenn Ölen kleine Eisenpartikel zugesetzt werden, können Magnetfelder die Eisenpartikel beeinflussen und die Eigenschaften der Flüssigkeit verändern.
Die Zugabe des Eisen-Öl-Gemischs in einen Standard-Stoßdämpfer und das Erzeugen eines Magnetfelds mit elektrischem Strom erzeugt einen magnetorheologischen Dämpfer. Wenn das Magnetfeld erhöht wird, widersetzen sich die Eisenpartikel zunehmend der Bewegung und erzeugen eine höhere 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 oft mit einem Polymer beschichtet, damit sie nicht zusammenkleben. Wenn die Partikel sehr klein gehalten werden, bleiben sie im Öl suspendiert und verhindern, dass sie sich am Boden des Dämpfers absetzen. Wenn das Magnetfeld erzeugt wird, wird die Mischung eher fest als flüssig und ist sehr strömungs- oder bewegungsbeständig. Wenn das Öl mit einem Kolben in einen Zylinder gedrückt wird, kann die hohe Viskosität die Bewegung des Öls durch kleine Löcher im Kolben reduzieren.
Scherspannungen können ausgenutzt werden, indem der Kolben durch eine Reihe von Platten ersetzt wird, die in das Öl eingetaucht sind. Die Platten bewegen sich in der Flüssigkeit hin und her, und bei Aktivierung des Magnetfeldes verdickt sich das Eisen-Öl-Gemisch schnell und wird sehr scherfest. Wenn die Platten mit einer vom Dämpfer ausgehenden Vollwelle verbunden sind, kann die Welle an einem Fahrzeug- oder Gebäudefundament befestigt werden und ein Dämpfungssystem bereitstellen.
Der Erdbebenschutz wurde Ende des 20. Jahrhunderts zu einem verstärkten Forschungsgebiet, als die menschliche Entwicklung in Gebieten mit hohem Gebäudeschadenspotenzial zunahm. Eine Technik bestand darin, das Gebäude mit Gummi oder anderen stoßdämpfenden Materialien vom Boden zu trennen, die während eines Erdbebens eine gewisse Bewegung des Gebäudes ermöglichten. 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 Dämpfersystems am Fuß des Gebäudes gab den Architekten die Möglichkeit, die Gebäudebewegung mit einem kontrollierbaren System zu reduzieren.
Fahrzeuge waren im 20. Jahrhundert ein weiteres interessantes Gebiet für magnetische Dämpfungssysteme. Das Interesse am Fahrgastkomfort und ein erhöhtes Maß an Sicherheitssystemen führten zu Stoßdämpfern mit magnetorheologischer Dämpfertechnologie, um eine variable Federung zu ermöglichen. Der Fahrer konnte mit einem Wahlschalter ein Fahrkomfortniveau auswählen, der einem Controller mitteilte, wie viel Magnetfeld er erzeugen soll, wenn eine Vibration erfasst wird. Außerdem könnten Sicherheitssysteme ein Schleudern oder eine mögliche Überschlagsituation erkennen und das Federungsverhalten ändern, um dem entgegenzuwirken.
Militärische Waffen waren ein weiterer Bereich, in dem magnetorheologische Dämpfer von Vorteil sein könnten. Wenn der Dämpfer an einer großen Kanone angebracht ist, kann er das Abfeuern eines Projektils erkennen und aktivieren, um den Rückstoß zu reduzieren. Dies reduzierte nicht nur den Verschleiß der Waffe, sondern bei mobilen Panzern oder Kanonen könnte die Schockreduzierung die Ermüdung der Soldaten beim Abfeuern der Waffen verringern.