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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen magnetischen Dämpfer,
welcher eine magnetische Kraft als Bremskraft verwendet, und ein
Stellglied mit dem Dämpfer.
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STAND DER
TECHNIK
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Wenn ein Ausgangsschaft eines Stellgliedes an
einem Hubende gestoppt werden soll, ist es üblich, ein an dem Schaft angebrachtes
und mit diesem zusammen bewegtes Arbeitselement gegen einen Dämpfer anstoßen zu lassen.
Um dabei den Aufprall zum Zeitpunkt des Stoßes zu dämpfen, werden verschiedene
Dämpfer
verwendet.
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Dafür sind Dämpfer bekannt, welche eine elastische
Kraft einer Feder oder eines Gummis als Bremskraft verwenden. Im
Fall dieser Dämpfer
wird die Feder oder das Gummit zusammengepresst, wenn das Arbeitselement
kollidiert, und die elastische Kraft wird verstärkt. Daher prallt das Arbeitselement
durch den Rückstoß weit zurück, und
Vibrationen werden erzeugt, bis das Arbeitselement stoppt. Daher
dauert es eine gewisse Zeit, bis der Schaft an dem Hubende stoppt,
und es besteht die Möglichkeit, dass
ein präziser
Antrieb und Steuerungsoperationen des Stellgliedes behindert sind.
Da die Feder oder das Gummi jedes Mal elastisch verformt werden,
wenn das Arbeitselement kollidiert, besteht das Problem, dass die
Feder oder das Gummi beschädigt werden,
während
das Arbeitselement wiederholt anstößt, und deren elastische Kraft
verschlechtert wird und die Lebensdauer begrenzt ist.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Eine technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung
liegt darin, die Arbeitsbedingungen eines Dämpfers zu verbessern und die
Haltbarkeit eines Dämpfers
zu erhöhen,
wobei der Dämpfer
ein Arbeitselement eines Stellgliedes durch Reduzieren eines Zurückprallens,
welches auftritt, wenn das Arbeitselement kollidiert, dämpft und
stoppt, indem die bis zum Stoppen des Arbeitselements benötigte Zeit
verkürzt
wird und ein durch das Kollidieren des Arbeitselements hervorgerufener
Schaden reduziert wird.
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Um diese Aufgabe zu lösen sieht
die vorliegende Erfindung einen magnetischen Dämpfer mit einer bewegbaren
Bremsplatte zum Auffangen eines Arbeitselementes eines Stellglieds
und einem Stator zum Anziehen der Bremsplatte durch eine magnetische
Kraft vor, wobei eine zwischen dem Stator und der Bremsplatte wirkende
magnetische Anziehungskraft als Bremskraft zum Stoppen des Arbeitselementes
verwendet wird.
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In dem magnetischen Dämpfer mit
dem zuvor beschriebenen Aufbau wird die Bremsplatte in einer Richtung
weg von dem Stator bewegt, wenn das Arbeitselement an dem Hubende
gegen die Bremsplatte stößt. Da die
magnetische Anziehungskraft zwischen der Bremsplatte und dem Stator
wirkt, dient die magnetische Anziehungskraft als Bremskraft, und
eine kinetische Energie des Arbeitselementes wird absorbiert, so
dass das Arbeitselement an dem Hubende gedämpft und gestoppt wird. Indem
dabei die Masse der Bremsplatte in gewissem Ausmaß auf einen
hohen Wert gesetzt wird, vorzugsweise einen Wert, der dem des Arbeitselementes
so nahe wie möglich
kommt, kann eine Kollisionsenergie durch Zusammenwirken der Verschiebung
der Bremsplatte und der magnetischen Anziehungskraft zuverlässig und
effizient absorbiert werden, wenn das Arbeitselement kollidiert.
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Die Bremsplatte, die zunächst von
dem Stator angehoben wird, wird durch die magnetische Anziehungskraft
zwischen dem Stator und der Bremsplatte zurückgedrückt, und die Bremsplatte stoppt
an dieser Position zusammen mit dem Arbeitselement.
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Da bei dem magnetischen Dämpfer die
magnetische Anziehungskraft zwischen der Bremsplatte und dem Stator
als Bremskraft verwendet wird, ist ein Zurückprallen des Arbeitselementes
kleiner als bei dem herkömmlichen
Dämpfer,
bei dem die elastische Kraft einer Feder oder eines Gummis wirkt,
und das Arbeitselement kann in kurzer Zeit früher gestoppt werden. Selbst
wenn das Arbeitselement wiederholt gegen die Bremsplatte stößt, werden
weder die magnetische Kraft noch die Bremskraft verschlechtert, und
die Lebensdauer ist hervorragend.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
können sich
das Arbeitselement und die Bremsplatte möglicherweise durch die magnetische
Kraft gegenseitig auffangen. Daher kann ein Zurückprallen zwischen dem Arbeitselement
und der Bremsplatte unterdrückt werden,
und das Arbeitselement kann in kürzerer
Zeit stoppen.
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Erfindungsgemäß kann ein Pufferelement auf
einer Stoßoberfläche der
Bremsplatte in Bezug auf das Arbeitselement vorgesehen werden. Damit ist
es möglich
einen Aufprall abzumildern, der hervorgerufen wird, wenn das Arbeitselement
mit der Bremsplatte kollidiert, und zu verhindern, dass laute Aufprallgeräusche entstehen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ebenso ein Stellglied mit dem zuvor beschriebenen magnetischen Dämpfer, bei
dem ein Arbeitselement, welches sich zusammen mit einem eine Arbeitsleistung
erbringenden Element bewegt, an einem Hubende durch den magnetischen
Dämpfer
gedämpft
und gestoppt wird.
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Erfindungsgemäß kann das Stellglied zylindrische
Joche mit einem Paar gegenüberliegender Polzähne, eine
um die Joche gewickelte Anregungsspule, ein Arbeitselement mit einem
zylindrischen Permanentmagneten, welcher axial beweglich in hohlen
Abschnitten der Joche angeordnet und mit in seiner radialen Richtung
polarisierten Nord- und Südpolen
versehen ist, und einen mit dem Arbeitselement verbundenen Ausgangsschaft
aufweisen.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform der
Erfindung ist die Bremsplatte in ringförmiger Form ausgebildet und
auf Seitenoberflächen
der Joche angeordnet, so dass sie auf den Seitenoberflächen aufgefangen
wird, und dass der Schaft durch die Bremsplatte durchläuft.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt mit dem prinzipiellen Aufbau eines magnetischen Dämpfers gemäß der vorliegenden
Erfindung und
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2 einen
Querschnitt eines wesentlichen Abschnitts einer Ausführungsform
eines Stellgliedes, welches den magnetischen Dämpfer gemäß der Erfindung verwendet.
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BEVORZUGTE
AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
im Prinzip die Struktur eines magnetischen Dämpfers gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der magnetische Dämpfer
weist eine bewegbare Bremsplatte 2, welche ein Arbeitselement 1 eines
Stellgliedes auffängt,
und einen Stator 3 auf, welcher die Bremsplatte mittels
einer magnetischen Kraft anzieht. Der magnetische Dämpfer nutzt
die zwischen dem Stator 3 und der Bremsplatte 2 wirkende
magnetische Anziehungskraft als Bremskraft zum Stoppen des Arbeitselementes 1.
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Der Stator 3 weist einen
Permanentmagneten oder Elektromagneten und einen darin ausgenommenen
Raum auf. Das Arbeitselement 1 bewegt sich in diesem Raum.
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Die Bremsplatte 2 ist aus
magnetischem Material (inklusive Permanentmagnet), wie bspw. Eisen, Nickel
oder magnetischem Gummi, hergestellt und in einer geeigneten Form,
bspw. einer runden oder rechteckigen Form, ausgebildet. Die Bremsplatte 2 ist
in einer Bremskammer 4a aufgenommen, welche an einem Ende
des Raumes des Stators 3 ausgebildet ist und wird magnetisch
von einer Seitenoberfläche
des Stators 3 angezogen. Die Bremskammer 4a ist
in einem Abdeckelement 4 aus nichtmagnetischem Material
ausgebildet und mit einer Seitenoberfläche des Stators 3 verbunden.
Sie weist einen solchen Raum auf, dass die Bremsplatte 2 sich
von dem Stator 3 abheben und in gewissem Umfang um eine
Distanz d bewegen kann. Die Distanz d, um die sich die Bremsplatte
bewegen kann, ist in einem Bereich gehalten, in dem die magnetische
Anziehungskraft zwischen der Bremsplatte 2 und dem Stator 3 wirkt.
Mit anderen Worten wird eine ausreichende magnetische Anziehungskraft
von dem Stator 3 auf die Bremsplatte 2 ausgeübt, auch
wenn die Bremsplatte 2 einmal von dem Stator 3 abgehoben
und um die Distanz d bewegt worden ist, und die Bremsplatte wird
mittels der magnetischen Anziehungskraft wieder von dem Stator 3 angezogen
und kehrt in ihre ursprüngliche
Position zurück.
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Pufferelemente 5 und 6 aus
elastischem Material, wie Gummi oder Schaumstoff, sind durch Mittel,
wie bspw. Kleber, an beiden, Vorder- und Rückseiten der Bremsplatte 2 angebracht,
d. h. auf einer ersten Oberfläche,
gegen die das Arbeitselement 1 stößt, und auf einer zweiten Oberfläche auf
der gegenüberliegenden
Seite, gegen die eine tiefliuegende Oberfläche der Bremskammer 4a stößt. Die
Pufferelemente 5 und 6 mildern die durch die Kollision zwischen
der Bremsplatte 2 und dem Arbeitselement 1 und
die Kollision zwischen der Bremsplatte 2 und der tiefliegenden
Oberfläche
der Bremskammer 4a bewirkten Stöße und verhindern, dass Stoßgeräusche entstehen.
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In dem dargestellten Beispiel ist
das Pufferelement 5 auf der gesamten ersten Oberfläche der Bremsplatte 2 angebracht,
so dass die Bremsplatte 2 von dem Stator 3 durch
das Pufferelement 5 angezogen wird. Das Pufferelement 5 kann
jedoch auch von dem äußeren Umfangsabschnitt
der ersten Oberfläche,
d. h. einem Abschnitt, welcher mit dem Stator 3 in Kontakt
kommt, entfernt werden, so dass die Bremsplatte 2 direkt
mit dem Stator 3 in Kontakt kommt und durch den Stator 3 angezogen
wird.
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In dem magnetischen Dämpfer mit
dem zuvor beschriebenen Aufbau wird die Bremsplatte 2 in einer
Richtung von dem Stator 3 weg bewegt, wenn das Arbeitselement 1,
welches sich durch eine Signalbetätigung oder dgl. bewegt, an
dem Hubende gegen die Bremsplatte 2 stößt. Da jedoch die magnetische
Anziehungskraft zwischen der Bremsplatte 2 und dem Stator 3 wirkt
und diese magnetische Anziehung eine Bremskraft ist, wird kinetische
Energie des Arbeitselements 1 absorbiert und das Arbeitselement 1 wird
an dem Hubende gedämpft
und gestoppt. Wenn dabei eine Masse der Bremsplatte 2 in
gewissem Ausmaß auf
einen großen
Wert gesetzt wird, wobei die Masse der Bremsplatte 2 vorzugsweise
auf einen Wert gesetzt wird, der dem des Arbeitselements so nah
wie möglich
kommt, kann eine Kollisionsenergie zuverlässig und effizient durch das
Zusammenwirken der Verschiebung der Bremsplatte 2 und die
magnetische Anziehungskraft absorbiert werden, wenn das Arbeitselement 2 kollidiert.
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Die Bremsplatte 2 wird durch
die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Stator 3 und
der Bremsplatte 2 zurückgezogen,
sobald sie von dem Stator 3 se pariert ist, und von dem
Stator 3 angezogen, so dass sie an dieser Position zusammen
mit dem Arbeitselement 1 stoppt.
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Das Arbeitselement 1 kann
aus magnetischem Material, nichtmagnetischem Material oder einer
Kombination daraus bestehen. Wenn das Arbeitselement 1 aus
magnetischem Material (inklusive einem Permanentmagneten und/oder
einem Elektromagneten) hergestellt ist, wird das Arbeitselement 1 durch
die Bremsplatte 2 angezogen, wenn das Arbeitselement 1 gegen
die Bremsplatte 2 stößt, welche
aus einem Permanentmagneten hergestellt ist oder welche durch die
magnetische Kraft des Stators 3 magnetisiert ist. Das Arbeitselement 1 und
die Bremsplatte 2 bewegen sich dann einteilig. Daher stoßen sich
das Arbeitselement 1 und die Bremsplatte 2 nicht
ab oder vibrieren nicht zum Zeitpunkt der Kollision, und die bis
zum Stoppen des Arbeitselementes 1 benötigte Zeit ist kurz.
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Wenn das Arbeitselement 1 aus
nichtmagnetischem Material hergestellt ist, wird das Arbeitselement 1 durch
die Bremsplatte 2 nicht angezogen, auch wenn das Arbeitselement 1 gegen
die Bremsplatte 2 stößt. Da jedoch
die kinetische Energie des Arbeitselements 1 durch die
Zusammenwirkung der Verschiebung der Bremsplatte 2 und
der magnetischen Anziehungskraft absorbiert wird, wird das Arbeitselement
nicht zurückgestoßen und
unterliegt keiner Vibration. Daher ist die Zeit bis zum Stoppen des
Arbeitselementes 1 verglichen mit einem herkömmlichen
federartigen Dämpfer
kurz.
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Da ferner Pufferelemente 5 und 6 auf
den Vorder- und Rückseiten
der Bremsplatte 2 angeordnet sind, wird ein Aufprall, der
hervorgerufen wird, wenn das Arbeitselement 1 gegen die
Bremsplatte 2 stößt, und
ein Aufprall, der hervorgerufen wird, wenn die Bremsplatte 2 gegen
die tiefliegende Oberfläche der
Bremskammer 4a stößt, gemildert,
und es ist unwahrscheinlicher, dass laute Stoßgeräusche entstehen. Selbst wenn
das Arbeitselement 1 über
das Puffer element 5 gegen die Bremsplatte 2 stößt, wird
das Pufferelement nicht stark zusammengepresst und das Arbeitselement
prallt nicht weit zurück,
weil die Bremsplatte 2 wie oben beschrieben verschoben wird
und die Kollisionsenergie dadurch vermindert wird.
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Weil die magnetische Anziehungskraft
zwischen der Bremsplatte 2 und dem Stator 3 als
Bremskraft genutzt wird, ist ein Zurückprallen des Arbeitselementes 1 in
dem magnetischen Dämpfer
kleiner als bei konventionellen Dämpfern, welche die elastische Kraft
einer Feder oder von Gummi nutzen, und das Arbeitselement 1 kann
in kurzer Zeit gestoppt werden. Selbst wenn das Arbeitselement 1 wiederholt gegen
die Bremsplatte 2 stößt, werden
weder die magnetische Kraft noch die Bremskraft verschlechtert, und
die Lebensdauer ist exzellent.
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Auch wenn in der dargestellten Ausführungsform
die Pufferelemente 5 und 6 auf beiden Oberflächen der
Bremsplatte 2 angeordnet sind, ist es nicht immer notwendig,
beide Pufferelemente 5 und 6 vorzusehen. Es können auch
nur die erste Oberfläche, gegen
die das Arbeitselement 1 anstößt, oder nur die zweite Oberfläche auf
der gegenüberliegenden
Seite mit einem Pufferelement versehen werden.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
eines Stellgliedes mit dem oben beschriebenen magnetischen Dämpfer. Das
Stellglied ist ein magnetisch bewegbarer Typ eines elektromagnetischen
Stellgliedes. In diesem Stellglied wird ein Arbeitselement mit einem
Permanentmagneten elektromagnetisch bewegt, um einen Ausgangsschaft
zu bewegen.
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Das Stellglied weist erste und zweite
magnetische Joche 1 und 2 mit zylindrischen Polzähnen 10a und 11a,
welche einander gegenüberliegend
in der axialen Richtung beabstandet sind, eine Anregungsspule 12,
welche um die Polzähne 10a und 11a der inneren
Joche 10 und 11 angeordnet ist, ein zylindrisches magnetisches äußeres Joch 13,
welches den äußeren Umfang
der inneren Joche 10 und 11 und der Anregungsspule 12 umgibt,
ein Arbeitselement 14, welches axial beweglich in einem
hohlen Abschnitt der Polzähne 10a und 11a angeordnet
ist, einen Ausgangsschaft 15, welcher mit dem Arbeitselement 14 verbunden
ist, und einen magnetischen Dämpfer 16 auf,
welcher das Arbeitselement 14 an dem Hubende dämpft und
stoppt.
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Die Anregungsspule 12 ist
in einer ringförmigen
Form durch Wickeln einer Windung 18 um einen Spulenkörper 17 aufgebaut.
Die Polzähne 10a und 11a der
inneren Joche 10 und 11 sind in einen hohlen Abschnitt
des Spulenkörpers 17 eingepasst.
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Eine nichtmagnetische Abdeckung 19 ist
auf den Seitenoberflächen
einer axialen Richtung der inneren Joche 10 und 11 angebracht,
und eine nichtmagnetische Kappe 20 ist auf der anderen
Oberfläche
der inneren Joche 10 und 11 angebracht. Die Abdeckung 19,
die Kappe 20 und das äußere Joch 13 bilden
ein Gehäuse 23.
Gegenüberliegende
Enden des Schafts 15 verlaufen durch die Abdeckung 19 und
die Kappe 20, erstrecken sich nach außen und werden axial gleitbar
durch Lager 19a und 20a gehalten.
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Eine Arbeitselementkammer 26 ist
in dem Gehäuse 23 ausgebildet.
Ein äußerer Umfang
der Arbeitselementkammer 26 ist durch ein Paar Polzähne 10a und 11a umgeben.
Das Arbeitselement 14 ist in der Arbeitselementkammer 26 angeordnet.
Das Arbeitselement 14 weist einen nichtmagnetischen Magnethalter 27,
welcher einteilig auf dem Schaft 15 ausgebildet ist, und
einen Permanentmagneten 28 auf, welcher durch den Magnethalter 27 gehalten
wird.
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Der Permanentmagnet 28 ist
im ganzen in einer zylindrischen Form ausgebildet, weist einen Nordpol
und einen Südpol
auf und ist in seiner radialen Richtung polarisiert. In dem gezeigten
Beispiel ist der Permanentmagnet 28 an seinem äußeren Rand mit
dem Südpol
polarisiert und an seinem inneren Rand mit dem Nordpol. Der Permanentmagnet 28 weist
eine sich zwischen dem Paar der Polzähne 10a und 11a erstreckenden
Länge auf,
und selbst wenn das Arbeitselement 14 das Hubende erreicht,
wird ein Abschnitt des Permanentmagneten 28 von oder in
der Nähe
von dem Polzahn 10a und 11a gelagert.
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Der magnetische Dämpfer 16 ist auf der
Seite der Abdeckung 19 vorgesehen und hat im Wesentlichen
den selben Aufbau und Effekt wie der in 1 gezeigte. D. h., der Dämpfer 16 weist
eine bewegbare Bremsplatte 30 zum Auffangen des Arbeitselementes 14 und
einen Stator auf, welcher die Bremsplatte 30 durch die
magnetische Kraft anzieht. Das zweite innere Joch 11 dient
als Stator.
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Die Bremsplatte 30 ist in
ringförmiger
Form ausgebildet und in einer Bremskammer 19b aufgenommen,
welche in einer inneren Oberfläche
der Abdeckung 19 ausgebildet ist. Der Schaft 15 verläuft durch
einen hohlen Abschnitt 30a der Bremsplatte 30.
Ein Pufferelement 31 zum Dämpfen
des Aufpralls zum Zeitpunkt der Kollision mit dem Arbeitselement 14 ist
auf einer ersten Oberfläche
der Innenseite der Bremsplatte 30 angebracht. Das Pufferelement 31 ist in
einer scheibenartigen Form ausgebildet und weist einen kleineren
Durchmesser als die Bremsplatte 30 auf. Ein Umfangsrand
des Pufferelementes 31 ist in eine in dem zweiten inneren
Joch 11 vorgesehenen Stufe 11b eingepasst. Das
Pufferelement 31 ist in seinem Mittelabschnitt mit einem
Loch 31a versehen, durch welches der Schaft 15 verläuft, so
dass der Schaft 15 nicht an einem Gleiten in axialer Richtung gehindert
wird. Auf einer zweiten Oberfläche
der Außenseite
der Bremsplatte 30 ist kein Pufferelement angebracht.
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Ein Ende der Arbeitselementkammer 26 auf der
Seite der Kappe 20 ist mit einem Pufferelement 32 versehen,
welches ähnlich
zu dem Pufferelement 31 ist. Das Pufferelement 32 mildert
einen Stoß,
der hervorgerufen wird, wenn sich das Arbeitselement 14 zurückbewegt.
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Wenn in dem Stellglied mit dem zuvor
beschriebenen Aufbau die Anregungsspule 12 angeregt wird
und Strom in einer solchen Richtung fließt, dass der zweite Polzahn 11a ein
Nordpol und der andere erste Polzahn 10a ein Südpol wird
in einem Zustand, in dem der Schaft 15 in seinem in der
oberen Hälfte
von 2 dargestellten
zurückgeführten Ende ist,
wird eine Anziehungskraft zwischen dem in dem zweiten Polzahn 11a erzeugten
Nordpol und dem Südpol
auf der äußeren Umfangsseite
des Permanentmagneten 28 erzeugt, und eine Abstoßung zwischen
dem in dem ersten Polzahn 10a erzeugten Südpol und
dem Südpol
des Permanentmagneten 28. Daher arbeiten diese Kräfte als
axialer Stoß auf das
Arbeitselement 14, so dass sich das Arbeitselement 14 zusammen
mit dem Schaft 15, wie in der unteren Hälfte von 2 dargestellt, vorbewegt.
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Das Arbeitselement 14 stößt an dem
vorderen Hubende gegen die Bremsplatte 30, der Dämpfer 16 wird
betätigt
und das Arbeitselement 14 und der Schaft 15 werden
an dem Hubende gedämpft
und gestoppt. Der Effekt des Dämpfers 15 ist
hier im Wesentlichen der selbe wie bei dem in 1 gezeigten, und daher wird auf eine
detaillierte Beschreibung verzichtet, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Wenn in einem Zustand, in welchem
sich der Schaft 15 in der in der unteren Hälfte von 2 gezeigten vorderen Hubendeposition
befindet, der Strom in einer von dem obigen Fall umgekehrten Richtung
durch die Anregungsspule 12 fließt, wird der erste Polzahn 10a Nordpol
und der zweite Polzahn 11a Südpol. Daher wird der Permanentmagnet 28,
d. h. das Arbeitselement 14, in Richtung des ersten Polzahns 10a angezogen
und zusammen mit dem Schaft 15 in die in der oberen Hälfte von 2 gezeigte Position zurückgeführt.
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Das Stellglied ist ein magnetisch
bewegbares elektromagnetisches Stellglied. Ein Stellglied, bei dem
der magnetische Dämpfer
angewendet werden kann, ist jedoch nicht auf diese Art von Stellglied
begrenzt. Bspw. kann das Stellglied ein Stellglied sein, bei dem
das Arbeitselement mittels eines Luftdrucksignals oder eines elektrischen
Signals angetrieben und betätigt
wird. In diesem Fall ist es nicht notwendig, dass das Arbeitselement
in einem Teil oder insgesamt einen Magneten aufweist, und es kann
nicht magnetisch sein.
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Wie oben beschrieben ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
die Betriebsbedingungen zu verbessern und die Lebensdauer eines Dämpfers zu
erhöhen,
wobei der Dämpfer
ein Arbeitselement eines Stellgliedes durch Reduzieren eines Zurückprallens
dämpft
und stoppt, welches auftritt, wenn das Arbeitselement kollidiert,
indem die bis zum Stoppen des Arbeitselements benötigte Zeit
verkürzt
wird und ein durch das Kollidieren des Arbeitselementes hervorgerufener
Schaden reduziert wird.