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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfermechanismus
mit darin integriertem magnetischen Federaufbau und insbesondere
einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfungsmechanismus,
die dazu geeignet sind, in einem Vibrationsdämpfungsaufbau einer Dämpfereinheit
integriert zu werden, die in einem Sitz für ein Beförderungsmittel, wie beispielsweise
einem Automobil, einem Elektroauto oder einem Schiff, einer Motorhalterung
oder Ähnlichem,
verwendet wird.
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Verschiedenartige
dämpfende
Materialien, Dämpfer
und Steuertechniken wurden herkömmlicher
Weise als Maßnahmen
vorgeschlagen, um Vibrationen und Geräuschen bei einer Maschine oder
einem Aufbau entgegenzuwirken, die üblicherweise aus einem Material
aufgebaut sind, das eine geringe Eigendämpfung hat, um seine Steifigkeit
zu sichern.
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Mit
der Zunahme der Beförderungsgeschwindigkeit
hat sich die Frage gestellt, ob es dem menschlichen Körper und
dem Nervensystem schadet, wenn der menschliche Körper Vibrationen ausgesetzt
wird. Ein solcher Schaden drückt
sich in Form von Symptomen wie beispielsweise Müdigkeit, Kopfschmerzen, Steifigkeit
der Schultern, Hexenschuss, Sehschwäche und Ähnlichem aus. Im Allgemeinen wird
eine Vibrationsisolation unter Verwendung jeglicher beliebiger optimaler
Kombination aus einer Feder und einem Dämpfungsmaterial erzielt, die
aus der Gruppe gewählt
werden, bestehend aus einer Metallfeder, einer Luftfeder, Gummi,
visko-elastischem Material und einem Dämpfer. Eine derartige Kombination
verursacht jedoch, dass eine dynamische Verstärkung und ein Verlustfaktor
gegenläufig zueinander
sind. Insbesondere verursacht eine Reduzierung der dynamischen Verstärkung zum
Zwecke, die Eigenschaften im unteren Frequenzbereich zu verbessern,
das Ausbilden einer Feder, die im Verlustfaktor zu reduzieren ist,
was zu einer Feder führt, die
hart ist. Eine Erhöhung
des Verlustfaktors, um die Eigenschaften im hohen Frequenzbereich
zu verbessern, führt
zu einer Feder, die ähnlich
einem dämpfenden
Material in ihrer dynamischen Verstärkung erhöht ist, so dass die Feder in
einem Grad nachteilig weich wird, der die Eigenschaften im Niedrigfrequenzbereich
verschlechtert. Angesichts dieser Tatsache wurden viele Versuche
im Stand der Technik unternommen, die auf die Unterdrückung von
Vibrationen gerichtet sind und einen passiven Dämpfer, umfassend einen dynamischen
Vibrationsreduzierer, verwenden oder durch eine halbaktive oder
aktive Steuerung.
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In
diesem Zusammenhang wurde kürzlich ein
Dämpfer
vorgeschlagen, der einen magnetischen Federaufbau umfasst. Ebenfalls
wurde ein Vibrationsdämpfermechanismus
vorgeschlagen, der derart aufgebaut ist, dass er zulässt, seine
gesamte Federkonstante derart festzulegen, dass sie fälschlicherweise
im Wesentlichen Null beträgt,
indem ein dämpfendes
Element wie beispielsweise eine Metallfeder, ein Gummimaterial oder Ähnliches
in einen derartigen magnetischen Federaufbau integriert wird. Der
vorgeschlagene Vibrationsdämpfermechanismus
verursacht jedoch eine Erhöhung
der Herstellungskosten und führt
zu einer komplizierteren Herstellung. Somit ist es höchst wünschenswert,
einen neuen magnetischen Federaufbau zu entwickeln, der einfacher
herstellbar ist, um seine Herstellungskosten zu reduzieren und seine
Wartung zu erleichtern, als Dämpfer
verwendbar ist und es zulässt,
eine Federkonstante durch Kombinieren mit einem Dämpfer zu
erzielen, die fälschlicherweise
im Wesentlichen Null beträgt.
Die Entwicklung eines derartigen Aufbaus würde die Vereinfachung eines
Aufbaus wie beispielsweise einer Dämpfereinheit einer Motoraufnahme
oder Ähnlichem
sowie ihrer Dimensionsreduzierung realisieren, um dadurch ihre Steuerung
bei hoher Leistungsfähigkeit
zu sichern und ihre Wartung zu erleichtern.
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Oftmals
wird ein Magnetfederaufbau auch in einem Hub- oder Aufwärtsbewegungsmechanismus zum
Anheben eines gewünschten Objektes
mittels Abstoßungskraft
zwischen den Magneten verwendet. Die Verwendung nur der Magneten
ist jedoch unzureichend, um Lasten zu stützen, während sie unter Verwendung
der Abstoßung
der Magneten relativ angehoben werden, so dass es erforderlich ist,
zusätzlich
ein Gestänge,
einen Führungsmechanismus oder Ähnliches
anzuordnen. Unglücklicherweise
verursachen ein Gestänge
oder Ähnliches,
dass der Mechanismus in seinem Aufbau komplizierter wird, was zu
einem größer dimensionierten
Mechanismus führt.
Auch verursacht sie die Gegenbewegung des Gestänges, seine Reibung und Ähnliches,
wodurch die präzise
Steuerung des Mechanismus behindert wird und Komplikationen in dessen
Wartung verursacht werden.
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Im
Allgemeinen sind magnetische Federaufbauten im Stand der Technik
bekannt. Beispiele für derartige
Federaufbauten können
der US-A-5,017,819, der FR-A-2 415 751 oder der DE-A-202 47 46 entnommen
werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Nachteile
des Standes der Technik durchgeführt.
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Folglich
besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen magnetischen
Federaufbau zu schaffen, der durch nur einen vorbestimmten Magnetkreisaufbau
als Dämpfer
verwendet werden kann.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen
Federaufbau zu schaffen; der es gestattet, durch seine Kombination mit
einem Dämpfungselement,
wie beispielsweise einer Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem,
seine gesamte Federkonstante fälschlicherweise
so festzulegen, dass sie im Wesentlichen Null beträgt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen
Federaufbau bereitzustellen, der, verglichen mit dem Stand der Technik, in
seinem Aufbau vereinfacht und bei reduzierten Kosten hergestellt
werden kann.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Vibrationsdämpfermechanismus
zu schaffen, der durch nur einen vorbestimmten Magnetkreisaufbau
als Dämpfer
verwendet werden kann.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Vibrationsdämpfermechanismus
bereitzustellen, der es gestattet, seine gesamte Federkonstante,
die durch seine Kombination mit einem Dämpfer, wie beispielsweise einer
Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem,
erzielt wird, fälschlicherweise
auf im Wesentlichen Null festzulegen.
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Es
ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Vibrationsdämpfermechanismus
bereitzustellen, der, verglichen mit dem Stand der Technik, in seinem
Aufbau vereinfacht und bei niedrigeren Kosten hergestellt werden
kann.
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Wenigstens
eine dieser Aufgaben ist durch den Gegenstand, wie er in den Patentansprüchen 1, 6
und 7 definiert ist, gelöst.
Weitere Ausführungsformen
sind in den abhängigen
Patentansprüchen
definiert.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein magnetischer Federaufbau
vorgeschlagen. Der magnetische Federaufbau umfasst wenigstens ein
bewegliches Element, das aus einem magnetischen Material gebildet
ist und wenigstens zwei stationäre
Magneten, die außerhalb
des beweglichen Elements angeordnet sind, um einen Spalt zu definieren,
der als ein Durchgang für
das besagte bewegliche Element dient. Die stationären Magneten beaufschlagen
das bewegliche Element durch die Wirkung eines dadurch erzeugten
Magnetfelds.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind mehrere der oben beschriebenen stationären Magneten
derart angeordnet, dass sie in einem vorbestimmten Abstand in Richtung
der Anordnung der stationären
Magneten beabstandet sind, um dadurch den Spalt zwischen sich zu
definieren.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind die stationären Magneten derart angeordnet,
dass die Magnetpole der stationären
Magneten, die in der Richtung der Anordnung der stationären Magneten
benachbart zueinander angeordnet sind, entgegengesetzt zueinander
sind.
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Bei
der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element durch einen Permanentmagneten
gebildet, der derart angeordnet ist, dass seine Magnetisierungsrichtung
senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten
verläuft.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der stationäre Magnet in einem mehrschichtigen
Aufbau aufgebaut.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element als mehrschichtiger
Aufbau ausgestaltet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element aus einem
ferromagnetischen Material gebildet und weist mehrere Punkte auf,
an denen sich seine Federkonstante zwischen einem positiven Wert
und einem negativen Wert umkehrt und die innerhalb eines Bereichs
seines Versatzes in seiner Beaufschlagungsrichtung definiert sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element aus einem
ferromagnetischen Material gebildet und führt die Magnetpolumkehr aus, wenn
es in seiner Beaufschlagungsrichtung versetzt wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hubmechanismus
vorgeschlagen. Der Hubmechanismus umfasst den magnetischen Federaufbau,
der wie oben beschrieben aufgebaut ist. Das bewegliche Element des
magnetischen Federaufbaus, das durch die Wirkung eines Magnetfeldes
des stationären
Magneten beaufschlagt wird, wird stabil in einer vorbestimmten Position
in einem Bereich gehalten, in dem seine Federkonstante einen positiven
Wert in einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements aufweist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vibrationsdämpfermechanismus
vorgeschlagen. Der Vibrationsdämpfermechanismus
umfasst den magnetischen Federaufbau, der wie oben beschrieben aufgebaut
ist. Auch umfasst er ein Dämpferelement,
das in der Lage ist, eine Federkraft im Wesentlichen in einer relativen
Betriebsrichtung der Lastmasse auszuüben, die direkt und indirekt
von dem besagten beweglichen Element des magnetischen Federaufbaus
getragen wird. Das bewegliche Element des magnetischen Federaufbaus,
das durch die Wirkung des Magnetfeldes der stationären Magneten
beaufschlagt wird, ist derart angeordnet, dass es innerhalb eines
Bereiches versetzbar ist, in dem seine Federkonstante in einer Beaufschlagungsrichtung
des beweglichen Elements einen negativen Wert aufweist, so dass
durch eine Kombination mit dem Dämpferelement
eine Gesamtfederkonstante erzielt wird, die fälschlicherweise im Wesentlichen
Null beträgt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Aufgaben und viele der zugehörigen Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden verständlicher,
wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung
unter Berücksichtigung
der begleitenden Zeichnungen besser verstanden wird; in denen:
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1 eine
schematische Ansicht ist, die eine Ausführungsform eines magnetischen
Federaufbaus gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 eine
graphische Darstellung ist, die die Lastversatzeigenschaften des
magnetischen Federaufbaus aus 1 zeigt;
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3 eine
schematische Ansicht ist, die ein Beispiel eines Hubmechanismus
zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum
Einsatz kommt;
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4(a) und 4(b) jeweils
schematische Ansichten sind, die ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus
zeigen, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum
Einsatz kommt;
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5(a) bis 5(c) jeweils
schematische Ansichten sind, die ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus
zeigen, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum
Einsatz kommt;
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6 eine
schematische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigt,
in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz
kommt;
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7 eine
schematische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigt,
in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz
kommt;
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8 eine
perspektivische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines
Hubmechanismus zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum
Einsatz kommt;
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9 ein
Grundriss ist, der eine Anordnung von stationären Magneten in dem in 8 dargestellten
Hubmechanismus zeigt;
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10 eine
Vorderansicht ist, die ein Vibrationsdämpfermodell zeigt, das ein
Beispiel eines Vibrationsdämpfermechanismus
ist, der einen magnetischen Federaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist;
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11 eine
Seitenansicht des Vibrationsdämpfermodells
aus 10 ist;
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12 ein
schematischer Querschnitt des Vibrationsdämpfermodells aus 10 ist;
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13 eine
graphische Darstellung ist, die eine Lastversatzkurve zeigt, die
die statischen Eigenschaften eines magnetischen Federaufbaus andeutet,
die erzielt werden, wenn ein Permanentmagnet als bewegliches Element
des magnetischen Federaufbaus verwendet wird;
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14 eine
graphische Darstellung ist, die eine Vibrationsübertragungsverhältnis eines
magnetischen Federaufbaus zeigt, der erzielt wird, wenn ein Permanentmagnet
als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet
wird;
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15 eine
graphische Darstellung ist, die eine Lastversatzkurve darstellt,
die die statischen Eigenschaften eines magnetischen Federaufbaus
andeutet, der erzielt wird, wenn Eisen als bewegliches Element für den magnetischen
Federaufbau verwendet wird;
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16 eine
graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines
magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als
bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet. wird
und eine Vibration in der Größenordnung
von 0,2 mm darauf aufgebracht wird;
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17 eine
graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines
magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als
bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird
und eine Vibration in der Größenordnung
von 1,0 mm darauf aufgebracht wird;
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18 eine
graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines
magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als
bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird
und eine Vibration in der Größenordnung
von 2,0 mm darauf aufgebracht wird;
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19(a) bis 19(c) jeweils
schematische Ansichten sind, die eine Modifikation eines Aufbaus der
stationären
Magneten und des beweglichen Elements zeigen, die den magnetischen
Federaufbau oder seine Anordnung bilden;
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20(a) bis 20(d) jeweils
schematische Ansichten sind, die eine andere Modifikation des Aufbaus
der stationären
Magneten und des beweglichen Elements zeigen, die den magnetischen
Federaufbau oder seine Anordnung bilden;
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21(a) eine Draufsicht einer weiteren Modifikation
eines stationären
Magneten ist; und
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21(b) ein Querschnitt des stationären Magneten
aus 21(a) ist.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im
Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen erläutert.
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Zunächst wird
Bezug auf 1 genommen, in der eine Ausführungsform
eines magnetischen Federaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt ist. Ein magnetischer Federaufbau der dargestellten
Ausführungsform
ist im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet
und umfasst ein Halteelement 11 und stationäre Magneten 12 und 13,
die auf dem Halteelement 11 auf eine Art und Weise angeordnet
sind, dass sie in einem vorbestimmten Abstand in Richtung einer
Oberfläche
des Halteelements 11, auf dem die Magneten 12 und 13 angeordnet
sind, voneinander beabstandet sind. die stationären Magneten 12 und 13 sind
derart magnetisiert, dass die Richtung ihrer Magnetisierung in 1 vertikal
verläuft.
Auch sind die stationären
Magneten 12 und 13 derart angeordnet, dass die
Richtungen ihrer Magnetpole entgegengesetzt zueinander sind.
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Der
magnetische Federaufbau der dargestellten Ausführungsform umfasst ferner ein
bewegliches Element 14, das zwischen den stationären Magneten 12 und 13 angeordnet
ist und auf einem aus nicht magnetischen Material gebildeten Halteelement 14a sitzt.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist das bewegliche Element 14 durch einen Permanentmagneten
gebildet und derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung
senkrecht zu der der stationären
Magneten 12 und 12 verläuft. Das bewegliche Element 14 ist
aus einem magnetischen Material gebildet und bildet zusammen mit
den stationären Magneten 12 und 13 einen
Magnetkreis. Alternativ kann das bewegliche Element 14 aus
einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen, Ferrit oder Ähnlichem
gebildet sein und auch kein Permanentmagnet sein, solange es entlang
eines Spalts zwischen den stationären Magneten 12 und 13,
der als ein Pfad für
das bewegliche Element 14 dient, beaufschlagt wird. Bei
der dargestellte Ausführungsform
ist die Richtung, in der das bewegliche Element 14 beaufschlagt
wird, oder eine Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements 14 als
parallel zur oben beschriebenen Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten 12 und 13 definiert.
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Der
magnetische Federaufbau 10, der wie in 1 dargestellt
aufgebaut ist und die stationären Magneten 12 und 13 mit
einer Größe von 70 × 35 × 10 (Stärke) und
das bewegliche Element 14 mit einer Größe von 60 × 10 × 10 (Stärke) umfasst, wurde einer Messung
der Lastversatzeigenschaften unterzogen. Die erzielten Lastversatzeigenschaften
sind in 2 dargestellt. Die stationären Magneten 12 und 13 waren
jeweils durch Neodym-Eisen-Bor-Magneten
(im Folgenden auch als "Neodym-Magnet" bezeichnet) gebildet.
Die Messung wurde an beweglichen Elementen 14 ausgeführt, die
entsprechend aus Neodym-Eisen-Bor,
Eisen (ferromagnetischem Material) und Ferrit (ferromagnetischem
Material) gebildet waren.
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Auch
waren die stationären
Magneten 12 und 13 bei der Messung durch das Halteelement 11, wie
es in 1 dargestellt ist, gehaltert. Das Halteelement 11 ist
in einem Abschnitt entsprechend dem Spalt zwischen den stationären Magneten 12 und 13 mit
einem Durchgangsloch ausgebildet. Bei der Messung wurde die Last,
die in Form der Abstoßungskraft und
Anziehungskraft zwischen den stationären Magneten 12 und 13 und
dem beweglichen Element 14 erzeugt durch das nach unten
Führen
des beweglichen Elements 14 zwischen die stationären Magneten 12 und 13 über das
Durchgangsloch des Halteelements 11 in einer Richtung parallel
zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten 12 und 13 erzeugt
wurde, gemessen. Auch wurde das bewegliche Element 14,
das aus einem Neodym-Magnet gebildet war, nach unten zwischen die
stationären
Magneten 12 und 13 eingeführt, indem das bewegliche Element 14 in
einer Ausrichtung bewegt wurde, die es zuließ, durch einen Magnetpol der
stationären
Magneten 12 und 13 auf der oberen Seite angezogen
zu werden, wenn es nach unten zwischen die stationären Magneten 12 und 13 eingeführt wurde.
Angenommen, dass eine Oberseite des stationären Magneten 12 auf
der rechten Seite und die des stationären Magneten 13 auf
der linken Seite einen Nordpol aufweisen, wie es z.B. in 1 dargestellt
ist, wird der Permanentmagnet, der das bewegliche Element 14 bildet,
in einer Ausrichtung bewegt, die es seinem Nordpol gestattet, entgegengesetzt
zu dem stationären
Magneten 12 auf der rechten Seite zu liegen und seinem
Südpol
entgegengesetzt dem stationären Magneten 13 auf
der linken Seite. Ein positiver Wert der Last kennzeichnet eine
Abstoßungskraft
zwischen den stationären
Magneten 12, 13 und dem beweglichen Element 19:
und ein negativer Wert kennzeichnet eine Anziehungskraft dazwischen.
Das bewegliche Element 14 wurde mit einer Geschwindigkeit
von 100 mm pro Minute und einem Versatzhub von 110 mm hin- und herbewegt.
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2 deutet
an, dass wenn das bewegliche Element 14 durch einen Neodym-Magneten
gebildet ist, das Annähern
des beweglichen Elements 14 an die stationären Magneten 12 und 13 eine
Zunahme der Anziehungskraft zulässt
und es im Wesentlichen lineare Federeigenschaften in einem Bereich
aufweist zwischen einem Punkt a, an dem die Anziehungskraft maximal
ist und einem Punkt b, an dem die Abstoßungskraft maximal ist. Auch
deutet sie an, dass eine Federkonstante des beweglichen Elements 14,
die eine Neigung einer Abweichungskurve kennzeichnet, positiv ist.
Ferner stellt die Bewegung des beweglichen Elements 14 einen
Punkt c bereit, an dem die nach unten gerichtete Abstoßung maximal
ist. Somit weist sie eine im Wesentlichen lineare Federcharakteristik
und in einem Bereich zwischen den Punkten b und c eine negative
Federkonstante auf.
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Das
bewegliche Element 14 aus Eisen (Fe) führt zu einer Zunahme der Anziehungskraft
mit der Annäherung
des beweglichen Elements 14 an die stationären Magneten 12 und 13.
Eine weitere Bewegung des beweglichen Elements 14 durch
einen Punkt d, an dem die Anziehungskraft maximal ist, gestattet
es, einen Scheitel (Punkt e) zu erreichen, an dem sich die Federkonstante
von einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt. Dann erscheint
ein Scheitel (Punkt f), an dem die Anziehungskraft maximal ist in
einer vorbestimmten Position in Richtung der Magnetisierung zwischen
den stationären
Magneten 12 und 13 und dann ein weiterer Scheitel
(Punkt g), an dem sich die Federkonstante von einem positiven Wert
in einen negativen Wert umkehrt, gefolgt von einem weiteren Scheitel
(Punkt h). Somit gestattet der Versatz des beweglichen Elements 14 in
der Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements 14,
dass das bewegliche Element 14 Eigenschaften aufweist,
die zwei Scheitel (Punkte e und g) aufweisen, an denen sich die
Federkonstante von einem positiven Wert in einen negativen Wert
umkehrt und die drei Scheitel (Punkte d, f und h) aufweisen, an
denen sich die Federkonstante von einem negativen Wert in einen
positiven Wert umkehrt und zwar in einem Bereich, in dem das Magnetfeld
der stationären
Magneten 12 und 13 beeinflusst oder wirkt. Auch
erlaubt jeglicher Versatz des beweglichen Elements 14 durch
die zwei Scheitel (Punkte e und g), an denen sich die Federkonstante von
einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt, dass das bewegliche
Element 14 lineare Federcharakteristiken aufweist und zwischen
den Punkten d–e
und den Punkten f–g
eine positive Federkonstante und zwischen den Punkten e–f und zwischen
den Punkten g–h
eine negative Federkonstante aufweist.
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Ist
das bewegliche Element 14 aus Ferrit gebildet, verhindert
die Bewegung des beweglichen Elements 14 nach unten, dass
die Federkonstante übermäßig zunimmt,
obwohl verursacht wird, dass eine Abstoßungskraft an einer vorbestimmten
Position zwischen den stationären
Magneten 12 und 12 maximal ist. Das bewegliche
Element aus Ferrit verursacht jedoch, dass eine Umkehr der Magnetpole zwischen
seiner Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung während eines
Hin- und Herhubs auftritt und dadurch Eigenschaften, die im Hystereseverlust
erhöht
sind.
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Ist
das bewegliche Element 14 aus Neodym oder Eisen gebildet,
weist es im Wesentlichen den gleichen geometrischen Ort zwischen
seiner Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
in einem Hin- und Herhub
auf, obwohl es Eigenschaften aufweist, die anders als die oben beschriebenen
sind. Somit gestattet die Verwendung eines Bereichs, in dem die Federeigenschaften
des beweglichen Elements 14 linear variieren, den Magnetkreis
geeigneter Weise auf einen Hubmechanismus oder einen Vibrationsdämpfermechanismus
anzuwenden, die Eigenschaften aufweisen, in denen eine Federkonstante
fälschlicherweise
im Wesentlichen Null ist. Darüber
hinaus kann in jedem Fall ein Bereich der Eigenschaften, in dem
die Federkonstante einen positiven Wert aufweist, für einen
Hubmechanismus zum Anheben eines Objektes verwendet werden und ein
Bereich, in dem sie einen negativen Wert hat, mit einem Dämpferelement
kombiniert werden, der eine positive Federkonstante aufweist, wie
beispielsweise eine Metallfeder, Gummimaterial oder Ähnliches,
um einen Vibrationsdämpfermechanismus
bereitzustellen, bei dem eine gesamte Federkonstante aufgrund der Kombination
innerhalb des vorbestimmten Bereichs eines Versatzes im Wesentlichen
Null beträgt
(siehe 13).
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Ist
das bewegliche Element 14 hingegen aus Ferrit gebildet,
ist eine Erhöhung
der Hysterese verursacht, was dazu führt, dass sie schwer dazu verwendet
werden kann, einen Vibrationsdämpfermechanismus
mit einer Federkonstante bereitzustellen, die fälschlicherweise im Wesentlichen
Null beträgt, wenn
es mit einem Dämpferelement,
wie beispielsweise einer Metallfeder oder Ähnlichem, kombiniert wird.
Trotzdem weist sie aufgrund der Umkehr der Magnetpole eine erhöhte Dämpfkraft
auf. Somit kann das aus Ferrit gebildete bewegliche Element ausschließlich für einen
magnetischen Federaufbau verwendet werden. Abhängig von der Lastmasse kann das
bewegliche Element alternativ mit einem Dämpferelement, wie beispielsweise
einer Metallfeder oder Ähnlichem,
kombiniert werden, um tatsächlich
einen Dämpfermechanismus
bereitzustellen.
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Die 3 bis 7 zeigen
jeweils rein beispielhaft die Anwendung des Magnetfederaufbaus 10 der
dargestellten Ausführungsform,
der derart aufgebaut ist, in einem Hubmechanismus. In 3 ist das
bewegliche Element 15 durch einen Permanentmagneten (Neodym-Magnet)
gebildet. Auch der stationäre
Magnet 12, der auf der rechten Seite angeordnet ist, weist
einen Nordpol auf, der auf seiner Oberseite definiert ist und der
stationäre
Magnet 13 auf den linken Seite weist einen Südpol auf,
der auf seiner Oberseite definiert ist. Darüber hinaus ist das Halteelement 11 unter
den stationären
Magneten 12 und 13, um diese darauf zu haltern,
angeordnet. Um zu gestatten, dass das bewegliche Element 14 in
einer Richtung nach oben bewegt oder versetzt werden kann, ist der
Permanentmagnet, der das bewegliche Element 14 bildet,
zusätzlich
derart angeordnet, dass sein Südpol
entgegengesetzt dem stationären
Magneten 12 auf der rechten Seite liegt und sein Nordpol entgegengesetzt
dem stationären
Magneten 13 auf der linken Seite. Eine derartige Anordnung
gestattet es, dass die Abstoßungskraft
zwischen einem Südpol
des stationären
Magneten 13 auf der rechte Seite, der auf seiner Unterseite
definiert ist und dem Südpol
des beweglichen Elements 14 und zwischen einem Nordpol
des stationären
Magneten 13 auf der linken Seite der auf seiner Unterseite
definiert ist und dem Nordpol des beweglichen Elements 14 wirkt, wodurch
verursacht wird, dass das bewegliche Element 14 nach oben
versetzt wird, um so nach oben von den stationären Magneten 12 und 13 entlastet
zu werden. Dann weist das bewegliche Element 14, das derart
versetzt wurde, eine Anziehungskraft auf, die zwischen dem Nordpol
auf der Oberseite des stationären
Magneten 12 auf der rechten Seite und dem Südpol des
beweglichen Elements 14 und zwischen dem Südpol auf
der Oberseite des stationären
Magneten 13 auf der linken Seite und dem Nordpol des beweglichen
Elements 14 aufgebracht wird. Die Abstoßungskraft und Anziehungskraft,
die derart wirken, sind aufeinander abgestimmt, so dass das bewegliche
Element 14 stabil gehaltert werden kann, während es
aufgrund seines nach oben gerichteten Versatzes in einer um einen
vorbestimmten Betrag angehobenen Position gehalten wird. Eine derart
entlastete Position oder eine Position, in der das bewegliche Element 14 stabil
gehaltert wird, während
es angehoben ist, ist durch einen Schnitt zwischen einem a–b Intervall
und einem Maß,
bei dem die Last Null ist, angedeutet.
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Der
Hubmechanismus, in dem der Magnetfederaufbau 10 angewandt
wird, gestattet es, das bewegliche Element 14 stabil anzuheben,
ohne jegliche zusätzliche
Einrichtung wie beispielsweise ein Gestänge, ein Führungsmechanismus oder Ähnliches. Somit
ist der Hubmechanismus in seinem Aufbau vereinfacht, weist eine
geringere Dimension auf und ist hinsichtlich seiner Herstellungskosten,
verglichen mit einem herkömmlichen
Hubmechanismus, günstiger.
Der Hubmechanismus der vorliegenden Erfinder erleichtert seine Wartung,
weil er die Notwendigkeit ausschließt, jegliche zusätzliche
Einrichtung zu integrieren, wie sie oben beschrieben wurde.
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Es
ist nicht erforderlich, eine Breite des beweglichen Elements 14 auf
einen Spalt zwischen den stationären
Magneten 12 und 13 anzupassen, solange das bewegliche
Element 14 entlang des Spaltes versetzt werden kann, während es
in diesem angeordnet ist. Ist die Breite jedoch derart ausgebildet, dass
sie im Wesentlichen dem Spalt entspricht, wie es in 3 dargestellt
ist, fungieren die stationären Magneten 12 und 13 als
Führung
für das
bewegliche Element 14 während
dessen Bewegung. Um eine gleichmäßigere Bewegung
des beweglichen Elements 14 zwischen den stationären Magneten 12 und 13 zu
sichern, können
die Innenfläche
jedes stationären
Magneten 12 und 13 oder die Außenfläche des beweglichen Elements 14 aus
einem Material 15 gebildet sein, das den Reibungswiderstand reduziert, z.B.
PTFE (Polytetrafluorethylen) oder Ähnlichem, das durch Aufbringen,
Ankleben oder Ähnlichem
abgelagert wird, wie es in den 4(a) und 4(b) dargestellt ist.
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Sind
die stationären
Magneten 12 und 13 und das bewegliche Element 14 jeweils
durch einen Permanentmagneten aus einer einzelnen Lage gebildet,
wird das bewegliche Element 14 in einer beliebigen Richtung
bewegt, abhängig
von den Polaritäten gegenüber den
stationären
Magneten 12 und 13. Ist das bewegliche Element 14 aus
einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen oder Ähnlichem
gebildet, gestattet die Magnetisierungsrichtung des beweglichen
Elements 14 durch eine Wirkung des Magnetfeldes, das durch
die stationären
Magneten 12 und 13 erzeugt wird, wie es in den 5(a) bis 5(c) dargestellt
ist, das bewegliche Element 14 stabil zu halten, während es
sowohl in einer nach oben gerichteten als auch nach unten gerichteten
Richtung versetzt wird, selbst wenn die Magneten 12 und 13 aus
einer einzelnen Lage aufgebaut sind. Somit ist das bewegliche Element 14 jeweils
an einem Schnitt entlastet im Bereich zwischen den Punkten f–g und einem
Maß, an
dem die Last Null ist und in einem Abstand zwischen Punkten h–i und dem
Maß.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform
wird ein Permanentmagnet für
die stationären
Magneten 12 und 13 verwendet, die den magnetischen
Federaufbau 10 bilden. Alternativ kann ein Elektromagnet die
Permanentmagneten ersetzen, wie es in 6 dargestellt
ist. Die Verwendung eines Elektromagneten zu diesem Zweck gestattet
es, die Bewegung des beweglichen Elements 14 durch EIN/AUS-Schalten einer
Erregerspannung, die dem Elektromagneten zugeführt wird, zu steuern. Auch
bei der dargestellten Ausführungsform
ist ein einzelnes bewegliches Element 14 zwischen zwei
derartigen stationären
Magneten 12 und 13 angeordnet, die so angeordnet
sind, dass sie zueinander in einem vorbestimmten Abstand in einer
Richtung der Oberfläche
des Halteelements 11, auf dem die Magneten 12 und 13 angeordnet
sind, beabstandet sind. Alternativ kann die dargestellte Ausführungsform
derart aufgebaut sein, wie es in 7 dargestellt
ist. Insbesondere sind drei derartige stationäre Magneten 12, 13 und 16 auf
dem Halteelement 11 angeordnet, wobei jeweils zwei benachbarte
Magneten in einem vorbestimmten Abstand in Richtung der Oberfläche der
Halteelements, auf dem die stationären Magneten angeordnet sind, zueinander
beabstandet sind. Auch sind zwei bewegliche Elemente 14 und 17 zwischen
den stationären Magneten 12 und 13 bzw.
zwischen den stationären Magneten 13 und 16 angeordnet.
Selbstverständlich können mehrere
stationäre
Magneten und bewegliche Elemente auf ähnliche Art und Weise angeordnet werden.
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Die
Anordnung der stationären
Magneten und beweglichen Element(e), die den magnetischen Federaufbau 10 bilden,
ist auf die obige beschränkt, wobei
sie in Nebeneinanderstellung zueinander in einer Reihe in Richtung
der Oberfläche
des Halteelements, auf dem sie angeordnet sind, angeordnet sind.
Somit kann sie ausgeführt
werden, wie es in den 8 und 9 rein beispielhaft
dargestellt ist. Darüber
hinaus können
vier stationäre
Magneten 12, 13, 16 und 18 auf
dem Halteelement 11 auf gitterähnliche Art und Weise angeordnet
sein, so dass benachbarte zwei stationäre Magneten jeweils in einem gleichen
Abstand zueinander beabstandet sind und Polaritäten aufweisen, die entgegengesetzt
zueinander ausgebildet sind. Dann werden die Permanentmagneten,
die die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 bilden,
zwischen den entsprechenden zwei stationären Magneten angeordnet, so
dass eine Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung
der stationären
Magneten verläuft.
In diesem Fall können
die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 auf
einem Halteelement 22 gehaltert sein, das in einem Kreuzaufbau
ausgebildet ist, um zu sichern, dass vier derartige bewegliche Elemente 14, 17, 20 und 21 gleichzeitig
und positiv den Vorgang zwischen den entsprechenden zwei stationären Magneten
ausführen
können.
Um zu gestatten, dass die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21,
die jeweils durch einen Permanentmagneten gebildet sind, eine Magnetkraft
aufweisen, die effektiv auf die stationären Magneten wirkt, ist das
Halteelement 22 vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wie
beispielsweise Kunstharz oder Ähnlichem,
gebildet.
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Wird
der magnetische Federaufbau 10 als Hubmechanismus verwendet,
kann das Halteelement 22 an einer Endfläche gegenüber einer Fläche vorgesehen
sein, auf der die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 gehaltert
sind, wobei eine Basis 23 zum Haltern des Halteelements 22 darauf
vorgesehen ist, so dass vier Permanentmagneten 24, 25 und 26,
wobei einer in 8 aus Klarheitsgründen weggelassen
ist, auf der Basis 23 angeordnet sein können, während sie die gleichen Polaritäten wie
die stationären
Magneten 12, 13, 16 und 18 und
Permanentmagneten 24, 25 und 26 entgegengesetzt
zueinander haben. Dies gestattet es, ein abstoßendes Magnetfeld zwischen
den stationären
Magneten 12, 13, 16 und 18 und
den Permanentmagneten 24, 25 und 26 zu
erzeugen, so dass die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21,
während
sie angehoben sind, stabiler gehaltert werden können.
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Im
Folgenden wird ein Vibrationsdämpfermechanismus,
in dem der magnetische Federaufbau der vorliegenden Erfindung integriert
ist, unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 erläutert, die ein
Vibrationsdämpfermodell 30 zeigen,
welches ein Beispiel eines Vibrationsdämpfermechanismus mit darin
integrierten magnetischem Federaufbau 10, wie er oben beschrieben
wurde, ist. In den 10 bis 12 bezeichnet
die Bezugsziffer 31 eine Grundplatte. In der Praxis wird
die Grundplatte 31 an einem Rahmen einer Fahrzeugkarosserie
oder Ähnlichem befestigt.
In einem Erschütterungstest
unter Verwendung des Vibrationsdämpfermodells 30 wird
die Grundplatte 31 auf einem Tisch (nicht dargestellt)
einer Testvorrichtung angebracht. Die Grundplatte 31 wird
darauf mit einem Gehäuse 32 in
schachtelähnlicher
Form aufgebracht, dessen Vorder- und Rückwand offen sind. Das Gehäuse 32 weist
einen Sockel 33 auf, der daran befestigt ist, während er
in einer Position im Inneren davon in der Nähe eines Bodens angeordnet
ist. Die stationären
Magneten 12 und 13, die den magnetischen Federaufbau 10 bilden,
sind auf dem Sockel 33 gehaltert. Genauer gesagt ist das Halteelement 11 aus
einem nicht magnetischen Material gebildet und wirkt als Halterungselement,
das an dem Sockel 33 befestigt ist und dann werden die stationären Magneten 12 und 13 in
einem Paar auf dem Halteelement 11 befestigt, so dass sie
in einem vorbestimmten Abstand zueinander beabstandet sind. Das
bewegliche Element 14 wird zwischen den stationären Magneten 12 und 13 angeordnet.
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Das
bewegliche Element 14 wird an einem distalen oder unteren
Ende einer Verbindungsstange 34 gehalten, deren oberes
Ende mit einem Ende eines sich vertikal bewegenden Elements 35 verbunden
ist. Das sich vertikal bewegende Element 35 ist mit seinem
anderen Ende an einem Lastmasse-Halteelement 36 angebracht.
Das Lastmasse-Halteelement 36 ist derart aufgebaut, dass
es eine Lastmasse an ihrem unteren Abschnitt stützt oder haltert. Das sich
vertikal bewegende Element 35 ist jeweils auf seinen beiden
Seiten mit einer Schiebeführung 35a versehen,
die dazu geeignet ist, jeweils mit Schienenelementen 37,
die auf eine Art und Weise angeordnet sind, dass sie sich im Gehäuse 32 vertikal
erstrecken, verschiebbar in Eingriff kommen, um dadurch die Vertikalbewegung
des sich vertikal bewegenden Elements 35 zu stabilisieren.
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Das
Lastmasse-Halteelement 36 ist mit einer im Wesentlichen
U-Form ausgebildet
und mit dem sich vertikal bewegenden Element 35 auf eine
Art und Weise verbunden, dass es eine obere Wand 32a des
Gehäuses 32 in
sich hält,
während
es sie von oben umgibt. Das Lastmasse-Halteelement 36 umfasst
eine obere Wand 36a und ist derart angeordnet, dass sie
einen Spalt zwischen der oberen Wand 36a und der oberen
Wand 32a des Gehäuses 32 definiert. Das
Vibrationsdämpfermodell 30 umfasst
eine Schraubenfeder 40, die in dem Spalt zwischen den oberen
Wänden 32a und 36a aufgenommen
ist. Die Schraubenfeder 40 bildet ein Dämpferelement, das im Wesentlichen
in einer Richtung der Relativbewegung der Lastmasse, die durch die
Verbindungsstange 34, das sich vertikal bewegliche Element 35 und das
Lastmasse-Halteelement 36 gehaltert
ist oder einer Richtung des beweglichen Elements 14 relativ
zu den stationären
Magneten 12 und 13 (oder einer Beaufschlagungsrichtung
des beweglichen Elements 14) elastisch deformierbar ist.
Das Dämpferelement kann
aus einer Metallfeder, einem Gummimaterial oder Ähnlichem gebildet sein. Die
Anordnung der Schraubenfeder 40 ist nicht auf eine spezielle
Art beschränkt,
solange sie sich im Wesentlichen in der Richtung der Relativbewegung
des beweglichen Elements 14 elastisch deformieren kann.
Zum Beispiel kann sie im Gehäuse 32 angeordnet
sein.
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13 zeigt
Testdaten einer Lastversatzkurve, die die statischen Eigenschaften
des oben beschriebenen Vibrationsdämpfermodells 30 andeuten, indem
das bewegliche Element 14, das durch den Neodym-Eisen-Bor-Magneten
(Neodym-Magneten) gebildet
ist, integriert ist. Wie es aus 13 ersichtlich
ist, weist die Federkraft der Sprungfeder 40, die eine
positive lineare Federkonstante aufweist, einen Bereich auf, in
dem der magnetische Federaufbau 10 eine negative Federkonstante
aufweist, die diese in einem Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 überlagert,
so dass die Last in dem Bereich zwischen den Punkten b–c unabhängig von
einer Erhöhung des
Versatzes im Wesentlichen nicht variiert, wie es in 13 dargestellt
ist, was dazu führt,
dass die Federkonstante, die durch eine Neigung der Kurve angedeutet
ist, im Wesentlichen Null beträgt.
Wenn die Einstellung durchgeführt
wird, so dass der Bereich des Versatzes des beweglichen Elements 14 relativ zu
den stationären
Magneten 12 und 13 in dem magnetischen Federaufbau 10,
während
eine Lastmasse gehaltert oder getragen wird, in den Bereich zwischen
den Punkten b–c
in 2 fällt
und eine Einstellung durchgeführt
wird, dass eine Federkonstante der Schraubenfeder 40 und
ein Absolutwert der Federkonstante des magnetischen Federaufbaus 10 im Bereich
zwischen den Punkten b–c
in 2 im Wesentlichen zusammenfallen, kann die Übertragung der
Vibration effizient vermindert oder ausgeschlossen werden, während verhindert
wird, dass sich die Gesamtfederkraft ändert.
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14 zeigt
Vibrationseigenschaften des Vibrationsdämpfermodells 30. In 14 kennzeichnen die
Testbeispiele 1 bis 3 Daten, des Vibrationsdämpfermodells 30, bei
denen das bewegliche Element 14, das in dem Test von 13 verwendet
wurde, durch den Neodym-Magneten gebildet ist. Die Tests wurden
auf eine Art und Weise ausgeführt,
in der das bewegliche Element 14 in einer Position im Wesentlichen
neutral im Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 festgelegt
wurde, während
die Lastmasse auf dem Lastmasse-Halteelement 36 lag
und dann Befestigen der Grundplatte 31 auf einem Tisch
einer Erschütterungsvorrichtung,
wodurch ein Vibrationsübertragungsverhältnis der
Lastmasse in Bezug auf die gemessenen Frequenzen erzielt wurde.
Zum Vergleich wurde auch eine Vibrationsübertragungsverhältnis einer
herkömmlichen "Flüssigkeitsdichtungshalterung" bzw. einem Dämpfermechanismus,
in dem Flüssigkeit
in einer Gummihalterung abgedichtet ist, die in einer Motorhalterung
verwendet werden, gemessen, während
eine Masse mit vorbestimmter Größe auf ihr
gehaltert wurde. In 14 bedeutet z.B. "1, 0mmp-p", dass ein Abstand
zwischen einem Scheitel, der erzielt wird, wenn in einer Richtung
ausgelenkt wird und der erzielt wird, wenn in der anderen Richtung
ausgelenkt wird, 1,0 mm beträgt.
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Wie
es aus der 14 ersichtlich ist, sind die Testbeispiele
1 bis 3 des Vibrationsdämpfermodells 30 der
dargestellten Ausführungsform
jeweils bezüglich
ihrer Vibrationsübertragungsverhältnis verglichen
mit der herkömmlichen
Flüssigkeitsdichtungshalterung
(Vergleichsbeispiele) in starkem Maß reduziert. Insbesondere gestatten
die Testbeispiele jeweils den Resonanzscheitel, verglichen mit den
Vergleichsbeispielen, in einen Bereich niedriger Frequenz zu verschieben,
wodurch Vibrationen über
einen breiten Bereich zwischen 3 Hz, der durch den menschlichen
Körper
sensitiv gefühlt
wird und einen Bereich mit hoher Frequenz reduziert werden.
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15 zeigt
Daten einer Lastversatzkurve, die die statischen Eigenschaften des
Vibrationsdämpfermodells 30 zeigt,
wobei das bewegliche Element 14 des magnetischen Federaufbaus 10,
der das Vibrationsdämpfermodell 30 bildet,
aus Eisen gebildet ist, was ein ferromagnetisches Material ist.
Der Test wurde im Wesentlichen auf die gleiche Art und Weise wie
der in 13 ausgeführt. Das aus Eisen gebildete
bewegliche Element 14, wie es in 2 dargestellt
ist, weist eine negative Federkonstante an zwei Punkten auf. Wie
es aus 15 ersichtlich sein wird, sind
ein Bereich des magnetischen Federaufbaus 10, der eine
negative Federkonstante aufweist und eine Federkraft der Schraubenfeder 40,
die eine positive lineare Federkonstante aufweist, in zwei Bereichen
zwischen den Punkten e–f
und zwischen den Punkten g–h
in 2 überlagert,
was zu einer Last führt,
die unabhängig
von einer Erhöhung
des Versatzes nicht variiert, so dass die Federkonstante, die durch
eine Neigung der Kurve gekennzeichnet ist, im Wesentlichen Null
sein kann.
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Wenn
die Einstellung durchgeführt
wird, so dass ein Bereich des Versatzes des beweglichen Elements 14 relativ
zu den stationären
Magneten 12 und 13 des magnetischen Federaufbaus 10,
während
unterschiedliche Lastmassen M0 oder M0 + M1 gehaltert werden, in
den Bereich zwischen den Punkten e–f oder g–h in 2 fällt und
eine Einstellung durchgeführt
wird, so dass ein Federkonstante der Schraubenfeder 40 und
ein Absolutwert einer Federkonstante des magnetischen Federaufbaus 10 im
Bereich zwischen den Punkten e–f
oder g–h
in 2 im Wesentlichen gleich ist, kann die Übertragung
von Vibrationen effektiv reduziert oder ausgeschlossen werden, während verhindert
wird, dass sich die gesamte Federkraft davon in jedem der Bereiche ändert.
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16 bis 18 zeigen
jeweils Vibrationseigenschaften des Vibrationsdämpfermodells 30, wobei
das bewegliche Element 14 des magnetischen Federaufbaus 10,
der das Vibrationsdämpfermodell 30 bildet,
aus Eisen aufgebaut ist. Messungen der Vibrationseigenschaften wurden
durchgeführt,
während
eine Amplitude zwischen Scheiteln zwischen 0,2 mm, 1,0 mm und 2,0
mm variiert wurde. Daten des Testbeispiels 4 wurden gemessen, während Lastmassen
bei M0 + M1 festgelegt wurden und Daten des Testbeispiels 5 wurden
durch Festlegen bei M0 erzielt. Zum Vergleich sind in den 16 bis 18 (Vergleichsbeispiele)
gleichermaßen
Daten dargestellt, die gemessen wurden, wenn eine Masse mit vorbestimmtem
Maß wie
in 14 auf einer Flüssigkeitsdichtungshalterung
gehaltert wurde. Der Test wurde im Wesentlichen in der gleichen
Art und Weise ausgeführt
wie in 14.
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Die 16 bis 18 zeigen
deutlich, dass die Testbeispiele der vorliegenden Erfindung in ihrem Vibrationsübertragungsverhältnis stark
vermindert sind, um dadurch eine Vibrationsdämpfung, verglichen mit den
Vergleichsbeispielen des Standes der Technik, effektiv herbeizuführen.
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Der
magnetische Federaufbau und der Vibrationsdämpfermechanismus der vorliegenden
Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
begrenzt. Zum Beispiel können
die stationären
Magneten und das bewegliche Element, das in dem magnetischen Federaufbau
integriert ist und die Anordnung davon konfiguriert werden und derart angeordnet
werden, wie es in den 19(a) bis 20(d) dargestellt ist. In den 19(a) bis 20(d) wird jeweils
eine Wirkung des Magnetfeldes, das durch die stationären Magneten
erzeugt wird, auf das bewegliche Element abhängig von einer Position, in
die das bewegliche Element versetzt wird, variiert, so dass das
bewegliche Element in wenigstens einer beliebigen Richtung beaufschlagt
werden kann, was zu einem magnetischen Federaufbau führt, der
seine Funktion positiv darstellt. Somit gestattet die Anordnung,
die jeweils in den 19(a) bis 20(d) dargestellt ist, einen Hubmechanismus
oder einen Vibrationsdämpfermechanismus
zufriedenstellend bereitzustellen, während er im Aufbau vereinfacht
ist.
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Darüber hinaus
ist die Anordnung in 19(a) derart
aufgebaut, dass die stationären
Magneten 51 und 52, die in einem Paar angeordnet
sind, so dass sie in einer Richtung ihrer Anordnung beabstandet
voneinander sind, durch Verbinden zweier Magnete 51a und 51b miteinander
und Verbinden zweier Magnete 52a und 52b miteinander
entsprechend ausgebildet sind. Die Magneten 51a und 51b und
die Magneten 52a und 52b sind derart angeordnet,
dass ihre Magnetisierungsrichtung ihrer Anordnungsrichtung entspricht.
Das bewegliche Element 61 ist zwischen den stationären Magneten 51 und 52, die
in einem Paar vorliegen, angeordnet, so dass seine Magnetisierungsrichtung
parallel zur Magnetisierungsrichtung der Magneten 51a, 51b und
der Magneten 52a, 52b ist.
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Die
Anordnung in 19(b) ist derart ausgestaltet,
dass eine Magnetisierungsrichtung jedes der stationären Magneten 51, 52 und
des beweglichen Elements 61 als vertikal definiert ist.
In der Anordnung von 19(c) sind die
stationären
Magneten 51 und 52 durch Verbinden zweier Magneten 51a und 51b miteinander
bzw. zweier Magneten 52a und 52b miteinander wie
in 19(a) ausgebildet. Das bewegliche
Element 61 ist derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung
senkrecht zu der Magnetisierung der Magneten 51a, 51b und 52a, 52b der stationären Magneten 51 und 52 verläuft.
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In 20(a) ist das bewegliche Element 61 derart
angeordnet, dass seine, Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der
Magnetisierung der stationären
Magneten 51 und 52 verläuft, wie es in 1 dargestellt
ist. 20(a) unterscheidet sich von 1 jedoch
darin, dass das bewegliche Element 61 durch Verbinden zweier
Magneten 61a und 61b miteinander ausgebildet ist.
Ein derartiger Aufbau des beweglichen Elements 61 gestattet
es, dass das bewegliche Element 61 mehrere Scheitel aufweist,
an denen sich eine Federkonstante zwischen einem positiven Wert und
einem negativen Wert in einem Bereich seines Versatzes umkehrt,
so dass das bewegliche Element 61 im Wesentlichen die gleiche
Funktion und die gleichen Vorteile aufweisen kann, wie das aus ferromagnetischem
Material wie beispielsweise Eisen oder Ähnlichem gebildete, das in 5 dargestellt ist.
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In 20(b) sind die stationären Magneten 51 und 52 durch
Verbinden zweier Magnete 51a und 51b miteinander
bzw. Verbinden zweier Magnete 52a und 52b miteinander
ausgebildet, wie es in 19(a) dargestellt
ist. Gleichermaßen
ist das bewegliche Element 61 durch Verbinden zweier Magnete 61a und 61b miteinander
ausgebildet. In 20(c) sind die stationären Magnete 51 und 52 entsprechend durch
Verbinden dreier Magneten 51a, 51b und 51c miteinander
und Verbinden dreier Magneten 52, 52b und 52c miteinander
ausgebildet. In 20(d) sind die stationären Magneten 51 und 52 durch
Verbinden dreier Magneten 51a, 51b und 51c miteinander
bzw. Verbinden dreier Magneten 52a, 52b und 52c miteinander
ausgebildet. Ferner ist das bewegliche Element 61 derart
angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der
der Magneten 51, 51b, 51c, 52a, 52b und 52c verläuft. Die
oben beschriebene Anordnung, die in jeder der 20(b) bis 20(d) dargestellt ist, gestattet es, die
Abstoßungskraft
an mehreren Punkten innerhalb eines Bereiches des Versatzes des
beweglichen Elements 61 zu ändern, so dass das bewegliche
Element 61 mehrere Scheitel aufweisen kann, an denen sich
eine Federkonstante zwischen einem positiven Wert und einem negativen
Wert umkehrt.
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Bei
der in jeder der 19(a) bis 20(d) dargestellten Anordnungen sind die
stationären
Magneten und/oder das bewegliche Element durch Verbinden mehrerer
Magneten ausgebildet. Die Anzahl der Magnete, die zu verbinden sind,
ist nicht auf eine spezielle Zahl beschränkt.
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Wenn
die stationären
Magneten, die außerhalb
des beweglichen Elements angeordnet sind, durch Elemente gebildet
werden, die unterschiedlich voneinander sind, wie es in 1 dargestellt
ist, ist es erforderlich, dass sie derart angeordnet sind, dass das
bewegliche Element zwischen ihnen in einer Anordnungsrichtung davon
angeordnet ist. Alternativ kann die dargestellte Ausführungsform
derart konfiguriert sein, wie es in 21 dargestellt
ist. Genauer gesagt ist ein stationärer Magnet 53 mit
einer zylindrischen Form ausgebildet, wie beispielsweise einer kreisförmigen zylindrischen
Form, einer rechteckigen zylindrischen Form, oder Ähnlichem,
um einen inneren Spalt 53a in sich bereitzustellen, der
als Durchgang für
ein bewegliches Element 62 dient. Selbst bei einem derartigen
zylindrischen Aufbau des stationären
Magneten 53 können
die Magnete, die den stationären
Magneten 53 und das bewegliche Element 62 bilden,
in einer beliebigen Art und Weise oder Ausgestaltung angeordnet
sein. Wenn der stationäre
Magnete 53 in einer rechteckigen zylindrischen Form ausgebildet
ist, wird er diesbezüglich
einer Beschränkung
der Ausgestaltung ausgesetzt, die dazu führt, dass er auf eine Anordnung,
wie es in den 19(b), 19(c) oder 20(d) dargestellt sind, beschränkt ist,
wobei die Magnetpole symmetrisch zueinander mit dazwischen liegendem
beweglichen Element 62 ausgebildet sind.
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Zusätzlich weist
das Vibrationsdämpfermodell 30 der
dargestellten Ausführungsform
die Schraubenfeder 40, die darin integriert ist, auf, so dass
sie als Dämpferelement
dient. Sie ist jedoch nicht auf eine derartige Metallfeder, wie
sie oben beschrieben wurde, ein Gummimaterial oder Ähnliches beschränkt, solange
es eine Federkraft im Wesentlichen in einer Richtung der Relativbewegung
der Lastmasse aufweist. Wie es in 8 dargestellt
ist, können
die Permanentmagneten 24, 25 und 26 zum Beispiel
auf den stationären
Magneten 12, 13, 16 und 18 des
magnetischen Federaufbaus 10 auf eine Art und Weise angeordnet
sein, dass sie die gleichen Polaritäten davon entgegengesetzt zueinander
bilden, so dass ein Dämpfermechanismus,
der durch einen Magnetkreis mit einer dazwischen ausgebildeten Abstoßungskraft
gebildet ist, als ein Dämpferelement bereitgestellt
werden kann. In diesem Fall wird das Dämpferelement nur schwer eine
lineare Federcharakteristik verglichen mit einer Metallfeder oder Ähnlichem
aufweisen. Eine geeignete Einstellung der Intensität eines
Magnetfeldes, das durch jeden der stationären Magneten 12, 13, 16 und 18 und
der beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21,
die den magnetischen Federaufbau bilden, erzeugt wird sowie der Permanentmagneten 24, 25 und 26,
die den Dämpfermechanismus
zusammen mit den stationären
Magneten bilden, gestattet es, dass das Vibrationsdämpfermodell 30 eine
Gesamtfederkonstante von im Wesentlichen Null aufweist. Wird das
Dämpferelement
durch einen derartigen Magnetkreis gebildet, kann der gesamte Vibrationsdämpfermechanismus durch
nur den Magnetkreis gebildet sein, was zu einer weiteren Vereinfachung
des Aufbaus und einer erleichterten Wartung führt. Die Anzahl der stationären Magneten
und Permanentmagneten, die den Dämpfungsmechanismus
bilden, der durch dem Magnetkreis bereitgestellt wird und ihre Anordnung
können
je nach Erfordernis variiert werden. Somit sind sie nicht auf 8 beschränkt.
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Wie
es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist der magnetische Federaufbau
der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, dass der stationäre Magnet,
der außerhalb
des beweglichen Elements angeordnet ist, aus einem magnetischen
Material gebildet ist, während
er einen Spalt bildet, der als ein Durchgang für das bewegliche Element dient,
um dadurch das bewegliche Element durch eine Wirkung seines Magnetfeldes,
das erzeugt wird, zu beaufschlagen. Ein derartiger Aufbau der vorliegenden
Erfindung gestattet es dem Magnetkreis, der durch die stationären Magneten
und das bewegliche Element, das in einer solchen vorbestimmten Positionsbeziehung
angeordnet ist, gebildet ist, ausschließlich als Dämpfer verwendet zu werden.
Auch gestattet sie eine Gesamtfederkonstante des Magnetkreises,
kombiniert mit einem Dämpferelement,
wie beispielsweise einer Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem,
fälschlicherweise
auf im Wesentlichen Null festzulegen. Somit stellt die vorliegende
Erfindung einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfermechanismus,
die im Vergleich mit dem Stand der Technik in ihrem Aufbau vereinfacht
und bei niedrigen Kosten hergestellt werden können, bereit. Ferner gestattet es
die vorliegende Erfindung, dass der Magnetkreis ausschließlich einen
Hubmechanismus zum relativen Heben einer Lastmasse bildet. Diesbezüglich schaltet
die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit, ein Gestänge oder
einen Führungsmechanismus
vorzusehen, die bei herkömmlichen
Hubmechanismen erforderlich sind, die Abstoßungskräfte zwischen den Magneten verwenden,
aus, um dadurch den Aufbau des Hubmechanismus zu vereinfachen, seine
Herstellungskosten zu reduzieren und eine Wartung zu erleichtern.
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ANHANG UND ERLÄUTERUNGEN
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- 1. Die Größen im letzten
Absatz auf Seite 8 sind Millimeter.
- 2. Der Begriff "dynamische
Vergrößerung" ist das Verhältnis kd/ks,
wobei ks die statische Federkonstante und kd die Speicherfederkonstante
ist.
- 3. Die Bedeutung der Beschreibung "um zu gestatten, dass eine gesamte Federkonstante fälschlicherweise
auf im Wesentlichen Null festgelegt wird" ist wie folgt:
Gemäß dem Hook'schen Gesetz ist
die Federkonstante "k" durch die Formel "k = F(Last)/x(Versatz)" definiert.
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In 2 dieser
Anmeldung ist z.B. die Laständerung
des Versatzes zwischen Punkt b und Punkt c gegenüber der Änderung der Last zwischen dem
Punkt a und Punkt b abnehmend. Somit zeigt "F" in
der oben erwähnten
Formel eine negative Änderung
in dem Bereich, in dem die Last abnimmt. Dadurch ergibt sich die
Federkonstante zwischen dem Punkt b und Punkt c durch die Formel "k = –F/x", die wie folgt geschrieben
werden kann: "–k = F/x".
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Wenn
die Schraubenfeder, die die positiv lineare Federkonstante aufweist,
in dem magnetischen Federmechanismus integriert wird, der eine negative
Federkonstante aufweist, ergibt sich die Gesamtfederkonstante durch "(–k) + (k)" und kann im Wesentlichen Null werden,
solange jeder Absolutwert, der der negativen Federkonstante und
der positiven Federkonstante, nahezu gleich ist. Das Vibrationsübertragungsverhältnis ist
das Verhältnis
der Eingabebeschleunigung zur Ausgabebeschleunigung.