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Hintergrund
und Zusammenfassung der Offenbarung Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft magnetisch gesteuerte Reibungsdämpfer. Insbesondere
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Dämpfer, die den Berührungsdruck
zwischen einem Gehäuse
und einem beweglichen Körper
gemäß einem
erzeugten Magnetfeld verändern.
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Hintergrund und Stand
der Technik
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Magnetisch
gesteuerte Dämpfer
oder Streben erzeugen Dämpfung,
die durch die Größe eines angelegten
Magnetfeldes gesteuert wird. Mancherlei Arbeit auf dem Gebiet der
magnetisch gesteuerten Dämpfer
bezieht sich entweder auf elektrorheologische (ER) oder magnetorheologische
(MR) Dämpfer. Das
Prinzip, auf das sich diese beiden Arten von Dämpfereinrichtungen stützen, besteht
darin, daß besondere
Flüssigkeiten
ihre Viskosität
im Verhältnis zu
einem angelegten elektrischen oder magnetischen Feld ändern. Auf
diese Weise läßt sich
die erreichbare Dämpfungskraft
mit der Flüssigkeit
steuern, indem das angelegte Feld gesteuert wird. Beispiele für ER- und
MR-Dämpfer
werden in den US-Patenten 5 018 606 und 5 284 330 diskutiert.
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MR-Flüssigkeiten
haben hohe Fließspannungen
und Viskositäten
und sind daher in der Lage, größere Dämpfungskräfte zu erzeugen
als ER-Flüssigkeiten.
Dazu kommt, daß MR-Flüssigkeiten
durch leicht herstellbare magnetische Felder mit einfachen Elektromagnetspulen
niedriger Spannung aktiviert werden können. Infolgedessen werden
Dämpfer,
die MR-Flüssigkeiten
benutzen, gegenüber
ERDämpfern
bevorzugt.
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Da
ER- und MR-Flüssigkeitsdämpfer immer noch
mit Flüssigkeitsdämpfung zu
tun haben, müssen
die Dämpfer
mit genau arbeitenden Ventilen und Dichtungen hergestellt werden.
Insbesondere erfordern derartige Dämpfer gewöhnlich eine dynamische Dichtung
und einen nachgieibigen Gehäusekörper, die
nicht besonders einfach herzustellen und zusammenzubauen sind. Darüber hinaus
können
Dämp fer des
Flüssigkeitstyps
erhebliche Abschaltkräfte
haben, die die Herstellung und die Montage weiter komplizieren.
Mit Abschaltkräften
sind die Kräfte
gemeint, die in den Dämpfer
wirken, wenn er nicht erregt wird.
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Die
JP-A-11-002 277 beschreibt einen Dämpfer mit veränderlicher
Kraft, bei dem eine Stange Schuhe trägt, die mit Hilfe einer magnetischen Rückstoßkraft gegen
einen umgebenden Zylinder gepreßt
werden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt betrifft die Erfindung einen magnetisch gesteuerten Reibungsdämpfer mit einem
Gehäuse,
das einen Hohlraum begrenzt, einen beweglichen Körper, der in dem Gehäuse angeordnet
und in Bezug auf das Gehäuse
beweglich ist und einen Magnetfeldgenerator zur Erzeugung eines magnetischen
Feldes, um zwischen dem Gehäuse und
dem beweglichen Körper
einen Reibungseingriff zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen
durchgehenden Schlitz aufweist und daß die Erzeugung des magnetischen
Feldes bewirkt, daß das
Gehäuse
gegen den beweglichen Körper
gedrückt
wird.
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Gemäß einem
anderen Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Aufgabe und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlich,
die folgendes bedeuten:
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1 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine längs
der Linie A-A in 1 geschnittene Stirnansicht;
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3A ist
eine Seitenansicht eines Gehäuses
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3B ist
eine längs
der Linie B-B in 3A geschnittene Stirnansicht;
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4A ist
eine Seitenansicht eines Gehäuses
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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4B ist
eine längs
der Linie C-C in 4A geschnittene Stirnansicht;
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5A ist
eine Seitenansicht eines Gehäuses
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5B ist
eine längs
der Linie D-D in 5A geschnittene Stirnansicht;
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6 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines fünften Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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7 ist
eine teilweise weggeschnittene Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines siebten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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9 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines achten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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10A ist eine schematische Darstellung, die das
von Dauermagneten in einem Dämpfer
gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
erzeugte Magnetfeld zeigt;
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10B ist eine schematische Darstellung des Magnetfeldes,
das von Spulen in einem Dämpfer gemäß dem achten
Ausführungsbeispiel
erzeugt wird;
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10C ist eine schematische Darstellung des Magnetfeldes,
das sich durch Hinzufügung
der in den 10A und 10B gezeigten
Magnetfelder ergibt;
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11 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines zehnten Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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12 ist
ein Graph, das die Abhängigkeit zwischen
Dämpfungskraft
und Strom bei einem Dämpfer
zeigt, der gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut ist;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines elften Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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14 ist
eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung des in 13 gezeigten Ausführungsbeispiels;
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15 ist
eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, das eine Außenschicht aus einem akustisch
isolierenden Material aufweist;
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16 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines zwölften Ausführungsbeispiels der
vorliegenden Erfindung;
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17 ist
eine geschnittene Stirnansicht des in 16 gezeigten
Ausführungsbeispiels;
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18 ist
eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung der in den 16 und 17 gezeigten
Ausführungsbeispiele;
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19 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines dreizehnten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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20 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines vierzehnten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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21 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines fünfzehnten
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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22 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines sechzehnten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung;
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23 ist
eine längs
der Linie E-E geschnittene Stirnansicht der in 22 gezeigten
Ausführungsform;
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24 ist
eine schematische Darstellung einer Waschmaschine, die einen Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung verwendet;
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25 ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, benutzt in einem Auto, Lastwagen oder anderem Fahrzeug;
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26A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, benutzt als Dämpfer in einem Bürosessel;
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26B ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
gemäß der vorliegenden Erfindung,
verwendet zur Steuerung der Neigung des in 26A gezeigten
Sessels;
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27 ist
eine schematische Darstellung eines in der Höhe einstellbaren Tisches, bei
dem eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt wird;
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28A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung, benutzt zur Verriegelung der Neigung einer Tür;
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28B ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung, benutzt zur Verriegelung der Neigung einer Arbeitsoberfläche;
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29 ist
eine schematische Seitendarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, benutzt als Rotationsbremse in einem Kraftrückkopplungs-Steuerrad;
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30 ist
eine schematische geschnittene Seitendarstellung einer Computeranzeige-Einrichtung,
die eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als Rotationsbremse benutzt;
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31 ist
eine schematische geschnittene Seitenansicht eines aktiven Kraftrückkopplungs-Steuerrads,
das eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung als Bremse benutzt;
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32 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Halterung ungleichförmiger Gegenstände, die
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt;
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33 ist
eine teilweise weggeschnittene, seitliche Schnittansicht eines siebzehnten
Ausführungsbeispiels
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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34 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines achzehnten Ausführungsbeispiels
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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35 ist
eine teilweise weggeschnittene Seitenansicht eines neunzehnten Ausführungsbeispiels
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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36A ist eine schematische, seitliche Schnittansicht
eines Ausführungsbeispiels
eines Dämpfers,
das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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36B ist eine Schnittansicht der in 36A gezeigten Ausführungsform, längs der
Linie F-F;
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37A ist eine Seitenansicht des Gehäuses gemäß der in 36A gezeigten Ausführungsform;
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37B ist eine Stirnansicht des in 37A gezeigten Gehäuses;
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38A ist eine Seitenansicht eines Gehäuses gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiels
eines Dämpfers,
das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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38B ist eine Stirnansicht des in 38A gezeigten Gehäuses; und
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39 und 40 sind
weitere Ausführungsbeispiele
eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung bezieht sich die folgende detaillierte Beschreibung
auf die beigefügten
Zeichnungen, in denen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben sind.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf magnetisch gesteuerte MR-Flüssigkeitseinrichtungen
als Alternative zu den herkömmlichen
Einrichtungen dieser Art. Die Erfindung kann in Form von linearen
oder rotierenden Dämpfern,
Bremsen, verriegelbaren Streben oder Positionshalterungseinrichtungen
verwirklicht werden. Die Erfindung enthält keine MR-Flüssigkeit,
erzeugt jedoch ein veränderliches Niveau
der coulombischen Dämpfung
oder Reibungsdämpfung,
die durch die Größe des angelegten
magnetischen Feldes gesteuert wird.
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Im
Gegensatz zu MR- oder ER-Flüssigkeitsdämpfern ist
ein erfindungsgemäßer Dämpfer einfach
herzustellen und erfordert relativ geringe Kosten. Ein Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht
außerdem
sehr weite mechanische Toleranzen und Passungen zwischen den Komponenten. Dazu
kommt, daß ein
erfindungsgemäßer Dämpfer keine
dynamische Dichtung oder einen Federungsgehäusekörper wie ein Dämpfer des
Flüssigkeitstyps verlangt
und daher relativ einfach herzustellen und zu montieren ist. Darüber hinaus
hat der Dämpfer
gemäß der vorliegenden
Erfindung besonders geringe Ausschaltkräfte, die für einen weiten dynamischen Bereich
zwischen dem Ausschalt- oder Abschaltzustand und einer maximalen
Dämpfungskraft
gelten.
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Ein
Beispiel für
einen Dämpfer
gemäß der vorliegenden
Erfindung weist ein magnetisch permeables, rohrförmiges Gehäuse auf, das sich in Bezug auf
einen elektromagnetischen Kolben bewegt und eine oder mehrere Spulen
einen zugehörigen
permeablen Kern oder Kernstücke
und zugehörige
Polbereiche enthält.
Die Polbereiche befinden sich in der Nähe einer Grenzfläche zwischen
dem Gehäuse
und befördern
den magnetischen Fluß in
einer in etwa radialen Richtung in Bezug auf eine Längsachse,
die an dem Gehäuse
entlang läuft.
Das Gehäuse
ist mit einer Reihe Schlitzen versehen. Die Schlitze in dem Gehäuse ermöglichen
dem Gehäuse,
sich radial zu biegen und zusammenzuziehen, wenn ein magnetisches
Feld angelegt wird, indem Strom durch die Spulen geleitet wird.
Wenn dies geschieht, drückt
die innere Oberfläche
des Gehäuses
gegen die äußere Oberfläche des
Kolbens mit einer senkrechten Kraft, die annähernd der Größe des angelegten
Magnetfeldes proportional ist. Auf diese Weise wirkt das Gehäuse wie
ein magnetisch betätigter
Klemmring, der den Kolben so zusammendrückt, daß er der Relativbewegung zwischen
dem Gehäuse
und dem Kolben Widerstand entgegensetzt. Im allgemeinen ist die Höhe des angelegten
Magnetfeldes proportional dem durch die Spule fließenden elektrischen
Strom. Die Dämpfungskraft
hängt somit
vom Reibungskoeffizienten zwischen der inneren Oberfläche des
Gehäuses
und der äußeren Oberfläche des
Kolbens und der normalen, also senkrechten Kraft zwischen diesen
Oberflächen
ab, die wiederum von dem magnetischen Feld abhängig ist, das durch den durch
die Spulen laufenden Strom erzeugt wird.
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Die
Erfindung ermöglicht
die Anpassung an sehr weite mechanische Toleranzen oder Passungen zwischen
dem Gehäuse
und dem Kolben. Da diese Einrichtungen keine dynamische Dichtung
oder federnden Gehäusekörper erfordern,
bieten sie besonders geringe Ausschaltkräfte und sind besonders leicht
herzustellen und zusammenzubauen.
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Die
vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere zur Herstellung preiswerter,
großvolumiger, linearer
Dämpfer
zur Verwendung für
Haushaltsgeräte,
beispielsweise Waschmaschinen. Andere Anwendungen für Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung betreffen einfache Rotations- oder Linearbremsen zur Steuerung
mechanischer Bewegungen innerhalb von Büroausstattungen, beispielsweise
Kopierern oder Druckern, d. h. Papierzufuhrmechanismen. Zusätzliche
Anwendungen für
Dämpfer
gemäß der vorliegenden
Erfindung betreffen Dämpfer
für halbaktive
Steuerelemente in Verbindung mit ultraniedrigen Schwingungstischen
und Plattformen. Dämpfer
gemäß der vorliegenden
Erfindung lassen sich auch als Regel- oder Verriegelungsmechanismen
bei Büromöbeln, beispielsweise
Bolzen und Riegel für
Türen,
Schubkästen
usw. einsetzen. Noch andere Anwendungsmöglichkeiten betreffen Übungsgeräte, Rehabilitationsausrüstungen,
Joysticks, seismische Struktursteuerdämpfer, halbaktive Flugzeugsteuereinrichtungen,
Werkzeugmaschinen-Halterungseinrichtungen, Ventilatorsystemklappen
und Türen
in Automobilen sowie Schiebetüren
in Fahrzeugen usw.
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Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung können
auch auf dem Gebiet von Zusatzvorrichtungen Verwendung finden. Zu
diesem Gebiet gehören Einrichtungen, die
im Umfeld von Computern benutzt werden, wie beispielsweise Kraftrückkopplungs-Steuerräder, Mäuse und
Joysticks für
Spiele und andere Software. Dieses Gebiet enthält auch industrielle Kraftrückkopplungs-Mechanismen
wie Lenkräder
in Lenk-by-Wire-Fahrzeugen.
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Noch
eine andere Anwendungsmöglichkeit bietet
der Einsatz entweder als linearer oder rotierende Ausführungen
der Erfindung in Verbindung mit pneumatischen und hydraulischen
Antrieben, um eine präzise
Positionierung und Geschwindigkeitssteuerung zu erreichen.
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In
Bezug auf die Zeichnungen ist festzustellen, daß in den 1 und 2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Dämpfers dargestellt
ist. Der Dämpfer 101 von 1 weist
ein Gehäuse 103 auf,
das einen Hohlraum 105 begrenzt, in dem ein Kolben 107 angeordnet
ist. Das Gehäuse 103 ist
mit mehreren, beispielsweise acht, Längsschlitzen 109 versehen
(fünf der
Schlitze sind in 1 erkennbar), die durch die
Gehäusewand
laufen, um flexible Bänder 111 zu
bilden. Die Schlitze 109 erstrecken sich durch die Wand
des Gehäuses 103 und
nahezu über
die gesamte Länge
des Gehäuses 103.
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Der
Kolben 107 ist mit einer Stange 113 versehen,
die einen magnetisch aktiven Teil 113 aus wenigstens einer
und vorzugsweise zwei Elektromagnetspulen 115 aufweist,
welche in einem magnetisch permeablen Kern 117 sitzen.
Obgleich hier der magnetisch permeable Kern 117 hohl ist,
könnte
der Kern alternativ auch eine massive Spule sein. Ein hohler Kern
bietet Platz für
den Anschluß von
Drähten
oder für
eine axiale Schraube oder Niet. Ein massiver Kern wird jedoch bevorzugt,
weil die magnetische Sättigung
des Kerns geringer ist.
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Dazu
kommt, daß der
Kern aus mehreren Kernteilen bestehen kann. Eine Stromquelle 118 liefert
an die Spulen 115 durch die Drähte 119 Strom. Jedes
Ende des Dämpfers
weist vorzugsweise eine Struktur auf, die die Anbringung des Dämpfers 101 an
anderen Strukturen erleichtert, so beispielsweise ein Pleuelstangenauge 121 zur
Anbringung des Endes an einem Teil eines gedämpften Elementes.
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Der
durch die Spulen 115 fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld,
das das Gehäuse 103 in
Richtung auf den Kolben 107 zieht. Zu diesem Zweck besteht
das Gehäuse 103 aus
einem Material, das durch das Magnetfeld angezogen wird, so beispielsweise
aus Stählen
oder anderen Eisenlegierungen, wobei diese Materia lien noch keinen
beschränkenden
Charakter haben sollen. Die Höhe
des durch die Spulen 115 fließenden Stroms ist im allgemeinen
direkt proportional der Größe des erzeugten
Magnetfeldes. Somit kann die Steuerung des durch die Spulen 115 fließenden elektrischen
Stroms zur Steuerung der senkrechten oder Druckkraft zwischen der inneren
Oberfläche
des Gehäuses 103 und
der äußeren Oberfläche des
Kolbens 107 dienen, um dadurch die Dämpfungswirkung des Dämpfers 101 zu
steuern.
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Eine
Darstellung der Dämpfungswirkung
ist aus der geschnittenen Stirnansicht von 2 ersichtlich,
die den Zusammenhang zwischen dem geschlitzten Gehäuse 103 und
dem Kolben 107 zeigt. Wenn kein Magnetfeld anliegt, sitzt
der Kolben 107 und insbesondere der aktive Teil 113 lose
in dem Gehäuse 103,
wobei zwischen dem Gehäuse 103 und dem
magnetisch aktiven Teil 113 des Kolbens 107 ein kleines
radiales Spiel 123 besteht. Das heißt, das Gehäuse 103 ist entspannt
und übt
auf den Kolben 107 wegen des kleinen radialen Spiels 123 zwischen der
inneren Oberfläche
des Gehäuses 103 und
der äußeren Oberfläche des
Kolbens 107 keinen Druck aus. Sobald den Spulen 115 Strom
zugeführt
wird, bewirkt das erzeugte Magnetfeld, daß die flexiblen Bänder 111 im
Gehäuse 103 radial
nach innen gezogen werden, wie dies durch die Pfeile 125 angedeutet ist,
so daß das
Gehäuse 103 auf
den Kolben 107 einen Druck ausübt, und zwar mit einer Kraft,
die proportional dem anliegenden Magnetfeld ist und damit dem fließenden Strom.
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Das
geschlitzte Gehäuse 103 und
der Kern 117 des Kolbens 107 bestehen vorzugsweise
aus niedriggekohlten Stahl hoher Permeabilität, obgleich auch andere magnetisch
permeable Materialien verwendet werden können. Die Schlitze 109 sind
vorzugsweise rund um den Umfang des Gehäuses 103 in einheitlichem
Abstand angeordnet, so daß eine axial-periodische
Symmetrie erhalten bleibt. Das Paar Spulen 115 ist vorzugsweise
so gewickelt, daß die
Spulen Magnetfelder in entgegengesetzten Richtungen erzeugen. Diese
Konfiguration ermöglicht
es, daß das
von jeder Spule 115 erzeugte Magnetfeld in einem Bereich
zwischen den Spulen 115 addiert und nicht gelöscht wird.
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Die
Konfiguration der Stütze
in dem Gehäuse
des Dämpfers
kann verändert
werden, um die Flexibilität
eines Gehäuses
anzupassen. Ein Beispiel für ein
Gehäuse 127 weist
weniger Längsschlitze 109 auf
und hat deshalb eine geringere Flexibilität als ein vergleichbares Gehäuse mit
mehr Schlitzen, wie in den 3A und 3B dargestellt.
Die Längsschlitze 109 können auch
durch ein offenes Ende 129 eines Gehäuses 131 getragen
werden, wie in den 4A und 4B gezeigt.
Die Schlitze 109, die durch das offene Ende 129 getragen
werden, erzeugen ein noch flexibleres Gehäuse 131, um dadurch sicherzustellen,
daß zwischen
dem Gehäuse 131 und
dem Kolben eine vollständige,
ungehinderte Berührung
erzeugt wird, sobald das Magnetfeld angelegt wird. Dies kann besonders
wichtig sein, wenn ein dickwandiges Rohr für das Gehäuse 131 benutzt wird.
Größere Gehäuseflexibilität kann auch
dadurch erhalten werden, daß Paare
von Schlitzen 109 in einem Gehäuse 131 mit einem
Querschlitz 135 verbunden werden, um, wie aus den 5A und 5B ersichtlich,
elastische Zungen 137 zu bilden.
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In
Abhängigkeit
von der Dicke des Gehäusematerials
und ihre dementsprechende Eigenschaft, magnetischen Fluß zu transportieren
(Permeabilität) und
auch von der Größe der gewünschten
Dämpfungskraft,
kann die Zahl der Spulen 115 bei der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
variieren. Eine Ausführungsform 139 mit
einer einzigen Spule ist in 6 gezeigt,
während
eine Ausführungsform 141 mit
vier Spulen aus 7 zu entnehmen ist. Mit Ausnahme
der Anzahl der Spulen 115 und eines massiven Kerns 143 anstelle
des oben beschriebenen hohlen Kern sind die in den 6 und 7 gezeigten
Ausführungsformen
mit denen in den 1 und 2 gezeigten
identisch. Mehr Spulen 115 werden vorzugsweise dann verwendet,
wenn die Dicke des Gehäuses
klein ist, um magnetische Sättigung
des Gehäuses
zu vermeiden. Magnetische Sättigung
bezieht sich auf die maximale Höhe
der Magnetisierung, die ein Material erlangen kann, was dem auf
diesem Gebiet tätigen
Durchschnittsfachmann leicht einleuchten wird. Die Dicke des Gehäuses begrenzt
die Höhe
der Magnetisierung, die in dem Gehäuseteil neben den Spulen induziert
werden kann.
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Von
gewissen Anwendungen der Erfindung wird verlangt, das magnetische
Feld und damit die Dämpfungskraft
die meiste Zeit einwirken zu lassen, wobei nur kurze Zeiten auftreten,
in denen die Dämpfung
ausgeschaltet wird. Dies läßt sich
durch Hinzufügung
eines oder mehrerer Permanentmagneten zu dem System erreichen. Ein
Permanentmagnet kann als Dämpfer
verwendet werden, so daß dann,
wenn der Dämpfer
sich im Einschaltzustand befindet (das Gehäuse drückt gegen den Kolben), kein
Strom an der Elektromagnetspule anliegt. Die Elektromagnetspule
dient dazu, das Feld des Permanentmagneten zu beseitigen, wobei
Strom zugeführt
wird, um dadurch zunehmend den Dämpfer
abzuschalten.
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Wie
aus 8 ersichtlich, sind zwei axial polarisierte (d.
h. die entgegengesetzten Flächen
der Scheiben sind die entgegengesetzten Pole der Magneten) Scheibenmagnete 143 angeordnet
und so ausgerichtet, daß sie
einen Dämpfer 145 in
einen Einschaltzustand drücken,
d. h. in einen Zustand, in dem das Gehäuse magnetisch an den Kolben
angezogen wird. Ein magnetisch aktiver Teil 147 eines Kolbens 149 weist
drei Kernstücke 151 auf,
zwischen denen die Scheibenmagnete 143 liegen. Die Scheibenmagnete 143 sind
in radialer Richtung direkt innerhalb der Spulen 115 gelegen.
Die Scheibenmagnete 143 ziehen das Gehäuse 103 und den Kolben 149 zusammen.
Um die Dämpfung
auszuschalten, werden die magnetischen Felder, die von den permanenten
Scheibenmagneten 143 erzeugt werden, wenigstens teilweise
und vorzugsweise vollständig
beseitigt, indem dem Spulenpaar 115 Strom zugeführt wird,
mit dem Magnetfelder erzeugt werden, die denjenigen der Permanentmagneten 143 entgegengesetzt
sind.
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Eine
andere beispielsweise Ausführungsform,
die mit Permanentmagneten arbeitet, ist in 9 gezeigt.
In diesem Fall beseitigen die Elektromagnete das Magnetfeld nicht
in allen Richtungen. Vielmehr bewirken die Elektromagnete, daß das Feld des
Permanentmagneten in eine andere Bahn neu ausgerichtet wird.
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Wie
bei der Ausführungsform
von 8 weist auch die in 9 dargestellte
erfindungsgemäße Ausführungsform
einen Dämpfer 150 auf,
der ein Gehäuse 103 besitzt,
das dieselbe Struktur hat wie das in den 1 und 2 gezeigte
Gehäuse.
Gemäß der in 9 gezeigten
Ausführungsform
ist ein magnetisch aktiver Teil 152 eines Kolbens 153 mit axial
polarisierten, ringförmigen
Permanentmagneten 155 versehen, die unmittelbar radial
innerhalb der Spulen 115 liegen. Die Spulen und die Ringmagneten befinden
sich zwischen den magnetisch permeablen Kernteilen 157,
so daß nichtmagnetische
Spalten 159 in der Mitte jedes Ringmagnets 155 gebildet
werden. Die Spalten 159 sind weniger magnetisch permeabel
als die Kernteile 157 und bewirken daher einen geringeren
magnetischen Fluß durch
die Mitte des magnetisch aktiven Teils 152. Die Kernteile 157 und
Ringmagneten 155 werden durch einen nichtmagnetischen Verbinder 161 zusammengehalten.
Der Verbinder 161 ist nicht magnetisch um zu verhindern, daß das erzeugte
Magnetfeld von der Grenzschicht zwischen dem Gehäuse 103 und dem magnetisch aktiven
Teil 152 weggeleitet wird. Alternativ dazu können die
Kernteile 157 durch einen Klebstoff zusammengehalten werden.
Hierfür
kann jeder beliebige geeignete Klebstoff Verwendung finden, einschließlich Epoxyde,
Cyanoacrylate usw.
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Wie
schematisch in 10A dargestellt, lassen die
nichtmagnetischen Spalten 159 in der Mitte der Ringmagneten 155 nur
einen sehr kleinen magnetischen Fluß an den flankierenden Faden
durch die magnetischen Spalten 159 in der Mitte der Ringmagneten 155 fließen. Infolgedessen
hat ein Magnetfeld 162 durch das Gehäuse 103 einen viel
geringeren Widerstand (Widerstand gegen den Transport eines Magnetfeldes)
als der Flußweg
durch die Mitte jedes der Ringmagneten 155, und deshalb
werden das Gehäuse 103 und
der Kolben 149, wie oben beschrieben, in radialer Richtung
zusammengezogen. Um die Dämpfungskraft
zu verringern, wird den Elektromagnetspulen 115 Strom zugeführt, der
ein magnetisches Feld 163 erzeugt, wie schematisch in 10B dargestellt. Strom kann so eingestellt werden,
daß die
Größe des durch
die Spulen erzeugten Feldes gleich derjenigen der Ringmagnete 155 ist,
wo das Feld sich in das Gehäuse 103 erstreckt,
jedoch nicht entgegengesetzt ist. Das Magnetfeld 163 addiert
sich zu demjenigen, das durch die Ringmagnete 155 erzeugt
wird, so daß sich
das in 10C gezeigte Gesamtmagnetfeld 165 ergibt.
Das heißt,
das Magnetfeld jedes der ringförmigen
Permanentmagneten 155 wird neu ausgerichtet, so daß es durch
den Hochwiderstandspfad durch die offene Mitte der Ringmagneten 155 fließt. Das
Magnetfeld an der Grenzfläche zwischen
dem Gehäuse 103 und
dem Kolben, das die Anziehungskraft zwischen dem Gehäuse 103 und dem
Kolben 149 erzeugt, wird beseitigt und damit wird die Dämpfungskraft
des Dämpfers
reduziert oder vollständig
beseitigt.
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Wie
in 11 gezeigt, läßt sich
an ein Ende eines Dämpfers
gemäß der vorliegenden
Erfindung zur Bildung einer Strebe 169 eine Feder 167 hinzufügen. Der
in 11 gezeigte Dämpfer
ist strukturmäßig identisch
mit dem in den 1 und 2 gezeigten,
ausgenommen die Feder 167, und ist zwischen dem Kopfende 171 des
Kolbens 107 und einem geschlossenen Ende des Gehäuses 103 vorgesehen. Bei
einem mechanischen System erzeugt die Strebe 169 zusätzlich zu
einem steuerbaren Niveau der Dämpfungskraft
die gewünschte
Federsteiflgkeit. Dazu kommt, wie in 11 schematisch
gezeigt, daß an
dem Ende des Gehäuses 103 ein
mechanischer Anschlag 175 hinzugefügt ist, um den Kolben 107 in dem
Gehäuse 103 zu
halten und der Feder 167 zu ermöglichen, vorgespannt zu werden.
Der mechanische Anschlag 175 kann wahlweise auch bei den Dämpferausführungsformen
vorgesehen werden.
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Die
gemessene Leistung eines Dämpfers, der
gemäß der vorliegenden
Erfindung gebaut ist, ist in 12 zu
sehen. Bei diesem Beispiel war das Dämpfergehäuse aus einem niedriggekohlten
Stahlrohr mit einem Außendurchmesser
von 28,58 mm und einem Innendurchmesser von 25,40 mm hergestellt
worden. Der Stahlteil des Gehäuses
war 127 mm lang. Vier Längsschlitze,
jeder annähernd
1 mm breit und 108 mm lang waren in dem Gehäuse ausgebildet. Der Kolben
wies zwei Spulen auf, die auf einem doppelten Spulenkörper mit
einer Gesamtlänge von
25,4 mm aus niedriggekohltem Stahl gewickelt waren. Der Durchmesser
der Stahlpole des Kolbens betrug 25,1 mm. Die axiale Länge der
beiden äußeren Polabschnitte
betrug je 3,68 mm. Der mittlere Polteil war 7,10 mm lang. Der Durchmesser
des massiven Mittelkerns des Kolbens betrug 16,88 mm. Jede der beiden
Spulen wurde mit 350 Windungen aus 35 AWG-Magnetdraht gewickelt
und in Reihe geschaltet. Der Gesamtwiderstand der beiden Spulen betrug
annähernd
48 Ohm. Der brauchbare Gesamthub des Dämpfers betrug etwa 76 mm.
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Anfänglich zeigt
der beispielhafte Dämpfer bei
niedrigem Strom ein proportionales, nahezu lineares Verhalten, das
dann mit zunehmendem magnetischen Sättigungseffekt verschwindet,
wie aus 12 ersichtlich. Die erzeugte
Dämpfungskraft folgt
beinahe perfekt dem coulombschen Gesetz mit nur geringer oder keiner
Geschwindigkeitsabhängigkeit.
Das heißt,
die Dämpfungskraft
ist fast direkt von dem den Spulen zugeführten Strom abhängig. Die gezeigten
Daten sind Spitzenkräfte,
die mit einem Dämpfer
erhalten werden, der einer Sinusansteuerung mit einer Amplitude
von 2,7 mm und einer Spitzengeschwindigkeit von 102 mm/sec erhalten
werden. Eine Kurve bei einer Spitzengeschwindigkeit von 25,4 mm/sec
erschien nahezu identisch.
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Obgleich
die Axialbewegung des Kolbens in Bezug auf das Gehäuse im obigen
insoweit abgehandelt worden ist, arbeitet ein Dämpfer der vorliegenden Erfindung
auch als Drehdämpfer,
bei dem sich der Kolben in Bezug auf das Gehäuse dreht.
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Andere
Drehdämpfer-Ausführungsformen der
Erfindung sind in den 13 und 14 dargestellt. 13 zeigt
ein zusammengebautes Beispiel einer Drehdämpfer-Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind, um gewisse innere Elemente
sichtbar zu machen. 14 zeigt die in 13 dargestellte
Ausführungsform
in teilweise auseinandergebautem Zustand. Bei dieser Ausführungsform
bildet eine Spule 177, die um einen zentralen Spulenträger 179 aus Stahl
gewickelt ist, einen Stator 181. Der Stator 181 ist
in einem Hohlraum angeordnet, der von einem geschlitzten Gehäuse 183 begrenzt
wird, relativ zu dem er sich dreht. Die Schlitze 185 sind
durch Querschlitze 186 verbunden, so daß Nasen 187 entstehen,
die dem Gehäuse 183 ein
hohes Maß an
Flexibilität
verleihen. Das hochflexible Gehäuse 183 ermöglicht eine
maximale Berührung
zwischen dem Stator 181 und dem Gehäuse 183, sobald das
magnetische Feld erregt wird. In dem Stator 181 befinden
sich Lager 188, die eine Welle 190 tragen, mit
der zusammen sich das Gehäuse 183 dreht.
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Ein
Dämpfer
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugt starke coulombsche Druckkräfte, sobald die äußere Oberfläche den
magnetisch aktiven Teil des Kolbens oder Stators direkt die innere
Oberfläche
des stählernen
Gehäuses
berührt.
In der Tat hat der Erfinder hier herausgefunden, daß sich die Dämpferleistung
nach anfänglichem
Betrieb tatsächlich
aufgrund eines offensichtlichen "Verschleiß"-Prozesses verbessert.
Während
des Verschleißprozesses
bewirkt die zwischen den Oberflächen
des Gehäuses
und des Kolbens auftretende Reibung das Entstehen eines gewissen
Verschleißes,
der die Berührungsoberflächen wirksam
abschleift oder abbrennt, so daß sogenannte "High Spots", also große Oberflächenstrukturen,
entfernt werden und das Gehäuse
sowie der Kolben (oder Stator) in engeren Kontakt treten. Dadurch
wird die Wirksamkeit der magnetischen Schaltung verbessert und der
gesamte Kontakt-Oberflächenbereich
vergrößert, so
daß die Dämpfungskraft
insgesamt erhöht
wird.
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In
einigen Anwendungsfällen
der vorliegenden Erfindung ist erwünscht, rund um die Außenseite des
Gehäuses
eine Schicht Dämpfungsmaterial
oder akustischen Schaum 189 zu plazieren, wie bei dem beispielhaften
Dämpfer
in 15 zu sehen ist. Die Einzelteile des in 15 gezeigten
Dämpfers
sind mit den beispielhaften Dämpfern
identisch, die oben in Bezug auf die 1 und 14 abgehandelt
sind. Ein solches akustisch isolierendes Material dient zur Dämpfung beliebiger
hochfrequenter Sprech-Life- oder Klirrtöne, die aufgrund eines metallenen
Gehäuses,
das sich gegen einen metallenen Kolben bewegt, auftreten können. Der
Wunsch nach Hinzufügung
eines solchen akustischen Materials hängt von einer Reihe Faktoren
ab, zu denen die tatsächliche Dicke
des Gehäuses,
die Resonanzeigenschaften des Gehäuses, die Größe des losen
Sitzes zwischen dem Gehäuse
und dem Kolben, die Ausrichtung der Teile während der Einwirkung des Dämpfers und
das Vorhandensein elastischer Buchsen in den Pleuelstangenaugen
gehören,
die zur Lagerung des Dämpfers
dienen. Schmiermittel (Fett oder Öl) kann ebenfalls hinzugefügt werden,
so daß die
Teile des Dämpfers
in Bezug aufeinander im Ausschaltzustand weich gleiten können. Einem
auf diesem Gebiet tätigen
Durch schnittsfachmann wird ein geeignetes akustisches Material ohne
weiteres geläufig
sein.
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Eine ähnliche
Beruhigungswirkung läßt sich durch
Hinzufügung
einer reibungserhöhenden
Zwischenschicht zu den reibenden Oberflächen des Kolbens oder Stators
oder den inneren Oberflächen
des Gehäuses
erreichen. Beispiele für
derartige Materialien sind eine dünne Polymerschicht, beispielsweise Polyethylen
oder Nylon, oder ein Reibungsverbundmaterial, beispielsweise ein
solches, das typischerweise für
Fahrzeugkupplungen und Bremsen Verwendung findet. Eine derartige
Reibungsschicht beseitigt den Metall-zu-Metall-Kontakt und verringert lange
Zeit Verschleiß.
Jedoch macht die Gegenwart einer solchen Schicht aus Reibungsmaterial
im allgemeinen den magnetischen Schaltkreis weniger effizient. Wenn
nicht das Reibungsmaterial eine hohe Permeabilität hat wie niedriggekohlter
Stahl, vergrößert es
den magnetischen Widerstand des magnetischen Schaltkreises dramatisch
und senkt die Höhe
der Dämpfungskraft,
wenn der Dämpfer
eingeschaltet ist.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann ein magnetisch gesteuerter Dämpfer einen
integrierten Positionssensor enthalten. Beispielsweise Ausführungsformen
eines Dämpfers
mit einem Positionssensor gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in den 16 bis 23 dargestellt.
Ein magnetischer Reibungsdämpfer 191 weist
vorzugsweise ein lineares Schiebepotentiometer 193 mit
einem ersten Teil 194 und einem Schieber 196 auf.
Der erste Teil ist an dem Gehäuse 103 durch Bügel 198 angebracht.
Der Schieber 196 ist mit dem Dämpferkolben 195 durch
einen kleinen Eingriffsstift 197 gekoppelt, der sich durch
einen der Schlitze 109 im Gehäuse 103 des magnetischen
Reibungsdämpfers 191 erstreckt.
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Die 16 bis 18 zeigen
einen Dämpfer,
der dem in den 1 und 2 gezeigten Dämpfer ähnlich ist.
Im Gegensatz zu dem in den 1 und 2 gezeigten
Kolben weist jedoch der Kolben 195 zwischen den Elektromagnetspulen 115 eine
Umfangsnut 199 auf. Das Schieberpotentiometer 193 ist
entlang der Seite des Dämpfergehäuses mit
Bügeln 198 so
befestigt, daß eine
Verlängerung, beispielsweise
der Stifte 197 des Schiebers 196 auf dem Potentiometer 193,
durch einen der Längsschlitze 109 im
Dämpfergehäuse 103 laufen
kann. Die Nut 199 im Dämpferkolben 195 nimmt
den Stift 197 auf und bewirkt, daß sich der Schieber 196 in
Längsrichtung
zusammen mit dem Kolben 195 bewegt, während gleichzeitig eine relative
Drehbewegung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse ermöglicht wird. Auf diese Weise
variiert der elektrische Widerstand des Potentiometers im Verhältnis zu
der Kolbenverschiebung im Gehäuse.
Der gemessene Widerstand läßt sich
durch eine Leseeinrichtung, die durch elektrische Anschlüsse 201 mit
dem Potentiometer 193 verbunden ist, ablesen.
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Eine
Umfangsnut 199 anstelle eines Loches im Kolben 195 wird
bevorzugt, weil die Umfangsnut 199 die Drehbewegung des
Kolbens 195 nicht behindert. Daß die freie Drehbewegung des
Kolbens 195 in Bezug auf das Gehäuse 103 ermöglicht wird,
ist wichtig, weil dadurch die Kolbenstangenaugen 191 an
den Enden des Dämpfers 191,
falls vorgesehen, leicht mit den Befestigungsstiften in den Einzelteilen, an
denen der Dämpfer 191 angebracht
ist, richtig ausgerichtet werden können, so daß der Dämpfer 191 während der
Benutzung nicht klemmt.
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Wie
aus den 19–21 hervorgeht, kann
auch auf den Teilen des Kolbens 195 eine Umfangsnut vorgesehen
werden. Beispielsweise ist, wie bei der in 19 gezeigten
Ausführungsform
ersichtlich, in dem Schaft des Kolbens 195 unmittelbar
hinter einem magnetisch aktiven Teil 205 des Kolbens eine
Nut 203 vorhanden. Bei der in 20 gezeigten Ausführungsform
ist zwischen einer Lippe 209 in dem Kolben 195 und
einer hinteren Wand 211 des magnetisch aktiven Teils 205 des
Kolbens 195 eine Nut 207 ausgebildet. Bei der
in 21 gezeigten Ausführungsform ist an dem freien
Ende 215 des Kolbens 195 ein scheibenförmiger Körper 213 angebracht, der
eine Nut 217 bildet. Bis auf die Anordnung der Umfangsnut
sind die in den 19–21 gezeigten
Ausführungsformen
mit der in den 16–18 gezeigten
Ausführungsform
identisch.
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines Dämpfers
mit einem Positionssensor wurde von dem hier maßgeblichen Erfinder getestet.
Der Prototyp verwendete ein Panasonic-Potentiometer (Teile-Nr. EVA-JQLR15B14,
Matsushita Electric (Panasonic USA), New York, New York, US-Vertrieb
durch DigiKey und Newark Elektronics) mit einem Arbeitsschub von
100 mm. Der elektrische Widerstand variierte linear von 0 bis 10
kOhm. Das Potentiometer wurde an dem Dämpfergehäuse unter Verwendung eines Heißschmelzklebers
befestigt. Die ursprüngliche, rechtwinklige
Zunge auf dem Schieber wurde zu einem Stift kleinen Durchmessers
geändert,
der durch einen der Längsschlitze
im magnetischen Reibungsdämpfergehäuse paßte. Bei
dem Beispiel wurde die Nut im Kolben durch Hinzufügung einer
kleinen beabstandeten Plastikscheibe an das Ende eines vorhandenen
Kolbens, wie aus 21 ersichtlich, geschaffen.
Das Endergebnis war ein integrierter, variabler Widerstandssensor,
dessen Ausgangssignal linear mit der Stellung des Dämpferkolbens
variierte. Darüber
hinaus ermöglichte
die Stift- und Nutgeometrie die freie Drehbewegung des Kolbens in
dem Gehäuse,
also ein Merkmal, das die richtige Ausrichtung der Pleuelstangenlager
während
des Einbaus des Dämpfers
und seiner Benutzung zuläßt.
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Eine
andere beispielhafte Ausführungsform eines
Dämpfers
mit einem Positionssensor ist in den 22 und 23 dargestellt.
Bei dieser Ausführungsform
wird in dem Positionssensor ein Drehpotentiometer 219 benutzt.
Alternativ dazu kann in dem Positionssensor ein optischer Drehcodierer
Verwendung finden. Das Drehpotentiometer 219 ist an dem Gehäuse durch
einen Bügel 220 befestigt
und mit der Bewegung eines Kolbens 221 mit Hilfe des integrierten
Zahnstangen- und Kolbensystems 223 gekoppelt. Ein Ritzelrad 225 steht
mit dem Potentiometer 219 (oder optischen Codierer) durch
eine Achse 227 in Verbindung. Der Kolben 221 weist
eine Kolbenstange 228 auf, die spritzgegossen (aus beispielsweise
Plastik) oder in anderer Weise geformt ist, so daß sie eine
Zahnstange 229 bildet. Vorzugsweise wird zwischen dem Kolben
und dem Ritzelrad eine Relativdrehung ermöglicht. Es ist daher vorteilhaft, wenn
die Zahnstange 229 rund um den Gesamtumfang des Kolbens 221 ausgebildet
ist.
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Zusätzlich zu
den Sensoren veränderlichen Widerstands,
die oben erläutert
worden sind, können auch
andere Sensoreinrichtungen alternativ Verwendung finden, einschließlich Sensoren
veränderlicher Induktivität oder veränderliche
Kapazität,
optische Codierer, flexible oder gebogene Sensoren usw., die alle
im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen sollen.
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Darüber hinaus
können,
obgleich der magnetische Dämpfer
als mit einem Positionssensor versehen beschrieben wurde, im Zusammenhang
mit Dämpfern
des Klemmtyps dieselben Positionssensoren mit MR- oder ER-Dämpfern versehen
sein. Beispiele derartige MR- oder ER-Dämpfer sind in den US-Patenten
5 284 330, 5 277 281 und 5 018 606 beschrieben.
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Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung einschließlich
denjenigen, die hier beschrieben worden sind, sind für viele
Anwendungsfälle
brauchbar. So zeigt beispielsweise 24 die
Verwendung von erfindungsgemäß magnetisch
gesteuerten Dämpfern 230 in
einer Waschmaschine 231. Magnetisch steuerbare Rei bungsdämpfer können einen
hohen Dämpfungsgrad
entwickeln, wenn die Waschmaschine 231 einen Resonanzzyklus
durchläuft
und lassen sich bei hohen Schleuderdrehzahlen ausschalten, um eine
optimale Isolation des schleudernden Korbes oder der schleudernden
Trommel 232 zu erreichen.
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25 zeigt
mehrere mögliche
Verwendungen in einem Automobil oder Lastwagen. Magnetisch steuerbare
Dämpfer 230 lassen
sich als halbaktive Sitzaufhängung
benutzen, wenn sie zwischen einem Sitz 233 und einem zugehörigen Boden 235 liegen. Dämpfer gemäß der vorliegenden
Erfindung können auch
als Sperrelemente 237 in einer Lenkradsäule 239 dienen, die
mit Neigungs- und Teleskopmechanismen 241, 243 ausgestattet
ist. Ein Dämpfer 230 gemäß der vorliegenden
Erfindung sperrt in seinem Einschaltzustand die plazierte Lenkradsäule 239.
In seinem Ausschaltzustand ermöglicht
der Dämpfer, daß das Lenkrad
in eine gewünschte
Position geneigt und teleskopartig bewegt wird. Andere Anwendungsfälle bei
Motorfahrzeugen sehen die Verwendung eines Dämpfers als Verriegelungsmechanismus
bei Gangwechsel-Getrieben vor (nicht gezeigt).
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Ein
weiterer Anwendungsbereich für
die Erfindung betrifft einen Sperrkörper 245 für verschiedene
Arten von Büromöbeln. 26A zeigt die Verwendung eines magnetisch gesteuerten
Dämpfers 230 gemäß der vorliegenden
Erfindung in einem Höhenjustierer 245 eines
Bürosessels 247. 26B zeigt den Einsatz eines Dämpfers 230 gemäß der vorliegenden
Erfindung als Sperrmechanismus 249 für die Rücklehnen-Kippbewegung des Sessels 247 sowie als
Sperrmechanismus 250 für
eine höhenverstellbare
Armlehne 252 des Sessels 247, wobei der Mechanismus
zwischen der Armlehne 252 und entweder einem Sitz 254 oder
einer Sitzlehne 256 des Sessels angebracht werden kann.
Eine elektrische Steuerung 251 dient einer Bedienungsperson
zum wahlweisen Ausschalten des Dämpfers 230,
um dadurch das Neigen des Sessels 247 zu ermöglichen.
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27 zeigt
die Verwendung von Dämpfern 230 gemäß der vorliegenden
Erfindung bei einem Sperrmechanismus 253 für einen
Tisch 255 mit einstellbarer Höhe. Der Tisch 255 mit
einstellbarer Höhe weist
außerdem
eine Steuerung 256 auf, die mit dem Sperrmechanismus 253 verdrahtet
ist. Die Steuerung 256 ermöglicht wahlweise das selektive
Verriegeln des einstellbaren Tisches 255 durch wechselweises Ein-
und Ausschalten der Dämpfer.
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Die 28A und 28B zeigen
einen Dämpfer 230 gemäß der Erfindung,
der als Verriegelungsmechanismus für eine neigbare Arbeitsoberfläche 257 in
einer gewünschten
Lage (28B) dient oder zur Regelung
einer Kipptür 259 an
Ort und Stelle (28A). Ein weiterer Anwendungsbereich
ist derjenige von Tastelementen, bei denen eine lineare oder drehende
Ausführungsform
der Erfindung dazu dient, für
eine Betriebsperson eine Tastkraft-Rückkopplung zu schaffen. 29 zeigt
ein Kraftrückkopplungs-Lenkrad 261,
das einen Drehdämpfer 263 benutzt,
wie er unter Bezug auf die 13 und 14 beschrieben
wurde. Eine solche Einrichtung kann auch für "Lenk-by-Wire"-Mechanismen an Fahrzeugen, beispielsweise
Autos, Lastwagen oder Industriebusse und Gabelstapler benutzt werden.
Die Erfindung kann auch bei Computerspielen als Kraftrückkopplungs-Steuerrad
verwendet werden, das auf einen virtuellen Vorgang in einem Spiel
anspricht. Bei dem in 29 gezeigten Beispiel ist der
Dämpfer 263 mit
einem Drehpositionssensor 265 gekoppelt, so daß die Dämpfung mit
der Stellung des Steuerrads verbunden ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann außerdem innerhalb
von Computeranzeige-Geräten, beispielsweise
als Computermaus 267, wie in 30 gezeigt, für kleine
steuerbare Reibungsbremsen eingesetzt werden. Die Maus 267 weist
eine Mauskugel 269 auf, die mit einem y-Antriebs-Ritzelrad 271 und
einem x-Antriebs-Ritzelrad 273 in
rollender Berührung steht.
Die Antriebsräder 271, 273 sind
jedes mit einem y-Codierrad 275 bzw. einem x-Codierrad 277 mit beispielsweise
einer Drehbremse 279 des in den 13 und 14 gezeigten
Typs verbunden. Jedes Codierrad 275, 277 ist so
angeordnet, daß es sich
durch einen Codiersensor 280 dreht. Die Drehung eines Codierrades
wird durch einen entsprechenden Codierer abgegriffen, der ein elektrisches Signal
aussendet, das die Bewegung der Mauskugel 273 in einer
x-y-Ebene, die durch die Ritzelräder 271, 273 läuft, repräsentiert.
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Die
Erfindung kann des weiteren zur Erzeugung einer aktiven Rückkopplungskraft
eines Lenkrads 281, wie in 31 gezeigt,
benutzt werden. Bei dieser Anordnung wird ein Paar Kupplungen 283, 285,
die im Aufbau dem Drehdämpfer ähnlich sind, der
unter Bezug auf die 13 und 14 beschrieben
wurde, zur selektiven Verbindung des Steuerrads 231 mit
dem sich entweder im Uhrzeigersinn oder Gegenuhrzeigersinn drehenden
Gehäusen 287, 289 verwendet.
Bei einer Kupplungsanordnung sind der Stator und das Gehäuse drehbar
und beide sind in Bezug aufeinander drehbar. Ein Motor 291 ist durch
einen Zahnradantrieb 293 mit Uhrzei gersinn- und Gegenuhrzeigersinn-Gehäusen 287, 289 gekoppelt.
Eine Welle 295, die von dem Steuerrad ausgeht, läuft durch
das Gehäuse 289 und
ist mit den Statoren 297, 299 der Kupplungen 283 bzw. 285 gekoppelt. Die
Welle 295 kann Lager oder andere ähnliche Strukturen aufweisen,
wo sie durch die Gehäuse 287, 289 läuft, um
dadurch eine relative Drehbewegung zwischen der Welle und den Gehäusen zu
ermöglichen.
Ein Drehpositionssensor 298 ist mit dem Ende der Welle 295 verbunden,
um die Drehung des Steuerrades 289 festzustellen. Die Statoren 297, 299 erzeugen
Reibungsdämpfung
in Uhrzeigerrichtung und Gegenuhrzeigerrichtung mit den Kontaktoberfläche 301, 303,
wie unter Bezug auf die 13 und 14 beschrieben.
Somit kann auf das Steuerrad 281 tatsächlich eine Kraft einwirken,
um es mit einer vorbestimmten Kraftstärke in jeder Richtung zu drehen, wobei
die absolute Antriebsquelle ein einfacher, in eine Richtung laufender
Motor 291 ist.
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Die
Erfindung kann außerdem
für flexible Halterungssysteme
Verwendung finden, so beispielsweise das in 32 schematisch
gezeigte Halterungssystem 305. Bei diesem Beispiel wird
eine Gruppe Streben 307, wie sie unter Bezug auf 11 beschrieben
sind, zur Halterung eines unregelmäßig geformten Gegenstandes 311 in
einer Lage, in der dieser Gegenstand maschinell bearbeitet oder
gemessen wird, wobei jede Strebe 307 mit Verlängerungen 309 gekoppelt
ist. Jede Strebe 307 kann wahlweise eine Verlängerung 309 verriegeln
oder freigeben, so daß Gegenstände verschiedener
Größen und
Formen angepaßt
und an Ort und Stelle gehalten werden.
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Zusätzlich zu
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, die insoweit erläutert worden sind, können andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung für
die beispielsweisen Dämpfer eingesetzt
werden, für
die Anwendungen unter Bezug auf die 24–38B beschrieben wurden.
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So
kann beispielsweise, wie in 33 gezeigt,
ein Dämpfer 313 mit
einem mit Schlitzen 109 versehenen Gehäuse 103 und ein Kolben 315 mit
einem magnetisch aktiven Teil 317, der einen scheibenförmigen Permanentmagneten 319 aufweist,
zwischen den Kernstücken 321 sandwichartig
angeordnet werden. Die Kernstücke 321 werden
durch das Magnetfeld zusammengehalten, das durch den Permanentmagneten 319 erzeugt
wird, so daß in
dem magnetisch aktiven Teil des Kolbens 315 keine Verbinder
oder Klebstoffe benötigt
werden. Damit wird der Zusammenbau des Dämpfers 313 weitgehend vereinfacht.
Da das von dem Perma nentmagneten 319 erzeugte Magnetfeld
nicht verändert
werden kann, bleibt der Dämpfer 313 ständig eingeschaltet. Das
heißt,
das Gehäuse 103 drückt immer
mit derselben Kraft gegen den Kolben 315.
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Wie
jedoch aus den 34 und 35 ersichtlich,
läßt sich
die Quetsch- oder Druckkraft zwischen einem Gehäuse und einem magnetisch aktiven
Teil durch Einbau eines Spaltes variabler Breite in den magnetisch
aktiven Teil des Dämpfers
verändern.
Wie aus den 34 und 35 ersichtlich, weist
ein Dämpfer 323 dieses
Typs ein Gehäuse 103 mit
mehreren Schlitzen 109 auf, in dem ein hohler Kolben 325 angeordnet
ist. Ein magnetisch aktiver Teil 326 des Kolbens 323 ist
an einem Ende 327 mit einer Steuerstange 329 verbunden.
Das Ende 327 weist einen axial polarisierten Scheibenmagneten 330 auf,
der sandwichartig zwischen einem Haubenstück 329 und einem ersten
Polstück 331 sitzt.
Die Steuerstange 329 ist an dem Haubenstück 329 angebracht.
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Bei
dem in 34 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ein zweites Polstück 333 an
dem hohlen Kolben 325 befestigt. Ein Spalt 335 zwischen
der Steuerstange 329 und dem zweiten Polstück 333 ermöglicht es
dem zweiten Polstück 333 in
Bezug auf die Steuerstange 329 zu gleiten. Ein Hebel 337,
der auf der äußeren Oberfläche des
Kolbens 325 angeordnet ist, steht durch eine Öffnung 338 im
Kolben 325 mit der Steuerstange 329 in Verbindung,
so daß dann,
wenn der Hebel 337 gedreht wird, die Steuerstange 329 das
Ende 327 des magnetisch aktiven Teils 326 gegen
das zweite an dem hohlen Kolben 325 angebrachte Polstück stößt oder
von ihm weg zieht. Auf diese Weise wurde in den magnetisch aktiven
Teil 326 ein Luftspalt 339 veränderlicher Größe eingearbeitet.
Der Spalt 339 vergrößert den
magnetischen Widerstand in dem magnetisch aktiven Teil 326,
um dadurch die Kraft, mit der das Gehäuse 103 gegen den
Kolben 325 drückt,
zu verringern und damit auch die von dem Dämpfer erzeugte Reibungsdämpfungskraft.
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Alternativ
kann, wie aus 35 ersichtlich, ein Dämpfer 341 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Steuerstange 343 mit einem mit Gewinde versehenen
Ende 345 aufweisen, das in ein Gewinde eingreift, welches
in das zweite Polstück 347 eingeschnitten
ist, das an dem hohlen Kolben 325 befestigt ist. Wie bei
der in 34 gezeigten Ausführungsform ist
die Steuerstange 343 (an dem Gewindeende 345) an
einem Haubenteil 349 angebracht, das sandwichartig zwischen
sich und dem ersten Polstück 351 einen
axial polarisierten Scheibenmagneten 350 aufnimmt. Die
Steuerstange 343 ist mit einem Knopf 353 verbunden,
der durch eine Öffnung 355 in
dem hohlen Zylinder 325 zugänglich ist. Durch Drehen des Knopfes 353 wird
die Steuerstange 343 gedreht und bewirkt, daß sich das
eingeschnittene zweite Polstück 347 in
Bezug auf das Haubenstück 349 bewegt.
Auf diese Weise erhält
der magnetisch aktive Teil einen veränderlichen Luftspalt 357.
Wie in Bezug auf die in 34 gezeigte
Ausführungsform
erläutert,
kann der veränderliche
Spalt 357 zur Steuerung (Verringerung) der von dem Dämpfer erzeugten Dämpfungskraft
verwendet werden.
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Wie
aus den 36A–38B ersichtlich, lassen
sich die Komponenten des Dämpfers,
was die insoweit erläuterten
beispielhaften Ausführungsformen
anbelangt, umstellen. So weist beispielsweise, wie aus den 36A und 36B ersichtlich,
ein Dämpfer 359 ein
Gehäuse 361 auf,
das einen Hohlraum 363 bildet, in dem ein Kolben 365 angeordnet ist.
Der Kolben 365 weist vier Schlitze 367 auf, die von
einem offenen Ende 369 des Kolbens 365 ausgehen.
Ein Magnetfeldgenerator, beispielsweise die Spulen 371 (schematisch
dargestellt) ist in einer magnetisch permeablen Anordnung 373 plaziert,
die Polstücke 375 aufweist.
Wenigstens ein Teil des geschlitzten Kolbens 365 ist magnetisch
permeabel, so daß dann,
wenn durch die Spulen 371 ein Magnetfeld erzeugt wird,
sich der Kolben verbiegt und sich nach außen gegen die Polstücke 375 der
magnetischen Anordnung 371 drückt, die in dem Gehäuse 361 liegt. Demzufolge
läßt sich
die Reibungsdämpfungskraft durch
Steuerung des durch die Spulen 371 erzeugten Magnetfeldes
steuern.
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Wie
aus den 37A und 37B ersichtlich,
ist der Kolben 365 hohl. Ein hohler Kolben wird bevorzugt,
weil er sich als Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld leicht nach
außen
biegen kann. Jedoch kann gemäß einer
in den 38A und 38B gezeigten
Ausführungsform
ein Kolben 377 massiv sein. Schlitze 379 erstrecken
sich durch den massiven Kolben 377, um Abschnitte 381 zu
bilden. Die Abschnitte 381 biegen sich in Reaktion auf
ein angelegtes Magnetfeld nach außen, um eine Reibungsdämpfungskraft
zu erzeugen. Ein Vorteil eines massiven Kolbens besteht darin, daß die magnetische Sättigung
des Kolbens abgeschwächt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben worden. Dem auf diesem Gebiet tätigen Durchschnittsfachmann
leuchtet jedoch ohne weiteres ein, daß die Möglichkeit besteht, die Erfindung
auch in anderen speziellen Formen als den oben beschriebenen zu verwirklichen,
ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Daher dienen die
beispielhaften Ausführungsformen
nur der Illustration und sollen in keiner Weise einen beschränkenden
Charakter haben.