-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
Erfindung bezieht sich auf den Bereich von Dämpfungs-, Widerstandser-zeugungs- und Bewegungssteuereinrichtungen.
Im Besonderen bezieht sie sich auf Einrichtungen, die ein steuerbares Medium
einsetzen zur Dämpfungs-,
Widerstands-erzeugungs- und Bewegungssteuerung.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Dämpfer und
Stoßdämpfer sind
bekannt, die ein hydraulisches Fluid einsetzen als Arbeitsmedium, um
Dämpfungskräfte zu erzeugen
zur Steuerung oder zur Minimierung von Stoß und/oder Vibration. Typischerweise
werden die Dämpfungskräfte erzeugt durch
Druckwiderstandsbewegungen zwischen operativen Komponenten des Dämpfers oder
Stoßdämpfers.
Eine Klasse dieser Einrichtungen umfasst magnetorheologische (MR)
Fluideinrichtungen. MR-Einrichtungen können "rotatorisch wirkend" oder "linear wirkend" sein. Bekannte MR-Einrichtungen umfassen
lineare Dämpfer,
rotatorische Bremsen und rotatorische Kupplungen. Jede der MR-Einrichtungen setzt
ein magentorheologisches (MR)-Fluid ein, umfassend weichmagnetische
Partikel, die in einem flüssigen
Träger
dispergiert sind. Type Partikel umfassen Karbonyleisen und ähnliches
mit verschiedenen Formen, wobei jedoch diese vorzugsweise sphärisch sind
und einen mittleren Durchmesser besitzen zwischen etwa 0,1 μm bis etwa
500 μm.
Die Trägerfluide
umfassen niedrigviskose Hydrauliköle und ähnliches. Beim Betrieb zeigen
diese MR-Fluide ein Eindickungsverhalten (eine Rheologieänderung), wenn
sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Je höher die
magnetische Feldstärke
in dem Fluid ist, umso höher
ist die Dämpfungs-/Widerstandskraft
oder das Drehmoment, das innerhalb der MR-Einrichtung erzielt werden
kann.
-
MR-Fluideinrichtungen
werden beschrieben in der amerikanischen Patentanmeldung No. 08/304,005
mit dem Titel "Magnetorheological
Fluid Devices and Process of Controlling Force in Exercise Equipment
Utilizing Same",
der amerikanischen Patentanmeldung No. 08/613,704 mit dem Titel "Portable Controllable
Fluid Rehabilitation Devices",
der amerikanischen Patentanmeldung No. 08/674,371 mit dem Titel "Controllable Brake", der amerikanischen
Patentanmeldung No. 08/674,179 mit dem Titel "Controllable Vibration Apparatus" und den US-Patenten
5,547,049, 5,492,312, 5,398,917, 5,284,330 sowie 5,277,281, die
alle auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen
sind.
-
Die
JP-A-08019687 beschreibt eine Kleiderwaschmaschine unter Einsatz
einer Vibrationsisolierungseinrichtung, die ein elektroviskoses
Fluid enthält.
-
Bekannte
MR-Einrichtungen können
vorteilhafterweise steuerbare Kräfte
oder Drehmomente bereitstellen, entsprechend dem Bedarf, wobei jedoch
bei dem gegenwärtigen
Aufbau derartige Einrichtungen vergleichsweise teuer herzustellen
sind. Diese Einrichtungen umfassen typischerweise ein Gehäuse oder
eine Kammer, die eine Menge an magnetisch steuerbarem Fluid enthält, mit
einem bewegbaren Element, einem Kolben oder Rotor, der zur Bewegung
durch das Fluid in dem Gehäuse
montiert ist. Das Gehäuse
und das bewegbare Element umfassen beide ein magnetisch permeables
Polstück. Ein
Magnetfeldgenerator erzeugt ein magnetisches Feld über beide
Polstücke,
um den Magnetfluss in die gewünschten
Bereiche des steuerbaren Fluids zu richten. Derartige Einrichtungen
erfordern Komponenten mit präzisen
Toleranzen, teure Dichtungen, teure Lager und ein relativ großes Volumen
von magnetisch steuerbarem Fluid. Die Kosten, die mit derartigen
Einrichtungen verbunden sind, können
prohibitiv sein hinsichtlich ihres Einsatzes in bestimmten Anwendungen,
wie z.B. Waschmaschinen oder Heimtrainereinrichtungen. Dementsprechend
besteht seit langem ein unerfülltes
Bedürfnis
hinsichtlich einer einfachen und kostenwirksamen MR-Fluideinrichtung
zur Bereitstellung variabler Kräfte und/oder
Drehmomente.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine steuerbare Mediumeinrichtung zur
Verfügung,
die eine stark reduzierte Menge an steuerbarem rheologischem Medium
einsetzt, verglichen mit herkömmlichen
Einrichtungen, und welche die Notwendigkeit für teure Dichtungen, Lager und
Komponenten mit präzisen
Toleranzen eliminiert. Als Ergebnis werden die Herstellungskosten
derartiger Einrichtungen dramatisch reduziert.
-
Gemäß der Erfindung
ist eine kleine Menge an steuerbarem Medium vorzugsweise in Fluidform vollständig eingeschlossen
in einem Arbeitsraum zwischen relativ bewegbaren Elementen, welcher dem
magnetischen Feld durch eine Fluidhalteeinrichtung ausgesetzt wird,
beispielsweise einer absorbierenden Matrix (vorzugsweise einem offenzelligen Schaum
oder ähnlichem),
oder einem Wickenelement. Der Erfinder fand heraus, dass ein absorbierendes
Element eine hinreichende Menge an Fluid zu halten vermag, um einen
signifikanten rheologischen Effekt zwischen einem ersten Polelement
und einem relativ bewegbaren zweiten Polelement zu erzeugen. Die
Erfindung kann in verschiedene physikalische Ausführungen
inkorporiert werden, wie etwa lineare Dämpfer, Rotationsdämpfer, wie
etwa Bremsen sowie Halterungen und Anwendungen hierfür.
-
Die
vorliegende Erfindung wird definiert durch eine steuerbare Einrichtung
gemäß Anspruch 1.
-
Ein
Arbeitsraum wird bereitgestellt durch die Beabstandung des ersten
und des zweiten Elementes unter Einsatz einer strukturellen Stützeinrichtung. In
einer Kolben- und Zylindereinrichtung wird beispielsweise ein Arbeitsraum
bereitgestellt durch die Auswahl eines Kolbenkopfes mit einer äußeren Dimension,
die kleiner ist als die innere Dimension des Zylinders um ein vorbestimmtes
Ausmaß.
Die Größendifferenz
stellt den Arbeitsraum bereit, wenn der Kolbenkopf in dem Zylinder
montiert wird. Bei einer Kolben- und Zylindereinrichtung kann die
strukturelle Abstützung
zur Aufrechterhaltung des Abstandes praktischerweise durch ein Fluidhaltematerial
bereitgestellt werden, welches den Kolbenkopf umgibt und vorzugsweise
hieran befestigt ist. Bei einer Scheibenbremseneinrichtung wird
der Arbeitsraum bereitgestellt durch die Montage des Rotors und
des Kaliberjoches in einer solchen Weise, dass ein Abstand besteht
zwischen der Oberfläche
des Rotors und den inneren Oberflächen des Kalibers.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist ein steuerbares Fluid in dem Arbeitsraum enthalten
durch ein Material, welches eine absorbierende Matrix bereitstellt,
welche sich in dem Arbeitsraum befindet. Der Begriff absorbierende
Matrix wird hier eingesetzt, um ein Material anzugeben, welches
die Fähigkeit
besitzt, ein Fluid aufzunehmen und zu Halten durch Wicken- oder
Kapillarwirkung. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist
die absorbierende Matrix ein schwammähnliches Material, wie z.B.
ein offenzelliger oder teilweise offenzelliger Schaum. Polyurethanschaum
und Kautschukschaum sind Beispiele für besonders geeignete Materialien.
Schäume,
die aus anderen Materialien hergestellt sind, sind ebenfalls geeignet
und Beispiele umfassen Silikonkautschuk, Polyamid, Vitonkautschuk,
Neopren, Ionerkautschuk, Melamin, Polyimidhochtemperaturschaum und
Metallschäume.
-
Eine
absorbierende Matrix kann auch hergestellt sein aus anderen Materialstrukturen,
wie etwa Fließmaterial,
wie Mineralwolle oder ein Filz, wie z.B. Nomexbrandaramidfaserfilz
oder ein komprimierter Kohlefaserfilz. Darüber hinaus kann ein gewebtes Tuch
eingesetzt werden, hergestellt aus Materialien wie etwa Kevlarbrandfaser,
Graphit, Silica, Nomexbrandaramidfaser, Polybenzimadazol, Teflonbrandfaser
und Goretexbrandfaser. Alternativ kann ein Siebmaterial, wie etwa
ein Metallsieb, eingesetzt werden.
-
Andere
Strukturen, die ein Fluid aufnehmen, wie etwa Bürsten, geflockte Oberflächenmaterialien, Wischer
und Dichtungen sind ebenfalls geeignet.
-
Die
absorbierende Matrix muss nicht den Arbeitsraum vollständig ausfüllen, solange
sich das durch ein feldsteuerbares Medium in dem Arbeitsraum befindet.
Somit kann die absorbierende Matrix gebildet werden als eine Struktur
mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen, wie etwa eine Bienenwaben- oder
andere Netzwerkstruktur, um das Medium in dem Arbeitsraum aufzunehmen.
Alternativ kann in einem linear wirkenden Dämpfer die Fluidaufnahmeeinrichtung
als Dämme
oder Wischer in den Endregionen des Arbeitsraumes angeordnet sein
mit einer offenen Mittenregion, wobei die Dämme mit einem linearen Bewegungselement
gleiten, relativ zu einem festen Element, um das steuerbare Medium
in dem Arbeitsraum zu halten.
-
Durch
das Enthalten einer wirksamen Menge an steuerbarem Medium nur in
dem Arbeitsraum der Einrichtung sind keine teuren Dichtungen erforderlich,
um das steuerbare Medium aufzunehmen, wie im Falle des Standes der
Technik.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Menge an steuerbarem
Medium, die erforderlich ist, um die Widerstandswirkung auf Rheologiebasis
zu erreichen, dramatisch reduziert ist lediglich auf die Menge,
die in dem Arbeitsraum enthalten ist.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, einen linearen Dämpfer bereitzustellen,
der keine Dichtungen oder Lager erfordert.
-
Ein
weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, einen linearen Dämpfer bereitzustellen,
der keine Komponenten mit präzisen
Toleranzen erfordert, d.h. ungeschliffene Kolbenstangen und äußere Rohrelemente
und Kolben mit losen Toleranzen.
-
Gemäß der Erfindung
ist die Einrichtung zur Erzeugung eines Feldes in dem ersten und
dem zweiten Element und dem Arbeitsraum entweder an dem ersten oder
dem zweiten Element montiert in der Nähe zum Arbeitsraum. Beispielsweise
kann bei einem Kolben/Zylinderdämpfer
die Erregereinrichtung mindestens eine Spule sein, die um den Umfang
des Kolbenkopfes gelegt ist. Bei einem Rotationsdämpfer kann
die Erregereinrichtung mindestens eine Spule sein, die an einem
Joch montiert ist, mit Armen, zwischen welchen sich der Rotor dreht.
-
Eine
Dämpfungseinrichtung
gemäß der Erfindung
kann in einer Anzahl von Vorrichtungen inkorporiert werden, bei
welchen es zuvor kostenprohibitiv war, um steuerbare Dämpfer einzusetzen.
Beispielsweise können
die erfindungsgemäßen Dämpfer eingesetzt
werden, um die Vibration während
verschiedener Zyklen zu steuern. Eine Widerstandseinrichtung gemäß der Erfindung
kann auch in Übungsgeräte eingebaut
werden, wie etwa Fahrräder,
Stepper und Tretmühlen,
um einen variablen Widerstand bereitzustellen. Die vorerwähnten und
weitere Merkmale, Vorteile und Charakteristika der vorliegenden
Erfindung werden deutlich aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
und den beigefügten
Zeichnungen.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
Die
beigefügten
Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden, illustrieren
verschiedene Schlüsselausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Die Zeichnung und die Beschreibung zusammen
dienen der vollständigen
Erläuterung
der Erfindung.
-
1 ist
eine schematische Seitenansicht einer magnetorheologischen Linearwiderstandseinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
2 ist
eine teilisometrische Ansicht eines absorbierenden Matrixmaterials
für die
Widerstandseinrichtung,
-
3 ist
eine Querschnittsansicht eines Dämpfers
mit einer alternativen Fluidaufnahmestruktur,
-
4 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines passiven linearen Dämpfers,
-
5 ist
eine Querschnittsseitenansicht eines steuerbaren linearen Dämpfers,
-
6 erläutert eine
alternative Ausführungsform
des Dämpfers
gemäß 5 mit
einem Mehrfachspulenfeldgenerator,
-
7 ist
eine Querschnittsseitenansicht einer Linearstabdämpferausführungsform einer MR-Einrichtung,
-
8 ist
eine perspektivische Seitenansicht eines steuerbaren Lineardämpfers mit
einem bewegbaren Streifen und einem stationären Joch,
-
9 ist
eine perspektivische Seitenansicht eines alternativen Jochelementes
für die
Einrichtung gemäß 8,
-
10a ist eine perspektivische Querschnittsansicht
von vorn eines alternativen Linearstreifendämpfers oder einer Bremse,
-
10b erläutert
eine felderzeugende Spule für
den Linearstreifendämpfer
gemäß 10a,
-
10c ist ein Polstück, welches eingesetzt wird
zusammen mit dem Linearstreifendämpfer
gemäß 10a,
-
11 ist
eine Vorderansicht einer Bremseinrichtung für einen kontinuierlichen Treibriemen,
-
12 ist
eine perspektivische Seitenansicht einer Bremseinrichtung für eine Rotorscheibe,
-
13 erläutert eine
Einrichtung zum Auffüllen
eines steuerbaren Mediums in eine Einrichtung wie in 12,
-
14 erläutert eine
Nippelanordnung zur Zuführung
oder zum Auffüllen
des steuerbaren Mediums in einer Einrichtung,
-
15 ist
eine perspektivische Ansicht von der Seite einer Schwenkdämpferanordnung,
-
16 ist
eine perspektivische Querschnittsansicht eines Zweirotorbremssystems,
-
17 ist
ein alternativer Aufbau für
die Bremsenelemente mit einem Rotor,
-
18 ist
eine Explosionsansicht der Bremsenelemente gemäß 17,
-
19 ist
eine Frontschnittansicht einer Frontbeladungswaschmaschine mit steuerbaren Dämpfern,
-
20 ist
eine graphische Darstellung der Rotationsgeschwindigkeit eines Waschmaschinenbehälters während eines
Waschzyklus,
-
21 ist
eine graphische Darstellung der übertragenen
Kräfte
von einem Waschmaschinenbehälter
während
eines Schleuderzyklus,
-
22 ist
eine Seitenschnittansicht eines Dämpfers mit einer integrierten
Feder,
-
23 ist
eine Seitenschnittansicht einer von oben zu beschickenden Waschmaschine
mit einem Dämpfer
mit einer integrierten Feder,
-
24 ist
eine Seitenschnittansicht eines Dämpfers, der in eine Luftfeder
integriert ist, die einen Niveautisch abstützt zur Bereitstellung einer
vertikalen Dämpfung,
-
25 ist
eine Seitenansicht eines Steppers mit einer Widerstandseinrichtung,
-
26 ist
eine Seitenansicht eines stationären Übungsfahrrades,
in welches eine Widerstandseinrichtung eingebaut ist,
-
27 ist
eine Seitenschnittansicht einer Tretmühle mit einem Dämpfer gemäß der Erfindung zur
Steuerung der Aufschlagsbedingungen an der Oberfläche und
-
28 ist
eine Seitenansicht einer Rotationsbremse gemäß der Erfindung.
-
Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Unter
nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugsziffern
gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 allgemein
mit der Bezugsziffer 20 identifiziert eine schematische
Illustration wiedergegeben mit einer Einrichtung zur Bereitstellung
vorzugsweise steuerbaren Widerstandes zwischen zwei relativ zueinander
bewegbaren Strukturen (nicht gezeigt). Die Einrichtung 20 umfasst
ein erstes Element 22 und ein zweites Element 24,
die in einer beabstandeten Beziehung zueinander angeordnet oder
angekoppelt sind für
eine Relativbewegung entlang der zueinander passenden Oberflächen. Ein
Arbeitsraum 26 ist zwischen den angekuppelten Bereich vorgesehen
durch die Beabstandung der zueinander passenden Oberflächen. Maßnahmen
zur Erzeugung eines Feldes, angezeigt durch die vertikalen Pfeile,
erzeugen ein Feld, welches vorzugsweise auf das erste Element 22 und
das zweite Element 24 sowie (im allgemeinen quer) über den
Arbeitsraum 26 wirkt.
-
Gemäß der Erfindung
kann die das Feld erzeugende Maßnahme
ein Generator für
ein elektrisches Feld oder ein Magnetfeldgenerator sein. Aus Gründen, die
zu den Kosten, den Leistungsanforderungen und der Feldstärke in Beziehung
stehen, setzt man bevorzugt eine ein Magnetfeld erzeugende Einrichtung
ein. Das erste Element 22 und das zweite Element 24 umfassen
jeweils vorzugsweise magnetisch permeables Material (wie etwa ein
weicher magnetischer Stahl), was bewerkstelligt werden kann, indem
man jedes der Elemente 22, 24 vollständig aus einem
solchen Material herstellt oder ein solches Material als Komponentenbestandteil
oder integrierten Teil der Elemente 22, 24 einschließt. Ein
auf ein Feld ansprechendes steuerbares Medium 28, wie etwa ein
steuerbares Fluid, welches zu der felderzeugenden Einrichtung kompatibel
ist, befindet sich innerhalb des Arbeitsraumes 26 durch
eine Fluidaufnahmeeinrichtung 30. Magnetorheologische steuerbare Fluide,
wie sie die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen werden, werden
beschrieben beispielsweise in der US-PS 5,382,373 (Carlson et al.)
und der US-PS 5,578,238 (Weiss et al.).
-
Für den Einsatz
eines Generators für
ein elektrisches Feld (nicht illustriert) wird ein elektrisch leitendes
Material, wie etwa Aluminium, in das erste Element 22 und
das zweite Element 24 eingeschlossen und kommt zum Einsatz
mit einem elektrorheologischen (ER) Fluid.
-
Die
das Feld erzeugende Einrichtung ändert die
Rheologie des steuerbaren Mediums 28 in Proportion zur
Stärke
des Feldes.. Das steuerbare Medium 28 wird stärker viskos
mit ansteigender Feldstärke
und stellt eine Scherkraft bereit, um der Bewegung zwischen den
Elementen 22, 24 zu widerstehen. Die Elemente 22, 24 sind
vorzugsweise fest an den jeweiligen bewegbaren Strukturen fixiert
(nicht dargestellt), um einen Widerstand für eine Bewegung hierzwischen
bereitzustellen.
-
Der
Erfinder hat herausgefunden, dass eine signifikante Scherkraft,
um der Relativbewegung zu widerstehen, erhalten werden kann mit
einer kleinen Menge an steuerbarem Medium 28, wie etwa MR-Fluid,
welches sich in dem Arbeitsraum zwischen den bewegbaren Elementen
befindet. Somit können unterschiedliche
Relativbewegungen, rotatorisch, linear, verschwenkt, gesteuert werden
durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
Indem sich im wesentlichen die gesamte Menge des steuerbaren Mediums oder
Fluids in dem Arbeitsraum befindet, vermeidet die vorliegende Erfindung
die Notwendigkeit große Mengen
des Mediums oder Fluids zur Verfügung
zu stellen, wie auch die zugeordneten Dichtungen und Aufnahmeräume nach
dem Stand der Technik, wodurch dementsprechend die engen Toleranzen
reduziert werden, die vormals an allen Komponenten erforderlich
waren.
-
Jedes
geeignete Mittel zur Aufnahme des Mediums oder Fluids im Arbeitsraum
kann zum Einsatz kommen. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das Mittel zur Aufnahme des steuerbaren Mediums
in dem Arbeitsraum ein absorbierendes Matrixmaterial, wobei es sich
um ein Material handelt, welches das steuerbare Medium aufzunehmen
und zu halten vermag durch Wicken- oder Kapillarwirkung. Die absorbierende
Matrix stellt vorzugsweise eine Struktur bereit mit offenen Räumen zur
Aufnahme des Mediums und die das Material bildende Matrix kann selbstabsorbierend
sein, was jedoch nicht der Fall sein muss. Ein besonders bevorzugtes
absorbierendes Material ist ein schwammähnliches Material, z.B. ein
offenzelliger oder teilweise offenzelliger Schaum. Beispiele von
Materialien, die geeignet sind zur Herstellung des Schaumes sind
Polyurethan, Kautschuk, Silikonkautschuk, Polyamid, Neopren, Ioner,
Melamin, Polyimidhochtemperaturschaum und Metallschaum. Wenn beispielsweise
das absorbierende Material etwa ein Schaum ist, ist es erstrebenswert,
den Schaum zusammenzudrücken
zwischen etwa 30 % und 50 % aus dem Ruhestadium in sein installiertes
Stadium.
-
Weiterhin
umfassen andere beispielhafte absorbierende Matrixmaterialien Filze
einschließlich
Filze hergestellt aus Materialien wie etwa Nomexbrandaramidfaser,
komprimierte Kohlefaser oder andere Materialien, lose gewebte Tuche,
Mineralwolle, Stoffe, hergestellt aus Graphit, Silica, Nomexbrandaramidfaser,
Polyenzimadazolfaser, Teflonbrandfaser und Goretexbrandfaser, Glasfaserwicken
und verwebtes Brems- oder Kupplungsauskleidungsmaterial. Andere
Materialien und Strukturen sind ebenfalls geeignet, wie z.B. ein
Metallsieb, eine Bürste
oder ein beflocktes Oberflächenmaterial.
Die Einrichtung 30, die das Medium oder das Fluid aufnimmt,
ist vorzugsweise an einem der sich relativ bewegenden Elemente fixiert,
um sicherzustellen, dass es in dem Arbeitsraum 26 verbleibt.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
ist die das Fluid aufnehmende Einrichtung mit einem Element verklebt,
beispielsweise durch einen drucksensitiven Kleber. Ein bevorzugtes
Material ist ein Polyurethanschaum mit einem drucksensitiven Kleber
auf einer Seite. Der Schaum kann leicht an einem Element mittels
des Klebers befestigt werden. Alternativ kann die das Fluid aufnehmende
Einrichtung geformt sein, so dass sie an Ort und Stelle gehalten
wird durch die Struktur des Elementes, beispielsweise über ein
rohrförmig
ausgebildetes Schaummaterial, welches auf einem Kolbenkopf als Hülse befestigt
ist.
-
Die
Aufnahmeeinrichtung muss nicht den Arbeitsraum ausfüllen. Eine
absorbierende Matrix, wie etwa diejenige, die in 2 dargestellt
ist, mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen 32 zur Aufnahme
des steuerbaren Mediums, kann in dem Arbeitsraum platziert werden.
-
In
einem linear wirkenden Dämpfer,
wie z.B. einer Kolben- und Zylinderanordnung wie sie in 3 dargestellt
ist, kann die Einrichtung 30 zur Aufnahme des Mediums oder
des Fluids atemativ als Dämme 34 an
den Grenzen des Arbeitsraumes 26 ausgebildet sein, entweder
innerhalb oder außerhalb des
Arbeitsraumes 26, um das Medium oder Fluid in dem Raum 26 in
der Nähe
der magnetischen Pole 54, 54' einzuschließen. Es leuchtet ein, dass
bei einer Anordnung mit einem Kolben 50 und einem Zylinder 40 der
Arbeitsraum 26 definiert ist zwischen den zylindrischen
Teilen des Kolbens 50 und lokalisierten Teilen der inneren
Wandung des Zylinders 40. Wenn der Kolben 50 in
dem Zylinder 40 gleitet, bewegt sich der Arbeitsraum 26 mit
dem Kolben 50. Die das Feld erzeugende Einrichtung 80 ist
herkömmlich
geführt und
an dem Kolben 50 montiert. Die Dämme 34 gleiten mit
dem Kolbenkopf 50, während
dieser relativ zum Zylinder 40 gleitet, um das steuerbare
Fluid 28 in dem sich bewegenden Arbeitsraum 26 und
in der Nähe
der Einrichtung zur Erzeugung des Feldes zu halten. Wenn somit die
Pole 54, 54' erregt
sind, ändert
sich die Rheologie des steuerbaren Fluids 28 in dem Raum 26.
Die Dämme 34 können aus
einem Elastomer, einem Filz oder einem Schaummaterial hergestellt
sein, wie dies geeignet erscheint. Alternativ kann ein Abdichtungsmaterial
oder Dichtungsmaterial eingesetzt werden, um die Dämme zu bilden. Andere
Strukturen, die eintreten können,
wie sie dem Sachverständigen
auf diesem Gebiet geeignet erscheinen, können ebenfalls zum Einsatz
kommen.
-
Wie
dem Sachverständigen
auf diesem Gebiet einleuchtet, kann jede geeignete Fluidaufnahmeeinrichtung
zum Einsatz kommen bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen
und die Ausführungsformen
sind nicht begrenzt auf die speziell beschriebene bevorzugte Einrichtung
zur Fluidaufnahme.
-
Ein
steuerbares Fluid, hergestellt aus einer Suspension von Eisenlegierungspartikeln,
die in einem Träger
suspendiert sind, entsprechend der Beschreibung beispielsweise in
der US-PS 5,382,373 (Carlson et al.) und der US-PS 5,578,238 (Weiss
et al.) kann gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Einsatz gebracht werden. Vorzugsweise besitzt das steuerbare
Fluid gemäß der vorliegenden
Erfindung die Konsistenz von Fett oder Paste, um die Fluidaufnahnmeeinrichtung
zu unterstützen
dieses einzuschließen.
Ein solches Fett ist beschrieben in der PCT/US 97/02743 mit dem
Titel "Magnetorheological Fluid
Seismic Damper".
-
Die
Erfindung kann in einem weiten Bereich von Einrichtungen zur Verhinderung
der Relativbewegung zwischen den Elementen zum Einsatz kommen, einschließlich linearen
Dämpfern,
rotatorischen Dämpfern,
Widerstandseinrichtungen für Übungsgeräte, Bremseinrichtungen
und weitere, wie sich dies aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt.
-
4 zeigt
einen passiven linearen Dämpfer 38 in
der Form einer Kolben- und Zylinderanordnung. Der Dämpfer gemäß 4 umfasst
einen Zylinder 40 sowie einen Kolben 50, welcher
in dem Zylinder zur gleitenden Verschiebung angeordnet ist. Der
Kolben 50 wird vorzugsweise in dem Zylinder 40 abgestützt durch
eine Fluidaufnahmeeinrichtung, wobei es sich hier um ein absorbierendes
Matrixmaterial 30 handelt, beispielsweise einen offenzelligen
Schaum. Das absorbierende Matrixmaterial 30 ist um den
Umfang des Kolbens 50 herumgelegt und an dem Kolben 50 befestigt
durch einen druckempfindlichen Kleber. Das absorbierende Matrixmaterial 30 beabstandet und
unterstützt
den Kolben 50 von der inneren Oberfläche 42 des Zylinders 40,
so dass ein Arbeitsraum 26 bereitgestellt wird zwischen
dem Kolben 50 und dem Zylinder 40. Das absorbierende
Matrixmaterial 30 eliminiert auch die Notwendigkeit für Lager,
um den Kolben 50 abzustützen,
wodurch die Kosten des Dämpfers
reduziert werden. Ein steuerbares Fluid 28 wird von dem
absorbierenden Matrixmaterial 30 aufgenommen. Um einen
Luftfedereffekt zu verhindern ist der Zylinder 40 vorzugsweise
mit Entlüftungsöffnungen 44 versehen,
um den Luftdruck während
der Bewegung des Kolbens 50 freizusetzen.
-
Der
Zylinder 40 und der Kolben 50 umfassen Polstücke 54, 54', die Teile
darstellen, welche aus weichmagnetischem, magnetisch permeablem
Material hergestellt sind. Der Zylinder 40 kann vollständig aus
einem magnetisch permeablen Metall hergestellt sein oder eine innere
metallische Hülse
besitzen als Polstück 54'. Der Kolben 50 kann
in einer ähnlichen Weise
vollständig
aus Metall hergestellt sein oder, wie illustriert, ein Endpolstück 54 aufweisen,
welches aus einem magnetisch permeablen Material gebildet ist.
-
Bei
dieser Ausführungsform
wird ein Permanentmagnet 60 mit einem axial ausgerichteten
Nordpol n und Südpols
von dem Kolben 50 getragen und erzeugt ein Magnetfeld,
welches durch die Flusslinien 32 angezeigt ist. Das Magnetfeld
wirkt auf die Polstücke 54 des
Kolbens 50, das Polstück 54' des benachbarten
Teils des Zylinders 40 und den Arbeitsraum 26.
Durch die Auswahl der Feldstärke
des Magneten 60 kann die Kraft, die der Bewegung des Kolbens 50 in
dem Zylinder 40 entgegensteht, ausgewählt werden. Dem Sachverständigen auf
diesem Gebiet leuchtet ein, dass das Magnetfeld und das steuerbare
Fluid einer linearen, d.h. einer Gleitbewegung des Kolbens entgegensteht,
ebenso wie einer Rotation des Kolbens um die Kolbenstangenachse. Eine
Kolbenstange 56 ist fest mit dem Kolben 50 verbunden.
Geeignete Maßnahmen
zum Anschließen der
relativ bewegbaren Strukturen (nicht dargestellt) aneinander sind
vorgesehen, wie etwa ein Stangenende 51 und ein Lager 52.
-
Ein
steuerbarer linearer Dämpfer 70 in
der Form eines Kolbens und eines Zylinders ist in 5 dargestellt.
Der Dämpfer 70 umfasst
einen Kolben 50, der sich in einem Zylinder 40 befindet.
Sowohl der Kolben 50 als auch der Zylinder 40 umfassen
Polstücke 54, 54', wobei der
Zylinder 40 in diesem Fall vollständig aus einem magnetisch permeablen
Material hergestellt ist, während
der Kolben 50 einen Kern aus magnetisch permeablem Material
besitzt. Der Kolbenkopf ist umhüllt
mit einem absorbierenden Matrixmaterial 30, welches als
Einrichtung zur Aufnahme eines steuerbaren Fluids 28 in
den Arbeitsraum 26 wirkt. Die Einrichtung zur Erzeugung
des Magnetfeldes in der Form einer Spule 80 ist an dem
Kolben 50 montiert und steht in Verbindung mit einer Steuerung und
einem Netzanschluss (nicht dargestellt) über Drähte 82 (die graphisch
als eine einzige Leitung dargestellt ist), welche vorzugsweise durch
das hohle Innere der Kolbenstange 56 laufen. Die Widerstandskraft,
die erzeugt wird, kann variiert werden durch Ändern der magnetischen Feldstärke, die
gesteuert wird durch das Ausmaß des
Stromes, der der Spule 80 durch die Steuerung (nicht dargestellt)
zugeführt wird.
Der steuerbare Dämpfer 70 kann
eingestellt werden von einer geringeren Widerstandskraft bis zu einer
hohen Widerstandskraft, um die Relativbewegung zwischen den Kolben 50 und
dem Zylinder 40 zu bremsen.
-
6 erläutert eine
alternative Ausführungsform
des Dämpfers
gemäß 5,
wobei eine Mehrzahl von Spulen 80a, 80b und 80c um
den Kolben 50 herumgelegt ist. Der Zylinder 40 umfasst
eine Hülse 46 aus
magnetisch permeablem Material, um als Zylinderpolstück zu dienen.
Mehrere Spulen befinden sich vorzugsweise an Stellen, in welchen
der Zylinderpol einer magnetischen Sättigung ausgesetzt ist, wie
etwa dort, wo die Zylinderwandung dünn ist, oder eine Hülse 46,
wie dargestellt, kommt zum Einsatz als magnetisch permeables Element.
Wie beim Dämpfer
gemäß 5 sind
Drähte 82 zwischen
den Spulen, die das Feld erzeugen, 80a, 80b und 80c und
einer Steuerung angeschlossen. Die Spulen 80a, 80b und 80c sind
alternierend gewunden, so dass sich die erzeugten Felder addieren.
Elastomerlager 52 können
hinzugefügt
werden als Maßnahme zur
Befestigung der strukturellen Elemente (nicht dargestellt), wobei
das Elastomer hilft, die Härte
in einem eingesetzten Steueralgorithmus zu vermindern.
-
Die
Einrichtung gemäß 7 eignet
sich für die
Bewegungskontrolle oder als Führungsmechanismus
oder für
eine Bremseinrichtung. Die Polstücke 74 werden
von einer Welle 56 getragen über ein absorbierendes Matrixmaterial 30 für eine Gleit- und/oder eine Rotationsbewegung
wie dies durch die Pfeile A bzw. D angegeben ist. Das absorbierende Matrixmaterial 30 stützt die
Polstücke 54 relativ
zur Welle 56 ab in einem Abstand, um somit den Arbeitsraum 26 zur
Verfügung
zu stellen. Dementsprechend sind bei dieser Ausführungsform keine Lager erforderlich,
um die Relativbewegung der Polstücke 54 relativ
zum Schaft 56 abzustützen.
Die Polstücke 54 können Teil
einer Bewegungskomponente 49 sein und die Welle 56 kann
Teil eines festen Rahmens 48 sein. Alternativ können die
Polstücke 54 das
feste Element darstellen. Ein steuerbares Fluidmedium 28 ist
in dem absorbierenden Matrixmaterial 30 enthalten. Eine
Spule 80 ist um den Umfang gelegt und erzeugt ein magnetisches
Feld, welches auf die Welle 56, die Polstücke 54 und
den Arbeitsraum 26 wirkt, wie dies durch die wiedergegebenen
gestrichelten Feldlinien angegeben ist.
-
Andere
lineare Bewegungseinrichtungen können
vorteilhafterweise in die Widerstandseinrichtung gemäß der Erfindung
inkorporiert werden. 8 erläutert eine Einrichtung 120,
in welcher ein Streifen 100 angekoppelt ist für die Linearbewegung
in einem Jochelement 110. Das Jochelement 110 ist
C-förmig ausgebildet
und umfasst zwei einander gegenüberliegende
Klauen 112, 114, die einen Arbeitsraum 26 definieren,
in welchem sich der Streifen 100 für eine Gleitbewegung befindet.
Eine Fluidaufnahmeeinrichtung, wie etwa eine absorbierende Matrix,
wird von den Klauen 112, 114 in dem Arbeitsraum 26 gehalten,
um das steuerbare Fluid 28 aufzunehmen. Eine Spule 80 ist
auf einer Schulter 116 des Joches 110 zwischen
den Klauen 112, 114 gehalten, um ein Magnetfeld
zu erzeugen, welches auf die Jochklauen 112, 114 und
den Streifen 100 sowie den Arbeitsraum 26 wirkt.
Anschlusselemente 166, wie sie in 14 gezeigt
sind, gestatten es, dass das steuerbare Fluid in dem Arbeitsraum 26 und
der absorbierenden Matrix 30 aufgefüllt werden kann. Entsprechend
der Darstellung in 9 kann das Joch alternativ ausgebildet
sein aus einem Stapel von magnetisch permeablen Schichten, die miteinander
laminiert sind. Der Streifen 100 und das Joch 110 sind
vorzugsweise hergestellt aus weichmagnetischen eisenhaltigen Metallen.
Eine Klammer 115 hält
das Joch 110 an einer stationären Struktur 148.
Hilfsmittel, wie etwa eine Schrauböffnung 152, kommen
wie dargestellt zum Einsatz, um den Streifen 100 an einer
bewegbaren Struktur (nicht dargestellt) zu halten.
-
Eine
alternative Einrichtung mit einem linearen Streifen 120' ist in 10a dargestellt. In dieser Ausführungsform
befindet sich ein Streifen 100 zwischen den einander gegenüberliegenden
Wandungen 122 eines U-förmigen
Joches 110. Eine Einrichtung 30 zur Aufnahme eines
Fluidmediums befindet sich in dem Arbeitsraum 26 zwischen
den Wandungen 122 und dem Streifen 100. Bei dieser
Ausführungsform
ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Feldes vorgesehen in der
Form einer quadratischen Spule 80, die getrennt in 10b gezeigt ist, welche ein magnetisches Weichpolstück 124 umgibt,
das in 10c getrennt wiedergegeben und
zwischen den Wandungen montiert ist.
-
Eine
linear wirkende Bremse ist in 11 dargestellt.
In dieser Einrichtung wird ein endloser Metallriemen 130 beispielsweise
als Antriebsriemen aus einem weichen magnetischen/magnetisch permeablen
Material von einer oder mehreren Rollen 132 angetrieben.
Der Riemen 130 durchläuft
den Arbeitsraum 26, der zwischen einem oberen Pol 134 und
einem unteren Pol 136 der Bremse vorgesehen ist. Ein absorbierendes
Material 30 befindet sich in dem Arbeitsraum 26 auf
beiden Seiten des Riemens 130. Eine ein Feld erzeugende
Einrichtung 80 (auf der Rückseite des Riemens 130 dargestellt)
ist als Spule vorgesehen, welche ein Schulterelement (nicht gezeigt)
umgibt, das die Pole 134, 136 miteinander verbindet.
Die das Feld erzeugende Einrichtung 80 erzeugt ein Magnetfeld
(angezeigt durch die Pfeile), welches auf die Platten, den Riemen 130 und
das steuerbare Fluid 28 in dem Arbeitsraum 26 wirkt.
Die Einrichtung wirkt auf den maximalen Radius der Rollen 132,
wodurch eine sehr wirkungsvolle Bremsung bereitgestellt wird. Die
Einrichtung könnte
auch ohne weiteres eingesetzt werden als Bremse für ein Metallkabel
oder einen Draht oder ein ähnliches
Antriebselement, was ohne weiteres einleuchtet, indem man den endlosen
Riemen durch ein Kabel, einen Draht oder ein ähnliches Antriebselement ersetzt.
Es ist herauszustellen, dass im Fall eines Metallriemens die Bremse
nur auf einen kleinen seitlichen Teil (in die Papierebene hinein
und aus dieser heraus) des Riemens 130 wirken muss, so
dass der Großteil
des Riemens frei von einem Mediumfilm verbleibt. Eine entsprechende
Abschirmung kann hinzugefügt
werden, um den Teil des Riemens abzudecken, der den Film auf seiner
Oberfläche
trägt.
-
Die 12 zeigt
eine rotatorische Bremseinrichtung. Ein Rotorelement 140,
bei welchem es sich um ein Schwungrad eines Übungsgerätes handeln kann, wie z.B.
eines stationären
Fahrrades (siehe 26), ist zur Rotation auf einer
Welle 142 montiert. Das Rotorelement 140 ist vorzugsweise
vollständig aus
einem magnetisch permeablen Material hergestellt. Eine Joch 110 in
einer ähnlichen
Weise wie dasjenige, das in den 8 oder 9 gezeigt
und beschrieben wurde, ist so montiert, dass der äußere Teil
des Rotorelementes 140 zwischen den Klauen 112, 114 des
Joches 110 hindurchläuft.
Die das Fluid aufnehmende Einrichtung 30 ist bei dieser
Ausführungsform
aus einem absorbierenden Matrixmaterial hergestellt und befindet
sich in einem Arbeitsraum 26 zwischen den Klauen 112, 114,
um das steuerbare Fluid 28 in dem Arbeitsraum zu halten.
Eine Spule 80 zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist an dem
Joch 110 montiert. Die Einrichtung kann variabel aktiviert werden,
um einen einstellbaren Widerstand hinsichtlich der Rotation des
Rotors 140 bereitzustellen.
-
Die
Einrichtung gemäß 12 kann
für Rotoren
mit großem
Durchmesser eingesetzt werden. Darüber hinaus kann der Rotor 140 mit
einer hinreichenden Trägheitsmasse
versehen sein, um als Schwungrad zu wirken, wie dies eingesetzt
werden kann in einem Übungsfahrrad,
einer Skimaschine oder einem Stepper. Zusätzliche Bremseinrichtungen können vorgesehen
sein, um die Bremskraft zu erhöhen.
-
Das
steuerbare Fluid 28 wird größtenteils in dem absorbierenden
Matrixmaterial 30 gehalten und eine kleine Menge bildet
eine dünne
Schicht auf der Oberfläche
des kontaktierten äußeren Teils
des Rotorelementes 140. Unter normalen Bedingungen wird das
steuerbare Fluid 28 nicht verbraucht und das Ausbreiten
einer dünnen
Schicht auf dem Rotor 140 stellt kein Problem dar. Sollten
es die Bedingungen erfordern, dass das steuerbare Fluid 28 aufgefüllt werden
muss, beispielsweise bei einer hohen Rotationsgeschwindigkeit, bei
welcher der Fluidfilm auf dem Rotor 140 durch Zentrifugalkräfte abgeschleudert
wird, stellt eine Einrichtung, wie sie in 13 gezeigt
ist, eine steuerbare Fluidauffüllquelle 150 bereit, wobei
ein Behälter
in Kommunikation mit dem äußeren Teil
des Rotorelementes 140 steht. Wenn sich das Rotorelement 140 durch
den Behälter 150 dreht, wird
ein steuerbares Fluid aufgenommen auf dem äußeren Teil des Rotorelementes 140 und
in den Arbeitsraum 26 hineingeführt, um absorbiert zu werden durch
das absorbierende Matrixmaterial 30. Eine entsprechende
Abschirmung kann zum Einsatz kommen.
-
14 zeigt
eine alternative Ausführungsform
zum Zuführen
und Wiederauffüllen
eines steuerbaren Fluidmediums 28 zu den Arbeitsräumen 26. Ein
sich bewegendes Element 152 (Platte, Streifen, Scheibe
usw.) wird in dem Arbeitsraum 26 positioniert zwischen
zwei Polstückklauen 160, 162,
die den Magnetfluss hierin führen.
Fluidaufnahmeeinrichtungen 30 befinden sich in den Arbeitsräumen 26.
Dieser Aufbau kann eingeschlossen werden in eine linear oder rotatorisch
wirkende Einrichtung, wie dies ohne weiteres einleuchtet. Die Polklauen 160, 162 besitzen
Passagen 164, die mit dem Arbeitsraum 26 kommunizieren
und Anschlusselemente 166 (ähnlich einem Schmiernippel)
sind an den Passagen 164 montiert, um es zu ermöglichen,
dass steuerbares Fluid 28 in den Arbeitsraum 26 eingeführt wird.
Obwohl nicht dargestellt, können
die Anschlusselemente 166 eine Maßnahme einschließen, um
den Austritt des Mediums aus den Passelementen 166 zu verhindern,
nachdem die Auffüllung
erfolgt ist, d.h. es können
unter Federdruck stehende Kugelelemente oder Kappen eingesetzt werden.
-
Das
Joch 110, wie es zuvor beschrieben wurde, kann auch zum
Einsatz kommen für
andere Geräte,
z.B. für
einen hin- und hergehenden Schwenkapparat, entsprechend der Darstellung
in 15, wobei ein Schwenkelement 170 an einer
Welle 160 montiert ist und einen äußeren Teil aufweist, welcher sich
zwischen den Klauben 112, 114 des Joches 110 bewegt.
Die Welle 172 ist an eine (nicht dargestellte) Maschine
angeschlossen. Andere Anwendungen leuchten dem Sachverständigen auf
diesem Gebiet ein.
-
16 illustriert
in perspektivischer Schnittansicht eine Einrichtung, bei welcher
zwei parallele scheibenähnliche
Rotoren 180, 182 montiert sind zur Rotation mit
einer Welle 184. Die Welle 184 ist drehbar an
anderen drehenden Komponenten einer Maschine (nicht dargestellt)
befestigt. Eine U-förmige Polklammer 190 besitzt
ein mittiges Abstandsstück 192 und
ist benachbart zu den Rotoren 180, 182 positioniert
und übergreift
einen radial äußeren Teil
hiervon. Mehrere Arbeitsräume 26 sind
vorgesehen zwischen den Schenkeln 194, 196 der
Klammer und dem Mittelstück 192.
Die Rotoren 180, 182 sind so positioniert, dass
ein Teil durch die Arbeitsräume 46 rotiert.
Einrichtungen zur Fluidhalterung 30 umfassen ein absorbierendes
Material, welches sich in den Arbeitsräumen 26 befindet.
Die Einrichtung zur Erzeugung eines Feldes umfasst eine einzige
umlaufende Spule 80, die in dem Mittelstück 192 montiert
ist, wobei ein Feld erzeugt wird, welches auf die Polklammer 190 und
die Arbeitsräume 26 wirkt.
Ein puckförmiger
Mittelpol 154 besitzt scheibenförmige Endpole 154', die in Kontakt
hiermit stehen und das Magnetfeld über die Arbeitsräume 26 fokussieren.
-
17 und 18 illustrieren
eine weitere Bremseinrichtung 200. 17 ist
eine Schnittansicht eines Rotors 140, der montiert ist
zur Rotation mit einer Welle 142. Die Welle 142 ist
drehbar montiert, relativ zu dem stationären Rahmen 248. Fest
verbunden mit der Welle 142 ist eine Rolle 265.
Die Rolle 265 ist an eine (nicht dargestellte) Maschine,
wie etwa ein Übungsgerät, angeschlossen
und zwar in dieser Ausführungsform über ein
Kabel 267, welches doppelt um die Rolle 265 gelegt
ist. Die Bremseinrichtung 200, die in 18 in
Explosionsdarstellung gezeigt ist, umfasst eine U-förmige Polklammer 202, die
einen Raum zur Aufnahme des Rotors 140 definiert. An beiden
inneren Oberflächen
der Schenkel der Polklammer 202 sind umlaufend gewundene Spulen 80 montiert
sowie ein weichmagnetischer puckförmiger Kern 204, welcher
die Spulen 80 abstützt,
scheibenförmige
Polstücke 206 und
ein fluidhaltendes Element 30, wie etwa einen geformten Schaubabsorber.
Jede der Spulen 80 erzeugt ein Feld, welches auf die Polklammer 202,
die Polstücke 206,
die Kerne 204 sowie das fluidhaltende Element 30 und über die
Arbeitsräume 26 wirkt.
Die Spulen sind in der gleichen Richtung gewunden, so dass sie Magnetfelder
erzeugen, die aufeinander ausgerichtet sind. Die ungefähren Magnetfeldlinien
sind illustriert durch die gestrichelte Linie in 17.
-
Ein
besonders vorteilhafter Einsatz für einen Lineardämpfer gemäß der Erfindung
liegt in Waschmaschinen. 19 illustriert
steuerbare lineare Dämpfer 70,
wie etwa diejenigen, die in bezug auf 6 beschrieben
wurden, montiert in einer von vorn zu beladenden Waschmaschine 210 als
Komponenten der Aufhängung
und des Dämpfungssystems. Die
von vorne zu beladende Maschine 210 besitzt eine horizontal
montierte Trommel 212 mit einem rotatorischen Teil 213,
der drehbar gehalten und antreibbar ist, relativ zur Trommel 212 über einen
(nicht dargestellten) Motor. Die Trommel 212 (und der rotierende
Teil 213) sind flexibel relativ zu dem Gehäuse 214 über flexible
Federn 216 aufgehängt.
Dämpfer 70 stellen
eine Steuerung der radialen Vibrationen der Trommel 212 bereit.
-
Steuerbare
Dämpfer
gemäß der Erfindung können zum
Einsatz kommen in von oben zu beladende Waschmaschinen, ebenfalls
mit einem größeren Vorteil
entsprechend der Darstellung in 23. Ein
Dämpfer 70' mit einer integrierten
Feder 48, wie etwa einer Schraubenfeder, ist in der Schnittdarstellung
in 22 gezeigt. Der Dämpfer 70' ist ähnlich demjenigen,
der in 6 gezeigt ist, und umfasst einen weichmagnetischen
Zylinder 40, in welchem ein Kolben 50 montiert
ist zur relativen axialen Gleitbewegung. Der Kolben 50 trägt eine
um seinen Umfang gewundene ringförmige
Spule 80, einen weichmagnetischen Kolbenkopf einschließlich Polen 54,
sowie ein fluidhaltendes absorbierendes Matrixmaterial 30, wie
etwa offenzelliger Polyurethanschaum, der um den Kolbenkopf gelegt
ist. Die Feder 48 wirkt zwischen dem Kolben 50 und
dem Zylinder 40, um die Trommel 212' vertikal und radial abzustützen (23).
Geeignete Maßnahmen
zur Befestigung an der Trommel 212' und dem Gehäuse 214' sind vorgesehen, wie etwa ein
Stabende 51 und Lager 52.
-
23 zeigt
eine Mehrzahl (vorzugsweise vier) der Dämpfer 70' gemäß 22,
die in einer von oben zu beladenden Waschmaschine 220 montiert sind.
Die Dämpfer 70', einschließlich integralen
Federn 48, kommen zum Einsatz, um die Trommel 212' des Waschmaschinengehäuses 214' aufzuhängen.
-
Steuerbare
Dämpfer
(z.B. 70, 70')
gestatten eine Einstellung der Dämpfung
des Waschmaschinensystems auf unterschiedliche Waschzyklen. Ein typischer
Waschzyklus für
eine von vorn zu beladende Maschine ist in 20 illustriert
in Begriffen der Trommelrotationsgeschwindigkeit in Umdrehungen pro
Minute (RPM) über
die Zeit. Der Zyklus von T1 bis T2 repräsentiert einen Behandlungs-/Waschzyklus, bei
welchem das rotierende Element 213, 213' hin- und hergehende
Rotationen ausführt.
Wenn die Rotation in den Schleuderzyklus beschleunigt, repräsentiert
durch die Periode T3 bis T4, durchläuft die Trommelanordnung 213, 213' einen Resonanzzustand,
der in 21 gezeigt ist zwischen den
Geschwindigkeitspunkten A und B. Durch das Aktivieren des Dämpfers 70, 70' durch diese
Beschleunigungsperiode T3 bis T4 kann eine Dämpfung auf das System übertragen
werden und die übertragene
Kraft kann reduziert werden. Der Waschmaschinenzyklus schließt eine
zweite Behandlung T6 bis T7 während des
Spülzyklus
ein sowie einen zweiten Schleuderzyklus T9 bis T10 mit einem zweiten
Resonanzzustand während
der zugeordneten Beschleunigung T8 bis T9. Der Dämpfer 70, 70' würde während dieser
Zeit ebenfalls aktiviert. Der Dämpfer 70, 70' kommt auch vorzugsweise
zum Einsatz am Ende des Schleuderzyklus, wenn die Trommel sich verlangsamt
durch den Resonanzzustand.
-
Aus 21 ist
ersichtlich, dass, während
ein erhöhtes
Dämpfen
vorteilhaft ist während
des Resonanzzustandes zwischen den Schleudergeschwindigkeiten A
und B, ein erhöhtes
Dämpfen
dazu führt, dass
mehr Kraft übertragen
wird, nachdem die Trommel die Schleudergeschwindigkeit erreicht
hat, als dies bei einem niedrigen Dämpfen der Fall ist. Somit werden
die steuerbaren Dämpfer
vorzugsweise abgeschaltet, nachdem die Trommel den Resonanzzustand
verlässt.
Das System gemäß der Erfindung
gestattet es in vorteilhafter Weise, dass das Dämpfen eingestellt werden kann
auf die Übertragung
einer minimalen Kraft während
des Waschzyklus, womit sich eine enorme Verbesserung ergibt über passive Systeme,
bei welchen ein einziger konstanter Dämpfungswert gewählt werden
muss für
alle Zustände.
-
Die
Steuerung der Dämpfer 70, 70' kann über einen
Zeitgeber koordiniert werden mit dem Waschmaschinensteuerzeitgeber
oder über
einen Geschwindigkeitssensor, der die Trommelrotation überwacht
und die Dämpfer 70, 70' bei vorbestimmten
Geschwindigkeiten aktiviert, oder über einen Vibrationssensor 218, 218' (19, 23),
wie z.B. ein Accelerometer, welches die Trommelvibration überwacht.
Alternativ kann die Vibration in dem Gehäuse 214, 214' überwacht
werden.
-
Die 24 illustriert
eine weitere Anwendung für
einen Dämpfer
gemäß der Erfindung
in einem über
Luftfeder nivellierten Tisch. Ein Tisch 240 ist teilweise
dargestellt und ein Stützbein 242 (eines von
vieren) des Tisches ist in der Figur wiedergegeben. Der Tisch 242 umfasst
eine Luftkammer 244, die durch eine Wandung 246 unterteilt
ist, mit Entlüftungsöffnungen 248.
Ein Dämpfer 70'' umfasst einen weichmagnetischen
Zylinder 40, welcher an der Wandung 246 montiert
ist über
eine Verschweißung oder ähnliches,
und einen Kolben 50 mit einer Kolbenstange 56,
die an den Tisch 240 angeschlossen ist. Ein Balg oder eine
rollende Membran 250 schließt den oberen Teil der Kammer 244 ab
und gestattet es dem Tisch 240, dass er abgestützt und
nivelliert wird durch die Luft in der Kammer 244. Die Kolbenstange 56 ist
an dem Pol 241 angeschlossen mit einem Permanentmagneten 242,
der hieran befestigt ist. Ein Feld, welches durch den Magnet 242 erzeugt
wird, bewirkt, dass der Pol 241 angezogen wird an den Tischkolben 246,
hergestellt aus einem ferromagnetischen Material. Hierdurch wird
vermieden, dass man ein Loch in den Balg 250 schneiden
muss.
-
Der
Dämpfer 70'' unterstützt die Steuerung der Bewegung
des Tisches 240, wenn Luft in die Kammer 244 hineingebracht
oder aus dieser entfernt wird, indem man rasch die Übergangsbewegungen dämpft, die
verursachen, dass der Tisch 240 oszilliert.
-
Dämpfer und
Widerstandseinrichtungen gemäß der Erfindung
können
auch vorteilhaft in Übungsgeräte eingebaut
werden, wie zuvor erwähnt wurde. 25 zeigt
einen vereinfachten Stepper 260 mit einem Schwungrad 140 sowie
einer Widerstandseinrichtung 220, wie sie im Zusammenhang
mit den 12, 16 oder 17 beschrieben
wurde. Die Widerstandseinrichtung 220 kann gesteuert werden, um
den Widerstand gegenüber
der Rotation des Schwungrades einzustellen gemäß den Wünschen des Benutzers. Die Einrichtung 220 gemäß der Erfindung
kann ein hohes Drehmoment erzeugen bei einem relativ kleinen Schwungrad.
-
Eine ähnliche
Drehwiderstandseinrichtung 220', wie sie in Verbindung mit den 12, 16 und 17 beschrieben
wurde, kann in ein Übungsfahrrad 270 eingebaut
werden, entsprechend der Darstellung in 26. Die
Widerstandseinrichtung 220 ist an dem Fahrradschwungrad 140 montiert.
-
Die 27 zeigt
ein Laufband 280 mit einem Dämpfer 220'', einschließlich eines linearen Streifens 100 und
eines Joches 110, montiert zwischen dem Band 282 und
dem Rahmen. Alternativ kann ein linearer Kolben- und Zylinderdämpfer gemäß den 5, 6 oder 22 zum
Einsatz kommen. Der Dämpfer 220'' kann gesteuert werden, um eine
härtere oder
eine weichere Laufoberfläche
bereitzustellen. Beispielsweise kann für langsames Laufen, d.h. eine geringere
Fußtrittfrequenz
ein Läufer
eine weichere federnde Oberfläche
bevorzugen und für
schnelles Rennen eine steifere Oberfläche. Der Dämpfer kann auch das Dämpfen der
Laufoberfläche 282 auf
das Gewicht des Benutzers einstellen, um das Dämpfen für schwerere Benutzer zu verstärken und
für leichtere
Benutzer zu verringern.
-
Die 28 illustriert
eine Rotationsbremse 300 gemäß der Erfindung. Die Bremse 300 umfasst ein
festes Element oder einen Stator 302, der ein äußeres Element
bildet. Der Stator 302 wird gebildet aus magnetisch permeablem
Material, um als Polstück
zu wirken, und schließt
einen inneren Raum 304 ein. Ein scheibenförmiger Rotor 306 befindet sich
in dem inneren Raum 304 und ist starr verbunden mit einer
Welle 310 für
eine Rotation in den inneren Raum 304. Der Rotor 306 besitzt
einen Abstand von den inneren Oberflächen des Stators 302,
die den inneren Raum 304 definieren, wodurch ein Arbeitsraum 26 bereitgestellt
wird zwischen dem Stator 302 und dem Rotor 306.
Ein absorbierendes Material 30 befindet sich in dem Arbeitsraum 26 und
umgibt den radial äußeren Teil
des Rotors 306. Ein steuerbares Medium 23 ist
in dem absorbierenden Material 30 enthalten. Eine um den
Umfang gewundene, ein Feld erzeugende Spule 80, montiert
zwischen den Hälften 303 des
Stators 302, und umgibt bevorzugt den Rotor 306.
Die Spule 80 ist durch Leiterdrähte 82 an eine Steuerung
und eine Netzquelle (nicht dargestellt) angeschlossen.
-
Wie
durch die Feldlinien 312 gezeigt ist, erzeugt die Spule 80 ein
Feld, welches auf den Stator 302, den Rotor 306 sowie über den
Arbeitsraum 26 wirkt. Eine Aktivierung des Feldes bewirkt
einen Widerstand auf die Rotation des Rotors 306. Das absorbierende
Material 30 eliminiert die Notwendigkeit, den inneren Raum 304 des
Stators abzudichten. Darüber
hinaus sind keine Lager erforderlich.
-
Zusammenfassend
leuchtet aus dem vorangehenden ein, dass die vorliegende Erfindung
eine neuartige Steuereinrichtung umfasst (sowohl rotatorisch als
auch linear wirkend), die eine Halteeinrichtung für ein steuerbares
Medium einschließt,
um ein Medium (z.B. ein magnetisch steuerbares Fluid) in einem Arbeitsraum
zu halten zwischen sich relativ zueinander bewegenden Komponenten.
Die Erfindung stellt steuerbare Einrichtungen bereit, die einfacher zu
entwerfen und herzustellen sind und weniger kostenaufwendig als
herkömmliche
Einrichtungen.
-
Während verschiedene
Ausführungsformen einschließlich der
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben wurde, sind verschiedene
Modifikationen, Abänderungen, Änderungen
und Anpassungen möglich,
ohne den Geist und Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert ist. Es ist
beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen, Abänderungen
und Änderungen
als Teil der vorliegenden Erfindung anzusehen sind.