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Dokumentenidentifikation DE60116408T2 07.09.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001160482
Titel Magnetfeder und Schwingungsdämpfungsmechanismus mit dieser Feder
Anmelder Delta Tooling Co. Ltd., Hiroshima, JP
Erfinder Enoki, Yoshimi, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP;
Wagata, Shigeki, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP;
Oshimo, Hiroki, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP;
Fujita, Etsunori, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP;
Honda, Hiroki, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP;
Yamane, Hideyuki, Akiku, Hiroshima-shi, Hiroshima 736-0084, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 60116408
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.06.2001
EP-Aktenzeichen 011128931
EP-Offenlegungsdatum 05.12.2001
EP date of grant 04.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.2006
IPC-Hauptklasse F16F 5/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F16F 6/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F16F 15/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfermechanismus mit darin integriertem magnetischen Federaufbau und insbesondere einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfungsmechanismus, die dazu geeignet sind, in einem Vibrationsdämpfungsaufbau einer Dämpfereinheit integriert zu werden, die in einem Sitz für ein Beförderungsmittel, wie beispielsweise einem Automobil, einem Elektroauto oder einem Schiff, einer Motorhalterung oder Ähnlichem, verwendet wird.

Verschiedenartige dämpfende Materialien, Dämpfer und Steuertechniken wurden herkömmlicher Weise als Maßnahmen vorgeschlagen, um Vibrationen und Geräuschen bei einer Maschine oder einem Aufbau entgegenzuwirken, die üblicherweise aus einem Material aufgebaut sind, das eine geringe Eigendämpfung hat, um seine Steifigkeit zu sichern.

Mit der Zunahme der Beförderungsgeschwindigkeit hat sich die Frage gestellt, ob es dem menschlichen Körper und dem Nervensystem schadet, wenn der menschliche Körper Vibrationen ausgesetzt wird. Ein solcher Schaden drückt sich in Form von Symptomen wie beispielsweise Müdigkeit, Kopfschmerzen, Steifigkeit der Schultern, Hexenschuss, Sehschwäche und Ähnlichem aus. Im Allgemeinen wird eine Vibrationsisolation unter Verwendung jeglicher beliebiger optimaler Kombination aus einer Feder und einem Dämpfungsmaterial erzielt, die aus der Gruppe gewählt werden, bestehend aus einer Metallfeder, einer Luftfeder, Gummi, visko-elastischem Material und einem Dämpfer. Eine derartige Kombination verursacht jedoch, dass eine dynamische Verstärkung und ein Verlustfaktor gegenläufig zueinander sind. Insbesondere verursacht eine Reduzierung der dynamischen Verstärkung zum Zwecke, die Eigenschaften im unteren Frequenzbereich zu verbessern, das Ausbilden einer Feder, die im Verlustfaktor zu reduzieren ist, was zu einer Feder führt, die hart ist. Eine Erhöhung des Verlustfaktors, um die Eigenschaften im hohen Frequenzbereich zu verbessern, führt zu einer Feder, die ähnlich einem dämpfenden Material in ihrer dynamischen Verstärkung erhöht ist, so dass die Feder in einem Grad nachteilig weich wird, der die Eigenschaften im Niedrigfrequenzbereich verschlechtert. Angesichts dieser Tatsache wurden viele Versuche im Stand der Technik unternommen, die auf die Unterdrückung von Vibrationen gerichtet sind und einen passiven Dämpfer, umfassend einen dynamischen Vibrationsreduzierer, verwenden oder durch eine halbaktive oder aktive Steuerung.

In diesem Zusammenhang wurde kürzlich ein Dämpfer vorgeschlagen, der einen magnetischen Federaufbau umfasst. Ebenfalls wurde ein Vibrationsdämpfermechanismus vorgeschlagen, der derart aufgebaut ist, dass er zulässt, seine gesamte Federkonstante derart festzulegen, dass sie fälschlicherweise im Wesentlichen Null beträgt, indem ein dämpfendes Element wie beispielsweise eine Metallfeder, ein Gummimaterial oder Ähnliches in einen derartigen magnetischen Federaufbau integriert wird. Der vorgeschlagene Vibrationsdämpfermechanismus verursacht jedoch eine Erhöhung der Herstellungskosten und führt zu einer komplizierteren Herstellung. Somit ist es höchst wünschenswert, einen neuen magnetischen Federaufbau zu entwickeln, der einfacher herstellbar ist, um seine Herstellungskosten zu reduzieren und seine Wartung zu erleichtern, als Dämpfer verwendbar ist und es zulässt, eine Federkonstante durch Kombinieren mit einem Dämpfer zu erzielen, die fälschlicherweise im Wesentlichen Null beträgt. Die Entwicklung eines derartigen Aufbaus würde die Vereinfachung eines Aufbaus wie beispielsweise einer Dämpfereinheit einer Motoraufnahme oder Ähnlichem sowie ihrer Dimensionsreduzierung realisieren, um dadurch ihre Steuerung bei hoher Leistungsfähigkeit zu sichern und ihre Wartung zu erleichtern.

Oftmals wird ein Magnetfederaufbau auch in einem Hub- oder Aufwärtsbewegungsmechanismus zum Anheben eines gewünschten Objektes mittels Abstoßungskraft zwischen den Magneten verwendet. Die Verwendung nur der Magneten ist jedoch unzureichend, um Lasten zu stützen, während sie unter Verwendung der Abstoßung der Magneten relativ angehoben werden, so dass es erforderlich ist, zusätzlich ein Gestänge, einen Führungsmechanismus oder Ähnliches anzuordnen. Unglücklicherweise verursachen ein Gestänge oder Ähnliches, dass der Mechanismus in seinem Aufbau komplizierter wird, was zu einem größer dimensionierten Mechanismus führt. Auch verursacht sie die Gegenbewegung des Gestänges, seine Reibung und Ähnliches, wodurch die präzise Steuerung des Mechanismus behindert wird und Komplikationen in dessen Wartung verursacht werden.

Im Allgemeinen sind magnetische Federaufbauten im Stand der Technik bekannt. Beispiele für derartige Federaufbauten können der US-A-5,017,819, der FR-A-2 415 751 oder der DE-A-202 47 46 entnommen werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Nachteile des Standes der Technik durchgeführt.

Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen magnetischen Federaufbau zu schaffen, der durch nur einen vorbestimmten Magnetkreisaufbau als Dämpfer verwendet werden kann.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Federaufbau zu schaffen; der es gestattet, durch seine Kombination mit einem Dämpfungselement, wie beispielsweise einer Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem, seine gesamte Federkonstante fälschlicherweise so festzulegen, dass sie im Wesentlichen Null beträgt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Federaufbau bereitzustellen, der, verglichen mit dem Stand der Technik, in seinem Aufbau vereinfacht und bei reduzierten Kosten hergestellt werden kann.

Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vibrationsdämpfermechanismus zu schaffen, der durch nur einen vorbestimmten Magnetkreisaufbau als Dämpfer verwendet werden kann.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vibrationsdämpfermechanismus bereitzustellen, der es gestattet, seine gesamte Federkonstante, die durch seine Kombination mit einem Dämpfer, wie beispielsweise einer Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem, erzielt wird, fälschlicherweise auf im Wesentlichen Null festzulegen.

Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Vibrationsdämpfermechanismus bereitzustellen, der, verglichen mit dem Stand der Technik, in seinem Aufbau vereinfacht und bei niedrigeren Kosten hergestellt werden kann.

Wenigstens eine dieser Aufgaben ist durch den Gegenstand, wie er in den Patentansprüchen 1, 6 und 7 definiert ist, gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein magnetischer Federaufbau vorgeschlagen. Der magnetische Federaufbau umfasst wenigstens ein bewegliches Element, das aus einem magnetischen Material gebildet ist und wenigstens zwei stationäre Magneten, die außerhalb des beweglichen Elements angeordnet sind, um einen Spalt zu definieren, der als ein Durchgang für das besagte bewegliche Element dient. Die stationären Magneten beaufschlagen das bewegliche Element durch die Wirkung eines dadurch erzeugten Magnetfelds.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mehrere der oben beschriebenen stationären Magneten derart angeordnet, dass sie in einem vorbestimmten Abstand in Richtung der Anordnung der stationären Magneten beabstandet sind, um dadurch den Spalt zwischen sich zu definieren.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die stationären Magneten derart angeordnet, dass die Magnetpole der stationären Magneten, die in der Richtung der Anordnung der stationären Magneten benachbart zueinander angeordnet sind, entgegengesetzt zueinander sind.

Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element durch einen Permanentmagneten gebildet, der derart angeordnet ist, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten verläuft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der stationäre Magnet in einem mehrschichtigen Aufbau aufgebaut.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element als mehrschichtiger Aufbau ausgestaltet.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element aus einem ferromagnetischen Material gebildet und weist mehrere Punkte auf, an denen sich seine Federkonstante zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert umkehrt und die innerhalb eines Bereichs seines Versatzes in seiner Beaufschlagungsrichtung definiert sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Element aus einem ferromagnetischen Material gebildet und führt die Magnetpolumkehr aus, wenn es in seiner Beaufschlagungsrichtung versetzt wird.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hubmechanismus vorgeschlagen. Der Hubmechanismus umfasst den magnetischen Federaufbau, der wie oben beschrieben aufgebaut ist. Das bewegliche Element des magnetischen Federaufbaus, das durch die Wirkung eines Magnetfeldes des stationären Magneten beaufschlagt wird, wird stabil in einer vorbestimmten Position in einem Bereich gehalten, in dem seine Federkonstante einen positiven Wert in einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements aufweist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Vibrationsdämpfermechanismus vorgeschlagen. Der Vibrationsdämpfermechanismus umfasst den magnetischen Federaufbau, der wie oben beschrieben aufgebaut ist. Auch umfasst er ein Dämpferelement, das in der Lage ist, eine Federkraft im Wesentlichen in einer relativen Betriebsrichtung der Lastmasse auszuüben, die direkt und indirekt von dem besagten beweglichen Element des magnetischen Federaufbaus getragen wird. Das bewegliche Element des magnetischen Federaufbaus, das durch die Wirkung des Magnetfeldes der stationären Magneten beaufschlagt wird, ist derart angeordnet, dass es innerhalb eines Bereiches versetzbar ist, in dem seine Federkonstante in einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements einen negativen Wert aufweist, so dass durch eine Kombination mit dem Dämpferelement eine Gesamtfederkonstante erzielt wird, die fälschlicherweise im Wesentlichen Null beträgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und viele der zugehörigen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden verständlicher, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen besser verstanden wird; in denen:

1 eine schematische Ansicht ist, die eine Ausführungsform eines magnetischen Federaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

2 eine graphische Darstellung ist, die die Lastversatzeigenschaften des magnetischen Federaufbaus aus 1 zeigt;

3 eine schematische Ansicht ist, die ein Beispiel eines Hubmechanismus zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

4(a) und 4(b) jeweils schematische Ansichten sind, die ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigen, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

5(a) bis 5(c) jeweils schematische Ansichten sind, die ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigen, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

6 eine schematische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

7 eine schematische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

8 eine perspektivische Ansicht ist, die noch ein weiteres Beispiel eines Hubmechanismus zeigt, in dem der magnetische Federaufbau aus 1 zum Einsatz kommt;

9 ein Grundriss ist, der eine Anordnung von stationären Magneten in dem in 8 dargestellten Hubmechanismus zeigt;

10 eine Vorderansicht ist, die ein Vibrationsdämpfermodell zeigt, das ein Beispiel eines Vibrationsdämpfermechanismus ist, der einen magnetischen Federaufbau gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;

11 eine Seitenansicht des Vibrationsdämpfermodells aus 10 ist;

12 ein schematischer Querschnitt des Vibrationsdämpfermodells aus 10 ist;

13 eine graphische Darstellung ist, die eine Lastversatzkurve zeigt, die die statischen Eigenschaften eines magnetischen Federaufbaus andeutet, die erzielt werden, wenn ein Permanentmagnet als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird;

14 eine graphische Darstellung ist, die eine Vibrationsübertragungsverhältnis eines magnetischen Federaufbaus zeigt, der erzielt wird, wenn ein Permanentmagnet als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird;

15 eine graphische Darstellung ist, die eine Lastversatzkurve darstellt, die die statischen Eigenschaften eines magnetischen Federaufbaus andeutet, der erzielt wird, wenn Eisen als bewegliches Element für den magnetischen Federaufbau verwendet wird;

16 eine graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet. wird und eine Vibration in der Größenordnung von 0,2 mm darauf aufgebracht wird;

17 eine graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird und eine Vibration in der Größenordnung von 1,0 mm darauf aufgebracht wird;

18 eine graphische Darstellung ist, die ein Vibrationsübertragungsverhältnis eines magnetischen Federaufbaus zeigt, das erzielt wird, wenn Eisen als bewegliches Element des magnetischen Federaufbaus verwendet wird und eine Vibration in der Größenordnung von 2,0 mm darauf aufgebracht wird;

19(a) bis 19(c) jeweils schematische Ansichten sind, die eine Modifikation eines Aufbaus der stationären Magneten und des beweglichen Elements zeigen, die den magnetischen Federaufbau oder seine Anordnung bilden;

20(a) bis 20(d) jeweils schematische Ansichten sind, die eine andere Modifikation des Aufbaus der stationären Magneten und des beweglichen Elements zeigen, die den magnetischen Federaufbau oder seine Anordnung bilden;

21(a) eine Draufsicht einer weiteren Modifikation eines stationären Magneten ist; und

21(b) ein Querschnitt des stationären Magneten aus 21(a) ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.

Zunächst wird Bezug auf 1 genommen, in der eine Ausführungsform eines magnetischen Federaufbaus gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Ein magnetischer Federaufbau der dargestellten Ausführungsform ist im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet und umfasst ein Halteelement 11 und stationäre Magneten 12 und 13, die auf dem Halteelement 11 auf eine Art und Weise angeordnet sind, dass sie in einem vorbestimmten Abstand in Richtung einer Oberfläche des Halteelements 11, auf dem die Magneten 12 und 13 angeordnet sind, voneinander beabstandet sind. die stationären Magneten 12 und 13 sind derart magnetisiert, dass die Richtung ihrer Magnetisierung in 1 vertikal verläuft. Auch sind die stationären Magneten 12 und 13 derart angeordnet, dass die Richtungen ihrer Magnetpole entgegengesetzt zueinander sind.

Der magnetische Federaufbau der dargestellten Ausführungsform umfasst ferner ein bewegliches Element 14, das zwischen den stationären Magneten 12 und 13 angeordnet ist und auf einem aus nicht magnetischen Material gebildeten Halteelement 14a sitzt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das bewegliche Element 14 durch einen Permanentmagneten gebildet und derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der der stationären Magneten 12 und 12 verläuft. Das bewegliche Element 14 ist aus einem magnetischen Material gebildet und bildet zusammen mit den stationären Magneten 12 und 13 einen Magnetkreis. Alternativ kann das bewegliche Element 14 aus einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen, Ferrit oder Ähnlichem gebildet sein und auch kein Permanentmagnet sein, solange es entlang eines Spalts zwischen den stationären Magneten 12 und 13, der als ein Pfad für das bewegliche Element 14 dient, beaufschlagt wird. Bei der dargestellte Ausführungsform ist die Richtung, in der das bewegliche Element 14 beaufschlagt wird, oder eine Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements 14 als parallel zur oben beschriebenen Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten 12 und 13 definiert.

Der magnetische Federaufbau 10, der wie in 1 dargestellt aufgebaut ist und die stationären Magneten 12 und 13 mit einer Größe von 70 × 35 × 10 (Stärke) und das bewegliche Element 14 mit einer Größe von 60 × 10 × 10 (Stärke) umfasst, wurde einer Messung der Lastversatzeigenschaften unterzogen. Die erzielten Lastversatzeigenschaften sind in 2 dargestellt. Die stationären Magneten 12 und 13 waren jeweils durch Neodym-Eisen-Bor-Magneten (im Folgenden auch als "Neodym-Magnet" bezeichnet) gebildet. Die Messung wurde an beweglichen Elementen 14 ausgeführt, die entsprechend aus Neodym-Eisen-Bor, Eisen (ferromagnetischem Material) und Ferrit (ferromagnetischem Material) gebildet waren.

Auch waren die stationären Magneten 12 und 13 bei der Messung durch das Halteelement 11, wie es in 1 dargestellt ist, gehaltert. Das Halteelement 11 ist in einem Abschnitt entsprechend dem Spalt zwischen den stationären Magneten 12 und 13 mit einem Durchgangsloch ausgebildet. Bei der Messung wurde die Last, die in Form der Abstoßungskraft und Anziehungskraft zwischen den stationären Magneten 12 und 13 und dem beweglichen Element 14 erzeugt durch das nach unten Führen des beweglichen Elements 14 zwischen die stationären Magneten 12 und 13 über das Durchgangsloch des Halteelements 11 in einer Richtung parallel zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten 12 und 13 erzeugt wurde, gemessen. Auch wurde das bewegliche Element 14, das aus einem Neodym-Magnet gebildet war, nach unten zwischen die stationären Magneten 12 und 13 eingeführt, indem das bewegliche Element 14 in einer Ausrichtung bewegt wurde, die es zuließ, durch einen Magnetpol der stationären Magneten 12 und 13 auf der oberen Seite angezogen zu werden, wenn es nach unten zwischen die stationären Magneten 12 und 13 eingeführt wurde. Angenommen, dass eine Oberseite des stationären Magneten 12 auf der rechten Seite und die des stationären Magneten 13 auf der linken Seite einen Nordpol aufweisen, wie es z.B. in 1 dargestellt ist, wird der Permanentmagnet, der das bewegliche Element 14 bildet, in einer Ausrichtung bewegt, die es seinem Nordpol gestattet, entgegengesetzt zu dem stationären Magneten 12 auf der rechten Seite zu liegen und seinem Südpol entgegengesetzt dem stationären Magneten 13 auf der linken Seite. Ein positiver Wert der Last kennzeichnet eine Abstoßungskraft zwischen den stationären Magneten 12, 13 und dem beweglichen Element 19: und ein negativer Wert kennzeichnet eine Anziehungskraft dazwischen. Das bewegliche Element 14 wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 mm pro Minute und einem Versatzhub von 110 mm hin- und herbewegt.

2 deutet an, dass wenn das bewegliche Element 14 durch einen Neodym-Magneten gebildet ist, das Annähern des beweglichen Elements 14 an die stationären Magneten 12 und 13 eine Zunahme der Anziehungskraft zulässt und es im Wesentlichen lineare Federeigenschaften in einem Bereich aufweist zwischen einem Punkt a, an dem die Anziehungskraft maximal ist und einem Punkt b, an dem die Abstoßungskraft maximal ist. Auch deutet sie an, dass eine Federkonstante des beweglichen Elements 14, die eine Neigung einer Abweichungskurve kennzeichnet, positiv ist. Ferner stellt die Bewegung des beweglichen Elements 14 einen Punkt c bereit, an dem die nach unten gerichtete Abstoßung maximal ist. Somit weist sie eine im Wesentlichen lineare Federcharakteristik und in einem Bereich zwischen den Punkten b und c eine negative Federkonstante auf.

Das bewegliche Element 14 aus Eisen (Fe) führt zu einer Zunahme der Anziehungskraft mit der Annäherung des beweglichen Elements 14 an die stationären Magneten 12 und 13. Eine weitere Bewegung des beweglichen Elements 14 durch einen Punkt d, an dem die Anziehungskraft maximal ist, gestattet es, einen Scheitel (Punkt e) zu erreichen, an dem sich die Federkonstante von einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt. Dann erscheint ein Scheitel (Punkt f), an dem die Anziehungskraft maximal ist in einer vorbestimmten Position in Richtung der Magnetisierung zwischen den stationären Magneten 12 und 13 und dann ein weiterer Scheitel (Punkt g), an dem sich die Federkonstante von einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt, gefolgt von einem weiteren Scheitel (Punkt h). Somit gestattet der Versatz des beweglichen Elements 14 in der Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements 14, dass das bewegliche Element 14 Eigenschaften aufweist, die zwei Scheitel (Punkte e und g) aufweisen, an denen sich die Federkonstante von einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt und die drei Scheitel (Punkte d, f und h) aufweisen, an denen sich die Federkonstante von einem negativen Wert in einen positiven Wert umkehrt und zwar in einem Bereich, in dem das Magnetfeld der stationären Magneten 12 und 13 beeinflusst oder wirkt. Auch erlaubt jeglicher Versatz des beweglichen Elements 14 durch die zwei Scheitel (Punkte e und g), an denen sich die Federkonstante von einem positiven Wert in einen negativen Wert umkehrt, dass das bewegliche Element 14 lineare Federcharakteristiken aufweist und zwischen den Punkten d–e und den Punkten f–g eine positive Federkonstante und zwischen den Punkten e–f und zwischen den Punkten g–h eine negative Federkonstante aufweist.

Ist das bewegliche Element 14 aus Ferrit gebildet, verhindert die Bewegung des beweglichen Elements 14 nach unten, dass die Federkonstante übermäßig zunimmt, obwohl verursacht wird, dass eine Abstoßungskraft an einer vorbestimmten Position zwischen den stationären Magneten 12 und 12 maximal ist. Das bewegliche Element aus Ferrit verursacht jedoch, dass eine Umkehr der Magnetpole zwischen seiner Vorwärts- und Rückwärtsbewegung während eines Hin- und Herhubs auftritt und dadurch Eigenschaften, die im Hystereseverlust erhöht sind.

Ist das bewegliche Element 14 aus Neodym oder Eisen gebildet, weist es im Wesentlichen den gleichen geometrischen Ort zwischen seiner Vorwärts- und Rückwärtsbewegung in einem Hin- und Herhub auf, obwohl es Eigenschaften aufweist, die anders als die oben beschriebenen sind. Somit gestattet die Verwendung eines Bereichs, in dem die Federeigenschaften des beweglichen Elements 14 linear variieren, den Magnetkreis geeigneter Weise auf einen Hubmechanismus oder einen Vibrationsdämpfermechanismus anzuwenden, die Eigenschaften aufweisen, in denen eine Federkonstante fälschlicherweise im Wesentlichen Null ist. Darüber hinaus kann in jedem Fall ein Bereich der Eigenschaften, in dem die Federkonstante einen positiven Wert aufweist, für einen Hubmechanismus zum Anheben eines Objektes verwendet werden und ein Bereich, in dem sie einen negativen Wert hat, mit einem Dämpferelement kombiniert werden, der eine positive Federkonstante aufweist, wie beispielsweise eine Metallfeder, Gummimaterial oder Ähnliches, um einen Vibrationsdämpfermechanismus bereitzustellen, bei dem eine gesamte Federkonstante aufgrund der Kombination innerhalb des vorbestimmten Bereichs eines Versatzes im Wesentlichen Null beträgt (siehe 13).

Ist das bewegliche Element 14 hingegen aus Ferrit gebildet, ist eine Erhöhung der Hysterese verursacht, was dazu führt, dass sie schwer dazu verwendet werden kann, einen Vibrationsdämpfermechanismus mit einer Federkonstante bereitzustellen, die fälschlicherweise im Wesentlichen Null beträgt, wenn es mit einem Dämpferelement, wie beispielsweise einer Metallfeder oder Ähnlichem, kombiniert wird. Trotzdem weist sie aufgrund der Umkehr der Magnetpole eine erhöhte Dämpfkraft auf. Somit kann das aus Ferrit gebildete bewegliche Element ausschließlich für einen magnetischen Federaufbau verwendet werden. Abhängig von der Lastmasse kann das bewegliche Element alternativ mit einem Dämpferelement, wie beispielsweise einer Metallfeder oder Ähnlichem, kombiniert werden, um tatsächlich einen Dämpfermechanismus bereitzustellen.

Die 3 bis 7 zeigen jeweils rein beispielhaft die Anwendung des Magnetfederaufbaus 10 der dargestellten Ausführungsform, der derart aufgebaut ist, in einem Hubmechanismus. In 3 ist das bewegliche Element 15 durch einen Permanentmagneten (Neodym-Magnet) gebildet. Auch der stationäre Magnet 12, der auf der rechten Seite angeordnet ist, weist einen Nordpol auf, der auf seiner Oberseite definiert ist und der stationäre Magnet 13 auf den linken Seite weist einen Südpol auf, der auf seiner Oberseite definiert ist. Darüber hinaus ist das Halteelement 11 unter den stationären Magneten 12 und 13, um diese darauf zu haltern, angeordnet. Um zu gestatten, dass das bewegliche Element 14 in einer Richtung nach oben bewegt oder versetzt werden kann, ist der Permanentmagnet, der das bewegliche Element 14 bildet, zusätzlich derart angeordnet, dass sein Südpol entgegengesetzt dem stationären Magneten 12 auf der rechten Seite liegt und sein Nordpol entgegengesetzt dem stationären Magneten 13 auf der linken Seite. Eine derartige Anordnung gestattet es, dass die Abstoßungskraft zwischen einem Südpol des stationären Magneten 13 auf der rechte Seite, der auf seiner Unterseite definiert ist und dem Südpol des beweglichen Elements 14 und zwischen einem Nordpol des stationären Magneten 13 auf der linken Seite der auf seiner Unterseite definiert ist und dem Nordpol des beweglichen Elements 14 wirkt, wodurch verursacht wird, dass das bewegliche Element 14 nach oben versetzt wird, um so nach oben von den stationären Magneten 12 und 13 entlastet zu werden. Dann weist das bewegliche Element 14, das derart versetzt wurde, eine Anziehungskraft auf, die zwischen dem Nordpol auf der Oberseite des stationären Magneten 12 auf der rechten Seite und dem Südpol des beweglichen Elements 14 und zwischen dem Südpol auf der Oberseite des stationären Magneten 13 auf der linken Seite und dem Nordpol des beweglichen Elements 14 aufgebracht wird. Die Abstoßungskraft und Anziehungskraft, die derart wirken, sind aufeinander abgestimmt, so dass das bewegliche Element 14 stabil gehaltert werden kann, während es aufgrund seines nach oben gerichteten Versatzes in einer um einen vorbestimmten Betrag angehobenen Position gehalten wird. Eine derart entlastete Position oder eine Position, in der das bewegliche Element 14 stabil gehaltert wird, während es angehoben ist, ist durch einen Schnitt zwischen einem a–b Intervall und einem Maß, bei dem die Last Null ist, angedeutet.

Der Hubmechanismus, in dem der Magnetfederaufbau 10 angewandt wird, gestattet es, das bewegliche Element 14 stabil anzuheben, ohne jegliche zusätzliche Einrichtung wie beispielsweise ein Gestänge, ein Führungsmechanismus oder Ähnliches. Somit ist der Hubmechanismus in seinem Aufbau vereinfacht, weist eine geringere Dimension auf und ist hinsichtlich seiner Herstellungskosten, verglichen mit einem herkömmlichen Hubmechanismus, günstiger. Der Hubmechanismus der vorliegenden Erfinder erleichtert seine Wartung, weil er die Notwendigkeit ausschließt, jegliche zusätzliche Einrichtung zu integrieren, wie sie oben beschrieben wurde.

Es ist nicht erforderlich, eine Breite des beweglichen Elements 14 auf einen Spalt zwischen den stationären Magneten 12 und 13 anzupassen, solange das bewegliche Element 14 entlang des Spaltes versetzt werden kann, während es in diesem angeordnet ist. Ist die Breite jedoch derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen dem Spalt entspricht, wie es in 3 dargestellt ist, fungieren die stationären Magneten 12 und 13 als Führung für das bewegliche Element 14 während dessen Bewegung. Um eine gleichmäßigere Bewegung des beweglichen Elements 14 zwischen den stationären Magneten 12 und 13 zu sichern, können die Innenfläche jedes stationären Magneten 12 und 13 oder die Außenfläche des beweglichen Elements 14 aus einem Material 15 gebildet sein, das den Reibungswiderstand reduziert, z.B. PTFE (Polytetrafluorethylen) oder Ähnlichem, das durch Aufbringen, Ankleben oder Ähnlichem abgelagert wird, wie es in den 4(a) und 4(b) dargestellt ist.

Sind die stationären Magneten 12 und 13 und das bewegliche Element 14 jeweils durch einen Permanentmagneten aus einer einzelnen Lage gebildet, wird das bewegliche Element 14 in einer beliebigen Richtung bewegt, abhängig von den Polaritäten gegenüber den stationären Magneten 12 und 13. Ist das bewegliche Element 14 aus einem ferromagnetischen Material wie beispielsweise Eisen oder Ähnlichem gebildet, gestattet die Magnetisierungsrichtung des beweglichen Elements 14 durch eine Wirkung des Magnetfeldes, das durch die stationären Magneten 12 und 13 erzeugt wird, wie es in den 5(a) bis 5(c) dargestellt ist, das bewegliche Element 14 stabil zu halten, während es sowohl in einer nach oben gerichteten als auch nach unten gerichteten Richtung versetzt wird, selbst wenn die Magneten 12 und 13 aus einer einzelnen Lage aufgebaut sind. Somit ist das bewegliche Element 14 jeweils an einem Schnitt entlastet im Bereich zwischen den Punkten f–g und einem Maß, an dem die Last Null ist und in einem Abstand zwischen Punkten h–i und dem Maß.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird ein Permanentmagnet für die stationären Magneten 12 und 13 verwendet, die den magnetischen Federaufbau 10 bilden. Alternativ kann ein Elektromagnet die Permanentmagneten ersetzen, wie es in 6 dargestellt ist. Die Verwendung eines Elektromagneten zu diesem Zweck gestattet es, die Bewegung des beweglichen Elements 14 durch EIN/AUS-Schalten einer Erregerspannung, die dem Elektromagneten zugeführt wird, zu steuern. Auch bei der dargestellten Ausführungsform ist ein einzelnes bewegliches Element 14 zwischen zwei derartigen stationären Magneten 12 und 13 angeordnet, die so angeordnet sind, dass sie zueinander in einem vorbestimmten Abstand in einer Richtung der Oberfläche des Halteelements 11, auf dem die Magneten 12 und 13 angeordnet sind, beabstandet sind. Alternativ kann die dargestellte Ausführungsform derart aufgebaut sein, wie es in 7 dargestellt ist. Insbesondere sind drei derartige stationäre Magneten 12, 13 und 16 auf dem Halteelement 11 angeordnet, wobei jeweils zwei benachbarte Magneten in einem vorbestimmten Abstand in Richtung der Oberfläche der Halteelements, auf dem die stationären Magneten angeordnet sind, zueinander beabstandet sind. Auch sind zwei bewegliche Elemente 14 und 17 zwischen den stationären Magneten 12 und 13 bzw. zwischen den stationären Magneten 13 und 16 angeordnet. Selbstverständlich können mehrere stationäre Magneten und bewegliche Elemente auf ähnliche Art und Weise angeordnet werden.

Die Anordnung der stationären Magneten und beweglichen Element(e), die den magnetischen Federaufbau 10 bilden, ist auf die obige beschränkt, wobei sie in Nebeneinanderstellung zueinander in einer Reihe in Richtung der Oberfläche des Halteelements, auf dem sie angeordnet sind, angeordnet sind. Somit kann sie ausgeführt werden, wie es in den 8 und 9 rein beispielhaft dargestellt ist. Darüber hinaus können vier stationäre Magneten 12, 13, 16 und 18 auf dem Halteelement 11 auf gitterähnliche Art und Weise angeordnet sein, so dass benachbarte zwei stationäre Magneten jeweils in einem gleichen Abstand zueinander beabstandet sind und Polaritäten aufweisen, die entgegengesetzt zueinander ausgebildet sind. Dann werden die Permanentmagneten, die die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 bilden, zwischen den entsprechenden zwei stationären Magneten angeordnet, so dass eine Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten verläuft. In diesem Fall können die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 auf einem Halteelement 22 gehaltert sein, das in einem Kreuzaufbau ausgebildet ist, um zu sichern, dass vier derartige bewegliche Elemente 14, 17, 20 und 21 gleichzeitig und positiv den Vorgang zwischen den entsprechenden zwei stationären Magneten ausführen können. Um zu gestatten, dass die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21, die jeweils durch einen Permanentmagneten gebildet sind, eine Magnetkraft aufweisen, die effektiv auf die stationären Magneten wirkt, ist das Halteelement 22 vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen Material, wie beispielsweise Kunstharz oder Ähnlichem, gebildet.

Wird der magnetische Federaufbau 10 als Hubmechanismus verwendet, kann das Halteelement 22 an einer Endfläche gegenüber einer Fläche vorgesehen sein, auf der die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21 gehaltert sind, wobei eine Basis 23 zum Haltern des Halteelements 22 darauf vorgesehen ist, so dass vier Permanentmagneten 24, 25 und 26, wobei einer in 8 aus Klarheitsgründen weggelassen ist, auf der Basis 23 angeordnet sein können, während sie die gleichen Polaritäten wie die stationären Magneten 12, 13, 16 und 18 und Permanentmagneten 24, 25 und 26 entgegengesetzt zueinander haben. Dies gestattet es, ein abstoßendes Magnetfeld zwischen den stationären Magneten 12, 13, 16 und 18 und den Permanentmagneten 24, 25 und 26 zu erzeugen, so dass die beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21, während sie angehoben sind, stabiler gehaltert werden können.

Im Folgenden wird ein Vibrationsdämpfermechanismus, in dem der magnetische Federaufbau der vorliegenden Erfindung integriert ist, unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 erläutert, die ein Vibrationsdämpfermodell 30 zeigen, welches ein Beispiel eines Vibrationsdämpfermechanismus mit darin integrierten magnetischem Federaufbau 10, wie er oben beschrieben wurde, ist. In den 10 bis 12 bezeichnet die Bezugsziffer 31 eine Grundplatte. In der Praxis wird die Grundplatte 31 an einem Rahmen einer Fahrzeugkarosserie oder Ähnlichem befestigt. In einem Erschütterungstest unter Verwendung des Vibrationsdämpfermodells 30 wird die Grundplatte 31 auf einem Tisch (nicht dargestellt) einer Testvorrichtung angebracht. Die Grundplatte 31 wird darauf mit einem Gehäuse 32 in schachtelähnlicher Form aufgebracht, dessen Vorder- und Rückwand offen sind. Das Gehäuse 32 weist einen Sockel 33 auf, der daran befestigt ist, während er in einer Position im Inneren davon in der Nähe eines Bodens angeordnet ist. Die stationären Magneten 12 und 13, die den magnetischen Federaufbau 10 bilden, sind auf dem Sockel 33 gehaltert. Genauer gesagt ist das Halteelement 11 aus einem nicht magnetischen Material gebildet und wirkt als Halterungselement, das an dem Sockel 33 befestigt ist und dann werden die stationären Magneten 12 und 13 in einem Paar auf dem Halteelement 11 befestigt, so dass sie in einem vorbestimmten Abstand zueinander beabstandet sind. Das bewegliche Element 14 wird zwischen den stationären Magneten 12 und 13 angeordnet.

Das bewegliche Element 14 wird an einem distalen oder unteren Ende einer Verbindungsstange 34 gehalten, deren oberes Ende mit einem Ende eines sich vertikal bewegenden Elements 35 verbunden ist. Das sich vertikal bewegende Element 35 ist mit seinem anderen Ende an einem Lastmasse-Halteelement 36 angebracht. Das Lastmasse-Halteelement 36 ist derart aufgebaut, dass es eine Lastmasse an ihrem unteren Abschnitt stützt oder haltert. Das sich vertikal bewegende Element 35 ist jeweils auf seinen beiden Seiten mit einer Schiebeführung 35a versehen, die dazu geeignet ist, jeweils mit Schienenelementen 37, die auf eine Art und Weise angeordnet sind, dass sie sich im Gehäuse 32 vertikal erstrecken, verschiebbar in Eingriff kommen, um dadurch die Vertikalbewegung des sich vertikal bewegenden Elements 35 zu stabilisieren.

Das Lastmasse-Halteelement 36 ist mit einer im Wesentlichen U-Form ausgebildet und mit dem sich vertikal bewegenden Element 35 auf eine Art und Weise verbunden, dass es eine obere Wand 32a des Gehäuses 32 in sich hält, während es sie von oben umgibt. Das Lastmasse-Halteelement 36 umfasst eine obere Wand 36a und ist derart angeordnet, dass sie einen Spalt zwischen der oberen Wand 36a und der oberen Wand 32a des Gehäuses 32 definiert. Das Vibrationsdämpfermodell 30 umfasst eine Schraubenfeder 40, die in dem Spalt zwischen den oberen Wänden 32a und 36a aufgenommen ist. Die Schraubenfeder 40 bildet ein Dämpferelement, das im Wesentlichen in einer Richtung der Relativbewegung der Lastmasse, die durch die Verbindungsstange 34, das sich vertikal bewegliche Element 35 und das Lastmasse-Halteelement 36 gehaltert ist oder einer Richtung des beweglichen Elements 14 relativ zu den stationären Magneten 12 und 13 (oder einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements 14) elastisch deformierbar ist. Das Dämpferelement kann aus einer Metallfeder, einem Gummimaterial oder Ähnlichem gebildet sein. Die Anordnung der Schraubenfeder 40 ist nicht auf eine spezielle Art beschränkt, solange sie sich im Wesentlichen in der Richtung der Relativbewegung des beweglichen Elements 14 elastisch deformieren kann. Zum Beispiel kann sie im Gehäuse 32 angeordnet sein.

13 zeigt Testdaten einer Lastversatzkurve, die die statischen Eigenschaften des oben beschriebenen Vibrationsdämpfermodells 30 andeuten, indem das bewegliche Element 14, das durch den Neodym-Eisen-Bor-Magneten (Neodym-Magneten) gebildet ist, integriert ist. Wie es aus 13 ersichtlich ist, weist die Federkraft der Sprungfeder 40, die eine positive lineare Federkonstante aufweist, einen Bereich auf, in dem der magnetische Federaufbau 10 eine negative Federkonstante aufweist, die diese in einem Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 überlagert, so dass die Last in dem Bereich zwischen den Punkten b–c unabhängig von einer Erhöhung des Versatzes im Wesentlichen nicht variiert, wie es in 13 dargestellt ist, was dazu führt, dass die Federkonstante, die durch eine Neigung der Kurve angedeutet ist, im Wesentlichen Null beträgt. Wenn die Einstellung durchgeführt wird, so dass der Bereich des Versatzes des beweglichen Elements 14 relativ zu den stationären Magneten 12 und 13 in dem magnetischen Federaufbau 10, während eine Lastmasse gehaltert oder getragen wird, in den Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 fällt und eine Einstellung durchgeführt wird, dass eine Federkonstante der Schraubenfeder 40 und ein Absolutwert der Federkonstante des magnetischen Federaufbaus 10 im Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 im Wesentlichen zusammenfallen, kann die Übertragung der Vibration effizient vermindert oder ausgeschlossen werden, während verhindert wird, dass sich die Gesamtfederkraft ändert.

14 zeigt Vibrationseigenschaften des Vibrationsdämpfermodells 30. In 14 kennzeichnen die Testbeispiele 1 bis 3 Daten, des Vibrationsdämpfermodells 30, bei denen das bewegliche Element 14, das in dem Test von 13 verwendet wurde, durch den Neodym-Magneten gebildet ist. Die Tests wurden auf eine Art und Weise ausgeführt, in der das bewegliche Element 14 in einer Position im Wesentlichen neutral im Bereich zwischen den Punkten b–c in 2 festgelegt wurde, während die Lastmasse auf dem Lastmasse-Halteelement 36 lag und dann Befestigen der Grundplatte 31 auf einem Tisch einer Erschütterungsvorrichtung, wodurch ein Vibrationsübertragungsverhältnis der Lastmasse in Bezug auf die gemessenen Frequenzen erzielt wurde. Zum Vergleich wurde auch eine Vibrationsübertragungsverhältnis einer herkömmlichen "Flüssigkeitsdichtungshalterung" bzw. einem Dämpfermechanismus, in dem Flüssigkeit in einer Gummihalterung abgedichtet ist, die in einer Motorhalterung verwendet werden, gemessen, während eine Masse mit vorbestimmter Größe auf ihr gehaltert wurde. In 14 bedeutet z.B. "1, 0mmp-p", dass ein Abstand zwischen einem Scheitel, der erzielt wird, wenn in einer Richtung ausgelenkt wird und der erzielt wird, wenn in der anderen Richtung ausgelenkt wird, 1,0 mm beträgt.

Wie es aus der 14 ersichtlich ist, sind die Testbeispiele 1 bis 3 des Vibrationsdämpfermodells 30 der dargestellten Ausführungsform jeweils bezüglich ihrer Vibrationsübertragungsverhältnis verglichen mit der herkömmlichen Flüssigkeitsdichtungshalterung (Vergleichsbeispiele) in starkem Maß reduziert. Insbesondere gestatten die Testbeispiele jeweils den Resonanzscheitel, verglichen mit den Vergleichsbeispielen, in einen Bereich niedriger Frequenz zu verschieben, wodurch Vibrationen über einen breiten Bereich zwischen 3 Hz, der durch den menschlichen Körper sensitiv gefühlt wird und einen Bereich mit hoher Frequenz reduziert werden.

15 zeigt Daten einer Lastversatzkurve, die die statischen Eigenschaften des Vibrationsdämpfermodells 30 zeigt, wobei das bewegliche Element 14 des magnetischen Federaufbaus 10, der das Vibrationsdämpfermodell 30 bildet, aus Eisen gebildet ist, was ein ferromagnetisches Material ist. Der Test wurde im Wesentlichen auf die gleiche Art und Weise wie der in 13 ausgeführt. Das aus Eisen gebildete bewegliche Element 14, wie es in 2 dargestellt ist, weist eine negative Federkonstante an zwei Punkten auf. Wie es aus 15 ersichtlich sein wird, sind ein Bereich des magnetischen Federaufbaus 10, der eine negative Federkonstante aufweist und eine Federkraft der Schraubenfeder 40, die eine positive lineare Federkonstante aufweist, in zwei Bereichen zwischen den Punkten e–f und zwischen den Punkten g–h in 2 überlagert, was zu einer Last führt, die unabhängig von einer Erhöhung des Versatzes nicht variiert, so dass die Federkonstante, die durch eine Neigung der Kurve gekennzeichnet ist, im Wesentlichen Null sein kann.

Wenn die Einstellung durchgeführt wird, so dass ein Bereich des Versatzes des beweglichen Elements 14 relativ zu den stationären Magneten 12 und 13 des magnetischen Federaufbaus 10, während unterschiedliche Lastmassen M0 oder M0 + M1 gehaltert werden, in den Bereich zwischen den Punkten e–f oder g–h in 2 fällt und eine Einstellung durchgeführt wird, so dass ein Federkonstante der Schraubenfeder 40 und ein Absolutwert einer Federkonstante des magnetischen Federaufbaus 10 im Bereich zwischen den Punkten e–f oder g–h in 2 im Wesentlichen gleich ist, kann die Übertragung von Vibrationen effektiv reduziert oder ausgeschlossen werden, während verhindert wird, dass sich die gesamte Federkraft davon in jedem der Bereiche ändert.

16 bis 18 zeigen jeweils Vibrationseigenschaften des Vibrationsdämpfermodells 30, wobei das bewegliche Element 14 des magnetischen Federaufbaus 10, der das Vibrationsdämpfermodell 30 bildet, aus Eisen aufgebaut ist. Messungen der Vibrationseigenschaften wurden durchgeführt, während eine Amplitude zwischen Scheiteln zwischen 0,2 mm, 1,0 mm und 2,0 mm variiert wurde. Daten des Testbeispiels 4 wurden gemessen, während Lastmassen bei M0 + M1 festgelegt wurden und Daten des Testbeispiels 5 wurden durch Festlegen bei M0 erzielt. Zum Vergleich sind in den 16 bis 18 (Vergleichsbeispiele) gleichermaßen Daten dargestellt, die gemessen wurden, wenn eine Masse mit vorbestimmtem Maß wie in 14 auf einer Flüssigkeitsdichtungshalterung gehaltert wurde. Der Test wurde im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise ausgeführt wie in 14.

Die 16 bis 18 zeigen deutlich, dass die Testbeispiele der vorliegenden Erfindung in ihrem Vibrationsübertragungsverhältnis stark vermindert sind, um dadurch eine Vibrationsdämpfung, verglichen mit den Vergleichsbeispielen des Standes der Technik, effektiv herbeizuführen.

Der magnetische Federaufbau und der Vibrationsdämpfermechanismus der vorliegenden Erfindung sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Zum Beispiel können die stationären Magneten und das bewegliche Element, das in dem magnetischen Federaufbau integriert ist und die Anordnung davon konfiguriert werden und derart angeordnet werden, wie es in den 19(a) bis 20(d) dargestellt ist. In den 19(a) bis 20(d) wird jeweils eine Wirkung des Magnetfeldes, das durch die stationären Magneten erzeugt wird, auf das bewegliche Element abhängig von einer Position, in die das bewegliche Element versetzt wird, variiert, so dass das bewegliche Element in wenigstens einer beliebigen Richtung beaufschlagt werden kann, was zu einem magnetischen Federaufbau führt, der seine Funktion positiv darstellt. Somit gestattet die Anordnung, die jeweils in den 19(a) bis 20(d) dargestellt ist, einen Hubmechanismus oder einen Vibrationsdämpfermechanismus zufriedenstellend bereitzustellen, während er im Aufbau vereinfacht ist.

Darüber hinaus ist die Anordnung in 19(a) derart aufgebaut, dass die stationären Magneten 51 und 52, die in einem Paar angeordnet sind, so dass sie in einer Richtung ihrer Anordnung beabstandet voneinander sind, durch Verbinden zweier Magnete 51a und 51b miteinander und Verbinden zweier Magnete 52a und 52b miteinander entsprechend ausgebildet sind. Die Magneten 51a und 51b und die Magneten 52a und 52b sind derart angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtung ihrer Anordnungsrichtung entspricht. Das bewegliche Element 61 ist zwischen den stationären Magneten 51 und 52, die in einem Paar vorliegen, angeordnet, so dass seine Magnetisierungsrichtung parallel zur Magnetisierungsrichtung der Magneten 51a, 51b und der Magneten 52a, 52b ist.

Die Anordnung in 19(b) ist derart ausgestaltet, dass eine Magnetisierungsrichtung jedes der stationären Magneten 51, 52 und des beweglichen Elements 61 als vertikal definiert ist. In der Anordnung von 19(c) sind die stationären Magneten 51 und 52 durch Verbinden zweier Magneten 51a und 51b miteinander bzw. zweier Magneten 52a und 52b miteinander wie in 19(a) ausgebildet. Das bewegliche Element 61 ist derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der Magnetisierung der Magneten 51a, 51b und 52a, 52b der stationären Magneten 51 und 52 verläuft.

In 20(a) ist das bewegliche Element 61 derart angeordnet, dass seine, Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der Magnetisierung der stationären Magneten 51 und 52 verläuft, wie es in 1 dargestellt ist. 20(a) unterscheidet sich von 1 jedoch darin, dass das bewegliche Element 61 durch Verbinden zweier Magneten 61a und 61b miteinander ausgebildet ist. Ein derartiger Aufbau des beweglichen Elements 61 gestattet es, dass das bewegliche Element 61 mehrere Scheitel aufweist, an denen sich eine Federkonstante zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert in einem Bereich seines Versatzes umkehrt, so dass das bewegliche Element 61 im Wesentlichen die gleiche Funktion und die gleichen Vorteile aufweisen kann, wie das aus ferromagnetischem Material wie beispielsweise Eisen oder Ähnlichem gebildete, das in 5 dargestellt ist.

In 20(b) sind die stationären Magneten 51 und 52 durch Verbinden zweier Magnete 51a und 51b miteinander bzw. Verbinden zweier Magnete 52a und 52b miteinander ausgebildet, wie es in 19(a) dargestellt ist. Gleichermaßen ist das bewegliche Element 61 durch Verbinden zweier Magnete 61a und 61b miteinander ausgebildet. In 20(c) sind die stationären Magnete 51 und 52 entsprechend durch Verbinden dreier Magneten 51a, 51b und 51c miteinander und Verbinden dreier Magneten 52, 52b und 52c miteinander ausgebildet. In 20(d) sind die stationären Magneten 51 und 52 durch Verbinden dreier Magneten 51a, 51b und 51c miteinander bzw. Verbinden dreier Magneten 52a, 52b und 52c miteinander ausgebildet. Ferner ist das bewegliche Element 61 derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zu der der Magneten 51, 51b, 51c, 52a, 52b und 52c verläuft. Die oben beschriebene Anordnung, die in jeder der 20(b) bis 20(d) dargestellt ist, gestattet es, die Abstoßungskraft an mehreren Punkten innerhalb eines Bereiches des Versatzes des beweglichen Elements 61 zu ändern, so dass das bewegliche Element 61 mehrere Scheitel aufweisen kann, an denen sich eine Federkonstante zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert umkehrt.

Bei der in jeder der 19(a) bis 20(d) dargestellten Anordnungen sind die stationären Magneten und/oder das bewegliche Element durch Verbinden mehrerer Magneten ausgebildet. Die Anzahl der Magnete, die zu verbinden sind, ist nicht auf eine spezielle Zahl beschränkt.

Wenn die stationären Magneten, die außerhalb des beweglichen Elements angeordnet sind, durch Elemente gebildet werden, die unterschiedlich voneinander sind, wie es in 1 dargestellt ist, ist es erforderlich, dass sie derart angeordnet sind, dass das bewegliche Element zwischen ihnen in einer Anordnungsrichtung davon angeordnet ist. Alternativ kann die dargestellte Ausführungsform derart konfiguriert sein, wie es in 21 dargestellt ist. Genauer gesagt ist ein stationärer Magnet 53 mit einer zylindrischen Form ausgebildet, wie beispielsweise einer kreisförmigen zylindrischen Form, einer rechteckigen zylindrischen Form, oder Ähnlichem, um einen inneren Spalt 53a in sich bereitzustellen, der als Durchgang für ein bewegliches Element 62 dient. Selbst bei einem derartigen zylindrischen Aufbau des stationären Magneten 53 können die Magnete, die den stationären Magneten 53 und das bewegliche Element 62 bilden, in einer beliebigen Art und Weise oder Ausgestaltung angeordnet sein. Wenn der stationäre Magnete 53 in einer rechteckigen zylindrischen Form ausgebildet ist, wird er diesbezüglich einer Beschränkung der Ausgestaltung ausgesetzt, die dazu führt, dass er auf eine Anordnung, wie es in den 19(b), 19(c) oder 20(d) dargestellt sind, beschränkt ist, wobei die Magnetpole symmetrisch zueinander mit dazwischen liegendem beweglichen Element 62 ausgebildet sind.

Zusätzlich weist das Vibrationsdämpfermodell 30 der dargestellten Ausführungsform die Schraubenfeder 40, die darin integriert ist, auf, so dass sie als Dämpferelement dient. Sie ist jedoch nicht auf eine derartige Metallfeder, wie sie oben beschrieben wurde, ein Gummimaterial oder Ähnliches beschränkt, solange es eine Federkraft im Wesentlichen in einer Richtung der Relativbewegung der Lastmasse aufweist. Wie es in 8 dargestellt ist, können die Permanentmagneten 24, 25 und 26 zum Beispiel auf den stationären Magneten 12, 13, 16 und 18 des magnetischen Federaufbaus 10 auf eine Art und Weise angeordnet sein, dass sie die gleichen Polaritäten davon entgegengesetzt zueinander bilden, so dass ein Dämpfermechanismus, der durch einen Magnetkreis mit einer dazwischen ausgebildeten Abstoßungskraft gebildet ist, als ein Dämpferelement bereitgestellt werden kann. In diesem Fall wird das Dämpferelement nur schwer eine lineare Federcharakteristik verglichen mit einer Metallfeder oder Ähnlichem aufweisen. Eine geeignete Einstellung der Intensität eines Magnetfeldes, das durch jeden der stationären Magneten 12, 13, 16 und 18 und der beweglichen Elemente 14, 17, 20 und 21, die den magnetischen Federaufbau bilden, erzeugt wird sowie der Permanentmagneten 24, 25 und 26, die den Dämpfermechanismus zusammen mit den stationären Magneten bilden, gestattet es, dass das Vibrationsdämpfermodell 30 eine Gesamtfederkonstante von im Wesentlichen Null aufweist. Wird das Dämpferelement durch einen derartigen Magnetkreis gebildet, kann der gesamte Vibrationsdämpfermechanismus durch nur den Magnetkreis gebildet sein, was zu einer weiteren Vereinfachung des Aufbaus und einer erleichterten Wartung führt. Die Anzahl der stationären Magneten und Permanentmagneten, die den Dämpfungsmechanismus bilden, der durch dem Magnetkreis bereitgestellt wird und ihre Anordnung können je nach Erfordernis variiert werden. Somit sind sie nicht auf 8 beschränkt.

Wie es aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist der magnetische Federaufbau der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut, dass der stationäre Magnet, der außerhalb des beweglichen Elements angeordnet ist, aus einem magnetischen Material gebildet ist, während er einen Spalt bildet, der als ein Durchgang für das bewegliche Element dient, um dadurch das bewegliche Element durch eine Wirkung seines Magnetfeldes, das erzeugt wird, zu beaufschlagen. Ein derartiger Aufbau der vorliegenden Erfindung gestattet es dem Magnetkreis, der durch die stationären Magneten und das bewegliche Element, das in einer solchen vorbestimmten Positionsbeziehung angeordnet ist, gebildet ist, ausschließlich als Dämpfer verwendet zu werden. Auch gestattet sie eine Gesamtfederkonstante des Magnetkreises, kombiniert mit einem Dämpferelement, wie beispielsweise einer Metallfeder, Gummi oder Ähnlichem, fälschlicherweise auf im Wesentlichen Null festzulegen. Somit stellt die vorliegende Erfindung einen magnetischen Federaufbau und einen Vibrationsdämpfermechanismus, die im Vergleich mit dem Stand der Technik in ihrem Aufbau vereinfacht und bei niedrigen Kosten hergestellt werden können, bereit. Ferner gestattet es die vorliegende Erfindung, dass der Magnetkreis ausschließlich einen Hubmechanismus zum relativen Heben einer Lastmasse bildet. Diesbezüglich schaltet die vorliegende Erfindung die Notwendigkeit, ein Gestänge oder einen Führungsmechanismus vorzusehen, die bei herkömmlichen Hubmechanismen erforderlich sind, die Abstoßungskräfte zwischen den Magneten verwenden, aus, um dadurch den Aufbau des Hubmechanismus zu vereinfachen, seine Herstellungskosten zu reduzieren und eine Wartung zu erleichtern.

ANHANG UND ERLÄUTERUNGEN
  • 1. Die Größen im letzten Absatz auf Seite 8 sind Millimeter.
  • 2. Der Begriff "dynamische Vergrößerung" ist das Verhältnis kd/ks, wobei ks die statische Federkonstante und kd die Speicherfederkonstante ist.
  • 3. Die Bedeutung der Beschreibung "um zu gestatten, dass eine gesamte Federkonstante fälschlicherweise auf im Wesentlichen Null festgelegt wird" ist wie folgt:

    Gemäß dem Hook'schen Gesetz ist die Federkonstante "k" durch die Formel "k = F(Last)/x(Versatz)" definiert.

In 2 dieser Anmeldung ist z.B. die Laständerung des Versatzes zwischen Punkt b und Punkt c gegenüber der Änderung der Last zwischen dem Punkt a und Punkt b abnehmend. Somit zeigt "F" in der oben erwähnten Formel eine negative Änderung in dem Bereich, in dem die Last abnimmt. Dadurch ergibt sich die Federkonstante zwischen dem Punkt b und Punkt c durch die Formel "k = –F/x", die wie folgt geschrieben werden kann: "–k = F/x".

Wenn die Schraubenfeder, die die positiv lineare Federkonstante aufweist, in dem magnetischen Federmechanismus integriert wird, der eine negative Federkonstante aufweist, ergibt sich die Gesamtfederkonstante durch "(–k) + (k)" und kann im Wesentlichen Null werden, solange jeder Absolutwert, der der negativen Federkonstante und der positiven Federkonstante, nahezu gleich ist. Das Vibrationsübertragungsverhältnis ist das Verhältnis der Eingabebeschleunigung zur Ausgabebeschleunigung.


Anspruch[de]
  1. Magnetischer Federaufbau, umfassend:

    wenigstens ein bewegliches Element (14) aus einem magnetischen Material; und

    wenigstens zwei stationäre Magneten (12, 18), die außerhalb des beweglichen Elements angeordnet sind, um einen Spalt zu definieren, der als ein Durchgang für das besagte bewegliche Element dient;

    wobei der stationäre Magnet das bewegliche Element durch die Wirkung eines dadurch erzeugten Magnetfelds beaufschlagt,

    die stationären Magneten derart angeordnet sind, dass sie um einen vorbestimmten Abstand in Richtung der Anordnung der stationären Magneten beabstandet sind, um dadurch den Spalt zwischen sich zu definieren, wobei das bewegliche Element (14) durch einen Permanentmagneten gebildet ist, der derart angeordnet ist, dass seine Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Magnetisierungsrichtung der stationären Magneten (12, 13) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Magneten derart angeordnet sind, dass die Magnetpole der stationären Magneten in der Richtung der Anordnung der stationären Magneten, die benachbart zueinander entgegengesetzt zueinander sind.
  2. Magnetischer Federaufbau nach Anspruch 1, wobei das bewegliche Element (14) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist und mehre Punkte aufweist, an denen sich seine Federkonstante dazwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert umkehrt, die in einem Bereich seines Versatzes in seiner Beaufschlagungsrichtung definiert sind.
  3. Magnetischer Federaufbau nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das bewegliche Element (14) aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist und die Magnetpolumkehr ausführt, wenn es in seiner Beaufschlagungsrichtung versetzt wird.
  4. Magnetischer Federaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der stationäre Magnet (12, 13) als mehrschichtiger Aufbau ausgestaltet ist.
  5. Magnetischer Federaufbau nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das bewegliche Element (14) als mehrschichtiger Aufbau ausgestaltet ist.
  6. Hubmechanismus, umfassend den magnetischen Federaufbau, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert ist, wobei das bewegliche Element (14), das durch die Wirkung des Magnetfelds der stationären Magneten (12, 13) beaufschlagt ist, stabil in einer vorbestimmten Position gehalten wird, die in einem Bereich liegt, in dem seine Federkonstante einen positiven Wert in einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements aufweist.
  7. Vibrationsdämpfermechanismus, umfassend:

    den besagten magnetischen Federaufbau, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 5 definiert ist; und

    ein Dämpferelement, das in der Lage ist, eine Federkraft im Wesentlichen in einer relativen Betriebsrichtung der Lastmasse, die direkt und indirekt von dem besagten beweglichen Element des magnetischen Federaufbaus getragen wird, auszuüben;

    wobei das bewegliche Element, das durch Wirkung eines Magnetfelds des stationären Magneten beaufschlagt wird, derart angeordnet ist, dass es innerhalb eines Bereichs versetzbar ist, in dem seine Federkonstante einen negativen Wert in einer Beaufschlagungsrichtung des beweglichen Elements aufweist, so dass eine gesamte dadurch erzielte Federkonstante durch eine Kombination mit dem Dämpferelement im Wesentlichen Null sein kann.
Es folgen 17 Blatt Zeichnungen






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