DE602005005620T2

DE602005005620T2 - Magnetische Vorrichtungen unter Verwendung von zusammengesetzten magnetischen Elementen

Info

Publication number: DE602005005620T2
Application number: DE602005005620T
Authority: DE
Inventors: Piero Perlo; Daniele Pullini; Brunetto Martorana; Kostantin Zvezdine
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2025-01-15
Also published as: ATE390697T1; EP1681687A1; EP1681687B1; DE602005005620D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet magnetischer Materialien im Allgemeinen und betrifft insbesondere neue magnetische Vorrichtungen.
Stand der Technik
Magnetische Materialien können im Allgemeinen gemäß ihrer magnetischen Suszeptibilität (χ = M/H) und ihrer relativen Permeabilität (μ_r (χ/μ₀ + 1)) in verschiedenen Kategorien klassifiziert werden: ferromagnetisch, ferromagnetisch, antiferromagnetisch, paramagnetisch, diamagnetisch und supraleitfähige Materialien.
Ferromagnetische Materialien weisen eine relativ hohe Permeabilität auf, welche kleine magnetische Felder zu starken Flussdichten verstärkt und sie für Mikrosensoren geeignet macht. Ihre hohe Sättigungsmagnetisierung kann starke Flüsse erzeugen, was zur Herstellung von Mikrobetätigungsteilen nützlich ist.
Ferromagnetische Materialien können magnetisiert, entmagnetisiert und wieder magnetisiert werden. Sie zeigen ein Hystereseverhalten auf (siehe 1A der anliegenden Figuren). Wichtige Merkmale, die oft angegeben werden, gezeigt durch Diagramme von dem in 1A erscheinenden Typ, sind die Sättigungsmagnetisierung M_s, die remanente Magnetisierung M_r, die Koerzivität H_c und das Sättigungsfeld H. Entsprechend diesen Parameter können ferromagnetische Materialien in die so genannten "weichen" magnetischen Materialien, d. h. welche mit geringer Koerzivität (mit einem Diagramm von dem in 1C gezeigten Typ) und "harte" magnetische Materialien, d. h. welche mit hoher Koerzivität (mit einem Diagamm von dem in 1B gezeigten Typ) geteilt werden.
Die bei miniaturisierten Vorrichtungen am meisten verwendeten magnetischen Materialien sind die so genannten weichen ferromagnetischen Materialien, wie beispielsweise NiFe-Legierungen (d. h. Permalloy, welches typischerweise 81% Fe und 19% Ni enthält). Die Kombination von relativ hohen Sättigungsflussdichten, geringen Hystereseverlusten und einer Magnetostriktion nahe an Null (d. h. dass die Belastungen in der Vorrichtung nicht ihre magnetische Leistung beeinträchtigen), bedeutete, dass diese Materialien weithin für makroskopische und mikroskopische Sensoren und Betätigungsteile verwendet werden. Die Herstellung und Konstruktion magnetischer Mikrobetätigungsteile haben im Allgemeinen diejenigen ihrer makroskopischen Äquivalente wiedergegeben.
Auch wenn weiche magnetische Materialien zur Herstellung von Hochleistungsbetätigungsteilen und höher empfindliche Magnetometer verwendet werden können, wären harte magnetische Materialien oder permanente magnetische Materialien in bestimmten Fällen besser geeignet. Beispielsweise können harte magnetische Materialien mit einer hohen remanenten Magnetisierung M_r vorteilhaft in bidirektionalen Mikrobetätigungsteilen verwendet werden. Zusätzlich können durch Spulen gesteuerte Mikrobetätigungsteile mit schwächeren Feldern und daher mit geringeren Leistungsniveaus aktiviert werden, wenn anstelle eines weichen Materials ein hartmagnetisches Material verwendet wird. Es ist möglich, einen weiten Bereich von hartmagnetischen Materialien mittels metallurgischer Prozesse vorzubereiten (z. B. durch Sintern, Druckfügen, Spritzguss, Formguss, Extrusion und Kalandrieren), mittels Vakuumprozessen (z. B. Verdampfung, Sputtern, Molekularstrahlepitaxie oder MBE und chemische Dampfabscheidung oder CVD) und mittels elektrochemischer Prozesse (z. B. stromlose Abscheidung und elektrolytische Abscheidung).
Die Tabelle unten zeigt typische Werte der Koerzivität und daher des Grades einer Härte mancher magnetischer Materialien, wie beispielsweise NdFeB und SmCo V und von anderen wie beispielsweise Alnico V und Ferrit.

Material B_r Tesla H_ca kA/m H_cj kA/m

NdFeB 1,1 800 1200

SmCo V 0,8 640 1000

Alnico V 1,2 40 45

Ferrit 0,38 220 240
Ursprünglich basiert die Mehrzahl hartmagnetischer Materialien auf Kobaltlegierungen, wegen der hohen Kristallanisotropie des Materials. Bislang wurden Kobalt basierte Legierungen mit P, As, Sb, Bi, W, Cr, Mo, Pd, Pt, Ni, Fe, Cu, Mn, O und H abgeschieden. Die im Kobalt gebundenen Elemente neigen dazu, sich an den Korngrenzen zu konzentrieren. Daraus sollten isolierte magnetische Kobaltpartikel resultieren, die von nicht magnetischen und schwach magnetischen Schichten umgeben sind. Diese Bildungen erzeugen mikroskopische Energiebarrieren, die die Koerzivität H der Schicht vergrößern, so dass sie ihn magnetisch härter machen.
Seit 1983 hat die Herstellung von Neodym-Ferro-Bor-(NdFeB)-Magneten unter Verwendung von Sinter- oder Schmelzschleuderprozessen zu ihrer Verwendung in vielen gewerblichen Produkten geführt. NdFeB-Legierungen im Volumenzustand stellen einen neuen erfolgversprechenden Typ hartmagnetischer Materialien insoweit dar, als sie keine teuren und seltenen Elemente wie beispielsweise Kobalt enthalten und eine Herstellung eines Produkts von maximaler Energie von bis 50 Mgauss Oe (0,4 MJ/m³) ermöglichen. Eine Nanokompositstruktur von NdFeB-Legierungen verbessert die remanente Magnetisierung M_r, wobei zur selben Zeit die Koerzivität H_c hoch gehalten wird und bewirkt, dass NdFeB das Material zur Herstellung der leistungsfähigsten Seltenerdmagnete unter den verfügbaren ist.
2 der angehängten Figuren zeigt die Entwicklung der magnetischen Materialien.
Als dritte Generation von Seltenerd-basierten Permanentmagneten sind NdFeB-basierte Produkte weniger spröde als SmCo und werden in einem weiten Bereich von Anwendungen verwendet. NdFeB-basierte Magnete können SmCo-basierte Magnete in der Mehrzahl von Fällen ersetzen, insbesondere wo die Betriebstemperatur geringer ist als 80°C. Die Temperaturstabilität von NdFeB ist nicht so gut wie die von SmCo-basierten Magneten. Die magnetische Leistung von NdFeB-Magneten verschlechtert sich rasch bei Temperaturen oberhalb 180°C. Im Vergleich zu SmCo-basierten Magneten ist der Widerstand von NdFeB gegen Korrosion und Oxidation relativ gering.
Gesinterte NdFeB-basierte Permanentmagnete werden über aufeinanderfolgende Schritte erhalten. Zunächst wird eine NdFeB-Legierung auf der Grundlage der Eigenschaften der endgültigen Permanentmagnete formuliert, die zu erhalten gewünscht ist. Die Legierung wird in einem Vakuumofen hergestellt. Die Legierung wird dann pulverisiert. Gesinterte NdFeB-basierte Permanentmagnete werden mittels eines metallurgischen Prozesses einer Behandlung der Pulver gebildet. Die Magnete können in einer Form oder isostatisch gebildet werden. Während des Druckprozesses werden magnetische Felder mit der Unterstützung einer Ausrüstung aufgebracht, welche zweckmäßig zum Ausrichten der magnetischen Domänen und Optimieren der magnetischen Leistung der Magnete entworfen ist. Die gepressten Magnete werden dann in einen Ofen in einer Schutzatmosphäre zum Sintern verbracht. Nach dem Sintern ist die Form des Magneten uneben und erfordert eine Maschinenbearbeitung und Schleifen, um die gewünschte Form und Abmessungen zu erhalten. Für gewöhnlich wird eine Überzugsoberfläche auf NdFeB-Magnete aufgebracht. Gewöhnlich wird Zink oder Nickel als Schutzschicht verwendet. Für diesen Zweck können auch andere Materialien verwendet werden, wie beispielsweise Kadmiumchromat, Aluminiumchromat, Zinn oder (Epoxid)-Polymere.
Die NdFeB-Legierungsmagnete werden durch Binden von NdFeB-Pulvern über schnelles Abschrecken erhalten. Das Pulver wird mit Harz gemischt, um so einen Magnet mittels Formpressen mit Epoxidharz oder mittels Spritzguss mit Nylon zu bilden. Das letztere Verfahren ist besonders wirksam für eine Massenproduktion, sogar wenn der magnetische Wert der Produkte aufgrund ihrer relativ geringeren Dichte schwächer ist als der mittels Formpressen erhaltene. Es ist möglich, verschiedene Formen mit einer hohen Genauigkeit der Abmessungen ohne weitere Behandlung herzustellen. Die Oberfläche wird mit einem Epoxidüberzug oder einem Nickelüberzug behandelt, um eine Korrosion zu verhindern. Um verschiedene magnetische Eigenschaften zu erhalten, können Hybridmagnete hergestellt werden.

Mit verschiedenen Verhältnissen von Zusätzen zu dem NdFeB-Pulver können die magnetischen Eigenschaften von hybriden NdFeB-Magneten in einem weiten Bereich moduliert werden. Sobald das Verhältnis festgelegt ist, kann die Fluktuation der magnetischen Eigenschaft noch in einem engen Bereich eingeschränkt sein. Einige der Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle dargestellt.

P/N	B_r Remanenz		H_cj intrinsische Koerzivität		H_cb Koerzitivkraft		(BH) max Maximal erzeugte Energie
	MT	kgauss	kA/m	kOe	kA/m	kOe	kJ/m³	Mgauss Oe
NB6	440–560	4,40–5,60	560–680	7,0–8,5	240–320	3,0–4,0	32–48	4,0–6,0
NB8	540–640	5,40–6,40	640–720	8,0–9,0	320–400	4,0–5,0	48–64	6,0–8,0
NB8M	540–620	5,40–6,20	1040–1360	13,0–17,0	384–464	4,8–5,8	56–72	7,0–9,0
NB10	620–700	6,20–7,00	608–800	7,6–10,0	360–456	4,5–5,7	64–80	8,0–10,0
NB 12	690–760	6,90–7,60	640–840	8,0–10,5	400–480	5,0–6,0	80–96	10,0–12,0

Die in der obigen Tabelle erscheinenden Eigenschaften sind typisch bei Raumtemperatur (23°C) für Proben ohne jeglichen Überzug. 3 gibt ein Beispiel einer Demagnetisierungskurve für einen Legierungsmagneten zu NB12.
Zusätzlich zu der Klasse der magnetischen Multidomänen-Kompositmaterialien betrifft dieses Patent auch Komposite, deren magnetische Eigenschaften, wie gesehen wird, von dem kollektiven Verhalten einer organisierten Vielheit von elementaren Magneten abgeleitet sind, welche in der Form von einzelnen Domänen, komplexen Molekülen oder allgemeiner von molekularen Cluster vorliegen können. Da diese mikroskopische oder nanoskopische Abmessungen aufweisen, stellen sie die Besonderheit dar, ein hohes Oberflächen-/Volumenverhältnis aufzuweisen, welches hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften sehr vorteilhaft ist, welches allgemein beginnend von der Verteilung der magnetischen Domänen auf der Oberfläche definiert werden kann.
Druckschrift US-B1-6 307 285 offenbart eine magnetische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Anspruchs 1.
Zwecke der Erfindung
Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Typ von magnetischem Kompositmaterial eines neuen Entwurfs bereitzustellen, welches vorteilhaft zur Herstellung von Vorrichtungen verschiedener Art verwendet werden kann, wie beispielsweise Federvorrichtungen, aktive Dämpfungsvorrichtungen, Pumpen oder Kompressoren, elektrisch gesteuerte aktive Schließ- und Öffnungsvorrichtungen sowie, allgemeiner, Betätigungsteile verschiedener Typen und Einheiten zum Vermitteln einer Bewegung auf ein angetriebenes Bauteil.
Eine besondere erfindungsgemäße Aufgabe ist, eine Klasse von magnetischen Vorrichtungen, beispielsweise in der Form einer Stütze für magnetische Aufhängungen, bereitzustellen.
Eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist, eine Klasse von magnetischen Betätigungsteilen bereitzustellen.
Noch eine andere erfindungsgemäße Aufgabe ist, ein mit Gelenken versehenes und verbundenes Bewegungssystem bereitzustellen, in welchem jedes einzelne aus dem magnetischen Kompositmaterial gefertigte Element an der Gesamtbewegung teilnimmt.
Noch eine weitere erfindungsgemäße Aufgabe ist, ein System mit einer großen Zahl von Magneten bereitzustellen, welche in einer Kammer mit Elementen in Bewegung eingesetzt sind, um auf diese Weise eine Flüssigkeitsdichtheit zu garantieren und als Ventil, Druckregulator oder Pumpkompressor zu wirken.
Die Erfindung
Angesichts der obigen und weiterer Aufgaben ist der Gegenstand der Erfindung eine magnetische Vorrichtung gemäß Anspruch 1.
In den erfindungsgemäßen in der magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Kompositkomponente sind die magnetischen Elemente in den dreidimensionalen Raum auf diskrete Weise und derart angeordnet, dass das erzeugte resultierende magnetische Feld die Vektorüberlagerung der durch die einzelnen magnetischen Elemente erzeugten Felder ist. Das auf diese Weise durch die Kompositstruktur der in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung erzeugten sich ergebende Feld stellt um die Pole herum ein magnetisches Feld dar, dessen Kraftlinien im Gegensatz zum Falle eines herkömmlichen Magneten, bestimmt und definiert werden können durch: Die Zusammensetzung und Form der elementaren Magnete; die Position der elementaren Magnete in der Matrix; und die umfängliche Geometrie des Komposits. In der Nähe der Pole kann der Kompositmagnet so entworfen werden, dass er magnetische Äquipotenziallinien darstellt, die mehr orthogonal zur Magnetisierungsrichtung und mehr parallel zueinander sind als verglichen mit den durch einen herkömmlichen Magnet in den entsprechenden Bereichen erzeugten. Dies führt zu einer magnetischen Kraft, die in der Magnetisierungsrichtung des Magneten selber mehr ausgerichtet ist. Es erweist sich, dass die Wechselwirkungskraft zwischen einander entgegengesetzten Magneten in der Abstoßungskonfiguration oder Anziehungskonfiguration auf diese Weise gleichmäßiger über einen größeren Bereich verteilt ist als es mit einem massiven Volumenmaterial erhalten werden kann.
Bei derselben gegebenen magnetischen Masse kann, im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnet, der Kompositmagnet für die Aufgabe, eine Anziehungs/Abstoßungskraft auszuüben, entworfen werden, die gleichmäßiger und im Allgemeinen gemäß einer voreingestellten Verteilung der Feldintensität im Raum des Interesses ist. Das Verhalten ist eine Wirkung aufgrund der geometrischen Verteilung der elementaren Magnete wie auch ihrer Zusammensetzung und Form.
Die Verteilung der elementaren Magnete in der organisierten Kompositmatrix ist derart, dass die Kraftlinien des Feldes hinsichtlich ihrer Verläufe und ihrer Intensität gesteuert werden können.
Eine Besonderheit der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit, a priori die Verteilung und Intensität der Feldlinien über die kombinierte Steuerung der Gesamtgeometrie des Komposits, der Geometrie der elementaren Magnete, der Verteilung oder relativen Beabstandung oder Orientierung der elementaren Magnete und aus der Wahl des Materials, welches die elementaren Magnete bildet, zu definieren, wobei der elementare Magnet in der Form eines ferromagnetischen Einzeldomänen- oder Multidomänen-Partikels, eines komplexen Moleküls oder, allgemeiner, eines molekularen Clusters auftreten kann.
Die in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendete magnetische Kompositkomponente kann mit einem Überzug entlang ihrer umfänglichen Wand bereitgestellt werden, welcher aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität besteht, welches entworfen ist, die durch die magnetischen Elemente erzeugten Magnetflusslinien innerhalb von sich oder in einem gewünschten Raumbereich einzuschränken und zu konzentrieren. Das Material mit der hohen magnetischen Permeabilität kann auch einen Teil der polaren Oberflächen des Magnetkörpers abdecken.
Das Material mit der hohen Permeabilität kann auch ein Material mit einer Permeabilität sein, die nicht gleichmäßig im Raum ist, beispielsweise eine Heterostruktur mit einem Gradienten oder einer Modulation der magnetischen Permeabilität. Ein Material mit Gradienten oder mit einer Modulation der Permeabilität kann eine Legierung von variabler Stöchiometrie sein. Das Element kann in der Vorrichtung eingebaut sein, um so eine vollständige Steuerung der einzelnen Magnetfeldlinien und der magnetischen Äquipotenziallinien durch den dreidimensionalen Raum zu ermöglichen.
Das Material mit der hohen Permeabilität kann ein Vielschichtmaterial sein, das aus Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hergestellt ist. Als ein besonderer Fall kann eine Zwischenschicht durch Luft gebildet sein.
Magnetische Kompositmaterialien, beispielsweise mit polymeren oder keramischen Matrizen, sind seit einigen Jahrzehnten bekannt. Dieser Typ von Materialien findet einen ausgiebigen Gebrauch, wann immer es möglich ist, eine Reduktion der magnetischen Eigenschaften zu Gunsten geringerer Kosten und eines geringeren Gewichts zu akzeptieren, verbunden mit einer größeren Flexibilität der möglichen Formen. Tatsächlich kann die endgültige Komponente beispielsweise durch Spritzguss oder Heißformgebung hergestellt sein. Während des Formprozesses werden die magnetischen Einschlüsse für gewöhnlich durch die Anwendung eines äußeren magnetischen Feldes in einer vorbestimmten Richtung in dem Komposit magnetisiert. Die magnetischen Einschlüsse, welche für gewöhnlich in der Form eines mikrometrischen Pulvers vorliegen, sind in der "Paste" mit der polymeren oder keramischen Matrix derart gemischt, dass ihre Verteilungsdichte pro Volumeneinheit durch den Komposit hinweg so gleichförmig wie möglich sein wird. Die Kraftlinien des magnetischen Feldes solch eines Komposits sind ähnlich zu denen eines Volumenmaterials, sind aber durch eine geringere Intensität gekennzeichnet.
Das Merkmal der in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten Komposite ist eines wobei, durch die analytisch definierte Form und räumliche Organisation der elementaren Magnete, es möglich ist, magnetische Komponenten zu erzeugen, welche Felder mit zuvor definierten Kraftlinien erzeugen.
Das nicht-magnetische Material, welches den Körper bildet, hat ein spezifisches Gewicht, das geringer ist als das des Materials der magnetischen Elemente und ist vorzugsweise ein synthetisches Material, insbesondere ein polymeres Material, auch wenn es ebenso möglich ist, beispielsweise ein leichtes nicht-magnetisches Metall, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Gold usw. zu verwenden, aber auch ein dielektrisches, ein poröses mit einer heterogenen Porosität oder geordneten Porosität, ein keramisches, ein zusammengesetztes und elastisches, oder, im Allgemeinen, ein aufgrund besonderer physikalischer Eigenschaften, wie beispielsweise z. B. thermische und elektrische Leitfähigkeit, verwendetes ausgewähltes Material. Die elementaren magnetischen Elemente sind in einer Matrix oder gemäß jeglicher geordneter Gittergeometrie angeordnet. Die Verwendung einer Schutzschicht mit hoher thermischer Leitfähigkeit gestattet eine Dissipation von Wärme in dem Fall, wo die Komponente extremen thermischen Bedingungen ausgesetzt ist, welche die Eigenschaften der elementaren Magnete einschränken könnten.
Das magnetische Kompositmaterial kann auch hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften der einzelnen bildenden elementaren Magnete (B-H-Kurven) charakterisiert werden; insbesondere können sie sich hinsichtlich ihrer Form unterscheiden und aus Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gefer tigt sein. Die Möglichkeit, elementare Magnete mit verschiedenen magnetischen Eigenschaften auf eine gleichmäßige Weise zu verteilen, bildet einen weiteren Freiheitsgrad zum Charakterisieren der magnetischen Eigenschaften des sich ergebenden Komposits und um zu bewirken, dass die Magnetisierungs- und Remagnetisierungszyklen schneller und energetisch effizienter ablaufen.
Die Regelmäßigkeit der Magnete kann von dem Typ mit einer periodischen Struktur oder mit einer Struktur, in welcher die elementaren Magnete in dem Körper der polymeren Matrix gemäß voreingestellten analytischen Funktionen angeordnet sind, sein. Insbesondere werden die elementaren Magnete (ob weich oder hart, ob in der Form von Nanopartikeln oder in der Form von Einzeldomänen- oder Multidomänen-Multimolekularclustern) in dem Fall von bistabilen Kompositen, entsprechend räumlichen Koordinaten und Orientierung derart in dem durch die Spule erzeugten Feld angeordnet und gleichmäßig durch das gesamte Komposit hindurch angeordnet sein, dass die Umkehr der Polarität in dem Strom der Spule eine gleichzeitige Umkehr der Polarität in all den elementaren Magneten der Matrix induzieren wird.
Auch kann die Form jedes einzelnen magnetischen Elements in der Matrix, ähnlich wie die des magnetischen Kompositelements, beliebig sein, um den Elementen die gewünschten magnetischen Eigenschaften zu verleihen. Insbesondere ermöglicht eine geeignete Form des Kompositmaterials eine Orientierung der magnetischen Feldlinien, der Linien der sich ergebenden Kräfte und der Äquipotenziallinien, wie gewünscht.
Der das Komposit bildende Elementarmagnet kann ein Einkristallmagnet, ferromagnetische Einzeldomänenmikropartikel oder Nanopartikel, ein Molekül oder ein Komplex von magnetischen Molekülen oder ein magnetisches molekulares Cluster etc. sein.
In dem besonderen Fall, wo die magnetischen Eigenschaften der einzelnen elementaren Magnete ausgesprochen von der Temperatur abhängen, wird das Material, welches sie beinhaltet, ob es von organischem oder inorganischem Typ ist, die Funktion haben, die magnetischen Eigenschaften über einen breiteren Temperaturbereich unverändert aufrecht zu halten.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Gegenstand der Erfindung auch eine magnetische Vorrichtung, beispielsweise mit der Funktion einer Feder oder eines Stoßabsorbierers, umfassend eine Mehrzahl von magnetischen Kompositkomponenten des oben gezeigten Typs, aufeinandergesetzt und verschiebbar in einer röhrenförmigen Führungssäule angebracht, wobei ihre Polaritäten alternierend in einer Richtung und in die andere angeordnet sind, in einer solchen Weise, um einander abzustoßen.
Magnetische Linear- oder Rotationsaufhängungen, d. h. von einem tragenden Typ, ermöglichen ein berührungsfreies Auflager. Daher unterscheiden sie sich wesentlich von den mechanischen Aufhängungen oder Lager oder von mechanischen Stoßdämpfer, welche eine Welle und eine Form von Schmierung erfordern.
In passiven magnetischen Aufhängungen wird das Feld durch Permanentmagnete oder durch Elektromagnete mit einem konstanten Feld erzeugt. Diese sind insoweit den mechanischen sehr ähnlich, da sie keine aktive Steuerung für ihren Betrieb erfordern. Im Allgemeinen ist der aufzuhängende Körper teilweise oder vollständig aus ferromagnetischem Material gefertigt. Der Hauptnachteil von passiven magnetischen Aufhängungen ist ihre geringe Starrheit und ihre geringe Dämpfungskapazität, was nur teilweise durch die neuen leistungsfähigen seltenerdbasierten permanentmagnetischen Materialien, wie beispielsweise NdFeB, kompensiert ist.
Magnetische Aufhängungen und allgemeiner magnetische Vorrichtungen stellen verschiedene Vorteile im Vergleich zu hydraulischen mechanischen bereit, wie beispielsweise:

– leichtere Herstellung in kleinem Maßstab;
– höhere Zuverlässigkeit;
– verschiedene nichtlineare Eigenschaften und die Möglichkeit, diese über eine geeignete Zusammensetzung des magnetischen Komposits zu verändern;
– größere Skalierbarkeit (Verallgemeinerbarkeit) eines Entwurfs des kleinen Maßstabs zu dem großen Maßstab und umgekehrt.

In der Erfindung werden die oben beschriebenen magnetischen Kompositkomponenten zur Herstellung einer Vorrichtung verwendet, welche Funktionen aufweist, die denen der einfachen herkömmlichen Vorrichtung vom Magnetfedertyp oder vom Magnetaufhängungstyp überlegen ist, welche aus Materialien des massiven Volumentyps gefertigt ist. Die erfindungsgemäße magnetische Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von magnetischen Komponenten einschließlich magnetischen Kompositkomponenten von dem oben angezeigten Typ, welche in einer länglichen Führung verschiebbar angebracht sind. Die verschiebbaren magnetischen Elemente können geeignet geformt werden, so dass sie entlang einer Schiene an der inneren Oberfläche der Laufführung laufen. Die Führung kann ein röhrenförmiges Element oder ein einfacher Draht oder Stab oder ein Satz von Laufstäben sein, wie folgend ausführlich dargestellt wird. Die magnetischen Komponenten sind alternierend durch typischerweise aus harten elementaren Magneten bestehenden Permanentmagneten und durch aus weichen oder harten elementaren Magneten bestehenden bistabilen magnetischen Elementen sowie Wicklungsmittel vom Spulentyp gebildet, um die Polarität der magnetischen bistabilen Kompositkomponenten umzukehren, um den Übergang der Vorrichtung zwischen einem Betriebszustand, in welchem die magnetischen Kompositkomponenten einander abstoßen (Schubbetrieb), entsprechend dem Stromwert I > I_c und einem Betriebs zustand, in welchem die Kompositelemente einander anziehen (Zugbetrieb), entsprechend einem Strom I = 0 in der Spule, zu steuern, wobei I_c der elektrische Strom ist, der der Wicklung zum Umkehren der Magnetisierung des Kompositkerns zuzuführen ist.
Das Schub-Zug-System, das den Gegenstand der Erfindung bildet, kann mit nur zwei Elementen, wie in 15a und 15b gezeigt, arbeiten. Das erste Element wird aus einem bistabilen Komposit bestehen, beispielsweise aus weichen elementaren Magneten gefertigt, und das zweite Element wird aus harten elementaren Magneten gefertigt sein.
Das System, das den Gegenstand der Erfindung bildet, besteht jedoch bevorzugt aus einem Minimum von drei magnetischen Elementen, die, wie in 14, 15 und 16 dargestellt, Wechselwirken. In einer besonderen, in 16 gezeigten Konfiguration, ist die bistabile Komponente, die beispielsweise aus weichen Magneten hergestellt ist, perforiert oder ist ansonsten von geringer Größe, um eine Verbindung der zwei harten Kompositmagnete zueinander mit Stäben zu ermöglichen. Der bistabile Magnet ist auf die Struktur eingeschränkt oder ist sonst vorübergehend durch Klauen geklemmt, wie hiernach beschrieben. Die Polaritäten der zwei harten Permanentmagnete mit hoher Intensität sind entgegengesetzt. Auf diese Weise zieht der bistabile Magnet einen von ihnen an und stößt den anderen ab. Die Umkehr der Polarität des bistabilen Kompositmagnets, vorzugsweise mit einer hohen remanenten Magnetisierung, bewirkt, dass das System der zwei aneinander verbundenen Hartmagnete eine Hin- und Herbewegung nach unten oder nach oben durchführt. In der vorliegenden Beschreibung und in den angehängten Ansprüchen werden magnetische Materialien, die in der Lage sind, ihre Magnetisierung infolge einer Anwendung eines externen magnetischen Feldes umzukehren, als bistabile magnetische Kompositmaterialien angesehen. Das Komposit kann mit weichen oder harten elementaren Magneten oder im Allgemeinen mit elementaren Magneten mit einem voreingestellten Grad von remanenter Magneti sierung und insbesondere mit magnetischen Mikropartikeln oder Nanopartikeln oder mit Magnetcluster-basierten komplexen Molekülen erhalten werden.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist eine Betätigungsvorrichtung eines Schub-Zug-Typs, worin eine magnetische Komponente an dem Ende der Reihe von magnetischen Komponenten gesetzt ist und wirkungsgemäß mit einem angetriebenen Bauteil verbunden ist.
Das Mittel zum Umkehren der Polarität der bistabilen magnetischen Komponenten, beispielsweise von einem weichen Typ, ist durch Wicklungen gebildet, welche um die Bereiche der röhrenförmigen Führung angeordnet sind, welche im Betrieb von den magnetischen Komponenten gequert werden, oder ansonsten entlang der gesamten röhrenförmigen Führung angeordnet sind oder ansonsten fest um den weichen Magnet in der Führung herum angeordnet sind, wie auch ausführlich im Folgenden dargestellt wird. Im letzteren Fall ist die Wicklung vorzugsweise in einer auf die zwei folgenden Weisen zugeführt: Mittels einer Batterie, die an der Wicklung befestigt ist, welche an dem weichen Magnet befestigt ist, oder mittels Schleifkontakten (in welchem Falle zwei elektrische Leitungen in der röhrenförmigen Führung bereitgestellt sind). Die Batterielösung kann auch eine Einheit zur Erzeugung oder Umwandlung von Energie sowie eine drahtlose Einheit zur Kommunikation mit der Außenwelt beinhalten.
Eine Mehrzahl von unabhängigen Elementen des bistabilen Komposittyps, nebeneinander oder aufeinander angeordnet, wobei jedes mit seiner eigenen Wicklung ausgestattet ist, kann verwendet werden, um ein einzelnes Multistufenelement zu bilden. Das Letztere kann, gemäß den auf die einzelnen Wicklungen aufgebrachten Strömen, in einer Vielzahl von Graden von Intensität des in einem der zwei Polaritäten erzeugten Feldes konfiguriert werden.
In einer alternativen Ausführungsform ist der nicht magnetische Teil des oben erwähnten Kompositelements aus elastischem Material gefertigt und ist daher kompressibel und expandierbar. Dieses Element besitzt innerhalb desselben ein Element, das radial zum Klammern expandieren kann, um wie gewünscht die Position des Elements selbst in einer definierten Position der zylindrischen Führung zu klemmen. Indem auf geeignete Weise zunächst eines und dann das andere Element oder Paare (oder jegliche Vielfachheit) von Elementen geklammert wird, ist es möglich, die gesamte Kette entlang der röhrenförmigen Führung zu bewegen. Alle erwähnten Ausführungsformen werden ausführlich wie folgt beschrieben.
Jedes einzelne Element kann durch eine Klemmeinheit geklemmt werden, welche wiederum durch ein Paar oder durch jegliche Vielfachheit von (weichen und harten) magnetischen Subelementen gebildet ist, welche zusammen eine Klaue bilden, die auf Kommando geöffnet (Klemmen durch Expansion) und geschlossen (Element frei zum Bewegen) werden kann.
Als ein besonderer Fall kann eines der Elemente der Kette aus einem Material von einem supraleitfähigen Typ sein.
Die Klemmeinheit kann sowohl in den Elementen mit permanenter Polarität und bistabilen und im Allgemeinen in einem oder mehreren Elementen der Kette eingebaut sein. Auch in diesem Falle ist jedes Subelement, das aus bistabilem magnetischem Material gefertigt ist, welches die Klemmeinheit bildet, mit einer daran befestigten Spule ausgerüstet, welche in der Lage ist, das Subelement, an welches sie gekoppelt ist, in einer Richtung oder in die andere zu magnetisieren. Auch in diesem letzteren Falle kann das magnetische Subelement mit einer Batterie zur Selbstversorgung der Spule, einer Einheit zur Erzeugung oder Umwandlung von Energie sowie einem drahtlosen Anschluss zur fernen Kommunikation ausgerüstet sein.
In einer Konfiguration eines Schrittbetätigungsteils in dem Ruhezustand sind die Magnete der Klauen vorzugsweise in Positionen angeordnet, wo sie einander ab stoßen, d. h. in der Position des geklemmten Betätigungsteils. In dem Augenblick der Anwendung des Stroms in der Wicklung kommen die Klauen einander näher und geben die Elemente des Betätigungsteils frei, so dass sie sich, einer zur Zeit oder gleichzeitig auf der Führung bewegen können.
In einer Konfiguration eines Federbetätigungsteils oder einer Konfiguration des stoßdämpfungs-/Aufhängungstyps werden die Klauen in Ruhe vorzugsweise freigegeben, während sie sich zum Klemmen oder zum Verlangsamen der Bewegung der beweglichen Teile öffnen, sobald die Polarität des bistabilen Komposits, das beispielsweise aus weichen elementaren Magneten gefertigt ist, umgekehrt wird.
Zwischen den beweglichen Elementen ist es möglich, elastische polymere Abstandselemente oder Kunststoffabstandselemente oder nicht magnetische Metallabstandselemente einzufügen, die dazu entworfen sind, einen direkten Kontakt zwischen den Komponenten zu verhindern. In dem Fall, bei welchem das Abstandselement elastisch ist, wird es auch die Funktion haben, den Übergang von dem Zustand, in welchem zwei Komponenten einander anziehen, zu dem Zustand, in welchem sie einander abstoßen, zu ermöglichen. Die zum Auslösen der Betätigung erforderliche Energie (d. h. der Impuls) wird in diesem Falle geringer sein.
Das Schub-Zug-System kann an einer Seite befestigt sein.
In einer besonderen Ausführungsform wird das Schub-Zug-System als Ventil, Druckregulator oder Kompressor verwendet.
Die beweglichen Elemente können sich im Allgemeinen innerhalb jeglicher Flüssigkeit bewegen (sogar einem Schmiermittel).
Weitere bevorzugte Eigenschaften der Erfindung sind in den angehängten abhängigen Ansprüchen spezifiziert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A, 1B und 1C sowie 2 und 3 zeigen die Diagramme, die den magnetischen Materialien entsprechen, welche oben schon erläutert wurden.
4 ist eine schematische Draufsicht einer in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Kompositkomponente, in welcher die elementaren Magnete gemäß einer voreingestellten Ordnung angeordnet sind.
5 ist eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht der magnetischen Komponente von 4.
6, 7, 8, 9 und 10 sind perspektivische Ansichten von weiteren Ausführungsformen der in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Komponente, welche mögliche Abwandlungen bezüglich des in 5 gezeigten Beispiels darstellen. Insbesondere zeigt 8 einen Fall, bei welchem die Kompositkomponente kurvenförmige Oberflächen und eine zusammengesetzte vielschichtige umfängliche Verkleidung von hoher magnetischer Permeabilität aufweist, welche zur Einschränkung des Feldes in der Komponente verwendet wird.
9 zeigt den Fall eines Komposits, in welchem die elementaren Magnete magnetische Moleküle sind, die abgeleitet sind von den Salzen: (tcnq = 7, 7, 8, 8-Tetracyanoquinodimethan; [Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂(CO)₂]₂[tcnq]₂ tcne = Tetracyanethylen)[Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂(CO₂]_]2[tcne]].
10 zeigt den Fall eines Komposits, in welchem die elementaren Magnete magnetische Moleküle vom Eisentyp sind.
11a zeigt die durch eine massive volumenmäßige magnetische Komponente erzeugten Feldlinien, während 11b eine in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendete magnetische Komponente zeigt, in welcher die Feldlinien und die sich ergebenden Kräfte durch die Verteilung der elementaren Magnete, durch die umfangsbezogene Form und durch den Typ der verwendeten elementaren Magnete definiert sind.
12 ist eine Querschnittansicht von zwei herkömmlichen magnetischen Elementen, die nebeneinander in der Abstoßungskonfiguration angeordnet sind, d. h. mit denselben Polaritäten einander zugewandt, und zeigt die dadurch erzeugten Linien des magnetischen Flusses (12b) und die äquipotenzialen Linien (12a).
13 ist eine Querschnittansicht von zwei herkömmlichen magnetischen Elementen, die nebeneinander in der Anziehungskonfiguration angeordnet sind, d. h. mit einander zugewandten unterschiedlichen Polaritäten, und zeigt die dadurch erzeugten Linien des magnetischen Flusses ( 13b) und die äquipotenzialen Linien (13a).
14 ist eine zu der von 8 ähnliche Ansicht, welche zeigt, wie die Linien des magnetischen Flusses in dem Falle verändert sind, bei dem die in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendete magnetische Komponente mit einem äußeren Überzug zum Enthalten der Linien des magnetischen Flusses versehen ist.
15 ist eine schematische perspektivische Ansicht, welche ein erstes elementares Beispiel einer Anwendung der Erfindung zeigt, welche beispielsweise entworfen ist, als Federstoßdämpferhängung zu arbeiten. Das System besteht aus zwei magnetischen Kompositelementen. Das bistabile Element, das beispielsweise aus weichen elementaren Magneten besteht, ist an einer Seite befestigt, während das permanente magnetische Element, das beispielsweise aus elementaren Magneten mit einer hohen Koerzivität gebildet ist, entsprechend dem auf die Wicklung angewandten Strom (I) abgestoßen (15a) oder angezogen ( 15b) wird.
16 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein bevorzugtes Beispiel einer Ausführungsform mit drei Elementen zeigt, worin die in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Kompositkomponenten zur Fertigung einer Betätigungsvorrich tung verwendet werden, welche verschiedene Anwendungen haben kann.
17 und 18 sind schematische Ansichten, die die Arbeitsprinzipien der Vorrichtung von 16 zeigen.
19 ist eine Draufsicht, die eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Mittels zum Führen der axialen Bewegung der magnetischen Komponenten zeigt, welche in 15, 16 und 17 gezeigt sind.
20 zeigt eine weitere Ausführungsform, in welcher die Komponenten durch Stäbe geführt sind.
21a und 21b zeigen eine Abwandlung der Ausführungsform mit drei Elementen, worin die bistabile Komponente perforiert ist oder ansonsten von einer geringeren Größe ist, um es den zwei Kompositen mit permanenter Magnetisierung zu ermöglichen, miteinander durch Stäbe verbunden zu werden. Der bistabile Magnet, der beispielsweise aus weichen elementaren Magneten besteht, aber vorzugsweise aus elementaren Magneten mit hoher remanenter Magnetisierung besteht, ist auf die Struktur eingeschränkt oder ist ansonsten zeitweilig durch Klauen geklemmt, wie ausführlich im Folgenden gezeigt wird. Die Polaritäten der zwei Permanentmagnete sind entgegengesetzt. Auf diese Weise zieht der bistabile Magnet einen Permanentmagnet an und stößt den anderen ab. Eine Umkehr der Polarität des bistabilen Kompositmagneten bewirkt, dass das starre System der zwei miteinander verbundenen harten Magnete eine bestimmte Bewegung nach unten oder nach oben durchführt. Die Vorrichtung kann als Schrittmotor verwendet werden, dessen Gesamthub nur von der Länge der Führung abhängt. Die besonders vorteilhafte Verwendung dieses Typs von Betätigungsteil ist bei Liften und Aufzügen, welche auf diese Weise keine Vielzahl von Kabeln oder Halterungen benötigen. In dem Falle, bei welchem das Betätigungssystem bei einer hohen Frequenz arbeiten muss, werden die bistabilen Komponenten, die in der Kompositkonfiguration mit Einschlüssen von elementaren Magneten eingebaut sind, die weitere Be sonderheit eines Einschränkens der Dissipation von Foucault-Strömen (Wirbelströmen) aufweisen.
22 und 23 zeigen zwei Typen der Versorgung von Wicklungen des bistabilen Kompositelements. In 22 ist die Versorgung der Wicklung durch eine in der Komponente selbst eingebaute Batterieversorgung bereitgestellt, während in 23 die Versorgung der Wicklungen durch Kontakt an leitfähigen an der Führung angesetzten Leitungen geschieht.
24 und 25 zeigen zwei verschiedene Betriebszustände einer Klauenvorrichtung, die in der Vorrichtung von 22 und 23 verwendet wird. Insbesondere ist in 24 der Klemmmechanismus geschlossen, während in 25, mit der Anwendung des Stroms auf die Wicklung, der Klemmmechanismus in Betrieb ist.
26 und 27 zeigen die zwei Betriebszustände einer Klemm- und Freigabevorrichtung mit zwei Elementen, welche eine Abwandlung zu den in 24 und 25 gezeigten bildet.
28 und 29 zeigen die zwei Betriebszustände eines Klemmmechanismus mit vier Elementen.
30 zeigt ein weiteres Beispiel einer Ausführungsform der Multielement-Erfindung.
31a, 31b und 31c zeigen Typen einer Ausführung, in welcher entweder starre oder elastische polymere nicht magnetische Trennmittel oder metallische nicht magnetische Trennmittel an den Komponenten angeordnet sind, um ihren direkten Kontakt zu verhindern und einen Übergang zwischen dem Abstoßzustand und dem Anziehungszustand zu erleichtern.
32 ist eine schematische Darstellung der verschiedenen Betriebsschritte eines Kompressorsystems mit Biegeventilen oder Ventilen eines elektrischen Typs zur Steuerung einer Ansaugung und eines Pumpens von Luft, Gas oder einer Flüssigkeit.
33a, 33b und 33c zeigen eine vielstufige Komponente, die aus einer Vielzahl unabhängiger bistabiler Kompositelemente besteht, die nebeneinander oder aufeinander gesetzt sind. Jedes Element kann mit seiner eigenen Wicklung ausgestattet sein. Daher kann die vielstufige Komponente entsprechend den auf die Wicklungen angewandten Ströme in einer Vielzahl von Intensitätsgraden des sich ergebenden Feldes in einer der zwei Polaritäten konfiguriert sein.
34a und 34b zeigen ein Öffnungs/Schließventil zum Regulieren eines Flusses eines Gases, beispielsweise Erdgas, oder Propan oder Wasserstoff oder einer Flüssigkeit oder allgemein eines gasförmigen Treibstoffs.
35a und 35b zeigen ein Ventil zur Auswahl zwischen zwei Fluiden.
36 zeigt ein Ventil zum Ablenken des Flusses eines Fluids.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINIGER AUSFÜHRUNGSFORMEN
4 und 5 sind eine Draufsicht und eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer Ausführungsform der in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Kompositkomponente. Die magnetische Kompositkomponente, als Ganzes durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet, umfasst einen aus einem nicht magnetischen Material 2 gefertigten Körper mit einer beliebigen gewünschten Gestaltung. Das in 4 und 5 gezeigte Beispiel betrifft den Fall einer zylindrischen Gestaltung in der Form einer kreisförmigen Scheibe mit zwei entgegengesetzten Hauptflächen 3. 6 und 7 zeigen Abwandlungen, in welchen der Körper eine Gestaltung in der Form eines Parallelepipeds aufweist. Die Komponente kann in jeglichem Falle, wie bereits gesagt, jegliche andere Gestaltung annehmen, einschließlich beispielsweise, eine ringförmige Gestaltung. In dem aus nicht magnetischem Material 2 gefertigten Körper sind eine Anzahl von elementaren magnetischen Elementen 4 aufgenommen, wobei ihre N-S-Polaritäten alle auf dieselbe Weise orientiert sind, in einer zu den Flächen 3 orthogonalen Richtung. In dem gezeigten Beispiel hat jedes elementare magnetische Element 4 eine zylindrische Gestaltung mit einem kreisförmigen Querschnitt. In einer Draufsicht (4) weisen die magnetischen Elemente 4 einen Durchmesser φ auf und sind in einer Matrixanordnung mit ei nem Pitch dx in einer ersten Richtung und einem Pitch dy in einer zweiten dazu orthogonalen Richtung angeordnet; die Vereinzelung erstreckt sich in der Richtung, die orthogonal zu der durch die ersten und zweiten Richtungen definierten Ebene ist, mit einem Pitch dz, wie weiter in 7 dargestellt.
Auch in dem Fall des einzelnen magnetischen Elements 4 ist es jedoch möglich, jegliche Gestaltung sowohl hinsichtlich ihres Querschnitts als auch hinsichtlich ihrer allgemeinen Geometrie anzuwenden. Die oben spezifizierten abmessungsbezogenen Parameter sind vorbestimmt, um so die Betriebsergebnisse zu optimieren, die ausführlich im Folgenden beschrieben werden.
Das die Scheibe 2 bildende nicht magnetische Material ist vorzugsweise ein Material mit einem geringeren spezifischen Gewicht als das die magnetischen Elemente 4 bildende Material. Weiter bevorzugt ist das Material ein synthetisches Material, beispielsweise ein polymeres Material oder ein nicht magnetisches Leichtmetall, beispielsweise Aluminium oder ein dielektrisches oder poröses Kompositmaterial oder wieder ein elastisches Material.
In dem Falle der Abwandlung von 6 ist die Gestaltung der magnetischen Komponente 1 von der Form eines Parallelepipeds, genau gesagt eines Würfels, und die elementaren magnetischen Elemente 4 nehmen die Gestalt von in der Matrix 2 aufgenommenen Klingen oder Schichten an und jede erstreckt sich durch den Querschnitt des Körpers hindurch. 7 zeigt noch einmal den Fall eines Körpers 2 von der Form eines Parallelepipeds, in welchem eine Matrixanordnung ähnlich zu der von 5 aufgenommen ist, mit einer Anzahl von aufeinandergesetzten Ebenen von elementaren magnetischen Elementen 4 mit einer Gestaltung in Parallelepipedform.
8 zeigt eine Kompositkomponente, in welcher die räumliche Organisation der einzelnen elementaren Magnete in dem Komposit die Gestaltung der Feldlinien (die Äquipotenziallinien sind gezeigt) gestattet. Diese können über die kom binierte Verwendung einer zusammengesetzten umfänglichen Vielschichtverkleidung mit hoher magnetischer Permeabilität HPC darüber hinaus in der Komponente selbst eingeschränkt sein. Diese Konfiguration ist insbesondere vorteilhaft, wenn es nicht erforderlich ist, dass die Vorrichtung mit Sensoren oder anderen umgebenden elektronischen Komponenten wechselwirkt.
9 zeigt den Fall eines Komposits, in welchen die elementaren Magnete magnetische Moleküle sind, die von den Salzen (tcnq = 7, 7, 8, 8-Tetracyanoquinodimethan; [Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂(CO)₂]₂[tcnq]₂ abgeleitet sind und von den Salzen tcne = Tetracyanoethylen) [Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂ (CO)₂]₂ [tcne] abgeleitet sind, während 10 den Fall eines Komposits zeigt, in welchem die elementaren Magnete magnetische Moleküle sind, die von Ferracen, Manganocen, Chromocen, Mn₁₂Ac, V₁₅, Mn₆Rad₆, Fe₈, Fe_10, Fe₃₀, etc. abgeleitet sind.
Diese Moleküle sind komplexe Agglomerate mit Atomgewichten in der Größenordnung von 10³ atomaren Einheiten. Die Eigenschaften beruhen auf der Anwesenheit magnetischer Ionen von Mn, Fe, V, etc., die miteinander durch starke Austauschwechselwirkungen gekoppelt sind (in der Größenordnung von 79,6 × 10³ kA/m (10⁶ Oe)) in dem Molekül.
Allgemeiner beansprucht die magnetische Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Anwendung magnetischer Kompositkomponenten, worin der Einschluss gemäß einer durch eine analytische Funktion voreingestellte räumliche Ordnung von bistabilen elementaren Magneten vom molekularen Hochspintyp (welches deren magnetische Eigenschaften kennzeichnet), welcher Einschluss in organischen oder inorganischen Matrizen von einer polymeren, keramischen oder metallischen Beschaffenheit oder von anderer Beschaffenheit, bereitgestellt ist, welche auch die Funktion einer thermischen Stabilisierung der magnetischen Eigenschaften der elementaren Magnete aufweist.
Magnetische Mikropartikel und Nanopartikel oder magnetische Moleküle mit großen Abmessungen, mit unterschiedlicher Größe und chemischer Beschaffenheit können mit Polymeren kombiniert werden oder im Allgemeinen chemisch oder physikalisch oder mechanisch oder wieder über Verfahren eines mikroelektronischen Typs in nicht magnetischen Matrizen von geordneter Struktur, beispielsweise eines fotonischen Kristalltyps, eingeschlossen werden.
Eine wichtige Besonderheit von elementaren Einzeldomänenmagneten in der Form von Mikropartikeln oder Nanopartikeln oder komplexen Molekülen oder Molekülclustern ist das Darstellen einer ausgeprägten magnetischen Anisotropie oder hoher Koerzivität in einer Richtung, was für die Herstellung von regulären Verbindungen verwendet werden kann.
Eine andere Besonderheit von Interesse liegt in der Tatsache, dass das magnetische Verhalten eines Agglomerats der Moleküle das Ergebnis des Phänomens von magnetischer Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Molekülen ist.
12 zeigt den Zustand von zwei magnetischen Elementen M eines massiven Volumentyps, die übereinander in der Abstoßungskonfiguration gesetzt sind, wobei ihre gleichen Polaritäten so gesetzt sind, dass sie einander zugewandt sind. Die in 12b erscheinenden Linien S sind magnetische Äquipotenziallinien, d. h. Linien, welche die Punkte verbinden, die denselben Wert des magnetischen Feldes aufweisen. Da die zwischen den zwei magnetischen Elementen ausgetauschten Kräfte lokal orthogonal zu den Äquipotenziallinien S sind, erscheinen sie, wie in 12a gesehen werden kann, relativ offen in einer gebläseähnlichen Weise in Bezug auf die Richtung der Ausrichtung der zwei magnetischen Elemente M.
13 zeigt den Zustand von zwei magnetischen Elementen M eines massiven Volumentyps, die in der Konfiguration einer Anziehung übereinander gesetzt sind, wobei ihre entgegengesetzten Polaritäten einander zugewandt sind. Die in 13b gezeigten Linien S sind magnetische Äquipotenziallinien, d. h. Linien, die Punkte mit demselben Wert des magnetischen Feldes verbinden. Die zwischen den zwei magnetischen Elementen ausgetauschten Kräfte sind lokal orthogonal zu den Äquipotenziallinien S. Die aus einem Magnet kommenden Kraftlinien des Feldes, wie in 13a gezeigt, schließen sich teilweise auf dem benachbarten Magnet.
11a zeigt die Linien vom Fluss m eines einzelnen herkömmlichen massiven Volumenmagnet. 11b zeigt dieselbe Situation mit einer in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendeten magnetischen Komponente. In diesem Fall hat dann die magnetische Komponente 1 eine Vielzahl von elementaren magnetischen Elementen 4, die in einer Matrix innerhalb eines aus nicht magnetischem Material gefertigten Körpers angeordnet sind. Infolge der geometrischen Anordnung der elementaren magnetischen Elemente 4 hat das sich ergebende gesamte magnetische Feld Äquipotenziallinien S, welche in der Nähe der Pole der magnetischen Komponente 1 ausgesprochen nahe daran sind, orthogonal zur Magnetisierungsrichtung zu sein. Daher sind die Kräfte F, welche die magnetische Komponente 1 mit einer zweiten ihr zugewandten ähnlichen Komponente austauschen kann, mehr in der Richtung der Magnetisierung der Komponenten selbst orientiert.
Diese Erscheinung kann sogar noch klarer in 14 bemerkt werden, welche die geometrische Anordnung der magnetischen Elemente 4 zeigt, gesehen in einer Querschnittebene, die orthogonal zu den entgegengesetzten Flächen der magnetischen Kompositkomponente ist. 14 zeigt die Linien des Flusses t des durch die Summe der magnetischen Felder der Vielzahl elementarer Magnete 4 erzeugten gesamten magnetischen Feldes. Das erzeugte sich ergebende magnetische Feld ist die Vektorüberlagerung der durch die einzelnen elementaren Magnete erzeugten Felder. Wie gesehen werden kann, ist dank der geometrischen Anordnung der magnetischen Elemente das sich ergebende magnetische Feld gleichmäßiger und in der Nähe der Pole entlang der Magnetisierungsachse gerichtet. Noch einmal sind in der Nähe der Pole die magnetischen Äquipotenziallinien mehr or thogonal zu der Magnetisierungsrichtung und mehr parallel zueinander als verglichen mit den durch einen herkömmlichen Magnet in den entsprechenden Bereichen erzeugten.
Daher ist die in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendete magnetische Kompositkomponente nicht nur leichter als ein herkömmliches magnetisches Element, welchem dasselbe Volumen gegeben wurde, sondern bewirkt auch und vor allem eine magnetische Wirkung, welche viel effektiver für die Verwendungszwecke ist, die ausführlich im Folgenden beschrieben werden. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Magnet übt der Kompositmagnet eine im größeren Maße gesteuerte Anziehungs-/Abstoßungskraft in einer spezifizierten Magnetisierungsrichtung aus. Das Verhalten ist, wie gesehen wurde, eine Wirkung, die auf den Typ der elementaren Magnete und auf ihrer geometrischen Verteilung in der Komponente selbst beruht.
Die in der erfindungsgemäßen magnetischen Vorrichtung verwendete magnetische Kompositkomponente kann mit einem Überzug 5 entlang ihrer umfänglichen Wand bereitgestellt sein, welche aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität besteht, welche dazu neigt, in sich die durch die magnetischen Elemente 4 erzeugten magnetischen Flusslinien einzuschließen. Auf diese Weise werden, Bezug nehmend auf 14, die magnetischen Flusslinien der Komponente, welche durch die Summe der einzelnen magnetischen Elemente 4 erzeugt werden, die durch r in 14 bezeichneten, anstelle der schon oben beschriebenen Linien t.
In einem ersten vereinfachten Verwendungsbeispiel von erfindungsgemäß gefertigten magnetischen Komponenten kann eine magnetische Vorrichtung betrachtet werden, welche als eine Feder oder ein aktiver Stoßdämpfer mit einem Minimum von zwei Elementen (15) oder mit einer größeren Anzahl von Elementen (16) funktioniert. In der Vorrichtung ist eine Vielzahl von erfindungsgemäßen magnetischen Komponenten 1 bereitgestellt, die aufeinander gesetzt sind und so orientiert sind, dass sie abwechselnd ihre umgekehrten Polaritäten darstellen (siehe die Pfeile in 17 und 18). Die verschiedenen magnetischen Komponenten 1 sind innerhalb einer Führung 6 verschiebbar angebracht. Die magnetische Komponente 1, die an einem Ende der Reihe gesetzt ist, kann mit einem festgelegten Bauteil wirkungsgemäß verbunden werden, während die an dem gegenüberliegenden Ende gesetzte magnetische Komponente 1 mit einem Bauteil verbunden werden kann, das in der Lage ist, sich in der Richtung der Achse der Vorrichtung zu bewegen, um eine Wirkung einer elastischen und/oder dämpfenden Aufhängung des Elements zu erreichen.
Es sollte angemerkt werden, dass im Allgemeinen die Herstellung von Aufhängungs- oder Dämpfungsvorrichtungen mit aufeinander gesetzten magnetischen Elementen an sich beispielsweise aus dem US-Patent Nr. 6 147 422 bekannt ist. Nicht bekannt indessen sind Vorrichtungen dieses Typs, welche magnetische Elemente verwenden, die die Form der erfindungsgemäßen magnetischen Kompositkomponente annehmen. Die Verwendung einer Komponente dieses Typs gewährt einen weiten Bereich von Vorteilen. Vor allem gestattet die Anwendung einer Kompositstruktur eine Gewichtsverringerung der Komponente und zur selben Zeit die besten Betriebseigenschaften dank einer geeigneten Wahl der optimalen Abmessungen der in dem Körper des nicht magnetischen Materials aufgenommenen magnetischen Elemente sowie des Abstandes zwischen den Elementen in den zwei Richtungen der Matrix.
In dem Fall der vorliegenden Erfindung gestattet die organisierte Vereinzelung der elementaren Magnete in der Form von Mikropartikeln und Nanopartikeln und insbesondere von magnetischen Molekularclustern die Verwendung einer bistabilen Komponente, für welche es möglich ist, die Polarität mit einem geringen Grad an elektrischer Leistung umzukehren, die auf das Wicklungsmittel angewandt wird, während ein intensives magnetisches Gesamtfeld für beide Polaritätszustände aufrecht erhalten wird.
Eine weitere wichtige Eigenschaft liegt in der Tatsache, dass, aufgrund der organisierten Anordnung der magnetischen Elemente 4, eine bessere Steuerung der magnetischen Flusslinien ermöglicht ist, was eine Vergrößerung der Effizienz der Vorrichtung nach sich zieht, wie oben unter Bezugnahme auf 11, 12, 13 und 14 gezeigt wurde.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der oben beschriebenen Struktur für jede magnetische Komponente der Vorrichtung liegt in der Tatsache, dass die Abstoßungskraft zwischen jeder Komponente und der benachbarten eine Funktion des Grades der Ausrichtung zwischen den magnetischen Elementen der zwei Komponenten ist, wobei die Kraft maximal ist, wenn die magnetischen Elemente jeder Komponente perfekt mit den magnetischen Elementen der benachbarten Komponente ausgerichtet sind. Zu diesem Zweck zeigt 19 eine Konfiguration, in welcher die magnetischen Komponenten gezwungen sind, sich entsprechend den Pfaden zu bewegen, die beispielsweise durch eine mit 6 bezeichnete röhrenförmige Führung definiert sind und in solch einer Weise geformt sind, dass keine Drehung oder Verschiebung der Komponenten ermöglicht ist. Die mit 6 bezeichnete röhrenförmige Führung kann auch beispielsweise durch einen einfachen Draht oder Stab 6a (20) oder durch einen Satz von Laufstäben ersetzt werden.
Die Erfindung stellt eine magnetische Betätigungsvorrichtung des aktiven Schub-Zug-Typs bereit, von welcher ein Beispiel einer Ausführungsform im Folgenden unter Bezugnahme auf 15, 16 und 17 gezeigt ist. Eine wichtiger Unterschied in Bezug auf den Fall einer einfachen passiven Feder- oder Stoßdämpfervorrichtung liegt in der Tatsache, dass wenigstens eine Komponente mit Wicklungen ausgestattet ist, die eine Bistabilität ermöglichen, d. h. eine Steuerung des Magnetisierungszustandes und daher der Polarität.
Die in der Vorrichtung aufeinander gesetzten magnetischen Komponenten 1 sind abwechselnd Permanentmagnete MP und bistabile Magnete MB, wobei die letzteren mit aus hartem oder weichem magnetischem Material gefertigte elementare Magnete 4 sind, entsprechend der Bedeutung, die oben definiert wurde. In dem Fall der 16, 17 und 18 weisen die zwei magnetischen Komponenten an den Enden der Vorrichtung, wo die Pfeile anzeigen, dass ihre Polaritäten nach oben orientiert sind, permanente magnetische Elemente von hoher Intensität auf, die aus massivem oder Volumenmaterial gefertigt sind oder im Allgemeinen durch Komposite gebildet sind, deren elementare Magnete eine hohe Koerzivität aufweisen. Die magnetische Komponente 1, welche stattdessen in einer Zwischenstellung ist, umfasst magnetische Elemente, die stattdessen durch elementare Magnete gebildet sind, deren Polaritäten leicht durch ein magnetisches Feld umgekehrt werden können, welches beispielsweise durch Wicklungen erzeugt wird. Die elementaren Magnete weisen vorzugsweise eine hohe remanente Magnetisierung auf, können aber auch, entsprechend der Anwendung, aus einem weichen magnetischen Material hergestellt sein.
Ferner ist, wie aus 15 und 16 gesehen werden kann, eine Wicklung 7 um den Bereich der röhrenförmigen Führung 6 herum bereitgestellt, welcher durch die zentrale Komponente 1 gequert wird. Die Wicklung 7 wird mit abwechselnd in einer Richtung und in die andere mit elektrischem Strom versorgt, um eine aufeinanderfolgende Umkehr der Polarität der bistabilen magnetischen Komponente MB zu ermöglichen, die beispielsweise weiche elementare Magnete aufweist. Der elektrische Strom kann auch PWM und PDM zugeführt oder moduliert werden, um so wirksame Felder und somit wirksame mechanische Kräfte zu erzeugen. Durch Umkehr der Polarität der bistabilen Komponente ist es so möglich, von einem Zustand, in welchem die Komponenten der Vorrichtung von 15 und 16 einander anziehen (siehe 15b und 17, wo die Pfeile M die Polarisierungsrichtung anzeigen, und die Pfeile F Anziehungskräfte anzeigen), zu einem Zustand zu wechseln, in welchem die Komponenten einander abstoßen (15a und 18). Daher wird, falls beispielsweise die Komponente 1, die sich an der Basis der Säule befindet, geklemmt gehalten wird, die Komponente 1, welche sich an dem gegenüberliegenden Ende der Säule befindet, abwechselnd gezogen (15b und 17) und geschoben (15a und 18). Wenn die in einer höheren Position angeordnete Komponente mit einem angetriebenen Bauteil verbunden ist, ist es auf diese Weise möglich, infolge der aufeinanderfolgenden Polaritätsumkehr der bistabilen Komponente, eine entsprechende Hin- und Herbewegung des Bauteils mit einer Schub-Zug-Wirkung zu erhalten.
Auch in diesem Falle ist die Wirkung maximal in dem Fall, wo die magnetischen Elemente der magnetischen Kompositkomponenten zueinander angeordnet sind, wie zuvor in 19 und 20 gezeigt. Zusätzlich kann die Anzahl magnetischer Komponenten beliebig sein. Es ist andererseits möglich, eine Führungssäule in der Form einer Röhre mit einer nicht geradlinigen Entwicklung zu betrachten, in welchem Fall die innerhalb der Röhre angeordneten magnetischen Komponenten eine gekrümmt Konfiguration aufweisen können, um sich an die Biegungen der Führungsröhre anzupassen.
21a und 21b zeigen eine abgewandelte Ausführungsform mit drei Elementen, wobei die bistabile Komponente perforiert ist oder ansonsten eine geringere Größe aufweist, um es zu ermöglichen, dass die zwei Komposite mit permanenter Magnetisierung miteinander durch Stäbe verbunden sind. Der bistabile Magnet, der beispielsweise aus weichen elementaren Magneten besteht, aber vorzugsweise aus elementaren Magneten mit hoher remanenter Magnetisierung besteht, ist auf die Struktur eingeschränkt oder ist ansonsten zeitweilig durch Klauen geklemmt. Die Polaritäten der zwei Permanentmagnete sind entgegengesetzt. Auf diese Weise zieht der bistabile Magnet einen Permanentmagnet an und stößt den anderen ab. Die Umkehr der Polaritäten des bistabilen Kompositmagnets bewirkt, dass das starre System der miteinander verbundenen zwei Permanentmagnete eine Hin- und Herbewegung nach unten oder nach oben ausführt. Diese Konfiguration eines Schub-Zug-Systems ist besonders insoweit wirksam, da die Permanentmagnete nicht nur in derselben Richtung, sondern auch in demselben Sinn wirken.
In der in 21a und 21b gezeigten Ausführungsform können die Kompositmagnete auch durch eine Abfolge einer Vielfalt (wenigstens zwei) von ferromagnetischen oder anti-ferromagnetischen (FeMn, IrMn) Schichten gebildet sein, die mittels einer Schicht-Schicht-Austauschwechselwirkung gekoppelt sind. In diesen Kompositen ist eine erste Schicht mit hoher Koerzivität und geringer Sättigungsmagnetisierung (beispielsweise SmCo, Co, Ni_χFe_χCo_χ Legierungen usw.) die Magnetisierung einer zweiten benachbarten Schicht mit geringer Koerzivität und hoher Sättigung (beispielsweise Fe, Ni_χFe_χ-Legierungen usw.) in eine gewünschte Richtung. Das so erhaltene Kompositmaterial hat ein hohes Energieprodukt (für quadratische Hysteresezyklen ist dies als das Produkt des koerzitiven Feldes mit der Sättigungsmagnetisierung definiert), was eine hohe Sättigung und gleichzeitig eine hohe Koerzivität bedeutet.
Die in 21 dargestellte Ausführungsform kann sowohl herkömmliche Magnete (volumenbezogene massive) und kompositmagnetische Komponenten aufweisen, wobei eine oder mehrere der letzteren möglicherweise von dem oben erwähnten Typ mit wechselwirkenden Schichten ist.
Das Mittel zum Erhalten einer Umkehr der bistabilen magnetischen Komponenten kann durch Wicklungen gebildet werden, die um die Bereiche der röhrenförmigen Führung herum angeordnet sind und im Betrieb durch die bistabilen magnetischen Komponenten gequert werden, wie bereits oben gezeigt, oder ansonsten durch entlang der gesamten röhrenförmigen Führung angeordnete Wicklungen. In einer alternativen Ausführungsform ist eine Voranordnung einer Wicklung um jede bistabile magnetische Komponente in der röhrenförmigen Führung herum vorgesehen (22 und 23). In dem Beispiel von 22 wird die Wicklung 7 mittels einer Batterie 8 versorgt, die starr mit dem Körper der Komponente 1 verbunden ist. In diesem Fall werden vorzugsweise auch vorgesehen: Eine Einheit zur Erzeugung oder Umwandlung von Energie 9, die beispielsweise entworfen ist, Energie mit dem Beginn von Schwingungen der Komponente zu erzeugen; eine Versorgungsvorrichtung 10; eine elektronische Steuereinheit 11; und eine Einheit zur drahtlosen Kommunikation 12. Alternativ kann, wie in 23 gezeigt, die Wicklung mit Gleitkontakten 7a versehen sein, die mit elektrischen Zufuhrleitungen 7b zusammenarbeiten, welche in einer Längsrichtung innerhalb der röhrenförmigen Führung 6 angeordnet sind.
24 und 25 zeigen eine alternative Ausführungsform, in welcher der nicht magnetische Körper jeder magnetischen Kompositkomponente 1 aus elastisch verformbarem Material und insbesondere einem Material besteht, das von dem in 24 gezeigten unverformten Zustand zu dem in 25 gezeigten vergrößerten Zustand gedehnt werden kann. Die Vergrößerung kann mittels eines internen Betätigungselements 9 bestimmt werden, welches von einem Ruhezustand ( 24, 26 und 28) zu einem vergrößerten Betriebszustand (25, 27 und 29) gebracht werden kann.
In dem gedehnten Zustand des Körpers der magnetischen Komponente 1, gezeigt in 25, wird der Körper gegen die interne Oberfläche der Führung 6 gedrückt und ist daher in der Stellung durch Reibung entlang der Führung 6 blockiert.
Aufgrund der in den 24 und 25 gezeigten Lösung ist es daher möglich, eine oder mehrere magnetische Komponenten in der Weise bereitzustellen, dass sie zu einem gewünschten Augenblick entlang der Führung geklemmt werden können. Diese Funktionalität ermöglicht neue Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung zu verwenden, wie ausführlich nachfolgend beschrieben wird.
26 und 27 zeigen ein erstes Beispiel einer Ausführungsform des internen Betätigungselements 9, das dazu entworfen ist, eine Ausdehnung des in den 25 und 26 gezeigten Körpers der magnetischen Kompositkomponente 1 zu bewirken. In diesem Falle ist ein Betätigungsbauteil 9 in der Form einer Klaue bereitgestellt, welches eine durch zwei Sektoren 9A, 9B gebildete im Wesentlichen ringförmige Gestalt aufweist, von welchen Sektoren jeder wiederum ein magnetisches Element mit einer Magnetisierungsrichtung in seiner Umfangsrichtung ist.
Mit einem der zwei Sektoren 9A ist ein Element 70 verbunden. Der Sektor ist aus einem bistabilen magnetischen Material gefertigt, so dass, wenn die Wicklung 70 mit einem Strom versorgt wird, der abwechselnd in eine Richtung und in die andere fließt, es möglich ist, die Magnetisierung des Elements umzukehren, um auf diese Weise abwechselnd eine Anziehung oder Abstoßung davon mit Bezug auf den anderen Sektor 9B zu bewirken. In dem Zustand der Anziehung nimmt das Bauteil 9 seine Konfiguration von minimaler Belastung an, was dem in 24 gezeigten Ruhezustand entspricht, während, in dem Abstoßungszustand, das Bauteil 9 die vergrößerte Konfiguration annimmt, die der von 25 entspricht. Auch in der in 26 und 27 gezeigten Lösung kann eine Batterieversorgung mit der Wicklung 70 zusammen mit einer Einheit zum Erzeugen oder Umwandeln von Energie und einer drahtlosen Schnittstelle zur Kommunikation und Fernbetätigung verbunden werden.
Die 28 und 29 zeigen eine Abwandlung der Lösung von 26 und 27, wo das Bauteil 9 aus vier Sektoren besteht, von denen zwei, diametral einander gegenüber angeordnet, mit einer Wicklung 70 versehen sind, welche zur Erzeugung eines Abstoßungszustands, welcher das Bauteil 9 von dem in 24 gezeigten Ruhezustand zu dem in 25 gezeigten expandierten Betriebszustand bringt, versorgt werden kann.
Die Betätigung der in den 24 und 25 gezeigten Ausführungsform oder jeglicher anderen Lösung, die zum Ermöglichen eines Klemmens an Ort und Stelle einer magnetischen Komponente entlang der Führung entworfen ist, ermöglicht eine Bewegung durch aufeinanderfolgende Schritte, die ohne irgendwelche Grenzen in der zurückgelegten Distanz ausgeführt werden kann, oder ermöglicht im Allgemeinen eine wurmähnliche Bewegung einer Reihe von magnetischen Komponenten entlang einer flexiblen oder starren Führung, beispielsweise einer röhrenförmigen Führung, wie in 30 dargestellt. In dieser Figur zeigen die Abschnitte 1 bis 10 zehn aufeinanderfolgende Betriebsschritte eines Systems, das eine Führung 6 umfasst, entlang welcher eine Reihe von erfindungsgemäßen magnetischen Komponenten gesetzt ist, die abwechselnd mit HM (Hartmagnete oder Permanentmagnete) und SM (bistabile Magnete, beispielsweise mit elementaren weichen Magneten) bezeichnet sind. Mit anderen Worten ist entsprechend der Lösung von 16 eine Reihe von erfindungsgemäßen magnetischen Komponenten bereitgestellt, die abwechselnd mit permanentmagnetischen Elementen hoher Intensität und mit bistabilen Elementen ausgestattet sind, welche vorzugsweise durch elementare Magnete mit hoher remanenter Magnetisierung gebildet sind. In dem Falle der in 30 gezeigten Lösung ist jede bistabile magnetische Komponente von dem in 22 und 23 gezeigten Typ, d. h. mit einer eigenen Wicklung 7 ausgestattet, die die Magnetisierung steuert. Zusätzlich sind die permanentmagnetischen Komponenten jede entsprechend der in 24 und 25 gezeigten Ausführungsform vorangeordnet (ausgenommen was die Abwesenheit der Wicklung 7 betrifft) in solch einer Weise, dass jede der Komponenten an der Führung geklemmt werden kann. In der 30 zeigen die mit jeder magnetischen Komponente verbundenen horizontalen Pfeile die Richtung der Magnetisierung davon an, während der geklemmte Zustand einer magnetischen Komponente an der Führung symbolisch durch ein kleines Quadrat in einer der geklemmten Komponente entsprechenden Position angezeigt wurde. Die Darstellung ist rein symbolisch, da das Klemmen, wie gesagt wurde, auf die in 24 und 25 gezeigte Weise erhalten wird. Wie gesehen werden kann, ist in dem Zustand 30(1) die am weitesten links vorliegende magnetische Komponente in einem geklemmten Zustand. Alle die permanenten magnetischen Komponenten sind mit einer nach rechts orientierten Magnetisierungsrichtung permanent magnetisiert, wie in der Figur gesehen wird. In dem Zustand 30(1) sind die zwei bistabilen magnetischen Komponenten in einem neutralen Zustand, da ihre Wicklungen nicht versorgt sind. Der Zustand 30(2) beschreibt einen folgenden Schritt, in welchem die bistabilen magnetischen Komponenten mit einer Magnetisierungsrichtung magnetisiert sind, die identisch zu der der permanentmagnetischen Komponenten ist. Als ein Ergebnis der Magnetisierung wird eine Anziehungskraft zwischen all den magnetischen Komponenten erzeugt, welche dazu führt, dass die letzteren sich gegen die magnetische Komponente packen, die an dem linksseitigen Ende gesetzt ist, wel che an Ort und Stelle geklemmt ist (30(4)). An diesem Punkt wird die magnetische Komponente an dem linksseitigen Ende freigegeben und die magnetische Komponente an dem rechtsseitigen Ende wird geklemmt (30(5)). In dem darauffolgenden Schritt 30(6) wird die Magnetisierung der bistabilen magnetischen Komponenten umgekehrt (nach links zeigender Pfeil), so dass die magnetischen Komponenten einander abstoßen, was eine Bewegung von all den magnetischen Komponenten außer der einen äußerst rechts befindlichen, welche geklemmt ist (30(7)), nach links bringt, wie in der Figur gesehen wird. Sobald der Zustand erreicht wurde, wird die magnetische Komponente äußerst rechts freigegeben und die Komponente äußerst links wird geklemmt, wonach die Magnetisierung der bistabilen magnetischen Komponenten umgekehrt wird, um so eine Anziehungsbewegung zu bewirken, die ein Packen aller der magnetischen Komponenten gegen die geklemmte magnetische Komponente an der äußerst linken Seite bewirkt (30(9) und 30(10)). Sobald der Zustand ereicht wurde, wird das Element auf der äußerst linken Seite freigegeben und das Element auf der äußerst rechten Seite wird geklemmt und der Zyklus wird wiederholt, so dass eine schrittweise Bewegung der Reihe von magnetischen Komponenten nach links erhalten wird, wie in der Figur gesehen wird.
Aufgrund der erwähnten Anordnung ist es daher möglich, eine Bewegung eines jeglichen angetriebenen Bauteils entlang einer Führung zu erhalten, welche selbstverständlich auch nicht geradlinig sein kann.
31a, 31b und 31c zeigen Betätigungstypen, in welchen entweder starre oder elastische polymere nicht magnetische Mittel zur Trennung oder metallische nicht magnetische Mittel zur Trennung MS an den Komponenten angeordnet sind, um ihren direkten Kontakt zu verhindern und den Übergang zwischen dem Abstoßungszustand und dem Anziehungszustand zu ermöglichen.
32a und 32b sind schematische Darstellungen von den zwei Betriebszuständen von Ansaugen und Pumpen in einem Kompressorsystem mit Ventilen VI, VO von einem Biegungstyp oder von dem elektrischen Typ zur Steuerung von Ansaugen und Pumpen von Luft, Gas oder Flüssigkeit. Es sind an den Komponenten 4 Einlass- und Auslassöffnungen für das Fluid sowie Abdichtringe S bereitgestellt.
33 zeigt eine Multistufenkomponente, die aus einer Mehrzahl von unabhängigen bistabilen Kompositelementen besteht, die nebeneinander gesetzt sind oder aufeinander gesetzt sind. Jedes Element ist mit seiner eigenen Wicklung ausgestattet. Daher kann die Multistufenkomponente, entsprechend den auf die Wicklungen aufgebrachten Strömen, auf eine Vielzahl von Intensitätsgraden des sich ergebenden erzeugten Feldes in einer der zwei Polaritäten konfiguriert werden.
33a ist eine Ansicht von oben der Multistufenkomponente, worin eine Vielzahl von Kompositen vom Säulentyp durch unabhängige Wicklungen versorgt werden. In 33b wird der Fall betrachtet, bei dem das gesamte Komposit entlang der Achse z aus Bereichen mit aus verschiedenen Materialien gefertigten elementaren Magneten besteht, und bei dem eine Steuerung jeder dieser Bereiche durch Wicklungen durchgeführt werden kann, welche verschiedene Ströme erfordern, um auf die Polarität der einzelnen Bereiche des Komposits zu wirken. 33c zeigt den Fall, bei dem die mit den Bereichen des Komposits verbundenen Spulen mit Wechselstrom versorgt werden können, welcher eine Modulation des PDM- oder sonst PWM-Typ aufweist.
34a und 34b zeigen ein Ventil zur Regulierung des Flusses eines gasförmigen oder flüssigen Fluids, welche unabhängig mit zwei oder drei magnetischen Kompositelementen arbeiten können. In diesem Falle sind die Trennmittel zwischen den magnetischen Kompositen vorzugsweise aus elastischem Material gefertigte O-Ringe S, mit einem hohen Widerstand gegen Abnutzung und mit einer geringen Porosität, um eine Undichtigkeit zu verhindern.
35a und 35b zeigen den Fall eines Auswählers oder Mischers für Fluide, welcher auch unabhängig mit zwei oder drei magnetischen Kompositelementen implementiert werden kann. Im Falle der 34 sind die Trennmittel zwischen den magnetischen Kompositen vorzugsweise aus elastischem Material gefertigte Ringe mit einem hohen Widerstand gegen Verschleiß und mit einer geringen Porosität zum Verhindern von Undichtigkeiten.
36 zeigt einen Zwei-Wege-Ablenker für Fluide, seien es Flüssigkeiten oder Gase.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen hybriden Gebrauch, in welchem ein aktives System des Feder-, Stoßdämpfer-, Dämpfer- oder Aufhängungstyps alternativ auch als System wirken kann, um die durch die Bewegung der magnetischen Elemente in dem Wicklungsmittel erzeugte Energie wiederzugewinnen.
Natürlich können ohne Präjudiz hinsichtlich des Prinzips der Erfindung die Details der Konstruktion und der Ausführungsformen weit mit Bezug auf das Beschriebene und hier lediglich beispielhaft Gezeigte variieren, ohne dabei von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Magnetische Vorrichtung, umfassend: – eine Mehrzahl von magnetischen Komponenten, die verschiebbar in einer länglichen Führung (6) angebracht sind, in welcher wenigstens eine erste Reihe der magnetischen Komponenten, die derart angeordnet sind, dass sie sich mit den übrigen magnetischen Komponenten der Vorrichtung abwechseln, aus bistabilen magnetischen Komponenten besteht, d. h., eine, die dazu entworfen ist, ihre Polaritäten in einer Richtung oder in der anderen aufrechtzuerhalten, als Folge der Anregung einer ihnen zugeordneten Spule, mit einem Stromfluss in eine Richtung oder in die andere; und – den bistabilen magnetischen Komponenten zugeordnete Wicklungen (7) oder Spulenmittel, um die Polarität der bistabilen magnetischen Komponenten zum Zweck eines Steuerns eines Übergangs der Vorrichtung zwischen einem Betriebszustand, in welchem die magnetischen Komponenten einander abstoßen (Schubbetrieb) und einem Betriebszustand, in welchem die zusammengefassten Elemente einander anziehen (Zugbetrieb), umzukehren; dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der magnetischen Komponenten eine magnetische Kompositkomponente ist, die einen/eine aus nicht-magnetischem Material gefertigten Körper oder Matrix (2) mit zwei gegenüberliegenden Hauptflächen (3) und eine Mehrzahl von elementaren Magneten (4) von vorbestimmter Form, die unter einem Abstand voneinander angeordnet sind und in dem aus nicht-magnetischem Material gefertigten Körper (2) aufgenommen sind, umfasst, und wobei ihre Polaritäten in einer Richtung orientiert und angeordnet sind, welche von der Form der Hauptflächen des Körpers und von der Form der elementaren Magneten (4) selbst abhängig ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Elemente (4) im drei-dimensionalen Raum einzeln und derart angeordnet sind, dass das erzeugte magnetische Feld das Ergebnis des gesamten Verhaltens einer Vielzahl von elementaren Magneten ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sich ergebende Feld, das von der Kompositstruktur der erfindungsgemäßen Komponente erzeugt ist, um die Pole herum ein magnetisches Feld aufweist, dessen Kraftlinien, im Gegensatz zu dem Falle eines herkömmlichen Magneten, bestimmt und definiert werden kann durch: die Zusammensetzung und Form der elementaren Magnete (4); die Position der elementaren Magnete (4) in der Matrix; und die umfängliche Geometrie der Kompositkomponente.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Kompositkomponente in der Nähe der Pole magnetische Äquipotentiallinien aufweist, die in Bezug auf die durch einen herkömmlichen Magneten in den entsprechenden Bereichen erzeugten mehr orthogonal zu der Richtung der Magnetisierung und mehr parallel zueinander sind, was zu einer mehr in der Richtung der Magnetisierung der Komponente orientierten magnetischen Kraft führt.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Verteilung der elementaren Magnete (4) wie auch ihre Zusammensetzung und Form derart sind, dass das magnetische Kompositmaterial eine Anziehungs-/Abstoßungskraft ausübt, die gleichmäßiger als die eines herkömmlichen Magneten von gleicher magnetischer Masse ist und eine vorbestimmte Verteilung der Intensität des Magnetfelds in dem interessierenden Raum aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Geometrie der Kompositkomponente (1), die Geometrie der elementaren Magnete (4), die Verteilung oder der relative Abstand oder die Orientierung der elementaren Magnete (4) sowie das die elementaren Magnete (4) bildende Material derart gewählt sind, dass die Kraftlinien des magnetischen Gesamtfelds in ihren Verläufen und Intensitäten vorbestimmt und gesteuert sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elementaren Magnete (4) unter Einkristallmagneten, ferromagnetischen Einzeldomänenmikropartikeln oder -nanopartikeln, Einzelmaterial- oder Mehrschichtnanodrähten, Molekülen oder Komplexen magnetischer Moleküle oder molekularer magnetischer Cluster ausgewählt sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elementaren Magnete von den Salzen (tcnq = 7, 7, 8, 8-tetracyanoquinodimethan; [Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂(CO)₂]₂[tcnq]₂ abgeleitete und von den Salzen tcne = tetracyanoethylen) [Fe₂(η-C₅Me₅)₂(μ-SEt)₂(CO)₂][tcne] abgeleitete magnetische Moleküle sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die elementaren Magnete von Ferrocen, Manganocen, Chromocen, Mn₁₂Ac, V₁₅, Mn₆Rad₆, Fe₈, Fe₁₀, Fe₃₀, etc., abgeleitete magnetische Moleküle sind, deren Eigenschaften aufgrund der Anwesenheit von magnetischen Ionen Mn, Fe, V, etc. in dem Molekül durch starke Austauschwechselwirkungen gekoppelt sind (in der Größenordnung von 79,6 × 10³ kA/m).
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die magnetische Komponente von einem Polymer- oder Keramiktyp ist, worin die elementaren Magnete Moleküle mit einem großen Spin sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 7, worin die elementaren Einzeldomänenmagnete, in der Form von Mikropartikeln oder Nanopartikeln, Nanodrähten oder komplexen Molekülen oder Molekularclustern, eine ausgeprägte magnetische Anisotropie oder hohe Koerzitivkraft in einer Richtung aufweisen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 11, worin das magnetische Verhalten des Agglomerats das Ergebnis des Phänomens des magnetischen Zusammenarbeitvermögens der elementaren Magnete in einer voreingestellten Richtung ist, welche wiederum durch die räumliche Anordnung der elementaren Magnete selber definiert ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, worin der Einschluss, entsprechend einer durch eine analytische Funktion voreingerichteten räumlichen Ordnung, von elementaren Magneten unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung durch chemische oder physikalische oder mechanische Synthese oder durch elektrolytische Abscheidung in porösen Matri zen, durch Siebdruck oder Tauchen oder Schleuderverfahren oder Selbst-Zusammenbau oder anderes erhalten wird, wobei Verfahren von einem Mikroelektroniktyp verwendet werden.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie entlang ihrer umfänglichen Wand mit einer Verkleidung (5) versehen ist, welche aus einem Material mit einer hohen magnetischen Permeabilität besteht, welches dazu entworfen ist, die durch die magnetischen Elemente erzeugten Magnetflusslinien in ihr oder in einem gewünschten Raumbereich einzugrenzen und zu konzentrieren.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkleidungsmaterial mit hoher magnetischer Permeabilität einen Teil der polaren Oberflächen des Körpers der magnetischen Kompositkomponente abdeckt.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Material mit hoher magnetischer Permeabilität ein Material mit einer nicht-gleichmäßigen Permeabilität im Raum ist, beispielsweise eine Heterostruktur mit Gradient oder Modulation der magnetischen Permeabilität wie beispielsweise einer Legierung von variabler Stöchiometrie, welche derart ausgebildet ist, dass sie eine vollständige Steuerung der einzelnen Magnetfeldlinien und der magnetischen Äquipotentiallinien durch den dreidimensionalen Raum gestattet.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Material von hoher magnetischer Permeabilität eine aus Materia lien mit verschiedenen physikalischen Merkmalen gefertigte Mehrschichtstruktur ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht der Mehrschichtstruktur aus Luft besteht.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Körper (2) bildende nichtmagnetische Material ein spezifisches Gewicht hat, das geringer ist als das Material der magnetischen Elemente (4).
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Elemente (4) in einer Matrix oder einer beliebigen geordneten netzartigen Struktur mit einer beliebigen Periode (von einigen wenigen Nanometern bis einigen Millimeter) angeordnet sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-magnetische Material ein synthetisches Material ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-magnetische Material ein polymeres Material ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-magnetische Material aus Aluminium, Kupfer, Gold, dielektrischem Material, porösem Material mit heterogener Porosität oder geordneter Porosität, Keramik, Komposit, elastischem Material oder allgemein einem wegen besonderer physikalischer Eigenschaften, wie bei spielsweise thermischer und elektrischer Leitfähigkeit, ausgewähltem Material ausgewählt ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen elementaren Magnete (4) derselben Komponente voneinander unterschiedliche magnetische Eigenschaften (B-H-Kurven) insoweit aufweisen, als die elementaren Magnete (4) unterschiedliche Formen aufweisen und/oder aus Materialien mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gefertigt sind, so dass die Möglichkeit, elementare Magnete mit unterschiedlichen Eigenschaften auf eine reguläre Weise zu verteilen, einen weiteren Freiheitsgrad zum Vorbestimmen der magnetischen Eigenschaften des sich ergebenden Komposits und, um Magnetisierungs- und Rückmagnetisierungszyklen schneller und energetisch effizienter zu machen, bereitstellt.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reguläre Verteilung der elementaren Magnete (4) von dem Typ mit einer periodischen Struktur oder einer Struktur, in welcher die elementaren Magnete (4) in dem Körper der Matrix (2) entsprechend vorgegebenen analytischen Funktionen angeordnet sind, sein kann.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositkomponente von einem bistabilen Typ ist, d. h., entworfen, im Anschluss an die Anregung einer Spule, vorzugsweise einer supraleitenden Spule, verbunden mit einem Stromfluss in eine Richtung oder in die andere, wobei die elementaren Magnete (ob weich oder hart, in der Form von Nanopartikeln oder von molekularen Einzeldomänen- oder Multidomänenclustern) in dem Feld angeordnet sind, welches durch die Spule erzeugt wird und gleichmäßig durch den Komposit verteilt ist, entspre chend Raumkoordinaten mit einer Orientierung, so dass die Umkehr des Stroms in der Spule die gleichzeitige Umkehr der Polarität in allen elementaren Magneten (4) der Matrix (2) induziert, ihre Polarität in einer Richtung oder in die andere permanent aufrechtzuerhalten.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Elemente auf einer an der inneren Oberfläche der Führung (6) angefertigten Schiene verschiebbar im Eingriff sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung ein röhrenförmiges Element oder ein einfacher Draht oder Stab oder ein Satz von Laufstäben ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie nur zwei magnetische Komponenten umfasst, von denen nur eine bistabil ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens drei magnetische Komponenten umfasst.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie drei magnetische Komponenten umfasst, von denen die in der Zwischenposition bistabil ist, vorzugsweise mit hoher remanenter Magnetisierung, und die anderen zwei Endkomponenten starr miteinander verbunden sind, mit einer Bewegungsmöglichkeit in Bezug auf die bistabile Zwischenkomponente, wobei die bistabile Zwischenkomponente an Ort und Stelle festgelegt ist oder zeitweilig an Ort und Stelle klemmbar ist, und die Polaritäten der zwei magnetischen Endkomponenten einander ge genüber angeordnet sind, so dass, in Folge einer Anregung des der Zwischenkomponente zugeordneten Spulenmittels, die letztere eine der beiden Endkomponenten anzieht und die andere abstößt, so dass die Umkehr der Polarität der Zwischenkomponente dem System der miteinander verbundenen Endkomponenten eine lineare Hin- und Herbewegung vermittelt.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Betätigungsvorrichtung eines Schub-Zug-Typs bildet, in welchem eine magnetische Komponente an dem Ende der Reihe magnetischer Komponenten gesetzt ist und wirksam mit einem angetrieben Teil verbunden ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung oder das Spulenmittel Wicklungen umfasst, die um die Bereiche der röhrenförmigen Führung (6) herum angeordnet sind und die im Betrieb von den bistabilen magnetischen Komponente durchlaufen werden oder sonst entlang der gesamten röhrenförmigen Führung (6) angeordnet sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung oder das Spulenmittel Wicklungen umfasst, die an jeder bistabilen magnetischen Komponente innerhalb der Führung (6) angebracht sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklung mittels einer Batterie versorgt wird, die von der bistabilen magnetischen Komponente getragen wird.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass jede Wicklung mittels verschiebbarer Kontakte versorgt wird, die mit innerhalb der röhrenförmigen Führung (6) bereitgestellten zwei elektrischen Pfaden zusammenarbeiten.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einheit zur Erzeugung oder zur Umwandlung von Energie und eine drahtlose Einheit zur Kommunikation mit der Außenwelt beinhaltet.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Mehrzahl von unabhängigen bistabilen magnetischen Komponenten umfasst, die zueinander benachbart oder aufeinander gesetzt sind, wobei jede mit ihrer eigenen Wicklung versehen ist, und ein einzelnes Multistufenelement bilden, welches, entsprechend den auf die einzelnen Wicklungen zugeführten Strömen, in einer Vielzahl von Intensitätsgraden des in einer der beiden Polaritäten erzeugten Felds konfiguriert sein kann.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht-magnetische Körper eines oder mehrerer der magnetischen Kompositkomponenten aus einem elastischen Material gefertigt ist und daher kompressibel und expandierbar ist, wobei das Element innerhalb einer Klemmeinheit bereitgestellt ist, die radial expandieren kann, um die magnetische Kompositkomponente in einer definierten Position in Bezug auf die Führung (6) zu klemmen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel zum Steuern einer Aktivierung der mit der einen oder den mehreren magnetischen Komponenten verbundenen Klemmeinheit umfasst, um in geeigneter Weise zunächst die eine und dann die andere Komponente, oder Paare (oder jegliche Vielfalt) von Komponenten zu klammern, um die gesamte Kette von Komponenten entlang der Führung (6) zu bewegen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass jede Klemmeinheit durch ein Paar oder jegliche Vielfalt von (weichen und harten) magnetischen Subelementen gebildet ist, die eine Klaue bilden, die sich auf Anweisung öffnen (Klemmen durch Expansion) und schließen (Komponente frei, sich zu bewegen) kann, wobei die Klemmeinheit sowohl in die Komponenten mit permanenter Polarität als auch in die bistabilen und im Allgemeinen in ein oder mehrere Komponenten der Kette einbaubar ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass jedes aus einem bistabilen magnetischen Material gebildete, die Klemmeinheit bildende Subelement mit einer daran festgelegten Spule versehen ist, welche in der Lage ist, das Subelement, mit welchem sie gekoppelt ist, in einer Richtung oder in die andere Richtung zu magnetisieren.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Subelement mit einer Batterie zur Selbstversorgung der Spule und bevorzugt auch mit einer Einheit zur Erzeugung oder zur Umwandlung von Energie und mit einer drahtlosen Schnittstelle für ferne Kommunikation versehen ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Konfiguration eines Schritt-Betätigungsglieds die Subelemente der Klemmeinheit in dem Ruhezustand in der Klemmstellung sind und sie sich, in dem Augenblick der Anwendung des Stroms in den jeweiligen Wicklungen, in die Freigabestellung bewegen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Konfiguration eines Feder-Betätigungsgliedes oder einer Konfiguration vom Typ einer Stoßdämpfer-Aufhängung, die Subelemente der Klemmeinheit im Ruhezustand in der Freigabestellung sind, und sie sich in dem Moment der Anwendung des Stroms in den jeweiligen Wicklungen in die Klemmposition bewegen.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beweglichen magnetischen Komponenten elastische polymere Abstandshalter oder Abstandshalter aus Plastik oder Abstandshalter aus einem nicht-magnetischen Metall eingefügt sind, die dazu entworfen sind, einen direkten Kontakt der Komponente zu verhindern.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die an dem dem Ende des angetriebenen Teils gegenüberliegenden Ende angeordnete magnetische Komponente der Schub-Zug-Vorrichtung auf eine festgelegte Struktur eingeschränkt ist.
Kompressor, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung nach Anspruch 32 umfasst.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Komponenten in einer Flüssigkeit oder einem Schmiermittel beweglich sind.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Steuerungsmitteln zur Verwendung auf umgekehrte Weise versehen sind, um infolge einer Bewegung einer magnetischen Komponente innerhalb einer Spule Energie in der Spule zurückzugewinnen, welche um die röhrenförmige Führung (6) herum angeordnet ist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 27 oder Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie vorangeordnet ist, um mittels einer Zusammenarbeit der beweglichen magnetischen Komponenten mit einem magnetischen Referenzstreifen, als Positionssensor verwendet zu werden.
Magnetische Vorrichtung mit zwei oder drei Elementen gemäß Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Steuerungsmitteln versehen ist, um mittels aufeinanderfolgender Aktivierungen und Deaktivierungen des mit einem oder mehreren der Komponenten verbundenen Klemmmittels die Kette von magnetischen Schritten in einzelnen Schritten entlang eines Pfads einer durch die Führung (6) definierten Länge zu befördern.
Vorrichtung mit zwei oder drei Elementen gemäß Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen magnetischen Betätigungsschrittmotor für einen Lift oder Fahrstuhl bildet.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 in Ventilen, um den Fluss einer Flüssigkeit zu regulieren, wobei die Vorrichtung zwei oder mehr der magnetischen Komponenten aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 in Flüssigkeitsumlenkern, wobei die Vorrichtung zwei oder mehr der magnetischen Komponenten aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 in Flüssigkeitsauswahlteilen oder Mischern, wobei die Vorrichtung zwei oder mehr der magnetischen Komponenten aufweist.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompositmagnete durch eine Abfolge einer Vielfalt von ferromagnetischen oder anti-ferromagnetischen FeMn-, IrMn-Schichten gebildet sind, wobei sie mittels einer Wechselwirkung eines Schicht-Schicht-Austauschs derart gekoppelt sind, dass eine erste Schicht mit hoher Koerzivität und geringer Magnetisierungssättigungskraft die Magnetisierung einer zweiten benachbarten Schicht mit geringer Koerzivität und hoher Sättigung in eine gewünschte Richtung zwingt, wobei das so erhaltene Kompositmaterial ein hohes Produkt von Energie aufweist, was eine hohe Sättigung und zur selben Zeit hohe Koerzivität bedeutet.
Magnetische Vorrichtung nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass sie vollständig aus herkömmlichen (massiven Hauptmasse-) Magneten oder sonst aus herkömmlichen (massiven Hauptmasse-) Magneten und mit magnetischen Kompositkomponenten gefertigt ist, wobei ein oder mehrere des letzteren möglicherweise von dem Typ sind, auf den oben Bezug genommen wurde, mit miteinander wechselwirkenden Schichten.