NL9001394A - Bestuurbare demper. - Google Patents

Description

BESTUURBARE DEMPER

In de werktuigbouwkunde worden veelvuldig dempende elementen toegepast, die ten doel hebben bewegingen te controleren en in het bijzonder de snelheid van die bewegingen te beperken. Vaak wordt een demper toegepast in combinatie met verende elementen.

Gangbare dempers zijn gebaseerd op het stromingsgedrag van vloeistoffen of gassen om een gewenste relatie te verkrijgen tussen uitgeoefende kracht en verkregen snelheid. Het verschil tussen vloeistofdempers en gasdempers is onder meer gelegen in de samendrukbaarheid van gassen, waardoor, behalve een dempende werking, ook een min of meer elastisch gedrag wordt verkregen.

Dergelijke bekende dempers bezitten een aantal nadelen.

Bij vloeistofdempers bestaat het gevaar op lekkage van de vloeistof. Dit impliceert, dat de demper zeer zorgvuldig dient te worden ontworpen met een grote nadruk op onder meer afdichtingen.

Een tweede nadeel is dat hoge eisen moeten worden gesteld aan de nauwkeurigheid waarmee zuiger en cilinder worden vervaardigd. Dit werkt kostenverhogend.

Een derde nadeel is, dat het dempingsgedrag principieel lineair is, afgezien van eindeffecten aan beide einden van de slag van de demper. Een lineair karakteristiek behoeft niet voor alle toepassingen de meest geschikte te zijn.

Een vierde nadeel is gelegen in de beperkte instelmogelijkheden. Bijvoorbeeld door het met de hand instellen van een doorstroomopening kan de demping worden aangepast. Afstandsbediening of een snelle bijregeling, in het bijzonder onder invloed van het te dempen proces, is bijzonder moeilijk uitvoerbaar.

Een vijfde nadeel kan zijn, dat met name de werking van vloeistofdempers onderhevig is aan temperatuursinvloeden, aangezien de viscositeit van de dempende vloeistof temperatuurafhankelij k is.

De uitvinding beoogt nu, een dempingsinrichting zodanig uit te voeren, dat hij universeel toepasbaar is, en zich aan de meest uiteenlopende eisen en gebruiksomstandigheden laat aanpassen, zonder dat daarvoor in de dempingsinrichting zelf behoeft te worden ingegrepen, maar via een besturingssysteem.

Verder beoogt de uitvinding, een dempingsinrichting zodanig uit te voeren, dat hij dezelfde uiterlijke vorm bezit als een bekende demper op basis van vloeistof of gas.

Voor het realiseren van bovengenoemde doelstellingen verschaft de uitvinding een instelbare dempingsinrichting, omvattende: twee ten opzicht van elkaar beweegbare elementen, bijvoorbeeld elementen die onderling een translatie of een rotatie kunnen uitvoeren; een elektromechanische transducent met twee mechanische aansluitingen en twee elektrische aansluitingen, welke twee mechanische aansluitingen met de twee respectieve beweegbare elementen zijn gekoppeld; en een met de twee elektrische aansluitingen verbonden instelbare elektrische belasting. Opgemerkt wordt, dat volgens de definitie van demping er sprake moet zijn van een tegenkracht, die wordt bepaald door de relatieve snelheid van de beweegbare elementen. De instelbare dempingsinrichting volgens de uitvinding biedt echter de mogelijkheid, niet alleen deze demping, maar meer algemeen de mechanische toestand van de dempingsinrichting te bepalen.

Aan de uitvinding ligt het inzicht ten grondslag, dat de elektromechanische transducent mechanische energie kan omzetten in elektrische energie en dat het dissiperen van bewegingsenergie een dempende werking op de beweegbare elementen uitoefent.

De transducent kan van elk geschikt type zijn. Bij voorkeur is hij van het elektromagnetische type.

De transducent kan van het lineaire type zijn, zoals bekend als lineaire motor.

Bij voorkeur echter vertoont de dempingsinrichting het kenmerk dat de transducent een rotatiemotor is en transmissiemiddelen aanwezig zijn voor het omzetten van een lineaire beweging van de beweegbare elementen in een roterende beweging van de transducent. Met een dergelijke uitvoering kan een groter oplossend vermogen worden bereikt. Dit kan de nauwkeurigheid van de inrichting ten goede komen.

Een zeer betrouwbare en nagenoeg wrijvingsloze overbrenging wordt verkregen in een uitvoering waarin de transmissiemiddelen schroefmiddelen, bijvoorbeeld een kogelomloopspindel, omvatten.

Ter bereiking van een zo groot mogelijke flexibiliteit is de inrichting gekenmerkt door een de elektrische belasting besturende centrale besturingseenheid, in het bijzonder een computer. Deze computer kan extern geplaatst zijn of zijn geïntegreerd in de demper, in welk geval hij noodzakelijkerwijze relatief kleine afmetingen dient te bezitten.

Bij het bewegen van de beweegbare elementen kan de transducent energie afgeven. Deze energie kan in bijvoorbeeld een resistieve belasting worden gedissipeerd maar volgens de uitvinding ook worden afgegeven aan een zodanig met de elektrische aansluitingen van de transducent verbonden accumulator, dat deze de door de transducent afgegeven elektrische energie kan opslaan.

Deze uitvoering kan verder het kenmerk bezitten dat de accumulator is aangesloten voor voeding van de centrale besturingseenheid. Hiermee kan worden afgezien van verdere voedingsmiddelen.

Een ander gebruik van de in de accumulator opgeslagen energie wordt verkregen met een variant, waarin de accumulator is aangesloten voor het onder besturing door de centrale besturingseenheid toevoeren van elektrische energie aan de transducent in een richting, tegengesteld aan de richting waarin de transducent energie afgeeft bij relatieve beweging van de beweegbare elementen. Hiermee kan een negatieve demping worden verkregen door bekrachtiging van de transducent, die in dit geval als motor gaat fungeren.

Tevens biedt het gebruik van een centrale besturingseenheid de mogelijkheid tot externe besturing. Daartoe vertoont de dempingsinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat de centrale besturingseenheid is voorzien van besturingsaansluitingen voor ontvangst van externe besturingssignalen. De externe besturingssignalen kunnen afkomstig zijn van temperatuursensoren, krachtopnemers e.d..

In het bijzonder in de revalidatietechniek kan een dempingsinrichting volgens de uitvinding zodanig worden uitgevoerd, dat de besturingsaansluitingen van de besturingseenheid zijn ingericht voor het ontvangen en ' verwerken van spiersignalen. In dit vakgebied zijn diverse pogingen ondernomen om dempers te construeren, die zich met eenvoudige middelen aan vooraf bepaalde eisen en aan uiteenlopende bedrijfsomstandigheden laten aanpassen. Uit deze pogingen is gebleken, dat zich bij het ontwerpen van dergelijke dempers onder meer de volgende problemen voordoen. Een motor of actuator heeft besturingsenergie nodig. Met gebruik van de energieterugwinning volgens de uitvinding kan een aanzienlijk gewicht en volume aan batterijen worden bespaard.

De bekende regelingen werken traag, hetgeen het bijzonder moeilijk maakt om snel te reageren op wisselende situaties tijdens het lopen. De genoemde pogingen hebben geresulteerd in programma's om te anticiperen op de mechanische veranderingen tijdens het lopen. De buitengewoon snelle regelmogelijkheden van de dempingsinrichting volgens de uitvinding lossen deze problemen voor een belangrijk deel op.

Het bleek altijd nodig om gebruik te maken van een op vloeistof en/of gas gebaseerde cilinder/zuigereenheid, waarvan enkele nadelen hierboven reeds zijn vermeld.

De bekende dempers en de onderzochte mogelijkheden maken een bedrijfstoesfand als motor van de demper niet mogelijk.

In het bijzonder in de reeds genoemde revalidatietechniek kan het van- het grootste belang zijn, alle beschikbare relevante signalen in het regelproces te betrekken. In het bijzonder zijn dit spiersignalen, die dan ook kunnen worden toegevoerd aan de besturingsaansluitingen van de centrale besturingseenheid.

Voor een zo goed mogelijke beheersing van het proces is het van belang, de mechanische toestand van de dempingsinrichting volgens de uitvinding te kennen. Daartoe kan zij zijn gekenmerkt door meetmiddelen voor het meten van de relatieve mechanische toestand van de beweegbare elementen, zoals positie, snelheid, versnelling, en het afgeven van voor die mechanische toestand representatieve signalen, die kunnen worden toegevoerd aan de besturingsaansluitingen van de centrale besturingseenheid.

In een bepaalde uitvoering vertoont deze demper het kenmerk dat de meetmiddelen rotatiemeetmiddelen, bijvoorbeeld een tacho- of Hall-generator, omvatten.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande figuur. Deze toont een willekeurig uitvoeringsvoorbeeld van een instelbare dempingsinrichting volgens de uitvinding in gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht.

De dempingsinrichting 1 volgens de uitvinding omvat een cilindrisch huis 2 met een eindwand 3, waarmee bevestigingsmiddelen kunnen zijn verbonden. Deze zijn hier niet getekend. Verder omvat de inrichting 1 een as 4, het vrije, buiten inrichting 1 uitstekende einde waarvan kan zijn voorzien van eveneens niet-getekende bevestigingsmiddelen.

De as 4 is co-axiaal ten opzichte van het huis 2 geplaatst en in axiale richting ten opzicht daarvan beweegbaar. Daartoe is de as 4 hol uitgevoerd en schuifbaar over een tweede as 5 met een vierkante dwarsdoorsnede, waardoor de as 4 tegen rotatie is geblokkeerd. De as 5 is bevestigd aan een wand 6, die star is gekoppeld aan het huis 2.

De as 4 vertoont een uitwendige schroefdraad 7, die samen met een lagerblok 8 en stalen kogels 9 een kogelomlooplager vormt. Een dergelijk lager is op zichzelf bekend. Bij het in axiale richting ten opzichte van het huis 2 bewegen van de as 4 vindt via een kanaal 10 in het lagerblok 8 een verplaatsing van kogels 9 plaats, die door de rotatieborging van de as 4 het gevolg heeft, dat het lagerblok 8 in rotatie wordt gebracht. Deze rotatie is, gegeven de vaste spoed van de schroefdraad 7, recht evenredig met de lineaire beweging van de as 4.

Met het lagerblok 8 is een lagerring 11 gekoppeld, die als kogellager met kogels 12 samenwerkt met een tweede lagerring 13, die op zijn beurt vast is gekoppeld in het huis 2.

Met het lagerblok 8 is een buis 14 gekoppeld, die aan zijn naar de wand 6 gerichte einde is gelagerd door middel van een kogellager 15. Aan de buitenzijde van de buis 14 is een magneeteenheid 16 aangebracht. Het zal na bovenstaande uiteenzetting duidelijk zijn, dat de magneeteenheid 16 door axiale verplaatsing van de as 4 een rotatie zal ondergaan, één en ander gerelateerd aan de positie van het huis 2.

Tussen het buitenvlak van de cilindrische magneeteenheid 16 en het binnenvlak van het huis 2 is een statorwikkeling 17 geaccomodeerd. Op op zichzelf bekende wijze kan door rotatie van de magneeteenheid 16 in de statorwikkeling een spanning worden geïnduceerd. Deze spanning kan via leidingen 18, 19 worden toegevoerd aan een elektronische eenheid 20 die is opgenomen in de ruimte omsloten door de eindwand 3, de wand 6 en het huis 2.

De elektronische eenheid 20 omvat een elektrische belasting voor de statorwikkeling 17 en een centrale besturingseenheid of CPU, die vooraf kan zijn geprogrammeerd. Tevens kan de centrale besturingseenheid via een ingangskabel 21 externe besturingssignalen ontvangen.

In de genoemde ruimte waarin de elektronische eenheid 20 is opgenomen, bevindt zich tevens een oplaadbare batterij 22, die enerzijds mede kan dienen als elektrische belasting voor de statorwikkeling 17 en voor het voeden van de elektronische eenheid 20. Tevens kan de in de batterij 22 opgeslagen energie onder omstandigheden worden gebruikt om via de elektronische eenheid 20 stroom toe te voeren aan de statorwikkeling 17, waardoor de dempingsinrichting 1 tijdelijk de funktie van motor verkrijgt, ofwel een orgaan met negatieve demping, hetgeen onder omstandigheden voor het besturen van complexe bewegingen gewenst kan zijn.

De hiervoor kort beschreven funkties kunnen alle onder programmabesturing plaatsvinden. Een programma kan vooraf zijn ingebracht in de elektronische eenheid 20, die daartoe bijvoorbeeld een microprocessor kan omvatten. Ook kan een externe computer worden toegepast, die via de ingangskabel 21 met de elektronische eenheid 20 kan communiceren. Duidelijk zal zijn, dat in dat geval de kabel 21 informatie naar twee richtingen dient te kunnen transporteren.

Voor het optimaal beheersen van bepaalde bewegingen dient veelal de relatieve axiale positie van de as 4 ten opzichte van het huis 2 bekend te zijn. Daartoe omvat de dempingsinrichting 1 een Hall-generator, die schematisch is aangeduid en een rotorring 23 omvat, die met zijn binnenzijde is bevestigd aan het lagerblok 8 en de buis 14 aangebrachte bevestigingsring 24, alsmede een Hall-ring 25, die via een signaalleiding 26 een voor de rotatietoestand van de rotorring 24 ten opzichte van het huis 2 representatief signaal kan afgeven aan de elektronische eenheid 20.

Opgemerkt wordt, dat binnen het kader van de uitvinding vele varianten mogelijk zijn. De kogelomloopconstructie is gekozen ter verkrijging van een hoge overdrachtsnauwkeurigheid en een geringe wrijving. De beschreven elektromechanische transducent kan ook op geheel andere wijze zijn geïmplementeerd. Bijvoorbeeld de constructie van de stator en de rotor kunnen zijn omgekeerd of mengvormen kunnen worden toegepast.

Elektrodynamische transducenten van het onderhavige type bestaan er in verschillende uitvoeringen. Drie basistypen kunnen worden onderscheiden: 1. Een rotor met permanente magneet en een stator met elektrische wikkeling.

2. Een rotor met elektrisch wikkeling en een stator met elektrische wikkeling.

3. Een rotor met elektrische wikkeling en een stator met permanente magneet.

Bij transducenten volgens de types 2 en 3 dient een commutator te worden toegepast om afwisselend verschillende statorwikkelingen met het externe elektrische circuit te verbinden. Aangezien commutatoren door hun aard wrijving en slijtage introduceren, worden ze voor toepassing in het kader volgens de uitvinding minder geschikt geacht. Het type 1 heeft geen commutator nodig en lijkt daarom in eerste instantie voor toepassing in het kader van de uitvinding het meest geschikt. Door de afwezigheid van een commutator zou in principe echter de mogelijkheid vervallen, de inrichting tevens als motor te laten werken, dus negatieve demping toe te passen. Om zonder commutator deze mogelijkheid toch te realiseren, dient de elektronische eenheid 20 zodanig te worden uitgevoerd, dat de commutatiefunktie daardoor wordt overgenomen. In de getekende uitvoering is dit gerealiseerd door de Hall-generator 23, 25. In deze uitvoering is derhalve het voordeel van een zeer lage rotatiewrijving gecombineerd met de mogelijkheid van negatieve demping.

Tenslotte wordt er de aandacht op gevestigd, dat de uitvinding zich niet beperkt tot lineaire bewegingen, maar tevens betrekking heeft op inrichtingen met twee verplaatsbare elementen die een andere beweging ten opzichte van elkaar kunnen uitvoeren, bijvoorbeeld een roterende. In dit verband zal het zonder nadere toelichting duidelijk zijn, dat men daartoe zou kunnen afzien van het gebruik van de kogelomloopconstructie en de roterende bewegingen van het huis 2 ten opzichte van bijvoorbeeld de eerste lagerring 11 ten opzichte van elkaar kan beschouwen. Immers, de kogelomloopconstructie dient uitsluitend voor het omzetten van een lineaire beweging in een roterende beweging en omgekeerd.

Claims (12)

1. Instelbare dempingsinrichting, omvattende: twee ten opzichte van elkaar beweegbare elementen, bijvoorbeeld elementen die onderling een translatie of een rotatie kunnen uitvoeren; een elektromechanische transducent met twee mechanische aansluitingen en twee elektrische aansluitingen, welke twee mechanische aansluitingen met de twee respectieve beweegbare elementen zijn gekoppeld; en een met de twee elektrische aansluitingen verbonden instelbare elektrische belasting.

2. Dempingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de transducent van het elektromagnetische type is.

3. Dempingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de transducent een lineaire motor is.

4. Dempingsinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de transducent een rotatiemotor is en transmissiemiddelen aanwezig zijn voor het omzetten van een lineaire beweging van de beweegbare elementen in een roterende beweging van de transducent.

5. Dempingsinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de transmissiemiddelen schroefmiddelen, bijvoorbeeld een kogelomloopspindel, omvatten.

6. Dempingsinrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door een de elektrische belasting besturende centrale besturingseenheid, in het bijzonder een computer.

7. Dempingsinrichting volgens conclusie 1, gekenmerkt door een zodanig met de elektrische aansluitingen van de transducent verbonden accumulator, dat deze de door de transducent afgegeven elektrische energie kan opslaan.

8. Dempingsinrichting volgens de conclusies 6 en 7, met het kenmerk dat de accumulator is aangesloten voor voeding van de centrale besturingseenheid.

9. Dempingsinrichting volgens de conclusies 6 en 7, met het kenmerk dat de accumulator is aangesloten voor het onder besturing door de centrale besturingseenheid toevoeren van elektrische energie aan de transducent in een richting, tegengesteld aan de richting waarin de transducent energie afgeeft bij relatieve beweging van de beweegbare elementen.

10. Dempingsinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de centrale besturingseenheid is voorzien van besturingsaansluitingen voor ontvangst van externe besturingssignalen.

11. Dempingsinrichting volgens de conclusies 6 en 10, gekenmerkt door meetmiddelen voor het meten van de relatieve mechanische toestand van de beweegbare elementen, zoals positie, snelheid, versnelling, en het afgeven van voor die mechanische toestand representatieve signalen, die kunnen worden toegevoerd aan de besturingsaansluitingen van de centrale besturingseenheid.

12. Dempingsinrichting volgens de conclusies 4 en 11, met het kenmerk dat de meetmiddelen rotatiemeetmiddelen, bijvoorbeeld een tacho- of Hall-generator, omvatten.