(57)【要約】本発明は特に、減衰機構内におけるピエゾスタック／アクチュエータと可動な物体との間の接続部が、物体の横断面がピエゾスタックの電気制御によって伸張するか、又は物体の通過開口の開口幅が可変であって、それによって、アブソーバケーシング内の収容された流体のための通過スペースの幅が規定されるように構成されている点にある。これによって、本発明の原理的に簡単な装置に基づいて、多くの実施例が考えられるが、基本的に特に簡単な装置によって、著しく改善されたリアクション時間及び、減衰特性の可変性が保証される、という利点が得られた。
2005530964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動な物体によって、ケーシング内における液体又はガスの通過を制御するための装置であって、
ケーシング内の液体のための通過スペースの変化が制御可能であって、しかも前記物体の少なくとも一部が伸張可能であり、
物体の横断面又は物体の一部の伸張がピエゾスタックによって制御可能となるように、ピエゾスタックが物体に機械的に接続されており、
ピエゾスタックが電気的なリード線による電気信号を介して作動可能ある、
ことを特徴とする、ピエゾアクチュエータによって衝撃を減衰するための装置。
【請求項２】
通過スペースがケーシングの内側と物体との間であるか、又は通過スペースが物体の一部である、請求項１記載の装置。
【請求項３】
物体がピストンの拡張部である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
物体が中空ダブルコーンである、請求項２記載の装置。
【請求項５】
リード線がピストンシャフト内に設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
ピエゾスタックが中空ダブルコーン内に設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
ピエゾスタックの端部がそれぞれ、中空ダブルコーンの上先端部と下先端部とに機械的に接続されている、請求項５記載の装置。
【請求項８】
ピエゾスタックが中空ダブルコーンの外側に設けられており、中空ダブルコーンと機械的に接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
物体が円筒形であって、少なくとも１つの可変な通過開口を有しており、この通過開口の開口幅がピエゾスタックによって制御可能である、請求項１又は２記載の装置。
【請求項１０】
ピエゾスタックが、予備荷重のかけられた付加的なケーシング内に設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
前記ケーシングが予備荷重のかけられた中空ダブルコーンである、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記ケーシングが予備荷重のかけられた管形ばねである、請求項１０記載の装置。
【請求項１３】
可動な物体によって、ケーシング内で液体又はガスの通過を制御するための方法であって、
電気的に作動させることによってピエゾスタックを伸張させ、
液体のための通過開口が変化せしめられるように、ピエゾスタックを物体に接続する、
ことを特徴とする、ピエゾアクチュエータによって衝撃を減衰するための方法。
【請求項１４】
ピエゾスタックを、予備荷重をかけた状態で保持し、それによって外部の衝撃及び／又は有害な引張応力に対して保護する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
物体の横断面を可変にする、請求項１３の方法。
【請求項１６】
物体内の通過開口の開放幅を可変にする、請求項１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変動する衝撃に適応する減衰機構に関する。
【０００２】
このような減衰機構は多くの技術分野において、変動する圧力衝撃が物体の材料強度に高い要求を課すような箇所に設けられている。このような箇所とは、車両又は飛行機における車輪、車両又は飛行機における座席又は座席受けパネル又はその他の、急激な加速にさらされる物体、例えば銃身若しくは砲身（Geschutzroehre)である。
【０００３】
繊細な積み荷の保護は、減衰機構によって基本的に次のように保証される、つまり、そうでなければ積み荷を負荷する力を減衰機構が吸収することによって保証される。
【０００４】
ショックアブソーバは大抵の場合、シリンダケーシングより成っており、このシリンダケーシングは、ピストンによって運動若しくは圧力にさらされる流体例えば液体又はガスによって満たされている。ピストンは、シリンダの主軸線に沿って上下運動し、シリンダケーシング内に収容された液体は、調節可能な通過スペース、例えばシリンダケーシングの内壁とピストンの外縁部との間のスペースを通過若しくは流過する。
【０００５】
減衰特性は、まず液体の粘性又は通過スペースの幅を調整することによって変えられる。このような方法はもっぱら組み合わせて実施される。それによって、アブソーバが所定の時間内でシリンダ内にどの程度侵入するかが規定される。
【０００６】
この場合、適応した減衰特性は、上記原理の非常に重要な拡大である。自動車のスポーツ的な利用における減衰は、例えば、自動車の通常利用の場合におけるよりも原則として強く設定する必要がある。
【０００７】
アブソーバの減衰特性を物体の運転中においても変えて、保護しようとする部分のために最適に調節する必要がある。高速時には種々異なる方向により高い密度の力が見込まれているので、電子制御式のアブソーバが使用される。何故ならばこの場合、リアクション時間が、純粋な液圧式の減衰調整よりも著しく迅速だからである。
【０００８】
走行道路のプロフィールが例えばセンサを介して検出され、この情報はまず車両の減衰を制御するために使用される。この場合、アブソーバは、最短時間（例えば数ｍｓ〜数１０μｓ以下の範囲）内で減衰を変えることができる状態にある。
【０００９】
アブソーバケーシング内での流体のための通過スペースの大きさの変化は、現在では２つの一般的なシステムによって可能である。
【００１０】
第１の方法は、電磁式のアブソーバ調節器（通過横断面を拡大するために種々異なる大きさで開放する一種の「磁石弁」）を用いて、減衰流体のための通過スペースの変化より成っている。
【００１１】
この方法若しくは装置においては、多くの減衰課題のために、長すぎる応答時間及びリアクション時間（これはさらにコイルの磁気化によって限定されている）が必要であるという欠点がある。
【００１２】
別の第２の方法によれば、減衰流体の粘性の変化は、一般的な液圧液体（例えばオイル）とは異なり、いわゆるエレクトロレオロジー的な（elektrorheologisch）若しくはマグネットレオロジー的な（magnetorheologisch）液体によって実現される。マグネットレオロジー的な液体の場合には、粘性変化が、磁界又は電界にさらされる漂遊する細かい磁石粒子の特性によって得られる。この場合、ピストンの通過スペースにおける磁界は、ダイポールが磁界線に沿って形成され、液体の粘性を大きさの程度で約１だけ高めるような形式で、ガイドされるようになっている。このプロセスは逆転可能であり、この場合、リアクション時間はミリ秒の範囲であってよい。これによって、通過スペースを通る流体の通過は、粘性の大きさの程度１の範囲内でコントロールされる。
【００１３】
この方法における欠点は、特に流体粘性の温度依存性、流体の高価な費用、粒子による絞り開口の摩耗、及び長時間に亘る機械停止時間において粒子が沈殿する危険性が挙げられる。
【００１４】
そこで本発明の課題は、リアクション時間が著しく迅速であって、種々異なる衝撃時において最適な減衰が得られるような衝撃減衰機構を提供することである。
【００１５】
この課題は請求項１に記載した特徴によって解決された。有利な実施態様は従属請求項に記載されている。
【００１６】
本発明は主として、ピエゾスタック／アクチュエータと可動な物体との間の接続部が、物体の横断面がピエゾスタックの電気制御によって伸張するか、又は物体の通過開口の開口幅が変えられ、それによって、アブソーバケーシング内に収容された流体のための通過スペースの幅が規定されるように、構成した点にある。
【００１７】
これによって、本発明の原理的に簡単な装置に基づいて多くの実施例が考えられるが、基本的に特に簡単な装置を用いて、減衰特性が著しく改善されたリアクション時間及び変化可能性が保証される。
【００１８】
減衰機構内における液体流をコントロールするための本発明による装置においては、ピストンとアブソーバケーシングの内側との間の流体の通過は、電圧をピエゾアクチュエータに印加することによってピストンの横断面寸法又は物体の部分伸張を規定することによって制御される。
【００１９】
この場合、ピエゾアクチュエータは、ピストンと直接機械的に接続されている。
【００２０】
ピエゾアクチュエータは、本発明の有利な実施態様では、横断面調整が行われるピストンのスペース内に収容されている。
【００２１】
基本的には、例えばピストンの伸張時に液体の妨害となる物体は、中空ダブルコーンであれば有利である。この場合、中空ダブルコーンの最大横断面は、中空ダブルコーンの上半部と下半部との間である。
【００２２】
液体の妨害となる物体は選択的に円筒形であってもよいが、この場合、物体は少なくとも１つの可変な通過開口を有している。
【００２３】
可動な物体によってケーシング内の液体又はガスのための通過開口を制御するための方法において、ピエゾスタックは、液体のための通過開口が可変であるように、物体と接続されている。
【００２４】
物体の横断面又は物体の通過開口の１つ又は複数の開口幅は、自動的に変化するようになっている。
【００２５】
本発明の特に重要な実施態様によれば、ピエゾスタックは予備荷重（プレストレス；Vorspannung）をかけた状態で保持されていて、それによって外部の衝撃及び有害な引張応力に対して保護されている。予備荷重は、ピエゾスタックが予備荷重のかけられた中空ダブルコーン内で又は予備荷重のかけられた管状ばね内に設けられることによって、得られる。
【００２６】
発明の詳細な説明及びその他の利点は、図面に示されていて、以下に実施例に詳しく説明されている。
【００２７】
図１は、ダブルコーン形ピストンの横断面が変化可能である適応型ショックアブソーバの原理図、
図２は、組み込まれたピエゾスタックと電気接続部を備えた、図１に示したショックアブソーバ、
図３は、ピエゾアクチュエータがピストンシャフト内に組み込まれていて、ダブルコーン形ピストンの横断面が円錐形によって変えられるようになっており、横断面の最大伸張が最小電圧によって得られるようになっている、図２に記載したショックアブソーバ、
図４は、横断面の最大伸張が最大電圧によって得られる、図３に示したショックアブソーバ、
図５は、ピエゾアクチュエータによってコントロール可能な２つの通過開口を備えた円筒形のピストンを有する、図４に示したショックアブソーバである。
【００２８】
図６は、図５に示した通過開口をコントロールするための装置を示す図である。
【００２９】
図１には、ショックアブソーバの基本的な実施例が示されている。この場合、ピストンケーシングの壁厚は符号Ａで示されており、ピストン自体は符号Ｂ、ケーシング内のオイルは符号Ｃ、ダブルコーン形ピストン若しくはその横断面の変化は符号Ｄで示されている。ピストンの運動方向は矢印Ｅで示されている。
【００３０】
図２には、通過開口の横断面変化の原理に基づく適応型ショックアブソーバが示されており、この場合、この変化実施例は、電磁式の弁によって実施されるのではなく、特にこのために適したピエゾスタックの変形によって実施される。この場合、ピエゾスタックは、多数のピエゾセラミックの層より成っている。ピエゾスタック若しくはピエゾセラミックの層に電圧を印加すると、ピエゾセラミックの層の高さは伸張する。この伸張は、その他の層によって広がり、それによってピエゾスタック全体が伸張する。ピエゾスタックと横断面調整器との間の接続によって、通過開口の変化が可能である。
【００３１】
ピストン２は中空ダブルコーン１として、つまり互いに突き合わされた２つのコーン（円錐形）３及び３′より構成されていて、広げられている。この場合、各コーン３，３′の周壁ラインが各コーンの底面で互いに接続されている。この場合、コーン３及び３′は、箇所４又は８で互いに溶接されている。ダブルコーン１内には、ピエゾスタック５がダブルコーン軸線に沿って組み込まれていて、ピエゾスタック５の端部が、ケーシングの縦軸線方向でコーン先端６及び６′に結合されている。リード線７を介して電圧若しくは電流が印加されると、ピエゾスタック５は伸張し、それによってコーン先端６はダブルコーン軸線に沿って互いに離れる方向に移動して、アブソーバピストンのシール面を形成するダブルコーンの最大直径が縮小し、より多量の流体９がピストン２に沿って流過し、それによって、より低下した減衰が得られる。
【００３２】
この場合、ピエゾスタックは電気的に作動せしめられると一方向でのみ伸張する。例えば車両が特に凸凹の多いオフロード走行中に発生する引張応力は、ピエゾスタックに有害な影響を及ぼす。このような有害な、例えば損傷を生ぜしめる衝撃に対してピエゾスタックを保護するために、有利には、ピエゾスタックは管状ばね（図示していない）内に組み込まれていて、このばねによって永久的な圧縮応力下で保持されるようになっている。ダブルコーン６が溶接によって予備荷重がかけられている場合、選択的に、管状ばねの機能がピエゾアクチュエータを保護するために使用され、この保護機能はダブルコーンによって引き受けられる。
【００３３】
ダブルコーン形ピストン１の弾性をできるだけ高くするために、コーンの壁厚は薄く形成されている。このような手段によって、ピストンケーシングの直径にも左右される、ピストン横断面の最大伸張が可能である。勿論、このような手段によって損なわれた形状安定性を補償するために、有利な形式で、コーン先端６′とシール面（つまり最大横断面変化４又は８の位置）との間の円錐形面は、圧刻成形されたリブ又は押し込み変形部、溶接されたロッド又はその他の材料補強部（例えば傘の骨のような）によって、ダブルコーン６の両側又は片側が補強される。ダブルコーンの材料は、剛性、コスト、厚さ及び／又は重量に応じて選択することができる。この場合、ダブルコーンは、例えば金属又は、繊維強化されたプラスチックより成っていてよい。
【００３４】
ダブルコーン６の最大横断面の周囲は有利には円形に構成されている。何故ならば特にダブルコーン６の円形横断面が最適に変えることができるからである。別の横断面形状では最適に変えることはできない。
【００３５】
ダブルコーンの高さと直径との比の選択は、制御されたピエゾスタック／アクチュエータにおける減衰に対する、無電圧のピエゾスタック／アクチュエータにおける減衰の比を規定する。変化比は、ピストンケーシングの絶対的な直径の選択によって、及びシリンダの内径とピストンの外径との間の差によっても制御される。
【００３６】
図３には、ピエゾスタック５ａが、有利にはショックアブソーバ２ａのケーシング内で、かつ中空ダブルコーン６ａの外側に収容されている、図２の原理図が示されている。
【００３７】
この実施例では、ダブルコーン横断面の最大伸張は、非作業位置でつまり電気的な作動が行われない状態で、ピエゾアクチュエータ５ａによって、ピエゾスタックに接続されたロッド５ａ′を介して得られる。これによって最大減衰が得られる。
【００３８】
図４ａには、図３とは異なる形式で、最大減衰がピエゾスタック５ｂの変位によって得られ、最小減衰がピエゾスタックの非作業位置によって得られる。非作業位置、つまりピエゾスタックの電気的な作動が行われない場合、ダブルコーン１３の下側の先端がピエゾスタックから離れる方向に引っ張られるか若しくはスライドせしめられる。これによって、ダブルコーンのより小さい横断面が保証される。リード線７を介して電気的に作動されることによってピエゾスタックが変位すると、ピエゾスタックはその後ろに配置されたストリップ１１ａ及び１１ｂ（図４ｂ参照）によって、ピストンシャフト２の方向に引き上げられる。ピエゾスタックの力の導入は、円錐形部１２を介して行われる。これによって、ダブルコーン横断面の伸張（これによってより低い減衰が得られる）が可能である。
【００３９】
図５には、ダブルコーン形状の代わりに、円形のシリンダが使用されており、このシリンダにおいては外径寸法ｄがアブソーバケーシングの内壁まで達しているが、シリンダはピストン軸線に対して垂直に通過開口１ａ，１ｂを有している。この通過開口１ａ，１ｂは、スライダフレーム２ａ及びひいては、ピエゾアクチュエータによって制御可能なスライダ２ｂによって開閉可能である。ピエゾアクチュエータへの給電は、例えばピストン４内に設けられた接続ライン３を介して行われる。
【００４０】
図６には、図５により実施例で使用されたスライダ機構が示されている。この場合、ピエゾアクチュエータ１はピストン軸線に対して垂直に延びていて、電気的な作動によって及びひいては伸張によって、スライダフレーム３をしゅう動させ、このしゅう動は、スライダ２によって、図５に示した通過開口の横断面を変化させる。この場合、スライダフレームは有利な形式で平行四辺形又は菱形に構成されており、この場合、スライダフレーム３の縁部間の可動な接続部４は、スライダ２の互いに接近運動及び分離運動を可能にする。
【００４１】
通過開口の制御は基本的に、センサを備えた接続部によって得られる。このセンサは適した電気信号を本発明による減衰機構のピエゾスタックに送信する。この場合、信号はまず評価ユニットによって処理される。この評価ユニットは典型的な形式でプロセッサ、メモリー及び記憶されたプログラム製品を有している。
【００４２】
この場合、例えば車両の前の地形がセンサによって検出され、車両が丁度障害物上を走行する時点でピエゾスタックの作動が行われるように、車両速度と関連付けられる。この形式の別の実施態様は、乱流内を飛行中の飛行機のためにも有利である。
【００４３】
本発明のその他の実施態様によれば、減衰特性の手動による干渉が可能である。この可能性は、オフロード又はアウトバーン（高速道路）区間のためにも有利である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】ダブルコーン形ピストンの横断面が変化可能である適応型ショックアブソーバの原理図である。
【図２】組み込まれたピエゾスタックと電気接続部を備えた、図１に示したショックアブソーバの概略図である。
【図３】ピエゾアクチュエータがピストンシャフト内に組み込まれていて、ダブルコーン形ピストンの横断面が円錐形によって変えられるようになっており、横断面の最大伸張が最小電圧によって得られるようになっている、図２に記載したショックアブソーバの概略図である。
【図４】横断面の最大伸張が最大電圧によって得られる、図３に示したショックアブソーバの概略図である。
【図５】ピエゾアクチュエータによってコントロール可能な２つの通過開口を備えた円筒形のピストンを有する、図４に示したショックアブソーバの概略図である。
【図６】図５に示した通過開口をコントロールするための装置の概略図である。
【図１】
2005530964.tif 000003
【図２】
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【図３】
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2005530964.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
2005530964.tif 000009
2005530964.tif 000010
2005530964.tif 000011
2005530964.tif 000012