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DE10104524A1 - Adjustment device has magnetic element(s) whose magnetic field strength is adjusted to set distance between bearer and counter elements via ferrous fluid of shape defined by magnetic field - Google Patents

Adjustment device has magnetic element(s) whose magnetic field strength is adjusted to set distance between bearer and counter elements via ferrous fluid of shape defined by magnetic field

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Publication number
DE10104524A1
DE10104524A1 DE2001104524 DE10104524A DE10104524A1 DE 10104524 A1 DE10104524 A1 DE 10104524A1 DE 2001104524 DE2001104524 DE 2001104524 DE 10104524 A DE10104524 A DE 10104524A DE 10104524 A1 DE10104524 A1 DE 10104524A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
magnetic field
adjusting device
ferrofluid
counter
magnetic
Prior art date
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Ceased
Application number
DE2001104524
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German (de)
Inventor
Viktor Dirks
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schuessler & Co KG GmbH
Original Assignee
Schuessler & Co KG GmbH
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Publication date
Application filed by Schuessler & Co KG GmbH filed Critical Schuessler & Co KG GmbH
Priority to DE2001104524 priority Critical patent/DE10104524A1/en
Publication of DE10104524A1 publication Critical patent/DE10104524A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F6/00Magnetic springs; Fluid magnetic springs, i.e. magnetic spring combined with a fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32Details
    • F16F9/53Means for adjusting damping characteristics by varying fluid viscosity, e.g. electromagnetically
    • F16F9/535Magnetorheological [MR] fluid dampers
    • GPHYSICS
    • G12INSTRUMENT DETAILS
    • G12BCONSTRUCTIONAL DETAILS OF INSTRUMENTS, OR COMPARABLE DETAILS OF OTHER APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

The device has a ferrous fluid (3) arranged between the bearer element (1) and the counter element (2) as the displacement element whose outer shape is defined by the magnetic field lines of at least one magnetic element (4). The magnetic field strength of the magnetic element(s) is adjusted to set the distance between the bearer and counter elements. Independent claims are also included for the following: a bearing for low friction deflection of a body mounted on a counter element and a multidimensional adjuster with at least two orthogonal inventive devices.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.The invention relates to an adjusting device according to the upper Concept of claim 1.

Verstellvorrichtungen zur mikrogenauen Einstellung eines Ab­ standes zwischen einem Trägerelement und einem dazu beweglich gelagerten Gegenelement sind in verschiedenen Ausführungsfor­ men bekannt. Beispielsweise ermöglicht ein elektronisch ge­ steuerter Servomotor mit Spindelantrieb eine sehr präzise Po­ sitionseinstellung. Bekannt sind aber auch andere mechanische Verstellvorrichtungen mit optischen Regelmechanismen, die eine exakte Distanzeinstellung zwischen zwei Gegenständen erlauben. Je genauer dabei die Positionierung sein soll, desto aufwendi­ ger sind in der Regel die erforderlichen Mess- und Regelungs­ gerätschaften, was wiederum zu hohen Investitionkosten bei solchen Verstellvorrichtungen führt.Adjustment devices for micro-precise adjustment of an Ab stood between a support element and a movable stored counter element are in different execution men known. For example, an electronically ge controlled servo motor with spindle drive a very precise bottom sitionseinstellung. However, other mechanical ones are also known Adjustment devices with optical control mechanisms, the one allow exact distance setting between two objects. The more precise the positioning should be, the more complex As a rule, the necessary measurement and control are required equipment, which in turn contributes to high investment costs leads such adjustment devices.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei mög­ lichst einfacher Konstruktion und möglichst geringem reglungs­ technischen Aufwand, eine hochpräzise Positionierbarkeit er­ möglicht.The invention has for its object a Verstellvor to create direction of the type mentioned, which is possible with as simple as possible construction and as little regulation as possible technical effort, a high-precision positionability made possible.

Diese Aufgabe ist mit einer Verstellvorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genann­ ten Merkmale gelöst.This task is with an adjustment device of the beginning mentioned type by the in the characterizing part of claim 1 characteristics solved.

Nach der Erfindung ist also vorgesehen, die magnetischen Ei­ genschaften eines Ferrofluids in der Weise zu nutzen, dass durch Veränderung eines anliegenden Magnetfelds die äussere Form des Ferrofluids beeinflusst wird und damit das Ferrofluid wie ein Stellglied auf den Abstand zwischen zwei Elementen wirkt. Beispielsweise beim Auseinanderbewegen der beiden Ele­ mente verändert das Ferrofluid seine Form von einem ver­ gleichsweise flachen zu einem etwas runderen Tropfen. Das be­ stehende Kräftgleichgewicht bei stationärer Ruhelage der Vor­ richtung wird also durch die Veränderung des Magnetfelds ge­ stört, und zwar derart, dass das Ferrofluid ein neues Kräfte­ gleichgewicht zwischen der Magnetfeldstärke, der Schwerkraft und den Oberflächenspannungskräften einzustellen versucht. Da­ bei verformt sich das Ferrofluid in Abhängigkeit vom Magnet­ feld und übt Kräfte gegen die zueinander zu verstellenden Ele­ mente aus. Je nach dem wie groß der verwendete Ferrofluidtrop­ fen ist, ergibt sich eine entsprechende Kraftwirkung.According to the invention it is therefore provided the magnetic egg properties of a ferrofluid in such a way that by changing an applied magnetic field, the outer  Shape of the ferrofluid is influenced and thus the ferrofluid like an actuator on the distance between two elements acts. For example, when moving the two ele ment, the ferrofluid changes its shape from a ver equally flat to a somewhat rounder drop. That be standing equilibrium of forces in the stationary rest position of the front Direction is ge by changing the magnetic field disturbing, and in such a way that the ferrofluid a new forces balance between magnetic field strength, gravity and tried to adjust the surface tension forces. because at deforms the ferrofluid depending on the magnet field and exerts forces against the elements to be adjusted relative to one another mentions. Depending on the size of the ferrofluid droplet used fen, there is a corresponding force effect.

Das Ferrofluid besteht aus einer Öl-Magnetit-Emulsion mit etwa 20 bis 50 nm großen Eisenoxyd-Partikeln. Für eine bessere Lös­ lichkeit und zum Verhindern von Verklumpungen der Partikel sind diese vorteilhaft mit einer Hülle aus löslichkeitsver­ bessernden Molekülen (beispielsweise Tenside) umgeben.The ferrofluid consists of an oil magnetite emulsion with approximately 20 to 50 nm iron oxide particles. For a better solution and to prevent clumping of the particles these are advantageous with a cover made of solubility improving molecules (e.g. surfactants).

Für den Fall, dass das Ferrofluid mit seiner Umgebung nicht in Wechselwirkung treten soll bzw. darf (beispielsweise in der Medizintechnik) ist vorgesehen, das Fluid in einer vorzugswei­ se aus Kunststoff bestehenden elastische Blase aufzubewahren, was aber an der prinzipiellen Formbeeinflussbarkeit durch das Magnetfeld nichts ändert.In the event that the ferrofluid is not in contact with its surroundings Interaction should or may occur (for example in the Medical technology) is provided, the fluid in a preferential way keep the elastic bladder made of plastic, but what about the basic form influence by the Magnetic field doesn't change anything.

Um die Wirkung des bzw. der eingesetzten magnetisch wirksamen Elemente sowenig wie möglich zu beeinträchtigen, ist vorteil­ haft vorgesehen, dass sowohl das Trägerelement als auch das Gegenelement aus unmagnetischem Material gebildet sind. To the effect of the magnetically effective It is advantageous to impair elements as little as possible provided that both the carrier element and the Counter element are formed from non-magnetic material.  

In Fällen, in denen die Verstellvorrichtung nur kurzzeitig in Betrieb ist, kann es sinnvoll sein, das magnetisch wirksame Element als Spule auszubilden, d. h., dass nur im Betriebs­ zustand ein Magnetfeld vorhanden ist, dessen Stärke zur Fest­ legung des Abstandes zwischen den Elementen durch Variation der elektrischen Eingangsgrößen an der Spule eingestellt wird.In cases where the adjustment device is only in for a short time Operation, it may be useful to be magnetically effective Form element as a coil, d. that is, only in operation condition there is a magnetic field, the strength of which is fixed laying the distance between the elements by variation of the electrical input variables is set on the coil.

Bei länger andauernden Anwendungsfällen ist dagegen zur Erzeu­ gung eines stationären Magnetfelds neben der elektrischen Spu­ le ein Dauermagnet vorgesehen, wodurch dem Ferrofluid dauernd eine bestimmte äußere Form aufprägt wird. Durch Hinzuschaltung der Spule ergibt sich eine Änderung des Magnetfelds und damit letztlich eine Änderung des Abstands zwischen den beiden Elementen.In the case of longer-lasting use cases, on the other hand, is generated a stationary magnetic field next to the electrical spu le a permanent magnet is provided, making the ferrofluid permanent a certain external shape is imprinted. By connecting the coil results in a change in the magnetic field and thus ultimately a change in the distance between the two Elements.

Alternativ ist es auch möglich, das Magnetfeld ausschließlich mit Dauermagneten zu erzeugen und durch räumliche Verschiebung der Magneten die Magnetfeldstärke am Ort des Ferrofluids zu variieren. In diesem Fall wird also durch Verschieben minde­ stens eines Dauermagneten der Abstand zwischen den beiden Ele­ menten eingestellt.Alternatively, it is also possible to use the magnetic field exclusively to generate with permanent magnets and by spatial displacement the magnetic field strength at the location of the ferrofluid vary. In this case, moving the least one permanent magnet the distance between the two ele ment set.

Um die Verstellvorrichtung gegenüber möglichen Umwelteinflüs­ sen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit etc.) weitestgehend unabhän­ gig zu halten, ist vorgesehen, beidseitig des beweglich gela­ gerten Gegenelements Ferrofluidtropfen, Trägerelemente und magnetisch wirksame Elemente anzuordnen. Das Gegenelement ist somit beidseitig gewissermaßen in ein Ferrofluidlager einge­ spannt, d. h. seine räumliche Lage kann sich nur dann ändern, wenn sich die magnetischen Verhältnisse ändern. Diese Ausfüh­ rungsform, die später noch genauer erläutert wird, schließt also insbesondere durch ihre beidseitige Lagerung eine ungewollte Verstellung des Gegenelements aufgrund sich ändernder Umweltbedingungen aus.To the adjustment device against possible environmental influences (temperature, humidity, etc.) largely independent gig is intended to hold on both sides of the movable gela counter element ferrofluid drops, carrier elements and arrange magnetically effective elements. The counter element is thus, as it were, inserted into a ferrofluid bearing on both sides spans, d. H. its spatial position can only change when the magnetic conditions change. This execution form, which will be explained in more detail later, closes an unwanted one, especially due to their double-sided mounting  Adjustment of the counter element due to changing Environmental conditions.

Das Verstellelement ist aber auch als Lager für kleine, rei­ bungsarme Auslenkungen eines aufgelagerten Körpers geeignet, der aus mehreren, mindestens eine Auflagefläche definierenden Verstellvorrichtungen besteht, was noch näher erläutert wird.The adjustment element is also a bearing for small, rei suitable low-deflection deflections of a supported body, that of several, defining at least one contact surface Adjustment devices exist, which will be explained in more detail.

Ferner ist noch eine mehrdimensional wirksame Verstellvorrich­ tung vorgesehen, die aus mindestens zwei zueinander orthogonal angeordneten Verstellvorrichtungen der beschriebenen Art be­ steht, was ebenfalls später noch genauer erläutert wird.There is also a multi-dimensionally effective adjustment device device provided that consist of at least two mutually orthogonal arranged adjustment devices of the type described be stands, which will also be explained in more detail later.

Die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung sowie ihre vorteil­ haften Weiterbildungen nach den abhängigen Ansprüchen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von mehreren Ausführungsbeispielen erläutert.The adjustment device according to the invention and its advantage are liable for further training according to the dependent claims below based on the graphic representation of several Exemplary embodiments explained.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 in Seitenansicht einen Ferrofluidtropfen im Magnet­ feld; Figure 1 is a side view of a ferrofluid drop in the magnetic field.

Fig. 2 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Ver­ stellvorrichtung mit einem Dauermagneten und einer Spule; Fig. 2 in side view and partly in section, the adjusting device with a permanent magnet and a coil;

Fig. 3 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt die Ver­ stellvorrichtung mit einem beidseitig gelagerten Gegenelement; Fig. 3 in side view and partially in section, the Ver adjusting device with a counter element mounted on both sides;

Fig. 4 in Seitenansicht eine als Gleitlager ausgebildete Verstellvorrichtung; Fig. 4 is a side view of a sliding bearing designed as adjustment device;

Fig. 5 perspektivisch ein aus drei Verstellvorrichtungen bestehendes Mehrfachsystem und Fig. 5 a perspective view of a three-adjusting multiple system, and

Fig. 6 perspektivisch eine weitere Ausführungsform eines Mehrfachsystems. Fig. 6 shows in perspective a further embodiment of a multiple system.

In Fig. 1 ist zunächst zur Veranschaulichung einer typischen Magnetfeldsituation die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung mit einem Ferrofluidtropfen 3, aber ohne Gegenelement 2 darge­ stellt. Die angedeutet dargestellten Magnetfeldlinien durch­ dringen den auf dem Trägerelement 1 aufliegenden und vom Dau­ ermagneten 4 angezogenen Ferrofluidtropfen 3 und bestimmen dessen äußere geometrische Form.In FIG. 1, the adjusting device according to the invention with a ferrofluid drop 3 , but without a counter element 2, is first of all to illustrate a typical magnetic field situation. The indicated magnetic field lines penetrate the ferrofluid droplet 3 lying on the carrier element 1 and attracted by the permanent magnet 4 and determine its outer geometric shape.

In Fig. 2 ist nun die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung zur mikrogenauen Einstellung eines Abstandes zwischen einem sta­ tionären Trägerelement 1 und dem dazu beweglich gelagerten Ge­ genelement 2 dargestellt. Für diese Vorrichtung ist wesent­ lich, dass zwischen dem Trägerelement 1 und dem Gegenelement 2 ein Ferrofluid 3 als Verstellelement angeordnet ist, dessen äussere Form von Magnetfeldlinien mindestens eines magnetisch wirksamen und benachbart zum Ferrofluid 3 angeordneten Ele­ ments 4 definiert ist, wobei zur Einstellung des Abstandes zwischen dem Trägerelement 1 und dem Gegenelement 2 die Mag­ netfeldstärke des mindestens einen magnetisch wirksamen Ele­ ments 4 einstellbar ist.In Fig. 2, the adjustment device according to the invention for micro-precise adjustment of a distance between a sta tionary carrier element 1 and the Ge gene element 2 movably mounted thereto is shown. It is essential for this device that a ferrofluid 3 is arranged as an adjusting element between the carrier element 1 and the counter element 2 , the outer shape of which is defined by magnetic field lines of at least one magnetically effective element 4 arranged adjacent to the ferrofluid 3 , with adjustment of the distance between the carrier element 1 and the counter element 2, the magnetic field strength of the at least one magnetically active element 4 is adjustable.

Das mindestens eine magnetisch wirksame Element 4 besteht im dargestellten Fall aus einer (schematisch angedeuteten) elek­ trischen Spule 5 und einem Dauermagneten 6. Letzterer defi­ niert bei ausgeschalteter Spule gewissermaßen die Grundform des Ferrofluidtropfens 3. Mit der Spule 5 wird das Magnetfeld des Dauermagneten 6 derart beeinflußt, dass sich aufgrund der Verformung des Ferrofluids das Gegenelement 2 wahlweise hebt oder senkt, d. h. auf diese Weise ändert sich der Abstand zwi­ schen dem Trägerelement 1 und dem Gegenelement 2. Man erhält also eine sehr genau regelbare Verstellvorrichtung, mit der man durch die Änderung der Spulenspannung (bzw. des Spulen­ stroms) den Abstand zwischen zwei Flächen innerhalb von eini­ gen Millisekunden (abhängig von der Viskosität des Ferro­ fluids) mit einer sehr hohen Auflösung einstellen kann (Ge­ nauigkeiten von kleiner 1 nm sind möglich). Zur Verstärkung ihrer magnetischen Wirkung umschließt die Spule 5 einen mit dem Dauermagneten 6 in Verbindung stehenden Eisenkern 11.The at least one magnetically active element 4 consists in the illustrated case of a (schematically indicated) elec trical coil 5 and a permanent magnet 6th The latter defines the basic shape of the ferrofluid drop 3 to a certain extent when the coil is switched off. With the coil 5 , the magnetic field of the permanent magnet 6 is influenced in such a way that, due to the deformation of the ferrofluid, the counter element 2 is either raised or lowered, ie the distance between the carrier element 1 and the counter element 2 changes in this way. You get a very precisely adjustable adjustment device, with which you can adjust the distance between two surfaces within a few milliseconds (depending on the viscosity of the ferro fluid) by changing the coil voltage (or the coil current) with a very high resolution (Accuracies of less than 1 nm are possible). To increase its magnetic effect, the coil 5 encloses an iron core 11 which is connected to the permanent magnet 6 .

Statt der Verwendung einer elektrischen Spule ist aber ebenso gut der Einsatz beispielsweise zweier Dauermagneten 6 vor­ stellbar, deren gemeinsames Magnetfeld durch Änderung der ge­ genseitigen räumlichen Zuordnung variiert werden kann, was keiner besonderen Darstellung bedarf.Instead of using an electrical coil, however, the use of two permanent magnets 6 , for example, can also be set, the common magnetic field of which can be varied by changing the mutual spatial assignment, which does not require any special illustration.

Um die magnetische Wirkung der magnetisch wirksamen Elemente 4, seien es nun Spule 5 oder Dauermagnet 6, möglichst optimal auszunutzen, ist vorteilhaft vorgesehen, dass sowohl das Trä­ gerelement 1 als auch das Gegenelement 2 aus unmagnetischem Material, bspw. Kunststoff, gebildet sind.In order to optimally utilize the magnetic effect of the magnetically active elements 4 , be it coil 5 or permanent magnet 6 , it is advantageously provided that both the carrier element 1 and the counter element 2 are formed from non-magnetic material, for example plastic.

Bezüglich des Ferrofluids 3 ist vorteilhaft vorgesehen, dass dieses aus einer Öl-Magnetit-Emulsion besteht, wobei die mag­ netisch wirksamen Eisenoxydpartikel von löslichkeitsfördernden Molekülen (vorzugsweise Tenside) umschlossen sind, damit es innerhalb des Öls nicht zu Verklumpungen oder Ausfällen kommt.With regard to the ferrofluid 3, it is advantageously provided that it consists of an oil-magnetite emulsion, the magnetically active iron oxide particles being surrounded by solubility-promoting molecules (preferably surfactants), so that there are no clumps or failures within the oil.

Bei Anwendungsfällen, bei denen das Ferrofluid 3 auf keinen Fall mit der Umgebung in Wechselwirkung treten darf (bei­ spielsweise bei Anwendungen in der Medizin- oder Biotechnik), ist vorgesehen (nicht dargestellt), das Ferrofluid 3 mit einer elastischen Blase zu umschließen. In applications in which the ferrofluid 3 must under no circumstances interact with the environment (for example in applications in medical or biotechnology), it is intended (not shown) to enclose the ferrofluid 3 with an elastic bubble.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der beidseitig des beweglich gelagerten Gegenelements 2 Ferro­ fluid 3, Trägerelemente 1 und magnetisch wirksame Elemente 4 angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist, wie erläutert, be­ sonders bei sich ändernden äußeren Bedingungen zur präzisen Verstellung des Gegenelements 2 geeignet, da sich Randbedin­ gungen wie Temperatur oder Luftdruck gleichmäßig auf das Ge­ samtsystem auswirken und insofern bedeutungslos sind.In Fig. 3 a further embodiment is shown in which both sides of the movably mounted mating member 2 ferrofluid 3, are arranged carrier elements 1 and magnetically active elements 4. This embodiment is, as explained, be particularly suitable in the event of changing external conditions for the precise adjustment of the counter element 2 , since boundary conditions such as temperature or air pressure have a uniform effect on the entire system and are insignificant in this respect.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Verstellvorrichtung ge­ zeigt, bei der es neben der in diesem Fall weniger relevanten Abstandseinstellung insbesondere darum geht, beispielsweise einen auf dem Gegenelement 2 gelagerten Körper praktisch haft­ reibungsfrei verschieben zu können. Die Ferrofluidtropfen 3 werden durch die Dauermagneten 6 in Position gehalten, während das Gegenelement lediglich von einem geringen, durch die Vis­ kosität des Fluids hervorgerufenen Fließwiderstand in seiner horizontalen Bewegung gehemmt ist. Die erfindungsgemäße Vor­ richtung ist also auch als reibungsarme bzw. praktisch rei­ bungsfreie Lagerung geeignet.In Fig. 4 an embodiment of the adjusting device is shown, in which, in addition to the less relevant distance setting in this case, it is particularly a question of, for example, being able to move a body mounted on the counter element 2 practically without friction. The ferrofluid droplets 3 are held in position by the permanent magnets 6 , while the counter element is only inhibited in its horizontal movement by a low flow resistance caused by the viscosity of the fluid. The device according to the invention is therefore also suitable as low-friction or practically frictionless storage.

Von besonderer Bedeutung ist die Anwendung in einem Mehrfach­ system mit mehreren, vorzugsweise zwei oder drei Verstellvor­ richtungen, mit denen ein Körper in mindestens zwei Richtungen exakt verschoben werden kann. Fig. 5 zeigt ein solches Mehr­ fachsystem, das aus insgesamt drei Verstellvorrichtungen ge­ bildet ist, wobei zwei dazu dienen, eine Arbeitsfläche 8 in X- und Y-Richtung zu verschieben, und eine dritte Verstellvor­ richtung einen Greifer 9 in Z-Richtung variieren kann. Mit einer solchen Vorrichtung können kleinste Montagevorgänge vor­ genommen werden. Of particular importance is the application in a multiple system with several, preferably two or three Verstellvor directions with which a body can be moved exactly in at least two directions. Fig. 5 shows such a multi-compartment system, which is formed from a total of three adjusting devices, two serving to move a work surface 8 in the X and Y directions, and a third adjusting device a gripper 9 can vary in the Z direction , With such a device, the smallest assembly operations can be carried out.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 zeigt alternativ dazu ein mit dem Bezugszeichen 10 versehenes Element, das im wesentlichen aus drei zueinander orthogonalen Angriffsebenen besteht, an denen jeweils zu beiden Seiten eine oder auch zwei Verstell­ vorrichtung 7 angeordnet sind. Man erkennt in Fig. 6 das je­ weils mit dem Element 10 in Verbindung stehende Ferrofluid 3, den runden Dauermagneten 6, der das Ferrofluid 3 in Form hält, und die Spule 5, die über einen Eisenkern 11 das Magnetfeld im Bereich des Ferrofluids 3 variiert. Durch Änderung der Span­ nung an einer Spule wird das Element 10 ohne von den anderen Verstellvorrichtungen 7 daran gehindert zu werden (reibungs­ freie Verschiebung ist, wie zu Fig. 4 erläutert, möglich), in die vorgesehene Richtung verschoben. Das Element 10 ist somit in alle drei Raumrichtungen frei verschieblich gelagert und zwar mit der Möglichkeit, die gewünschte Verschiebung hoch­ exakt einstellen zu können. Das dafür erforderliche Regelgerät besteht dabei im wesentlichen aus einer genau einstellbaren Strom- bzw. Spannungsquelle und geeigneten Sensoren, die den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Änderung des Stroms bzw. der Spannung und der Formänderungen des Fluidtropfens 3 in der Weise erfassen können, dass sich eine reproduzierbare Verstellung des Gegenelements 2 ergibt. The embodiment of FIG. 6 alternatively shows an element provided with the reference numeral 10 , which consists essentially of three mutually orthogonal attack planes, on each of which one or two adjusting device 7 are arranged on both sides. It can be seen in Fig. 6, each weils standing with the element 10 in connection ferrofluid 3, the circular permanent magnet 6, which stops in the form of the ferrofluid 3 and the coil 5 that varies over an iron core 11, the magnetic field in the region of the ferrofluid 3 , By changing the voltage on a coil, the element 10 is shifted in the intended direction without being prevented by the other adjusting devices 7 (friction-free displacement is possible, as explained in relation to FIG. 4). The element 10 is thus freely displaceable in all three spatial directions, with the possibility of being able to set the desired displacement with high precision. The control device required for this essentially consists of a precisely adjustable current or voltage source and suitable sensors which can detect the non-linear relationship between the change in current or voltage and the change in shape of the fluid drop 3 in such a way that a reproducible Adjustment of the counter element 2 results.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Trägerelement
support element

22

Gegenelement
counter-element

33

Ferrofluid
ferrofluid

44

magnetisch wirksames Element
magnetically active element

55

elektrische Spule
electric coil

66

Dauermagnet
permanent magnet

77

Verstellvorrichtung
adjustment

88th

Arbeitsfläche
working surface

99

Greifer
grab

1010

Element
element

1111

Eisenkern
iron core

Claims (13)

1. Verstellvorrichtung zur mikrogenauen Einstellung eines Ab­ standes zwischen einem Trägerelement (1) und einem dazu beweglich gelagerten Gegenelement (2), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Trägerelement (1) und dem Gegenelement (2) ein Ferrofluid (3) als Verstellelement angeordnet ist, dessen äussere Form von Magnetfeldlinien mindestens eines magnetisch wirksamen und benachbart zum Ferrofluid (3) an­ geordneten Elements (4) definiert ist, wobei zur Einstel­ lung des Abstandes zwischen dem Trägerelement (1) und dem Gegenelement (2) die Magnetfeldstärke des mindestens einen magnetisch wirksamen Elements (4) einstellbar ist.1. Adjusting device for micro accurate adjustment of a From prior between a support element (1) and a thereto mounted movably counter-element (2), characterized in that a ferro-fluid (3) is arranged as adjusting element between the carrier element (1) and the counter-element (2) whose outer shape of the magnetic field lines of at least one active magnetic and adjacent to the ferrofluid (3) parent element (4) is defined, wherein the SET of the distance between the carrier element (1) and the counter-element (2) averaging the magnetic field strength of the at least one magnetically effective element ( 4 ) is adjustable. 2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Trägerelement (1) als auch das Gegenelement (2) aus unmagnetischem Material gebildet sind.2. Adjusting device according to claim 1, characterized in that both the carrier element ( 1 ) and the counter element ( 2 ) are formed from non-magnetic material. 3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (3) aus einer Öl-Magnetit-Emulsion be­ steht.3. Adjusting device according to claim 1 or 2, characterized in that the ferrofluid ( 3 ) consists of an oil-magnetite emulsion be. 4. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (3) magnetisch wirksame Partikel ent­ hält, die von löslichkeitsfördernden Molekülen umschlossen sind. 4. Adjusting device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ferrofluid ( 3 ) contains magnetically active particles ent, which are surrounded by solubility-promoting molecules. 5. Verstellvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die löslichkeitsfördernden Moleküle Tenside sind.5. Adjusting device according to claim 4, characterized, that the solubility promoting molecules are surfactants. 6. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (3) unter Magnetfeldwirkung Tropfenform aufweist.6. Adjusting device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the ferrofluid ( 3 ) has drop shape under magnetic field effect. 7. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrofluid (3) von einer elastischen Blase um­ schlossen ist.7. Adjusting device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the ferrofluid ( 3 ) is closed by an elastic bubble. 8. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine magnetisch wirksame Element (4) als elektrische Spule (5) ausgebildet ist.8. Adjusting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one magnetically active element ( 4 ) is designed as an electrical coil ( 5 ). 9. Verstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass neben der elektrischen Spule (5) zur Erzeugung eines stationären Magnetfelds ein Dauermagnet (6) vorgesehen ist.9. Adjusting device according to claim 8, characterized in that in addition to the electrical coil ( 5 ) for generating a stationary magnetic field, a permanent magnet ( 6 ) is provided. 10. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Magnetfeldstärke mindestens zwei zueinander räumlich verstellbare Dauermagnete (6) vorgese­ hen sind.10. Adjusting device according to one of claims 1 to 7, characterized in that for setting the magnetic field strength at least two spatially adjustable permanent magnets ( 6 ) are hen vorgese. 11. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des beweglich gelagerten Gegenelements (2) Ferrofluid (3), Trägerelemente (1) und magnetisch wirksame Elemente (4) angeordnet sind.11. Adjusting device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the movably mounted counter-element are arranged (2) ferrofluid (3), carrier elements (1) and magnetically active elements (4) on both sides. 12. Lager für reibungsarme Auslenkungen eines auf dem Gegen­ element (2) aufgelagerten Körpers, bestehend aus mehreren, mindestens eine Auflagefläche definierenden Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 11.12. Bearing for low-friction deflections of a body supported on the counter element ( 2 ), consisting of several devices defining at least one bearing surface according to one of claims 1 to 11. 13. Mehrdimensional wirksame Verstellvorrichtung, bestehend aus mindestens zwei zueinander orthogonal angeordneten Ver­ stellvorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 11.13. Multi-dimensionally effective adjustment device, consisting of at least two Ver adjusting devices according to one of claims 1 to 11.
DE2001104524 2001-01-31 2001-01-31 Adjustment device has magnetic element(s) whose magnetic field strength is adjusted to set distance between bearer and counter elements via ferrous fluid of shape defined by magnetic field Ceased DE10104524A1 (en)

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