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Die
Erfindung betrifft einen Dämpfer
zur Dämpfung
einer Bewegung.
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Dämpfer sind
seit Langem bekannt und werden in verschiedensten Bereichen zur
Dämpfung
von Linear- oder Drehbewegungen eingesetzt. Dabei besteht ein stetiges
Verbesserungsbedürfnis
dahingehend, das Dämpfungsverhalten
der Dämpfer
einfach und flexibel an die jeweilige Anwendung anpassen zu können.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfachen Dämpfer zu
schaffen, dessen Dämpfungsverhalten
einfach und flexibel einstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Dämpfer
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Der Kern der Erfindung
besteht darin, dass das Dämpfungs-Medium mit mindestens
einem Füll-Stoff
gemischt ist. Durch den mindestens einen Füll-Stoff ist einfach und flexibel
die Dämpfungs-Kennlinie
des Dämpfers
einstellbar und somit an die jeweilige Anwendung anpassbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zusätzliche
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Es zeigen:
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1 eine
Schnittdarstellung durch einen Drehdämpfer, und
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2 eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie II-II in 1.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein
Drehdämpfer 1 zur
Dämpfung
einer Drehbewegung beschrieben. Der Drehdämpfer 1 dient insbesondere
zur Dämpfung
der Drehbewegung einer Gurtwelle in einem Sicherheitsgurt-Aufroller
in einem Kraftfahrzeug. Der Drehdämpfer 1 weist ein
Gehäuse 2 auf,
das aus einer Bodenplatte 3 und einer damit verbundenen,
von dieser abstehenden, ringzylindrischen Gehäusewand 4 besteht.
Die Bodenplatte 3 weist mittig eine Bohrung 5 auf,
in der ein als Welle ausgebildeter Kolben-Anschluss 6 angeordnet
ist. Die Welle 6 ist um eine mittig durch die Bohrung 5 verlaufende
Drehachse 7 drehbar und abgedichtet aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Zur
Abdichtung ist in der Bodenplatte 3 eine an die Bohrung 5 angrenzende
und umlaufende innere Ringnut 8 angeordnet, welche in Richtung
eines von dem Gehäuse 2 teilweise
begrenzten Arbeitsraumes 9 offen ist. Innerhalb der inneren
Ringnut 8 ist eine ringförmige Dichtung 10 angeordnet, welche
die Welle 6 gegenüber
dem Arbeitsraum 9 abdichtet. Die Bodenplatte 3 weist
weiterhin eine an die Bohrung 5 angrenzende und umlaufende äußere Ringnut 11 auf,
welche von der inneren Ringnut 8 durch einen umlaufenden
Steg 12 getrennt ist. Die äußere Ringnut 11 ist
in Richtung eines mit der Welle 6 verbundenen ringförmigen Deckels 13 offen,
so dass dieser von der äußeren Ringnut 11 aufgenommen
wird. Innerhalb der äußeren Ringnut 11 ist
zwischen dem Steg 12 und dem Deckel 13 ein Lagerring 14 zur
Lagerung der Welle 6 derart angeordnet, dass der Deckel 13 bündig mit
der Bodenplatte 3 abschließt.
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Die
Welle 6 weist im Bereich des Deckels 13 eine Innen-Mehrkant-Ausnehmung 15 auf,
die mit der Gurtwelle des Sicherheitsgurt-Aufrollers in Drehmoment übertragender
Weise verbindbar ist. Zur Befestigung des Drehdämpfers 1, insbesondere
in einem Kraftfahrzeug, sind in einem Randbereich 16 der Bodenplatte 3 Befestigungs-Bohrungen 17 vorgesehen,
die gleichmäßig verteilt über den
Randbereich 16 angeordnet sind.
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Innerhalb
des Arbeitsraumes 9 ist ein mit der Welle 6 verbundener
und relativ zu dem Gehäuse 2 drehbarer
Rotations-Kolben 18 angeordnet. Der Kolben 18 weist
einen hohlzylindrischen Tragkörper 19 und
drei daran angeordnete Schaufeln 20 auf. Die Schaufeln 20 sind
drehfest an einer Außenwand 21 des
Tragkörpers 19 angeformt
und erstrecken sich radial zu der Drehachse 7 bis zu der
Gehäusewand 4.
Die Schaufeln 20 weisen jeweils eine benachbart zu der
Gehäusewand 4 angeordnete
Stirnwand 22 auf, die entsprechend zu der Krümmung der
Gehäusewand 4 bezüglich der
Drehachse 7 konvex ausgebildet ist. Weiterhin weisen die
Schaufeln 20 jeweils eine erste Schaufelwand 23 und
eine zweite Schaufelwand 24 auf, die zueinander parallel
sind und in Bezug auf eine senkrecht zu der Drehachse 7 verlaufende
Ebene schräg
angestellt sind. Ferner weisen die Schaufeln 20 jeweils
eine der Bodenplatte 3 zugewandte bodenplattenseitige Stirnwand 25 und
eine einem ringförmigen
Verschlussdeckel 26 zugewandte verschlussdeckelseitige
Stirnwand 27 auf. Die bodenplattenseitige Stirnwand 25 und
die verschlussdeckelseitige Stirnwand 27 erstrecken sich
parallel zu einer senkrecht zu der Drehachse 7 verlaufende Ebene.
Die Schaufeln 20 sind somit derart ausgebildet, dass eine
Drehung des Kolbens 18 mit den Schaufeln 20 im
Arbeitsraum 9 möglich
ist, wobei zwischen den Stirnwänden 22, 25, 27 und
der benachbarten Bodenplatte 3, der Gehäusewand 4 und dem
Verschlussdeckel 26 jeweils nur ein geringer Zwischenraum
verbleibt.
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Der
Arbeitsraum 9 wird im Wesentlichen durch die Bodenplatte 3,
die Gehäusewand 4,
die Welle 6 und den Verschlussdeckel 26 begrenzt
und weist ein Arbeitsraum-Volumen VA auf.
Der Arbeitsraum 9 ist vollständig mit einem Dämpfungs-Medium 28 gefüllt, wobei
das Dämpfungs-Medium 28 zur
Einstellung der Dämpfungs-Kennlinie
mit einem Füll-Stoff 29 gemischt
ist. Das Dämpfungs-Medium 28 und
der Füll-Stoff 29 umgeben
den Kolben 18 vollständig.
Alternativ kann das Dämpfungs-Medium 28 auch
mehrere Füll-Stoffe 29 aufweisen.
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Der
Verschlussdeckel 26 weist eine Verschlussdeckel-Bohrung 30 auf,
durch die die Welle 6 geführt ist. Eine innere Verschlussdeckel-Wand 31 begrenzt
den Arbeitsraum 9 und liegt gegen das Dämpfungs-Medium 28 und
den Füll-Stoff 29 an.
Der Verschlussdeckel 26 ist zwischen der Gehäusewand 4 und
der Welle 6 derart angeordnet, dass er zur Veränderung
des Arbeitsraum-Volumens VA entlang der Welle 6 verschiebbar
ist. Der Verschlussdeckel 26 weist eine der Welle 6 zugewandte
innere Verschlussdeckel-Ringnut 32 und eine der Gehäusewand 4 zugewandte äußere Verschlussdeckel-Ringnut 33 auf,
die jeweils zu dem Arbeitsraum 9 offen sind. In der inneren
Verschlussdeckel-Ringnut 32 ist eine Lager/Dichtungs-Einheit 34 angeordnet,
gegenüber
der die Welle 6 drehbar gelagert ist und die den Arbeitsraum 9 abdichtet.
In den äußeren Verschlussdeckel-Ringnut 33 ist
eine Verschlussdeckel-Dichtung 35 angeordnet, die den Arbeitsraum 9 gegen den
Verschlussdeckel 26 und die Gehäusewand 4 abdichtet.
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Zwischen
dem Verschlussdeckel 26 und einem Verschluss-Bauteil 36 ist
eine Tellerfeder 37 angeordnet, die gegen eine äußere Verschlussdeckel-Wand 38 anliegt
und von dem Verschluss-Bauteil 36 vorgespannt wird. Die
Tellerfeder 37 ist ringförmig ausgebildet und weist
eine mittige Feder-Öffnung 39 auf,
durch die die Welle 6 geführt ist. Zur Befestigung des
Verschluss-Bauteils 36 weist die Gehäusewand 4 ein Gehäusewand- Innengewinde 40 auf,
in das das Verschluss-Bauteil 36 mit einem Außengewinde 41 eindrehbar
ist. Zum Eindrehen ist in dem Verschluss-Bauteil 36 mittig
eine Verschluss-Bauteil-Bohrung 42 vorgesehen, durch die
sich im eingedrehten Zustand des Verschluss-Bauteils 36 die
Welle 6 erstreckt. Ferner sind zum Eindrehen des Verschluss-Bauteils 36 Werkzeug-Bohrungen 43 vorgesehen,
die in dem Verschluss-Bauteil 36 angeordnet sind und zur
Aufnahme eines Werkzeuges dienen.
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Das
Dämpfungs-Medium 28 weist
im Wesentlichen Silikon auf. Als Dämpfungs-Medium 28 hat
sich insbesondere ein bei Raum-Temperatur vulkanisierendes Zwei-Komponenten-Silikon-Kautschuk-System
bewährt.
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Der
mit dem Dämpfungs-Medium 28 gemischte
Füll-Stoff 29 ist
als Pulver ausgebildet und weist eine Vielzahl von Pulver-Partikeln
auf. Der mittlere Durchmesser der Pulver-Partikel liegt im Bereich von
0,1 bis 50 μm,
insbesondere von 1 bis 25 μm,
und insbesondere von 2 bis 15 μm.
Als Füll-Stoffe 29 haben
sich anorganische Pulver, insbesondere sich im Dämpfungs-Medium inert verhaltende
Pulver, insbesondere Quarz, Aluminium oder Aluminiumoxid bewährt. Zur
Mischung mit dem Dämpfungs-Medium 28 kann
wahlweise ein Füll-Stoff 29 oder
eine Kombination von mehreren Füll-Stoffen 29 vorgesehen
sein.
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In
dem vollständig
mit dem Dämpfungs-Medium 28 und
dem Füll-Stoff 29 gefüllten Arbeitsraum 9 weist
das Dämpfungs-Medium 28 die
Masse mD und der Füll-Stoff die Masse mF auf. Das Dämpfungs-Medium 28 und
der Füll-Stoff 29 weisen
je nach Einstellung der Dämpfungs-Kennlinie
ein Masse-Verhältnis
mD/mF von 1 bis
50, insbesondere 1 bis 10, insbesondere von 1 bis 6, und insbesondere
von 1 bis 3 auf.
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Alternativ
zu der Ausbildung des Kolbens 18 mit Schaufeln 20 können auch
Stäbe oder
Scheiben zur Erzeugung von Konvektion vorgesehen sein.
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Im
Folgenden wird die Montage und Funktionsweise des Drehdämpfers 1 beschrieben.
Bei der Montage werden die zwei dünnflüssigen Komponenten des Zwei-Komponenten-Silikon-Kautschuk-Systems
in einem Verhältnis
von 1:1 gemischt, wobei die Komponenten zusätzlich mit dem Füll-Stoff 29 gemischt
werden. Bei Raum-Temperatur bilden die Komponenten einen Feststoff,
der mit den Pulver-Partikeln des Füll-Stoffs 29 versetzt
ist. Der Feststoff ist formbeständig
und im Wesentlichen transparent und weist eine hohe Bruchdehnung
auf.
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Nach
dem Einfüllen
des Dämpfungs-Mediums 28 mit
dem Füll-Stoff 29 in
den Arbeitsraum 9 wird dieser mit dem Verschlussdeckel 26 verschlossen,
wobei das Arbeitsraum-Volumen VA und somit der
Innendruck im Arbeitsraum 9 bei der Montage durch Eindrehen
des Verschluss-Bauteils 36 einstellbar ist. Die Tellerfeder 37 wird
beim Eindrehen des Verschluss-Bauteils 36 auf
einen gewünschten
Wert vorgespannt.
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Beispielsweise
bei einem Aufprall wird auf den Sicherheitsgurt des Kraftfahrzeugs
ein starker Zug ausgeübt,
der die Welle 6 in eine Drehbewegung um die Drehachse 7 versetzt.
Hierdurch wird der Kolben 18 mit den Schaufeln 20 ebenfalls
in eine Drehbewegung relativ zu dem Gehäuse 2 versetzt. Während der
Drehbewegung des Kolbens 18 wir auf das Dämpfungs-Medium 28 und
den Füll-Stoff 29 eine Scherkraft
ausgeübt
und das Dämpfungs-Medium 28 mit
dem Füll-Stoff 29 durch
die Zwischenräume
im Arbeitsraum 9 gepresst und somit eine Konvektion erzeugt.
Der Feststoff wird dabei zu einem Pulver. Durch das Hindurchpressen
des Dämpfungs-Mediums 28 und
des Füll-Stoffes 29 durch
die Zwischenräume
im Arbeitsraum 9 wird eine Dämpfung erzeugt.
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Über die
Geometrie der Schaufeln 20, die Weite sowie die Formgestaltung
der Zwischenräume, den
Innendruck im Arbeitsraum 9 sowie über das Dämpfungs-Medium 28 und
den Füll-Stoff 29 kann die
Dämpfungs-Kennlinie eingestellt
werden. Je kleiner das Masse-Verhältnis mD/mF ist, das heißt je größer die Masse mF des
Füll-Stoffs 29 ist,
desto größer ist
die Dämpfung.
Ferner steigt die Dämpfung
mit dem mittleren Durchmesser der Pulver-Partikel des Füll-Stoffes 29.
Weiterhin steigt die Dämpfung
mit einer Erhöhung
des Innendrucks im Arbeitsraum 9.
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Dadurch,
dass das Dämpfungs-Medium 28 mit
mindestens einem Füll-Stoff 29 gemischt
ist, ist das Dämpfungsverhalten
des Drehdämpfers 1 einfach
und flexibel einstellbar. Zur Einstellung können die Masse mF,
der mittlere Durchmesser der Pulver-Partikel und/oder die Art des
Füll-Stoffes 29 variiert
werden. Zusätzlich
kann das Dämpfungsverhalten
durch Variation des Innendrucks im Arbeitsraum 9 verändert werden.
Das beschriebene Dämpfungs-Medium 28 und
der Füll-Stoff 29 ermöglichen eine
einfache Abdichtung des Arbeitsraums 9.
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Nach
der Montage des Drehdämpfers 1 kann das
Dämpfungsverhalten
durch Veränderung
des Arbeitsraum-Volumens VA und somit des
Innendrucks im Arbeitsraum 9 verändert werden, indem das Verschluss-Bauteil 36 mehr
oder weniger in das Gehäusewand-Innengewinde 40 eingedreht
wird. Gleichzeitig wird durch die Tellerfeder 37 eine Veränderung des
Innendrucks im Arbeitsraum 9, beispielsweise aufgrund von
Temperaturschwankungen, ausgeglichen. Dies ermöglicht über einen weiten Tempera turbereich,
typischerweise von –40 °C bis +80 °C einen konstanten
Innendruck im Arbeitsraum 9 und somit ein gleichmäßiges Dämpfungsverhalten.
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Alternativ
zu der Ausbildung als Drehdämpfer
kann der erfindungsgemäße Dämpfer auch
als Lineardämpfer
zur Dämpfung
von linearen Bewegungen entlang einer Längs-Achse ausgebildet sein.
Bei diesem ist ein zylindrisches Gehäuse vorgesehen, in dem ein
Kolben, der mit einer Kolbenstange verbunden ist, verschiebbar geführt ist.
Der Kolben trennt zwei Teil-Arbeitsräume voneinander,
die zumindest teilweise mit dem Dämpfungs-Medium mit Füllstoff gefüllt sind. Bei einer Verschiebung
des Kolbens im Gehäuse
wird das Dämpfungs-Medium
durch entsprechende Dämpfungs-Kanäle gedrückt und
so die Bewegung gedämpft.