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Die Erfindung betrifft ein Dämpfungselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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In der Technik stellt sich häufig die Aufgabe, die Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zu dämpfen. Hierbei kommen zum Einen Federdämpfungssysteme zum Einsatz, zum Anderen reine Dämpfersysteme. Federdämpfersysteme unterscheiden sich von reinen Dämpfersystemen dadurch, dass Federdämpfersysteme statisch wirkende Rückstellkräfte entwickeln, mit denen das zuvor in seiner Bewegung gedämpfte Bauteil beaufschlagt wird und die nach dem Ende der zu dämpfenden Bewegung weiterhin auf dieses Bauteil wirken. Reine Dämpferelemente dagegen üben auf das in seiner Bewegung gedämpfte Bauteil keine Kraft mehr auf das Bauteil aus, sobald dieses eine Ruhelage erreicht hat.
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Ein Anwendungsfeld für Dämpfersysteme sind technische Einrichtungen, in denen ein Bauteil auf ein anderes Bauteil auf- oder anschlägt. Bei solchen Vorgängen kommt es zum Einen zu einer nachteiligen Geräuschentwicklung, zum Anderen zu einer nachteiligen Beanspruchung der aufeinander auf- oder anschlagenden Bauteile. Ein Anwendungsgebiet für Dämpfersysteme sind dabei Bremsen, insbesondere Federkraftbremsen, bei denen sowohl beim Lüften wie auch beim Verknüpfen der Bremse Bauteile aneinander anschlagen. Abhängig von der jeweiligen Bauform der Bremse sind dies zum Einen in der Regel die jeweiligen Reibpaarungen, zum Anderen beim Lüften der Bremse Anschläge beispielsweise einer Ankerscheibe gegen ein Gehäuse.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen zur Dämpfung der Anschläge nutzen zumeist federnde Elemente mit statisch wirkenden Rückstellkräften, wie beispielsweise Tellerfederpakete, O-Ringe oder andere Formteile aus Metall. Durch diese Maßnahmen wird die kinetische Energie der aufeinandertreffenden Bauteile jedoch größtenteils in potentielle umgewandelt, ein echter Dämpfungseffekt kommt dabei nur in geringem Maße zustande. Bei der Anwendung in Federkraftbremsen zur Dämpfung des Einfallgeräusches der Ankerscheibe beim Auftreffen auf den Reibbelag ist dies mit dem Nachteil verbunden, die durch die Speicherung der potentiellen Energie wirkende Federkraft des Dämpfers der Andruckkraft der Ankerscheibe entgegenwirkt und somit die Bremskraft reduziert wird, wobei erschwerend die Wegabhängigkeit der entstehenden Federkraft bei zunehmendem Verschleiß der Bremse Änderungen unterworfen ist, die um einer Beeinträchtigung der Wirksamkeit der Bremse entgegen zu wirken, durch unter Umständen komplexe Einstellmaßnahmen kompensiert werden muss.
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Ferner sind einstellbare Federelemente bekannt, wie sie beispielsweise in der Patentschrift
EP 1 423 626 B1 beschrieben werden.
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Bei den bisher bekannten reinen Dämpfungselementen handelt es sich hauptsächlich um hydraulische Dämpfungselemente. Diese weisen jedoch systembedingt eine oftmals komplexe Ventiltechnik auf, welche für viele Anwendungsfälle aus Kostengründen sowie wegen des benötigten Bauraums und des resultierenden Eigengewichts nicht vertretbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen sowie ein Dämpfungsverfahren zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen aufzeigen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht oder in vermindertem Maße auftreten.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Dämpfungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß weist das Dämpfungselement mindestens zwei Gehäuseteile auf, welche gegeneinander entlang einer Achse verschieblich gelagert sind. Die einander zugewandten Seiten der Gehäuseteile sind dabei konturiert, so dass zwischen diesen Gehäuseteilen ein Zwischenraum entsteht. Für die Erfindung wesentlich ist, dass dieser Zwischenraum wenigstens abschnittweise mit einem dilatanten Medium oder pastösen Medium, das ein Wachs oder eine Mischung verschiedener Wachse als wesentlichen Bestandteil aufweist, ausgefüllt ist.
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Das dilatante Medium hat die Eigenschaft, dass sich seine Viskosität im Falle einer plastischen Verformung abhängig von der Schergeschwindigkeit ändert. Insbesondere spezielle Knetmassen können dilatante Eigenschaften aufweisen und kommen für die Erfindung in Betracht.
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Ein pastöses Medium, das Wachs als wesentlichen Bestandteil aufweist, kann ebenfalls für die Verwendung im Dämpfungselement geeignet sein. dabei kann es vorteilhaft sein, wenn das pastöse Medium neben einem Wachs noch ein Polymer als weiteren Bestandteil aufweist. Vorteilhafterweise handelt es sich dabei um ein Polymer, dass bei Raumtemperatur als hochviskose Flüssigkeit vorliegt. Beispielsweise kann es sich dabei um Polybuten und/oder Polyisobutylen handeln. Abhängig vom Polymerisationsgrad und der sich daraus ergebenden Molekulargewicht lässt sich bei diesen Polymeren die Viskosität variieren und auf die gewünschten Dämpfungseigenschaften abstimmen. Weiterhin ist es möglich, dass das pastöse Medium weitere Zusätze, beispielsweise in Form von Zusatzstoffen zur Steigerung der Temperaturstabilität aufweist.
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Kommt es zu einem Aufprall eines in seiner Bewegung zu dämpfenden Bauteils auf das Dämpfungselement, so wird das dilatante Medium aus dem Zwischenraum herausgedrückt, wobei der Widerstand des Dämpfungselements gegen die zu dämpfende Bewegung mit zunehmender Geschwindigkeit der zu dämpfenden Bewegung steigt.
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Vorteilhafterweise schließt sich an den Zwischenraum ein Ausgleichsraum an, in den das aus dem Zwischenraum herausgedrückte dilatante Medium hineingedrückt wird. Vorzugsweise ist der Ausgleichsraum so gestaltet, dass er ein veränderbares Volumen hat, welches sich an die Menge des in den Ausgleichsraum dilatanten Mediums anpassen kann. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Ausgleichsraum eine elastisch verformbare Begrenzung aufweist, die beispielsweise aus elastischen Kunststoffen wie Gummi besteht oder in der Art eines Faltenbalgs aus Metall gestaltet ist.
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Durch die elastische Begrenzung des Ausgleichraumes ist es möglich, dass nach der Entlastung des Dämpfungselements das dilatante Medium in den Zwischenraum zurückgedrückt wird. Falls für diesen Vorgang deutlich mehr Zeit zur Verfügung steht als für den Dämpfungsvorgang, ist hierfür nur ein Bruchteil der Kraft erforderlich, die das Dämpfungselement auf das in seiner Bewegung zu dämpfende Bauteil ausgeübt hat. Dies liegt an der Dilatanz des Mediums, welches sich bei diesem Erholungsvorgang des Dämpfungselements deutlich langsamer bewegt als bei dem Dämpfungsvorgang, wobei infolgedessen die Schergeschwindigkeiten, die in dem dilatanten Medium auftreten, deutlich niedriger sind und somit das dilatante Medium beim Erholungsvorgang eine wesentlich niedrigere Viskosität als beim Dämpfungsvorgang besitzt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der elastischen Begrenzung des Ausgleichsraumes besteht in einem Kunststoffschlauch, der den Zwischenraum umgibt, wobei sich der Ausgleichsraum zwischen dem Zwischenraum und dem Kunststoffschlauch ringförmig ausbildet. Der Kunststoffschlauch ist dabei an seinen offenen Enden jeweils an einem der beiden Gehäuseteile des Dämpfungselements befestigt, so dass ein Austreten des dilatanten Mediums aus dem Dämpfungselement nicht möglich ist. Alternativ ist es möglich, einen O-Ring als Dichtelement in den Zwischenraum einzubringen, in dessen Innerem das dilatante Medium vorgesehen ist. In diesem Beispiel dient ein Teil des Zwischenraums als Ausgleichsraum.
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Vorteilhafterweise ist der Zwischenraum spalt- oder auch ringförmig ausgebildet, so dass sich in dem ausströmenden dilatanten Medium die zur Ausnutzung des erfindungsgemäßen Effektes notwendigen Schergeschwindigkeiten bzw. Scherraten ergeben. Beispiels weise kann der Zwischenraum so ausgebildet sein, dass er im Wesentlichen die Form einer Scheibe aufweist, die sich rechtwinklig zur Bewegungsachse der sich relativ zueinander bewegenden Gehäuseteile erstreckt. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Gehäuseteile konzentrisch zueinander angeordnet. Der Zwischenraum kann dann insbesondere ringförmig ausgebildet sein, so dass ein Ringspalt gebildet wird. Mittels oben genannter elastischer, dichtender Elemente, wie O-Ringen, Schläuchen etc., kann der Ringspalt so verschlossen werden, dass sich sein Volumen bei einer relativen Bewegung der Gehäuseteile entlang der Bewegungsachse nicht ändert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 4 schematisch näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Dämpfungselement.
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2 zeigt schematisch eine beispielhafte Bremse, die mit erfindungsgemäßen Dämpfungselementen ausgestattet ist in axialer Ansicht.
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3 zeigt eine Schnittdarstellung der in 2 gezeigten Bremse mit einem beispielhaft an der Ankerscheibe der Bremse vorgesehenen erfindungsgemäßen Dämpfungselement.
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4 zeigt schematisch eine Seitenansicht der in 2 dargestellten Bremse mit den beispielhaften erfindungsgemäßen Dämpfungselementen.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement weist in der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein erstes Gehäuseteil 1 und ein zweites Gehäuseteil 2 auf, welche derart relativ zueinander gelagert sind, dass sie sich entlang der Bewegungsachse X gegeneinander verschieben können. Im gezeigten Beispiel wird dies durch ein drittes Gehäuseteil 6 realisiert, welches Gehäuseteil 1 und Gehäuseteil 2 miteinander verbindet. Gehäuseteil 1 und Gehäuseteil 2 weisen dabei die einander zugewandten Flächen 1a und 2a auf, zwischen denen sich der wenigstens abschnittweise mit dem dilatanten Medium gefüllte Zwischenraum 3 erstreckt.
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Der im gezeigten Beispiel scheibenförmig ausgebildete Zwischenraum 3 ist von einem zylindrischen Kunststoffschlauch 4 umgeben, der an seinen offenen Enden mit den Flächen 4a mit den Gehäuseteilen 1 und 2 in Berührung kommt und vorteilhafterweise mit diesen dichtend verbunden ist.
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Der Ausgleichsraums 7 bildet sich so zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2 und dem Kunststoffschlauch 4 aus sobald das dilatante Medium während des Dämpfungsvorgangs aus dem Zwischenraum herausgedrückt wird.
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Vorteilhafterweise können die Gehäuseteile geeignete Befestigungseinrichtungen 5, wie beispielsweise Bohrungen, die mit Gewinden versehen sein können, aufweisen.
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Bei der beispielhaft dargestellten Bremse können erfindungsgemäße Dämpfungselemente genutzt werden, um beim Schließen der Bremse den Aufprall der Reibbelege 12 aufeinander zu dämpfen. Hierfür werden erfindungsgemäße Dämpfungselemente 8 an der nicht rotierenden Ankerplatte 9 im gezeigten Beispiel vorgesehen. Beim Schließen der Bremse werden durch die Bewegung der Ankerplatte 9 die Reibbelege 12 an Ankerplatte 9, Rotor 11 und einem nicht dargestellten fixen Gegenelement aneinander gedrückt. Im gezeigten Beispiel ist das erfindungsgemäße Dämpferelement 8 an der Ankerplatte 9 befestigt und wird beim Schließen der Bremse ebenfalls gegen das nicht dargestellte fixe Gegenelement gedrückt, wodurch der Anschlag der Bewegung der Ankerplatte 9 gedämpft wird. Der Rotor 11 ist hierbei axial verschieblich auf der Nabe 13 gelagert, welche verdrehsteif mit der zu bremsenden Welle verbunden wird.
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Abhängig von der jeweiligen Dimensionierung der Kräfte, die bei der jeweiligen Bremse für eine effektive Bremsung aufzubringen sind, kann durch das Vorsehen einer unterschiedlichen Anzahl baugleicher Dämpfungselemente eine einfache Anpassung an das jeweilige Bremssystem erfolgen. Die Dämpfungselemente 8 können hierbei regelmäßig am Umfang der Ankerscheibe 9 angeordnet werden.
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Ebenso ist es möglich, Dämpfungselemente 8 zwischen der Ankerscheibe 9 und dem Gehäuse der Betätigungseinrichtung der Bremse 10 vorzusehen. Diese Dämpfungselemente 8 dämpfen dann beim Lüften der Bremse die Ankerscheibe 9 an das Gehäuse 10.
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Das erfindungsgemäße Dämpfungselement 8 kann insbesondere in eine flanschmontierte Federkraftbremse eingebaut werden. Je nach Einbaulage wird so entweder das Geräusch beim Lüften oder beim Verknüpfen der Bremse bedämpft. Mit einer entsprechenden Einbaumimik (nicht gezeigt) kann der Geräuschdämpfer für das Verknüpfen auch auf der Rückseite der Federkraftbremse (auch auf der der Ankerscheibe 9 abgewandten Seite der Bremse) platziert werden. Die genannten Einbauvarianten sind auch für Federkraftbremsen anwendbar, die als Bremssattel an Scheibenbremsen ausgeführt sind.
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Beim Dämpfungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung wird zur Dämpfung einer Bewegung ein dilatantes Medium aus einem Zwischenraum 3 in einen Ausgleichsraum 7 gedrückt. Dabei kann das dilatante Medium bei entlastetem Dämpfer aus dem Ausgleichsraum 7 in den Zwischenraum 3 zurück gedrückt werden. Bevorzugt wird zur Dämpfung einer Bewegung ein dilatantes Medium aufgrund einer geometrischen Veränderung der Flächen des umgrenzenden Raumes auf Scherung beansprucht.
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Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Dämpfungselement 8 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Dämpfen des Anschlags der Ankerscheibe 9 einer Bremse, insbesondere einer Federkraftbremse, am Gehäuse 10 und/oder am Reibbelag 12 eingesetzt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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