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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen passiven Dämpfer und insbesondere betrifft
die Erfindung einen Reibungsdämpfer,
bei dem die normale Kraft der Reibung durch magnetische Anziehungskraft
zwischen einem ersten und einem zweiten Dämpfungsteil bewirkt wird.
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Hintergrund
der Erfindung
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Reibungsdämpfer bringen
im allgemeinen eine Reibungskraft auf ein bewegbares Teil auf, um Translations-
oder Rotationsenergie des Teils abzuleiten und eine akzeptable Bewegung
des Teils zu erzeugen.
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Bekannte
Reibungsdämpfer
bestehen üblicherweise
aus Oberflächeneffektdämpfern des
in US-A-5,257,680 an Corcoran et al. und in US-A-4,957,279 an Thorn
beschriebenen Typs. Oberflächeneffektdämpfer wirken
durch das Ableiten von Translations- oder Rotationsenergie, indem
sie ein elastomeres Element zum Umwandeln von kinetischer Energie
in Wärme
verwenden. Derartige herkömmliche
Dämpfer
bestehen im allgemeinen aus einem Gehäuse mit einer Innenwand und
einem durch das Gehäuse
bewegbaren elastomeren Teil. Interferenzen zwischen der Innenwand
und dem elastomeren Teil erzeugt die Reibungsdämpfung.
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Darüber hinaus
kann einem bewegbaren Teil Reibungsdämpfung durch einen Reibungsdämpfer vermittelt
werden, der ein regelbares Fluid verwendet, um die zugeführte Dämpfungskraft
genau zu regeln. Derartige Vorrichtungen sind auf diesem Gebiet als
magnetorheologische (MR) Fluidvorrichtungen bekannt und Beispiele
für MR-Vorrichtungen
finden sich in der gemeinschaftlich abgetretenen US-A-5,284,330
an Carlson et al. und 5,277,281 ebenfalls an Carlson et al. MR-Vorrichtungen
können von
der drehenden oder linear wirkenden Variante sein, und derartige
Dämpfer
verwenden ein regelbares MR-Fluid, das aus feinen weichmagnetischen Partikeln,
die in einem flüssigen
Träger
suspendiert sind, besteht. MR-Fluids zeigen ein "Verdickungsverhalten" (eine Veränderung der Rheologie), das manchmal
als eine scheinbare Viskositätsänderung bezeichnet
wird, die auftritt, wenn das Fluid einem Magnetfeld ausreichender
Stärke
ausgesetzt ist. Je größer die
Stärke
des Magnetfeldes, dem das MR-Fluid ausgesetzt ist, desto höher ist
die Dämpfungskraft,
die mit einer bestimmten MR-Vorrichtung erzielt werden kann. Obwohl
sie in einer großen
Zahl von Anwendungsbereichen wirksam Dämpfung bewirken, haben herkömmliche
Oberflächeneffekt-
und MR-Reibungsdämpfer
eine Anzahl von Nachteilen. Zunächst
sind bekannte Dämpfer
empfindlich gegenüber
Temperaturänderungen
und Wärmedehnung. Wenn
bekannte Dämpfer
einem erheblichen Temperaturanstieg oder -abfall ausgesetzt werden,
kann die Viskosität
des MR-Fluids beeinträchtigt
werden und die Veränderung
der Fluidviskosität
kann wiederum die gelieferte Dämpfungskraft
beeinträchtigen.
Derartige Temperaturänderungen
können
auch die Eigenschaften des elastomeren Dämpfungselements beeinträchtigen
und können
bewirken, dass sich das elastomere Dämpfungselement zusammenzieht
oder ausdehnt und dimensionale Veränderungen erfährt. Veränderungen
der Abmessungen oder Eigenschaften des Dämpfungselements verändern die
durch den Oberflächeneffekt-Reibungsdämpfer bereitgestellten
Dämpfungskräfte.
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Oberflächeneffektdämpfung wird
durch eine sorgfältig
berechnete Interferenz zwischen dem Gehäuse und dem Elastomerelement
bewirkt. Bei MR-Vorrichtungen
wird die effektive Dämpfung
durch das Aufrechterhalten einer genau definierten Spaltabmessung
zwischen dem Gehäuse
und dem Kolbenteil gewährleistet.
Das MR-Fluid strömt
durch den definierten Spalt. Infolge des Vorhergehenden sind bekannte
Dämpfer
sehr empfindlich gegenüber
Abmessungstolerierung und Toleranzen müssen eng eingehalten werden,
damit bekannte Reibungsdämpfer
eine wirksame Dämpfungskraft
liefern. Jedoch gehen im Lauf der Zeit durch wiederholten Gebrauch der
Dämpfer
die kritischen Toleranzen zwischen sich bewegenden Dämpferbauteilen
häufig
verloren und die Abweichungen in den Teiletoleranzen wirken sich negativ
auf die von dem Reibungsdämpfer
bewirkten Kräfte
aus. Schließlich
können
bekannte Reibungsdämpfer
schwer zu montieren sein, und es ist nur ein bestimmter Bereich
von Materialien zur Verwendung in derartigen bekannten Reibungsdämpfern zulässig.
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Im
Vorhergehenden wurden bekannte Grenzen bestehender Vorrichtungen
und Verfahren dargestellt. Es ist somit ersichtlich, dass es vorteilhaft wäre, eine
Alternative zu schaffen, die auf das Überwinden eines oder mehrerer
der vorbeschriebenen Beschränkungen
abzielt. Daher wird ein geeigneter alternativer Reibungsdämpfer geschaffen,
der im folgenden detaillierter offenbarte Merkmale aufweist.
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U5-A-4,524,435
in 10 beschreibt einen Dämpfer gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Im
einzelnen betrifft die Erfindung
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einen
Dämpfer
mit:
- (a) einem Gehäuse, das einen darin ausgebildeten
Hohlraum aufweist;
- (b) einem ersten Teil, das in dem Hohlraum angeordnet und in
dem Hohlraum bewegbar ist;
- (c) einem zweiten Teil, das in dem Hohlraum angeordnet ist;
- (d) einem in dem Hohlraum zwischen dem ersten und dem zweiten
Teil angeordneten Zwischenteil, wobei das Zwischenteil eine Reibzwischen schicht aufweist,
wobei das erste Teil in reibschlüssigem Eingriff
mit dem Zwischenteil ist; und
- (e) mindestens einem Magnetfeldgenerator, der zum magnetischen
Koppeln des ersten und des zweiten Teils angebracht ist, wodurch
das erste Teil in reibschlüssigem
Eingriff mit dem Zwischenteil zu halten, und wobei das erste Teil
gegen das Zwischenteil bewegbar ist, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen, dadurch
gekennzeichnet, daß das
Zwischenteil nicht-magnetisch ist und das zweite Teil sich in Reaktion
auf die Bewegung des ersten Teils bewegt.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Bevor
das erste Teil verschoben wird, sind das erste und das zweite Teil
aufeinander ausgerichtet. Wenn das erste Teil anfänglich verschoben
wird, folgt das zweite Teil dem ersten in einem Abstand und wird
sodann zu dem ersten Teil gezogen, so dass das erste und das zweite
Teil im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind. Das erste und
das zweite Teil sind magnetisch miteinander gekoppelt und infolgedessen
wird Haftreibung zwischen bewegbaren Dämpferteilen durch den erfindungsgemäßen Dämpfer eliminiert,
der einen sanften Beginn der Dämpfungskraft
bewirkt.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
sind die Enden des Zwischenteils fixiert.
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Die
vorhergehenden und andere Aspekte ergeben sich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der Erfindung in Zusammenschau mit den
zugehörigen
Figuren der Zeichnungen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine isometrische Darstellung des erfindungsgemäßen Reibungsdämpfers mit
abgenommener Endkappe;
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2 ist
ein Längsschnitt
durch den Dämpfer
von 1;
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3 ist
eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie 3-3 in 1;
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4 ist
ein Längsschnitt
durch 1 zur Darstellung des ersten und des zweiten Teils
sowie des Zwischenteils, bevor das erste Teil bewegt wird;
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5 ist
ein Längsschnitt
durch 4 nach dem Verschieben des ersten Teils;
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6 ist
eine Kraft-Verschiebungskurve für einen
bekannten Reibungsdämpfer;
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7 ist
eine Kraft-Verschiebungskurve für den
erfindungsgemäßen Reibungsdämpfer;
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8 ist
ein Längsschnitt
durch ein Ausführungsbeispiel,
das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wobei das erste Teil,
das zweite Teil und das Zwischenteil nicht von einem Gehäuse umschlossen und
die Enden des Zwischenteils fixiert sind.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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In
den Figuren der Zeichnungen, in welchen gleiche Teile in den verschiedenen
Darstellungen mit gleichen Zahlen versehen sind, offenbaren die 1-5 einen
Reibungsdämpfer 10.
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Der
Reibungsdämpfer 10 weist
ein langgestrecktes, rohrförmiges
Gehäuse 12 mit
einer Gehäusewand 14 auf,
die eine Gehäuseinnenfläche 17 und einen
Gehäusehohlraum 17 begrenzt.
Das Gehäuse besteht
meist bevorzugt aus einem nicht metallischen Material wie Kunststoff
und obwohl das Gehäuse
als rohrförmig
mit kreisrundem Querschnitt dargestellt und beschrieben ist, sei
darauf hingewiesen, dass das Gehäuse
jeden geeigneten Querschnitt aufweisen kann, wie beispielsweise
eine rechteckige oder quadratische Ausbildung.
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Das
Gehäuse
hat ein erstes und ein zweites Gehäuseende 18 bzw. 20 und
die Enden sind durch jeweilige erste und zweite Endkappen 22 und 24 geschlossen.
Mindestens eine der Endkappen ist lösbar an ihrem jeweiligen Gehäuseende
angebracht. Zum Zwecke der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung ist die Endkappe 24 an dem zweiten
Gehäuseende 20 angebracht
und die Endkappe 22 ist durch eine Gewindeverbindung, einen
Presssitz oder andere herkömmliche
Befestigungsmittel lösbar
an dem ersten Gehäuseende 18 angebracht.
Die Endkappe 22 weist ein Loch 26 auf, durch welches
sich ein Schaft 28 aus dem Gehäusehohlraum derart nach außen erstreckt,
dass das Schaftende 30 mit dem bewegbaren Teil eines Spielzeugs,
einer haptischen Vorrichtung, einer Automobiltür oder eines Haushaltsgeräts wie beispielsweise
einer Waschmaschine verbunden werden kann. Die Lasche 32 ist
einstückig
mit der Endkappe 24 ausgebildet, und die Lasche dient als eine
Einrichtung zum Verankern des zweiten Gehäuseendes während des Betriebs des Dämpfers 10.
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In
Längsrichtung
verlaufende, einander gegenüberliegende
Schlitze 34 und 36 sind entlang der Innenfläche der
Gehäusewand 14 vorgesehen
und die Schlitze münden
an den Gehäuseenden 18 und 20.
Die Schlitze 34 und 35 sind geeignet, die Längsränder eines
Zwischenteils 40 aufzunehmen. Im Verlauf der Beschreibung
kann das Zwischenteil auch als Reibzwischenschicht bezeichnet werden.
Mit den Längsrändern des
Teils 40 in den Schlitzen 34 und 36,
erstreckt sich das Teil 40 diametral über den Hohlraum 17,
um den größeren Hohlraum
in kleinere erste und zweite Hohlräume 17a bzw. 17b zu
unterteilen. Siehe 1 und 3. Die Reibzwischenschicht 40 kann
aus einer Vielzahl verschiedener nicht magnetischer Materialien
bestehen, wie Polyethylen oder andere Kunststoffe, Edelstahl, Messing, Laminate
oder Verbundmaterialien, die in Bremsbelägen für Kraftfahrzeuganwendungen
eingesetzt werden.
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Der
erfindungsgemäße Reibungsdämpfer 10 ist
gegenüber
Verschleiß und
Abmessungstoleranzen unempfindlich. Aufgrund von Verschleiß oder ungenauen
Fertigungstoleranzen auftretende Schwankungen der Dicke der Reibschicht 40 haben
geringe Auswirkungen auf die Dämpferleistung,
da die normale Reibkraftbelastung des ersten und des zweiten Reibelements 50 und 60 nicht
wie bei anderen Dämpfern,
wie beispielsweise Oberflächeneffektdämpfer, durch
Abmessungen bestimmt ist. Selbst wenn ein großer Teil des Zwischenteils 40 mit
der Zeit abgetragen würde,
würde dies
somit die normale Belastungskraft zwischen den Elementen 50 und 60 nicht
beeinträchtigen.
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Das
erste Teil 50 befindet sich in dem Hohlraum 17a und
ist mit einem Ende des Schafts 28 in herkömmlicher
Weise verbunden. Der Schaft ist mit dem nicht magnetischen Sitz 52 des
Teils 50 verbunden und der Sitz stützt seinerseits zwei Permanentmagnete 54a, 54b,
die in dem Sitz nebeneinander angeordnet sind. Der Sitz kann aus
einem beliebigen nicht magnetischen Material wie beispielsweise Kunststoff
oder Aluminium bestehen. Wie in den 2 und 3 dargestellt,
befindet sich der Sitz, wenn sich das Teil 50 in dem Hohlraum 17a befindet, zu
jeder Zeit an und in reibschlüssigem
Eingriff mit dem Zwischenteil 40, und die Magnete 54a, 54b sind durch
eine von den Magneten angezogene metallische Halteplatte 56 daran
gehindert, sich aus dem Sitz zu lösen. Zusätzlich zum Verhindern des Verschiebens
der Magnete schließt
die Platte 56 den Magnetkreis 70, um ein zuverlässiges und
konsistentes Magnetfeld zu erzeugen. Mit der axial gerichteten Bewegung
des Schafts 28 in eine der durch die Pfeile 100 und 102 angegebenen
Richtungen wird das Teil 50 in die gleiche axiale Richtung
bewegt und der Sitz sowie die Magnete werden in reibschlüssigem Eingriff
mit dem Teil 40 gehalten.
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Das
zweite Teil 60 befindet sich in dem Hohlraum 17b und
ist magnetisch mit dem Teil 50 gekoppelt. Die magnetische
Kopplung ist durch die gestrichelte Wiedergabe des Magnetfelds 70 dargestellt. Wie
das erste Teil 50 weist das zweite Teil 60 nebeneinander
angeordnete Magnete 64a, 64b auf, die in einem
Sitz 62 gestützt
sind. Eine Halteplatte 66 bedeckt die Magnete entlang einer
Seite des Sitzes. Wie in 2 dargestellt, sind die Magnete 54a, 54b und 64a, 64b in
ihren jeweiligen Sitzen derart gestützt, dass ihre Nord- und Südpole so
ausgerichtet sind, wie es zum Erzeugen des koppelnden Magnetfelds 70 erforderlich
ist. Die Halteplatten 56 und 66 vervollständigen den
magnetischen Kopplungskreis. Auf diese Weise werden die Teile 50 und 60 gegenseitig
durch das Zwischenteil 40 angezogen. Wenn sich das Teil 60 in
dem Hohlraum 17b befindet, steht der Sitz 62 stets
in reibschlüssigem
Eingriff mit dem Teil 40. Wie im folgenden näher beschrieben,
bewegt sich das zweite Teil 60 in die von den Pfeilen 100 und 102 angegebenen
allgemeinen Richtungen und folgt der Bewegung des ersten Teils 50.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass der erfindungsgemäße Dämpfer nicht die spezifische,
für den Dämpfer offenbarte
horizontale Ausrichtung einnehmen muss, um eine wirksame Dämpfung zu
bewirken. Zwar ist in 3 der Hohlraum 17a als
oberer Hohlraum und der Hohlraum 17b als unterer Hohlraum
dargestellt, jedoch können
die Ausrichtungen der Hohlräume 17a und 17b umgekehrt
sein, so dass der Hohlraum 17b der obere Hohlraum und der
Hohlraum 17a der untere Hohlraum ist, oder das Gehäuse könnte aus
der Position in 3 in jede Winkelposition gedreht
werden.
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Im
folgenden wird die Arbeitsweise des Reibungsdämpfers 10 beschrieben.
Zur Vereinfachung wird die Arbeitsweise des Dämpfers 10 in der weiteren
Beschreibung anhand der Bewegung des Teils 60 in die Richtung 100 beschrieben.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Dämpfer 10 auf die gleiche
Art arbeitet, wenn er in die in 2 dargestellte Richtung 102 bewegt
wird.
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Nach
dem Zusammensetzen des Dämpfers wird
das Ende 24 mittels der Lasche und des Schafts 30 mit
einem bewegbaren Objekt von Interesse verbunden. Im zusammengesetzten
Zustand des Dämpfers
sind das erste und das zweite Teil 50 und 60 magnetisch
miteinander gekoppelt und sind durch das Magnetfeld 70 an
der Oberfläche
des Teils 40 gehalten.
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Wie
in den 4 und 5 dargestellt, neigt das zweite
Teil 60 dazu, sich aufgrund der magnetischen Anziehung
zwischen den Magneten 54a, 54b und 64a, 64b mit
dem ersten Teil 50 auszurichten, wie in 4 dargestellt.
Während
sich das erste Teil axial entlang dem Zwischenteil 40 in
die Richtung 100 bewegt, eilt das Teil 60 nach
oder entkoppelt sich teilweise von dem ersten Teil 50.
Siehe 5. Das Nacheilen des Teils 60 ist durch
den Abstand X in 5 dargestellt. Dies ist darin
begründet,
dass die Teile 50 und 60 wirksam durch eine Magnetfeder
gekoppelt sind. Zwar ist der Schaft 28 direkt mit dem ersten
Teil gekoppelt, jedoch ist das zweite Teil 60 wirksam mit
der Magnetfeder gekoppelt. Bevor daher das zweite Teil beginnt,
der Bewegung des ersten Teils zu folgen, muss zuerst die Magnetfeder
ausreichend verschoben werden, um genug Kraft für das Überwinden der Reibung des ersten
Elements aufzubringen. Sobald das zweite Teil die Reibung des ersten
Elements überwindet,
wird das zweite Teil schnell in Richtung des ersten Teils zurück gezogen,
bis das erste und das zweite Teil im wesentlichen aufeinander ausgerichtet
sind. Bei fortgesetzter Verschiebung des ersten Teils eilt das zweite
Teil dem ersten Teil in einem relativ kleinen Nachlaufabstand Y
nach. Siehe 4.
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Dieses
teilweise Entkoppeln des ersten und des zweiten Teils schafft einen
erheblichen Vorteil hinsichtlich des "Gefühls" des Dämpfers.
Das teilweise Entkoppeln verbessert das Ruckgleiten, das normalerweise
mit einem Reibungsdämpfer
einhergeht, deutlich. Dieses Ruckgleiten wird von Fachleuten auf diesem
Gebiet als Haftreibung bezeichnet. Die Auswirkungen der Haftreibung
in bekannten Reibungsdämpfern
sind graphisch in 6 dargestellt. Die von einem
bekannten Dämpfer
anfänglich
bewirkte Dämpfungskraft
ist aufgrund des durch die Haftreibung verursachten Widerstandes
gegen die Bewegung groß und
sobald das Dämpferelement
die Haftreibungskräfte
an dem Punkt A der 6 überwunden hat, sinkt die Dämpfungskraft
auf den Betriebspegel ab. 7 ist eine
graphische Darstellung des erfindungsgemäßen Dämpfers, der einen übergangslosen,
haftreibungsfreien Anstieg der Kraft bewirkt, bis die Dämpferkraft
ihren Betriebspegel erreicht. Siehe den mit B bezeichneten Punkt
in 7.
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Ein
nicht von einem Gehäuse
umschlossenes Ausführungsbeispiel
ist in 8 dargestellt. Bei einer derartigen alternativen
Ausbildung sind die Enden des Zwischenteils 40 durch Befestigungsteile 500 und 502 fixiert
gehalten, welche ein beliebiges geeignetes Befestigungsteil wie
eine Klammer oder dergleichen sein können. Eine Alternative zu den
befestigten Teilenden umfasst das Befestigen von Teilen der Längsränder des
Teils 40 in einer Art und Weise, die das Verschieben der
Teile 50 und 60 nicht beeinträchtigt.