DE69830655T2

DE69830655T2 - Dämpfervorrichtung mit magnetischen partikeln

Info

Publication number: DE69830655T2
Application number: DE69830655T
Authority: DE
Inventors: K. Ashok AGNIHOTRI; G. Stanley SADLER
Original assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Current assignee: Bell Helicopter Textron Inc
Priority date: 1997-04-24
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2018-04-10
Also published as: HK1026934A1; DE69838495T2; ATE298397T1; DE69838495D1; EP1566563B1; DE69830655D1; EP1566563A1

Description

Technisches Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfervorrichtung zur Aufnahme von Energie in einem mechanischen System mit relativ zueinander bewegbaren Teilen. In einer Hinsicht bezieht sie sich auf eine Dämpfervorrichtung, in welcher Energie durch magnetisches Haften trockener Magnetteilchen aneinander und an sich relativ zueinander bewegenden magnetischen Teilen aufgenommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Ein Dämpfer ist eine Vorrichtung zum Aufnehmen von Energie in einem mechanischen System mit relativ zueinander bewegbaren Teilen. Allgemein anzutreffende Beispiele von Dämpfungsvorrichtungen sind die Stoßdämpfer in Kraftwagen und der Voreilungs-Verzögerungs-Dämpfer im Rotorsystem eines Hubschraubers.
Im Fachgebiet ist eine Vielzahl von Dämpfungsvorrichtungen bekannt, einschließlich Reibungsdämpfer und elastomere Dämpfer, die Energie durch das Schleifen an oder durch Verformung von festen Materialien aufnehmen und pneumatische und hydraulische Dämpfer, die Energie durch das Pumpen von Fluids durch eine Öffnung aufnehmen. Eine neuere Variation des hydraulischen Dämpfers verwen det magnetorheologische (MR) Fluids, die Magnetteilchen enthalten, die in einem Trägerfluid, beispielsweise in einem Öl oder in einem Gel schweben. Diese MR-Fluids verändern ihre scheinbare Viskosität in Anwesenheit eines Magnetfelds. Beispiele von MR-Fluid-Dämpfern sind in den folgenden US-Patenten mit den Nummern 5,277,281; 5,284,330; 5,382,373; 5,398,917 und 5,492,312 offenbart. MR-Fluid-Dämpfer besitzen die Fähigkeit die scheinbare Viskosität des Arbeitsfluids und somit die Dämpfungscharakteristik der Vorrichtung, durch Verändern der Stärke des magnetischen Felds, zum Beispiel durch Veränderung des Stromflusses durch die Windungen eines Elektromagneten, zu verändern.
Wenn auch MR-Fluid-Dämpfer eine elektrische Einstellung der Dämpfungscharakteristik erlauben, weisen sie dennoch die folgenden Nachteile auf: Erstens kann die Fluidkomponente eines MR-Dämpfers aus der Vorrichtung heraus sickern, wenn die Unversehrtheit des abgedichteten Hohlraums nicht aufrechterhalten wird, wodurch die Leistung des Dämpfers verringert und möglicherweise andere Systemkomponenten mit dem abrasiven Fluid verunreinigt werden. Zweitens setzt sich die Magnetteilchenkomponente eines MR-Fluids mit der Zeit oder wenn sie hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, z.B. solchen über etwa 10 g, von der Fluidkomponente ab. Drittens verändert die Fluidkomponente des MR-Fluids allgemein ihre Viskosität als eine Funktion der Temperatur und sie kann sogar bei extremen Temperaturen, wie sie beispielsweise bei Flugzeug-Anwendungen anzutreffen sind, bei denen die Komponenten Temperaturen von 55°C bei Hochtemperaturbetrieb bis zu –45°C, bei Lagerung unter arktischen Bedingungen ausgesetzt sind, sogar gefrieren oder verdampfen. Viertens sind die MR-Fluids infolge der in dem Trägerfluid enthaltenen kleinen Teilchen in hohem Maß abrasiv. Dies abrasive Eigenschaft führt dazu, dass die Öffnungen erodieren, durch welche MR-Fluids während des Dämpferbetriebs gepumpt werden und auch dynamische Abdichtungen oder andere Gleitflächen werden erodiert.
Es sind auch Vorrichtungen bekannt, welche die Adhäsion von Magnetteilchen nutzen, um Kräfte zwischen rotierenden Teilen zu übertragen. Für die Zwecke der vorliegenden Anwendung werden die Teilchen als „trocken„ bezeichnet, wenn sie nicht in einem flüssigen Medium oder in einem Gelmedium schweben oder darin eingetaucht sind. Beispiele solcher Vorrichtungen sind die gut bekannte Magnetteilchen-Kupplung und die Magnetteilchen-Bremse. Eine Magnetteilchen-Kupplung besteht normalerweise aus einer ersten sich drehenden Welle (Eingangswelle), die mit einer magnetischen Scheibe verbunden ist, und aus einer zweiten sich drehenden Welle (Ausgangswelle), die mit einer anderen magnetischen Scheibe verbunden ist. Diese Scheiben weisen einen kleinen Spalt zwischen sich auf und der Spalt ist mit fein verteiltem Magnetpulver gefüllt. Beide Scheiben und der Spalt sind in einem magnetischen Gehäuse angeordnet, in dem sich auch eine elektromagnetische Spule befindet. Wenn elektrischer Strom durch die Spule fließt, erzeugt er in dem Spalt und in den beiden magnetischen Scheiben ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld bewirkt, dass die magnetischen Scheiben aneinander und an den angrenzenden Scheiben haften und Ketten bilden, welche den Spalt zwischen den beiden Scheiben überbrücken, so dass das Drehmoment zwischen den beiden sich drehenden Wellen übertragen wird. Die Magnetteilchen-Bremsen wirkt ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Ausgangswelle an einem sich nicht drehenden „Untergrund„ angebracht ist oder durch einen Teil des Gehäuses ersetzt ist, der an dem „Untergrund„ angebracht ist. Es sind Magnetteilchen-Kupplungen und -Bremsen bekannt, in welchen das Magnetfeld entweder durch einen Permanentmagneten oder durch einen Elektromagneten erzeugt wird. Wenn ein Permanentmagnet verwendet wird, überträgt die Kupplung das Drehmoment zwischen den sich drehenden Eingangs- und Ausgangswellen, bis ein maximales „Schlupf„-Drehmoment erreicht ist, bei dem die Eingangswelle beginnt, hinsichtlich der Ausgangswelle Schlupf aufzuweisen. Die Kupplung überträgt jedoch weiter ein Drehmoment in Höhe des Schlupfdrehmoments zwischen den Wellen. Wenn das Magnetfeld einer Magnetteilchenkupplung durch einen Elektromagneten erzeugt wird, ist es möglich, eine intermittierend wirkende Kupplung bereitzustellen, indem der elektrische Strom durch die Spulen des Elektromagneten eingeschaltet oder ausgeschaltet wird, oder es ist alternativ möglich eine Magnetkupplung bereitzustellen, in welcher der Schlupfwert der Drehmomentenübertragung durch Verändern des durch die Spulen fließenden elektrischen Stroms verändert werden kann. Gleich, ob Permanentmagnete, Elektromagnete oder eine Kombination von beiden verwendet werden, sind jedoch Magnetteilchen-Kupplungen immer verwendet worden, um Drehmomente zwischen sich drehenden Wellen zu übertragen oder um das maximale Drehmoment, das durch ein System übertragen wird, zu begrenzen, indem eine Drehung zwischen den Wellen erlaubt wird.
Weiterhin offenbart das Dokument US 4,359,515 einen Magnetteilchen-Dämpfer mit den Merkmalen (a) bis (c) von Anspruch 1. Die Dämpfungskraft des Dämpfers ist der relativen Geschwindigkeit seiner Teile proportional.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Magnetteilchen-Dämpfer gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung zum Dämpfen der Bewegung zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen zur Verfügung gestellt. Die Dämpfungsvorrichtung weist erste und zweite Leiterelemente auf, von denen jedes an eines der relativ zueinander bewegbaren Teile anschließbar ist. Die Leiterelemente sind mit gegenüberliegenden Oberflächen versehen, die zwischen sich einen Spalt aufweisen, der mit einer Menge von trockenen Magnetteilchen gefüllt ist. Für den Zweck der vorliegenden Anmeldung bezieht sich der Ausdruck Magnetteilchen auf trockene Magnetteilchen, wenn es nicht anders angegeben ist. Ein Magnetelement ist an einem der Leiterelemente angebracht und erzeugt einen Magnetfluss, der im Wesentlichen auf einen Magnetflusspfad begrenzt ist, der durch relativ magnetisch durchlässige Bereiche und relativ magnetisch undurchlässige Bereiche der Leiterelemente definiert ist, um über den Spalt und durch die Magnetteilchen zu fließen. Das Magnetfeld bewirkt, dass die Magnetteilchen entlang dem Flussweg aneinander und an den gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterelemente haften, wodurch sie eine Kraft erzeugen, die der Relativbewegung zwischen den Leiterelementen entgegenwirkt und dadurch Energie aufnimmt, wenn sich die Leiterelemente relativ zueinander bewegen, so dass eine Grenzkraft, die der Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen entgegenwirkt, erzeugt wird, wenn eine Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen eine verhältnismäßig kleine Verlagerung zwischen den bewegbaren Teilen hervorruft, wobei dann, wenn die Grenzkraft erreicht wird, die Kräfte, die der Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen entgegenwirken, nicht zunehmen. Es werden mehrere Ausführungen solcher Magnetteilchen-Dämpfer beschrieben, einschließlich solcher, die kreisförmige und torroidale Flusspfade aufweisen und solche, die mehrere Spalte aufweisen. Weitere Ausführungen der Dämpfungsvorrichtung weisen Federelemente auf, die hintereinander, parallel und hintereinander-parallel mit den Dämpfungsteilen vorgesehen sind.
Weiterhin wird eine Hubschrauberrotoranordnung bereitgestellt. Die Rotoranordnung weist ein rotierendes Jochteil, ein Flügelblattteil und einen Magnetteilchen-Dämpfer auf. Das Flügelblattteil ist mit dem Jochteil verbunden und jedes Teil hat einen Dämpferanbringungsabschnitt, wobei die beiden Dämpferanbringungsabschnitte voneinander beabstandet sind. Das Flügelblattteil ist in Bezug auf das Jochteil bewegbar, um einen Entfernungsbereich zwischen den Dämpferanbringungsabschnitten zu definieren. Der Magnetteilchen-Dämpfer, der so ausgeführt ist, wie es vorher beschrieben ist, weist ein erstes Leiterelement, das an dem Dämpferanbringungsabschnitt des Jochteils angebracht ist und ein zweites Leiterelement auf, das an dem Dämpferanbringungsabschnitt des Flügelblattteils angebracht ist. Die Schwingungen in Voreilungs-Nacheilungs-Richtung zwischen dem Jochteil und dem Flügelblattteil der Rotoranordnung werden dadurch durch den Magnetteilchen-Dämpfer gedämpft.
Weiterhin wird ein Aufhängungssystem für ein Automobil bereitgestellt. Das Aufhängungssystem weist einen Magnetteilchen-Dämpfer zwischen einem Automobil-Fahrgestell und einer Radnabe auf, die sich translatorisch in Bezug auf das Fahrgestell bewegt. Die Relativbewegung zwischen dem Automobilfahrgestell und der Radnabe wird dabei durch den Magnetteilchen-Dämpfer gedämpft. Der Magnetteilchen-Dämpfer dieser Ausführung kann Permanentmagnete, Elektromagnete oder eine Kombination von beiden aufweisen. Das Aufhängungssystem kann auch eine Feder und herkömmliche Stoßdämpfer mit einer Fluidöffnung aufweisen.
Andere Merkmale, Vorteile und Kennwerte der vorliegenden Erfindung sind aus der Betrachtung der nachfolgenden Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung zu erkennen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer ersten Ausführung einer Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2A ist eine partielle Endansicht der Dämpfungsvorrichtung von 1, gesehen entlang den Linien 2A-2A von 1;
2B ist eine partielle Endansicht, ähnlich der von 2A, einer alternativen Ausführung einer Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung;
3A ist eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer anderen Ausführung einer Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
3B ist eine Schnittansicht der Dämpfungsvorrichtung von 3A, geschnitten entlang der Linie 3B-3B von 3A,
4 ist eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer noch anderen Ausführung einer Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung, die mehrere Spalte aufweist;
5A ist eine grafische Darstellung, welche die Kraft über der Verlagerungscharakteristik eines theoretisch „perfekten„ Reibungsdämpfers, angetrieben mit einer sinusförmigen Schwingungsbewegung mit konstanter Amplitude bei einer festen Frequenz zeigt;
5B ist eine grafische Darstellung einer Kraft über der Verlagerung, ähnlich der von 5A für einen theoretisch „reinen„ viskosen Dämpfer;
5C ist eine grafische Darstellung, welche die tatsächliche Kraft über der Verlagerungscharakteristik eines Magnetteilchen-Dämpfers gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung und für einen elastomeren Dämpfer gemäß dem Stand der Technik zeigt, beide angetrieben mit einer sinusförmigen Schwingungsbewegung mit konstanter Amplitude bei einer festen Frequenz, wobei die Bewegungsamplitude einer Kraft auf den Magnetteilchen-Dämpfer entspricht, die unter der Schlupfkraft liegt;
5D zeigt ein anderes Paar von grafischen Darstellungen der tatsächlichen Kraft über der Verlagerung, ähnlich denen von 5C, wobei die Bewegungsamplitude einer Kraft auf den Magnetteilchen-Dämpfer entspricht, die sich der Schlupfkraft annähert;
5E zeigt ein noch anderes Paar von grafischen Darstellungen der tatsächlichen Kraft über der Verlagerung, ähnlich denen von 5C, wobei die Bewegungsamplitude die Bewegung überschreitet, die der Schlupfkraft des Magnetteilchen-Dämpfers entspricht;
6A ist ein schematisches Diagramm einer Nur-Dämpfer-Ausführung der vorliegenden Erfindung;
6B ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem von 6A, einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, und stellt einen Magnetteilchen-Dämpfer parallel verbunden mit einer Feder dar;
6C ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem von 6A, einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, und stellt einen Magnetteilchen-Dämpfer in Reihe mit einem Federelement verbunden dar;
6D ist ein schematisches Diagramm, ähnlich dem von 6A, einer noch anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung, und stellt einen Magnetteilchen-Dämpfer in Reihe und parallel mit mehreren Federelementen verbunden dar;
7 ist eine grafische Darstellung, die den Dämpferwirkungsgrad über der Spitzen-Schwingungsverlagerung für einen Magnetteilchen-Dämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung und für einen elastomeren Dämpfer gemäß dem Stand der Technik darstellt;
7B ist eine grafische Darstellung und zeigt die Energieaufnahme pro Schwingungszyklus, dividiert durch die Spitzen-Schwingungsverlagerung über der Spitzen-Schwingungsverlagerung für einen Magnetteilchen-Dämpfer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung und für einen elastomeren Dämpfer gemäß dem Stand der Technik;
8A ist eine Draufsicht auf eine erste Ausführung der Hubschrauberrotoranordnung;
8B ist eine Draufsicht auf eine alternative Ausführung der Hubschrauberrotoranordnung; und
9 ist eine schematische Darstellung eines Aufhängungssystems für ein Automobil.
Ausführliche Beschreibung
Nun allgemein auf die 1, 2A und 2B und insbesondere auf 1 Bezug nehmend, wird eine Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 20 für eine Dämpfungsbewegung zwischen ersten und zweiten relativ zueinander bewegbaren Teilen 22 bzw. 24 (gestrichelt dargestellt), die sich allgemein in die durch den Pfeil 25 angezeigte Richtung bewegen, dargestellt. Die Dämpfervorrichtung 20 weist ein erstes Leiterelement 26 auf, das, das an eines der bewegbaren Teile 22, 24 anschließbar ist. In der in 1 gezeigten Ausführung, weist das erste Leiterelement 26 ferner eine Verbindungsstange 27 auf, die an dem ersten bewegbaren Teil 22 anbringbar ist, wobei jedoch leicht zu erkennen ist, dass viele andere im Fachgebiet bekannte Verbindungsstrukturen verwendet werden können, um das erste Leiterelement 26 an eines der bewegbaren Teile anschließbar zu machen. Das erste Leiterelement 26 hat einen magnetisch permeablen Abschnitt 28, der einen ersten Teil (allgemein durch die Pfeile 29a gekennzeichnet) eines Magnetflusspfades bildet. Die Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 20 weist ferner ein zweites Leiterelement 30 auf, das an ein anderes der ersten und zweiten bewegbaren Teile 22, 24 anschließbar ist, und das von dem ersten Leiterelement 26 beabstandet ist, um dazwischen einen Spalt 32 zu bilden. In der in 1 dargestellten Ausführung, weist das zweite Leiterelement 30 ferner eine Verbindungsstange 31 für die Anbringung an dem zweiten bewegbaren Teil 24 auf, wobei jedoch leicht zu erkennen ist, dass andere im Fachgebiet bekannte Verbindungsstrukturen verwendet werden können, um das zweite Leiterelement 30 an eines der bewegbaren Teile anschließbar zu machen. Das zweite Leiterelement 30 weist einen magnetisch permeablen Abschnitt 34 auf, der einen zweiten Teil (allgemein durch den Pfeil 29b gekennzeichnet) des Magnetflusspfades bildet. Die magnetisch permeablen Abschnitte 28, 34 der ersten und zweiten Leiterelemente sind normalerweise durch Verwendung von Materialien gebildet, die eine verhältnismäßig hohe magnetische Permeabilität in Bezug auf die umgebenden Materialien aufweisen. Die magnetisch permeablen Abschnitte 28, 34 der ersten und zweiten Leiterelemente 26, 30 weisen jeweils Flussendbereiche 36, 38, wo der Fluss in die Leiterelemente eintritt oder sie verlässt. Die Position der Flussendbereiche wird durch die Geometrie der permeablen Abschnitte 28, 30 bestimmt, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Die Flussendbereiche 36, 38 der ersten und zweiten Leiterelemente 26 und 30 liegen einander am Spalt 32 gegenüber. Die Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 20 weist ferner eine Menge von trockenen Magnetteilchen 40a und 40b auf, die in dem Spalt 32 zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen 26 und 30 angeordnet sind. Es ist zu bemerken, dass für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung der Ausdruck „magnetisch„ sich auf Materialien bezieht, die entweder magnetisiert sind oder magnetisiert werden können. Somit können die Magnetteilchen 40a und 40b ein Magnetfeld erzeugen oder nicht erzeugen, wenn sie von externen Magnetfeldern isoliert sind. Die Teilmenge der Magnetteilchen (bezeichnet als 40a), der zwischen den Flussendbereichen 36 und 38 der ersten und zweiten Leiterelemente angeordnet ist, bildet einen dritten Teil (allgemein durch die Pfeile 29c bezeichnet) des Magnetflusspfads. Die restliche Teilmenge der Magnetteilchen (bezeichnet als 40b) außerhalb der Flussendbereiche 36, 38 bildet allgemein keinen Teil des Flusspfads, sondern bildet einen Vorrat von Magnetteilchen, der zur Verfügung steht, um den Fluss von Teilchen zwischen den Flussendbereichen zu ergänzen. Die Ma gnetteilchen-Dämpfervorrichtung 20 weist ferner ein Magnetelement 42 auf, das fest an dem magnetisch permeablen Abschnitt eines der ersten oder zweiten Leiterelemente angebracht ist. In der in 1 dargestellten Ausführung ist das Magnetelement an dem magnetisch permeablen Abschnitt 28 des ersten Leiterelements 26 angebracht, andere Ausgestaltungen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind jedoch leicht zu erkennen. Das Magnetelement 42 erzeugt ein Magnetfeld (nicht dargestellt) und das Magnetfeld passt sich vorherrschend dem durch die Pfeile 29a, 29b und 29c gekennzeichneten Magnetflusspfad an. In einigen Ausführungen können die Leiterelemente 26, 30 ferner verhältnismäßig nicht permeable Abschnitte aufweisen, die angeordnet sind, um zu sichern, dass das Magnetfeld vorherrschend auf den gewünschten Flusspfad begrenzt ist. In der in 1 dargestellten Ausführung ist ein nicht permeabler Abschnitt 43 benachbart zu dem Magnetelement 42 positioniert, um ein „Kurzschließen„ des Flusspfads durch das Leiterelement 26 zu verhindern. Die Magnetteilchen werden entlang dem Flusspfad (bezeichnet als 40) durch das Magnetfeld des Magnetelements 42 beeinflusst, so dass sie magnetisch an den angrenzenden Magnetteilchen und an den ersten und zweiten Leiterelementen 26, 30 zu haften, wodurch sie eine Kraft erzeugen, die einer Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen 22, 24 entgegenwirkt und Energie aufnehmen, wenn die ersten und zweiten bewegbaren Teile 22, 24 sich relativ zueinander bewegen. Ohne an diese Erklärung gebunden zu sein, wird angenommen, dass der Magnetfluss in dem Spalt bewirkt, dass die Magnetteilchen Ketten oder ein Gitter von miteinander verbundenen Teilchen bilden, die aneinander und an den gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterelemente haften. Die Relativbewegung zwischen den Leiterelementen verformt das Magnetteilchengitter. Einige Ketten oder einige Teilabschnitte des Gitters beginnen zu brechen und bilden sich selbst bei der kleinsten Relativbewegung neu. Das erzeugt eine Kraft in eine Richtung, die der Relativbewegung entgegengesetzt ist und es wird somit Energie aufgenommen, wenn eine Relativbewegung auftritt. Wenn sich die Relativbewegung fortsetzt, werden die Bindungen gebrochen und es erfolgt eine Neubildung über den Spalt, die mehr und mehr zunimmt, bis sie gebrochen werden und über den ganzen Spalt neu gebildet werden. Für eine Bewegung, die groß genug ist, dass der gesamte Spaltbereich am Brechen und Neubilden der Bindungen beteiligt ist, wird eine Grenzkraft, auch als Schlupfkraft bekannt, zwischen den sich bewegenden Teilen erzeugt. Nachdem diese Schlupfkraft erreicht ist, steigt die Widerstandskraft nicht weiter an. Statt dessen erzeugt eine kontinuierliche Bewegung die gleiche Widerstandskraft, d.h. in etwa der Größe der Schlupfkraft. Wenn die Relativbewegung aufhört, richten sich die Ketten oder das Gitter neu aus und die Widerstandskraft fällt auf Null ab. Wenn eine Relativbewegung in entweder der gleichen Richtung oder in entgegengesetzter Richtung beginnt, wiederholt sich der Prozess. Die Widerstandskraft wird im Wesentlichen bereitgestellt, wenn eine Geschwindigkeit vorhanden ist, die nicht Null beträgt. Tests haben gezeigt, dass die Größe der Relativbewegung, die zum Erreichen der Schlupfkraft erforderlich ist, sehr klein ist. Die aktuelle Größe dieser Bewegung ist eine Funktion der spezifischen Enwurfs-Parameter. Sie beträgt jedoch normalerweise 0,25 mm (0,01 Inch) von Spitze zu Spitze. Daher ist der Dämpfungswirkungsgrad für kleine Verlagerungen sehr hoch und über den Schlupfkraftwert hinaus erhöht er sich langsamer, wenn die Verlagerungen größer werden.
In vielen Entwurfssituationen ist eine hohe Dämpfung für kleine Verlagerungen erwünscht. Weiterhin ist es so, dass viele herkömmliche Dämpfervorrichtungen im Vergleich zu der Dämpfung bei großen Verlagerungen für kleine Verlagerungen weniger Dämpfung liefern. Ein Magnetteilchen-Dämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung kann die benötigte hohe Dämpfung für sehr kleine Verlagerungen zur Verfügung stellen, und ersetzt daher in solchen Situationen das Auswechseln oder Hinzufügen von herkömmlichen Dämpfervorrichtungen.
Noch weiter auf 1 Bezug nehmend, ist das Magnetelement 42 ein Permanentmagnet mit Nord- und Südpol 44 bzw. 46, der so ausgerichtet ist, wie es dargestellt ist und der ein Magnetfeld erzeugt, dass sich vorherrschend an den Magnetflusspfad anpasst, der durch die Pfeile 29a, 29b und 29c gekennzeichnet ist. Es ist jedoch leicht zu erkennen, dass ein Elektromagnet, oder eine Kombination eines Elektromagnets und eines Permanentmagnets für das Magnetelement der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte. Die Verwendung eines Elektromagnets erlaubt es, die Dichte des Magnetflusses zu verändern, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Das Verändern der Magnetflussdichte im Spaltbereich des Dämpfers erzeugt entsprechende Veränderungen der magnetischen Anziehung zwischen den Magnetteilchen in dem Spalt und verändert somit die Energieaufnahme (d.h. die Dämpfungskraft) des Magnetteilchen-Dämpfers. Somit kann die vorliegende Erfindung in Systemen verwendet werden, die „aktive„ oder „dynamische„ Dämpfer erfordern, die Dämpfungskräfte aufweisen, die schnell verändert werden können, um sich Systemveränderungen oder Systemeingaben anzupassen. Es ist weiterhin zu erkennen, dass je nach der gewünschten Form des Magnetflusspfads die Ausrichtung der Pole eines Permanentmagneten oder die Ausrichtung der Wicklungen eines Elektromagnetes gegenüber der Darstellung in 1 verändert sein können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
In allen Ausführungen der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass der Spalt 32 zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen 26, 30 bei Vorliegen der magnetischen Anziehung zwischen den Leiterelementen, verursacht durch die Anwesenheit des Magnetflusses dazwischen, beibehalten wird. In einigen Ausführungen kann der Spalt 32 durch das Ausrichten der bewegbaren Teile 22, 24 zueinander und durch die Steifigkeit der Verbindungen zwischen den bewegbaren Teilen und den Leiterelementen aufrechterhalten werden. In anderen Ausführungen, beispielsweise in der in 1 dargestellten Ausführung, kann der Magnetteilchen-Dämpfer 20 ferner einen Rahmen 48 aufweisen, der die ersten und zweiten Leiterelemente 26, 30 verbindet, um den Spalt 32 dazwischen aufrechtzuerhalten.
Wenn auch ein Spalt aufrechterhalten werden muss, um eindeutige Kennwerte der Magnetteilchendämpfung zu liefern, ist es wahrscheinlich, dass in vielen Anwendungen sich die Spalthöhe, d.h. die senkrechte Entfernung zwischen den Leiterelementen, während des normalen Betriebs des Dämpfers verändert. So kann sich z.B. die Spalthöhe in einem Voreilungs-Nacheilungs-Dämpfer eines Hubschraubers verändern, wenn der Dämpfer Schwingungskräften unterworfen ist, die außerhalb der waagerechten Ebene wirken. Ein anderer Vorteil des Magnetteilchendämpfers ist jedoch, dass die Höhe des Spalts verändert werden kann, ohne die erzeugte Dämpfung wesentlich zu verändern, solange dieselbe Magnetflussdichte über den Spalt beibehalten wird. Weiterhin zeigt die Leistungsfähigkeit von Magnetteilchen in Magnetteilchen-Kupplungen an, dass praktisch kein Verschleiß der Leiter auftritt, solange ein bestimmter Spalt beibehalten wird. Wenn durch übermäßige Belastung oder Auslenkung der Spalt der Vorrichtung auf Null verringert wird, d.h. das kein Spalt mehr vorhanden ist, liefert die Vorrichtung noch eine Reibungsdämpfung, da die Leiterelemente aneinander schleifen. Obwohl eine solche Reibungsdämpfung gegenüber der Magnetteilchen-Dämpfung andere Kennwerte aufweist und zu Verschleiß an den Leiterelementen führt, liefert sie eine sichere Betriebsart bei Versagen in Fällen, in denen eine bestimmte Form der Dämpfung immer erforderlich ist, beispielsweise bei einem Voreilungs-Nacheilungs-Dämpfer eines Hubschraubers. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein herkömmlicher Fluiddämpfer sein Fluid verliert, fast keine Dämpfung zur Verfügung gestellt.
In der in 1 dargestellten Ausführung weisen die ersten und zweiten Leiter 26, 30 ferner Ausrichtungsstangen 50 bzw. 52 auf, die zusammen mit den Verbindungsstangen 27, 31 mit Durchgängen 54 zusammenwirken, die in dem Rahmen 48 gebildet sind, um die Ausrichtung der ersten und zweiten Leiterelemente 26, 30 und den Spalt 32 dazwischen beizubehalten. Es ist leicht zu erkennen, dass die Verwendung anderer im Fachgebiet bekannter Strukturen für den Rahmen 48 innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegt. In der in 1 dargestellten Ausführung beschränkt die Wechselwirkung zwischen dem Rahmenteil 48, den Verbindungsstangen 27, 31 und den Ausrichtungsstangen 50, 52 die Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen 26, 30 auf eine im Wesentlichen translatorische Bewegung, d.h. die Leiterelemente drehen sich nicht in Bezug zueinander.
Nun auf 2A Bezug nehmend, ist dort eine Endansicht des Magnetteilchen-Dämpfers, gesehen entlang den Linien 2A-2A von 1 dargestellt. In 2A wird gezeigt, dass die Leiterelemente 26, 30 durch die Wechselwirkung der Verbindungsstange 27 und der Ausrichtungsstange 52 in den entsprechend geformten Durchgängen 54 des Rahmens 48 auf eine Relativbewegung in Richtung des Pfeils 25 (am besten in 1 zu erkennen) beschränkt sind, so dass der Spalt 32 zwischen den Leiterelementen erhalten bleibt. 2B zeigt eine alternative Ausführung der vorliegenden Erfindung, in welcher die Durchgänge 54 in dem Rahmen 48 dazu angepasst sind, der Verbindungsstange 27 und der Ausrichtungsstange 52 zu erlauben, sich in der durch den Pfeil 56 angezeigten Richtung relativ zueinander sowie in die durch den Pfeil 25 angezeigte Richtung (am besten in 1 zu erkennen) zu bewegen, um eine zweidimensionale translatorische Bewegung unter Beibehaltung des Spalts 32 zwischen den Leiterelementen 26, 30 zu erlauben.
Erneut auf 1 Bezug nehmend, ist es unter vielen Betriebsbedingungen erwünscht, den Magnetteilchen-Dämpfer 20 und insbesondere die Magnetteilchen 40 selbst gegenüber der äußeren Umgebung zu schützen. In solchen Fällen kann der Magnetteilchen-Dämpfer 20 ferner ein Gehäuse 58 mit einer Wand 60 aufweisen, die einen inneren Hohlraum 62 bilden, der den Spalt 32 und die Magnetteilchen 40 enthält. Die Wand 60 ist dazu ausgestaltet, um es zu erlauben, dass die Leiterelemente 26, 30 an den bewegbaren Teilen 22, 24 angebracht werden und um eine Relativbewegung zwischen den Leiterelementen zu erlauben. In der in 1 dargestellten Ausführung umschließt die Wand 60 des Gehäuses 58 den Rahmen 48, die Leiterelemente 26, 30, den Spalt 32 und die Magnetpartikel 40 und schützt dadurch alle diese Elemente gegenüber der äußeren Umgebung. Es ist auch zu bemerken, dass in der dargestellten Ausführung der Rahmen 48 von dem Gehäuse 58 getrennt ist, wobei jedoch Ausführungen, in denen der Rahmen und das Gehäuse in einer einzigen Struktur kombiniert sind, innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegen.
Es wird bevorzugt, dass der Magnetteilchen-Dämpfer 20 aus verschiedenen Gründen gegenüber der äußeren Umgebung abgedichtet ist. Erstens ist es erwünscht, das Eindringen von Umgebungsfeuchtigkeit in den Dämpfer zu steuern. Feuchtigkeit kann für einige magnetische Materialien, die für Magnetteilchen 40 oder für die Leiterelemente 26 und 30 verwendet werden können, korrosiv sein. Jedoch selbst dann, wenn magnetische Materialien verwendet werden, die nicht infolge von Feuchtigkeit korrodieren, ist es immer noch erwünscht, die Feuchtigkeit zu steuern, da Feuchtigkeit in den Magnetteilchen gefrieren und ihre freie Bewegung behindern kann, wodurch die Effektivität des Dämpfers beeinträchtigt wird. Zweitens können die Magnetteilchen durch Öle, Lösungsmittel oder andere Substanzen, die in die Vorrichtung eintreten, verunreinigt werden und die darin befindlichen Elemente angreifen, korrodieren oder in anderer Weise den normalen Betrieb stören. Drittens verhindert die Abdichtung des Dämpfers den Verlust von Magnetteilchen 40 aus dem Inneren der Dämpfervorrichtung. In einigen Ausführungen kann eine Gleitdichtung an der Wand 60 des Gehäuses 58 verwendet werden, um eine Relativbewegung der Leiterelemente 26, 30 oder ihrer jeweiligen Verbindungsteile, beispielsweise ihrer Verbindungsstangen 27, 31 zu erlauben. Um die Magnetteilchen vor einem Aussickern zu bewahren und ein Verunreinigen der umgebenden Komponenten zu verhindern, weist das Gehäuse 58 in einer bevorzugten Ausführung, wie sie in 1 dargestellt ist, elastomere Dichtungen 64 auf, die zwischen der Wand 60 und jedem der Leiterelemente 26, 30 befestigt sind, und die sich von dem inneren Hohlraum 62 durch die Wand 60 erstrecken. In der in 1 dargestellten Ausführung sind die elastomeren Dichtungen 64 mit den Verbindungsstangen 27, 31 der Leiterelemente 26, 30 an Nuten 66 verbunden, die in den Verbindungsstangen gebildet sind, um so einen Schlupf der elastomeren Dichtungen bezüglich der Verbindungsstangen zu verhindern. In dieser Ausführung erlaubt die Flexibilität der Wand 60 und der elastomeren Dichtung 64 des Gehäuses 58 eine Relativbewegung zwischen den Leiterelementen 26 und 30, wobei der innere Hohlraum 62 gegenüber der äußeren Umgebung isoliert bleibt.
Unter vielen Betriebsbedingungen ist es vorteilhaft, die Unversehrtheit des Gehäuses zu überwachen, um zu sichern, dass Feuchtigkeit oder andere Verunreinigungen nicht in die Dämpfervorrichtung eingetreten sind und die darin befindlichen Magnetteilchen beeinflusst haben. So könnte zum Beispiel in den inneren Hohlraum des in 1 dargestellten Dämpfers eintretende Feuchtigkeit Korrosion der Magnetteilchen, oder, unter Umständen eines Betriebs bei niedrigen Temperaturen, könnte die Feuchtigkeit zu Eis gefrieren und dadurch eine Relativbewegung zwischen den Leiterelementen 26, 30 verhindern und die Dämpfungswirkung der Dämpfervorrichtung schwerwiegend verschlechtern. Um die Unversehrtheit des Gehäuses zu überwachen, weist der Magnetteilchen-Dämpfer 20 weiterhin ein Druckgas (nicht dargestellt), das in dem inneren Hohlraum 62 des Gehäuses enthalten ist, und einen Druckwandler 70 auf, der in dem inneren Hohlraum 62 des Gehäuses 58 angeordnet ist. Das Druckgas könnte aus einer Anzahl von im Fachgebiet bekannten Gasen bestehen, die unter normalen Betriebsbedingungen, die für den Dämpfer zu erwarten sind, nicht korrosiv und nicht kondensierbar sind. Solche Gase würden normalerweise unter anderem trockene Luft und Stickstoff enthalten. Wenn Druckgas und der Druckwandler 70 verwendet werden, ist ein Versagen der elastomeren Dichtung 64 oder eines anderen Teils des Gehäuses 58 durch die Druckverringerung des Druckgases, wie sie durch den Druckwandler 70 gemessen wird und an einem Terminal des Wandlers 72 erkennbar.
Da die Feuchtigkeit eine der wahrscheinlichsten Verunreinigungen ist, die in das Gehäuse 58 eindringen und die Dämpfungsleistung verschlechtern kann, kann die Dämpfervorrichtung 20 ferner einen Feuchtigkeitsdetektor 74 aufweisen, der in dem inneren Hohlraum 62 des Gehäuses 58 angeordnet ist. Der Feuchtigkeitsdetektor 74 kann als eine Alternative zu, oder in Kombination mit einem Druckwandler 70 verwendet werden, wie es vorher beschrieben ist. Wenn der Feuchtigkeitsdetektor 74 verwendet wird, muss der innere Hohlraum 62 des Gehäuses 58 mit einem Trockengas gefüllt werden, wobei jedoch das Gas nicht auf einen Druck gebracht werden muss, der den Umgebungsdruck der äußeren Umgebung übersteigt. Wenn der Feuchtigkeitsdetektor 74 verwendet wird, ist ein Versagen der elastomeren Dichtung 64 oder ein anderes Aufheben der Unversehrtheit des Gehäuses 58, das es erlaubt, dass Feuchtigkeit in den inneren Hohlraum 62n eintreten kann, durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit, wie sie durch den Feuchtigkeitssensor 74 gemessen und am Feuchtigkeitsdetektorterminal 76 angezeigt wird, erkennbar.
Wie bereits vorher erläutert, kann eine Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Ausgestaltungen aufweisen. Nun auf die 3A und 3B Bezug nehmend, ist dort eine alternative Ausführung einer Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 80 für die Dämpfung von Bewegung zwischen ersten und zweiten zueinander bewegbaren Teilen 82 bzw. 84 (gestrichelt dargestellt) gezeigt, die sich in eine Richtung bewegen, die allgemein durch den Pfeil 86 angegeben ist. Wie bei den vorherigen Ausführungen weist die Magnetteilchen-Dämpfervorrich tung 80 erste und zweite Leiterelemente 88 bzw. 96, ein Magnetelement 89 und eine Menge von trockenen Magnetteilchen 108 auf. Das erste Leiterelement 88 ist an eines der bewegbaren Elemente anschließbar. In der in 3A dargestellten Ausführung weist das erste Leiterelement 88 eine Verbindungsstange 90 auf die durch einen Stift 91 an einem ersten bewegbaren Teil 82 anbringbar ist. Das erste Leiterelement 88 hat einen magnetisch permeablen Abschnitt 92, der einen ersten Teil (allgemein durch die Pfeile 94a gekennzeichnet) eines Magnetflusspfads bildet, und nicht permeable Abschnitte 101, die dazu dienen, den Magnetfluss entlang dem gewünschten Pfad zu richten. Das zweite Leiterelement 96 ist an dem zweiten bewegbaren Teil 84 anbringbar und von dem ersten Leiterelement 88 beabstandet, um einen Spalt 98 dazwischen zu bilden.
In der vorliegenden Ausführung umgibt das zweite Leiterelement 96 vollständig das erste Leiterelement 88 und wirkt somit sowohl als ein Rahmen als auch als ein Gehäuse und auch als ein Leiterelement. Ein Ausrichtungsteil 97, das an dem ersten Leiterelement 88 gebildet ist, wirkt mit der Verbindungsstange 90 und mit den Durchgängen 99 zusammen, die in dem zweiten Leiterelement 96 ausgebildet sind, um die Bewegung zwischen den Leiterelementen auf eine Bewegung, die im Wesentlichen in Längsrichtung erfolgt, zu begrenzen und um den Spalt 98 beizubehalten. Erneut auf 3A Bezug nehmend, ist zu erkennen, dass das zweite Leiterelement 96 direkt mit dem zweiten bewegbaren Teil 84 verbunden ist. Diese Verbindung kann durch jede Anzahl von im Fachgebiet bekannten Mitteln, wie Bolzen oder Schrauben (wenn eine lösbare Verbindung erwünscht ist) oder Klebstoff oder Schweißen (wenn eine dauerhafte Verbindung erwünscht ist) hergestellt werden. Das zweite Leiterelement 96 weist magnetisch permeable Abschnitte 100, die einen zweiten Teil (allgemein durch die Pfeile 94b gekennzeichnet) des Magnetflusspfads bilden, und magnetisch nicht permeable Abschnitte 102 auf, die dazu dienen, den Magnetfluss entlang dem gewünschten Pfad zu richten. Die magnetisch permeablen Abschnitte 92, 100 der ersten und zweiten Leiterelemente 88, 96 weisen jeweils Flussendbereiche 104, 106 auf, wo der Flusspfad in die Leiterelemente eintritt oder sie verlässt. Die Position der Flussendbereiche wird durch die Geometrie der permeablen Abschnitte 92, 100 und der nicht permeablen Abschnitte 101, 102 der Leiterelemente bestimmt, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Die Flussendbereiche 104, 106 der ersten und zweiten Leiterelemente liegen einander am Spalt 98 gegenüber. Eine Menge von trockenen Magnetteilchen 108 ist in dem Spalt 98 zwischen den leitenden Abschnitten der Leiterelemente angeordnet. Eine Teilmenge der Magnetteilchen (bezeichnet mit 108a), die zwischen den Flussendbereichen 104, 106 der ersten und zweiten Leiterelemente angeordnet ist, bildet einen dritten Teil (allgemein durch die Pfeile 94c gekennzeichnet) des Magnetflusspfads.
In dieser alternativen, in den 3A und 3B dargestellten, Ausführung, ist das Magnetelement 89 an dem ersten Leiterelement 88 angebracht, wobei seine magnetische Achse (d.h. eine Linie, welche die entgegengesetzten Magnetpole verbindet) senkrecht zu der Überbrückungsabmessung des Spalts 98 ausgerichtet ist. Das Magnetelement 89 liegt einem zweiten Flussendbereich (dargestellt als 110) des zweiten Leiterelements 96 an dem Spalt 98 gegenüber. Die Teilmenge (angegeben als 108b) von Magnetteilchen zwischen dem Magnetelement 89 und dem zweiten Flussendbereich 110 bildet einen vierten Teil (allgemein durch die Pfeile 94 gekennzeichnet) des Magnetflusspfads. Wie aus den 3A und 3B zu erkennen ist, weist im vorliegenden Fall der Magnetflusspfad 94 eine allgemein toroidale Form auf, d.h. der Fluss verläuft in axialer Richtung nach oben durch das Magnetelement 89 (dargestellt durch das Symbol (–) in 3B), darauf radial nach außen durch den oberen Abschnitt des ersten Leiterelements 88, darauf axial nach unten (dargestellt durch das Symbol (+) in 3B) durch den äußeren Abschnitt des ersten Leiterelements 88 und den Abschnitt 108a der Magnetteilchen, dann radial nach innen durch den permeablen Abschnitt 100 des zweiten Leiterelements 96, dann axial nach oben durch den Abschnitt 108b der Magnetteilchen und zurück zu der gegenüberliegenden Seite des Magnetelements 89. Es ist zu bemerken, dass die „Richtung„ des Strömens des Flusses von der Ausrichtung des Magnetelements 89 abhängig ist, und dass der Dämpfer 80 in gleicher Weise gut funktionieren würde, wenn der Fluss in die entgegengesetzte Richtung strömen würde. Diese toroidale Flusspfadausgestaltung für den Magnetdämpfer 80 liefert eine hocheffektive Dämpfereinheit, weil sich ein bedeutender Anteil der Magnetteilchen 108 in dem Spalt 98 in dem Flusspfad befindet und damit zu der Dämpfungswirkung beiträgt.
Während es für das Magnetelement 89 möglich ist, die Magnetteilchen 108 direkt zu berühren, ist in der alternativen, in den 3A und 3B dargestellten Ausführung, ein drittes Leiterelement 112 vorgesehen, das fest an dem Magnetelement 89 angebracht ist und dem zweiten Flussendbereich 110 des zweiten Leiterelements 96 gegenüberliegt. Das dritte Leiterelement 112 kann direkt an dem Magnetelement 89 angebracht sein, oder, wie am besten in 3A zu erkennen ist, kann es durch eine magnetisch nicht permeable Schraube 114 oder durch andere im Fachgebiet bekannte Mittel, an dem ersten Leiterelement angebracht sein und dadurch das Magnetelement 89 zwischen den beiden Leiterelementen 88, 112 einschließen. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil sie das Magnetelement 89 gegen Verschleiß oder Erosion infolge direkter Berührung mit den Magnetteilchen 108 schützt. Es hält weiterhin die betriebsmäßige Unversehrtheit es Magnetelements 89 aufrecht, selbst wenn das Element Risse oder Abbrüche während des Betriebs aufweist, weil selbst dann, wenn das Magnetelement 89 bricht, für viele magnetische Materialien die Magnetwirkung wenig verändert wird, wenn die Position der Stücke relativ zueinander und zu den Leiterelementen beibehalten wird. Das dritte Leiterelement 112 hat magnetisch permeable Abschnitte 116, die einen fünften Teil (allgemein durch die Pfeile 94e gekennzeichnet) des Magnetflusspfads bildet. Es ist leicht zu erkennen, dass die Verwendung eines dritten Leiterelements mit anderen Ausgestaltungen sich ebenfalls innerhalb der Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung befindet. In der in den 3A und 3B dargestellten Ausführung, ist ein Dichtungsteil 118 zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen 88, 96 vorgesehen, um die Magnetteilchen 108 in dem Spalt 98 zu begrenzen. Das Dichtungsteil 118 kann aus Gummi oder aus einem anderen im Fachgebiet bekannten elastomeren Material bestehen, das den Verlust von Magnetteilchen verhindert, während es eine Relativbewegung zwischen den Leiterelementen erlaubt.
In einer noch anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung können die Leiterelemente ausgestaltet sein, mehrere mit Magnetteilchen gefüllte Spalte zu bilden, die in Reihe angeordnet entlang einem einzigen Magnetflusspfad angeordnet sind. Bezug auf 4 nehmend ist eine alternative Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 170 für das Dämpfen von Schwingungsbewegung zwischen ersten und zweiten relativ zueinander bewegbaren Teilen 172 bzw. 174 dargestellt, die sich in die Richtung bewegen, die allgemein durch den Pfeil 176 gekennzeichnet ist. Wie bei den vorhergehenden Ausführungen weist die Dämpfervorrichtung 170 erste und zweite Leiterelemente 178 bzw. 180, ein Magnetelement 182 und eine Menge von Magnetteilchen 184 auf. In der dargestellten Ausführung ist ein zweites Magnetelement 183 vorgesehen, um eine symmetrische Gestaltung zu erzeugen, wobei jedoch die Verwendung von mehreren Magnetelementen nicht erforderlich ist.
Das erste Leiterelement 178 ist an eines der bewegbaren Teile und das zweite Leiterelement 180 an ein anderes der bewegbaren Teile anbringbar. In der in 4 dargestellten Ausführung ist das erste Leiterelement 178 mit dem ersten bewegbaren Teil 172 und das zweite Leiterelement 180 mit dem zweiten bewegbaren Teil 174 verbunden. Zumindest eines der Leiterelemente weist mehrere (d.h. zumindest zwei) Plattenabschnitte auf, die voneinander beabstandet und allgemein parallel zueinander angeordnet sind, um einen Schlitz dazwischen zu bilden. Das andere Leiterelement weist zumindest einen Plattenabschnitt auf, der zwischen den mehreren Plattenabschnitten des ersten Leiterelements angeordnet ist, um mehrere Spalte zwischen den jeweiligen Plattenabschnitten der beiden Leiterelemente zu bilden. Diese Spalte sind mit trockenen Magnetteilchen gefüllt. So weist z.B. in der in 4 dargestellten Ausführung das erste Leiterelement 178 zwei Plattenabschnitte 186 und 187 auf und das zweite Leiterelement 180 weist ebenfalls zwei Plattenabschnitte 188 und 190 auf, die dazwischenliegend angeordnet sind, um drei Spalte 192 zu bilden, wobei jeder der Spalte 192 mit einer Menge von trockenen Magnetteilchen 184 gefüllt ist. Elastomere Abstandselemente 185 sind vorgesehen, um den Abstand zwischen den Leiterelementen in dieser Ausführung beizubehalten, obwohl auch andere Mittel zum Beibehalten des Abstands der Leiterelemente verwendet werden könnten, wie es vorher angeführt ist. Jedes der Leiterelemente weist zwei magnetisch permeable Abschnitte und magnetisch nicht permeable Abschnitte auf, die einen Magnetflusspfad bilden, der im Wesentlichen den Magnetfluss des Magnetelementes entlang einem gewünschten Pfad durch jeden der mit Magnetteilchen gefüllten Spalte richtet. In der in 4 dargestellten Ausführung, weist das erste Leiterelement 178 permeable Abschnitte 194 und nicht permeable Abschnitte 196, 198 und 200 an dem oberen Plattenabschnitt 186 und permeable Abschnitte 202 und 204 und den nicht permeablen Abschnitt 206 an dem unteren Plattenabschnitt 187 auf. Das zweite Leiterelement 180 weist den permeablen Abschnitt 208 und die nicht permeablen Abschnitte 210 und 212 an dem unteren Plattenabschnitt 190 und permeable Abschnitte 214 und 216 und den nicht permeablen Abschnitt 218 an dem oberen Plattenabschnitt 188 auf. Die permeablen und die nicht permeablen Abschnitte der Leiterelemente definieren einen Flusspfad, der allgemein durch die Pfeile 220 bezeichnet ist, und richten den Magnetfluss von den Magnetelementen 182 und 183 in einem Magnetkreis, der sich von den Polen der Magnetelemente 182 und 183 erstreckt und durch die permeablen Abschnitte der Leiterelemente und die in den Spalten 192 zwischen den Leiterelementen angeordneten Magnetteilchen 184 verläuft. Das Verhalten der Magnetteilchen 184 in den Spalten 192 entlang dem Magnetflusspfad 220 ist identisch zu dem in den vorhergehenden Ausführungen beschriebenen Verhalten, d.h. die Magnetteilchen haften aneinander und an den sich gegenüberliegenden Oberflächen der Leiterelemente und erzeugen eine Kraft, die der Relativbewegung zwischen den Leiterelementen entgegenwirkt und dadurch Energie aufnimmt, wenn sich die Leiterelemente relativ zueinander bewegen. Durch Schichten der Spalte in Reihe kann jedoch die aktive Fläche der Magnetteilchen, welcher die eigentliche Dämpfervorrichtung darstellt, ohne bedeutendes Vergrößern der Fläche oder der Ausmaße des Dämpfergehäuses vergrößert werden. Solche Ausgestaltungen können verwendet werden, um eine größere Dämpfungswirkung in einer kompakteren Einheit für Anwendungen zur Verfügung zu stellen, bei denen der Platzbedarf im Vordergrund steht. Es ist jedoch leicht zu erkennen, dass die Anzahl der in dazwischen liegender Schichtung verwendeten Spalte, wie in 4 dargestellt, nach Notwendigkeit vergrößert werden kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Nun auf die 5A bis 5E Bezug nehmend, die Diagramme darstellen, in welchen die Kraft gegenüber der Verlagerung aufgetragen ist, auch bekannt als Kraft-Verlagerungs-Kreuzdiagramme, sind diese Diagramme für verschiedene Dämpfer dargestellt, um den Betrieb und die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erläutern. Es ist zu bemerken, dass, wie jeder Dämpfer, die Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung der vorliegenden Erfindung nur Energie aufnimmt, wenn die bewegbaren Teile, mit denen sie verbunden ist, sich relativ zueinander bewegen. Somit gelten die in den 5A bis 5E dargestellten Diagramme, in welchen die Kraft gegenüber der Verlagerung aufgetragen ist, für bewegbare Teile, die relativ zueinander mit einer Frequenz ω schwingen. In diesen Kreuzdarstellungen stellt die Verlagerung d die Verlagerung der bewegbaren Teile des Dämpfers relativ zueinander dar, während die Kraft f die Kraft darstellt, welche durch den Dämpfer, welcher der Relativbewegung der bewegbaren Teile entgegenwirkt, erzeugt wird. Die von einem Dämpfer pro Zyklus aufgenommene Energie ist gleich der Fläche, die durch die Kraft-Verlagerungs-Kreuzdarstellung eingeschlossen wird. Daher kann die vergleichsweise Energieaufnahme verschiedener Dämpfer durch Vergleich der Fläche eingeschätzt werden, die durch die jeweilige Kreuzdarstellung eingeschlossen wird. Weiterhin kann der Dämpferwirkungsgrad objektiv durch Vergleich der gemessenen Dämpfungsenergie, die pro Zyklus aufgenommen wird, mit der durch einen sogenannten perfekten Reibungsdämpfer pro Zyklus aufgenommenen Energie objektiv quantifiziert werden. Ein perfekter Reibungsdämpfer würde eine Kraft-Verlagerungs-Kreuzdarstellung haben, die durch ein Rechteck, wie es in 5A dargestellt ist, beschrieben wird. Die pro Zyklus von einem solchen perfekten Dämpfer aufgenommene Dämpfungsenergie würde der Fläche des Rechtecks entsprechen, d.h. (f_max – f_min) · (d_max – d_min), wobei d_max und d_min jeweils die Spitzenverlagerungen in jede Richtung der bewegbaren Teile relativ zueinander sind und f_max und f_min jeweils die Spitzenkräfte in jede Richtung, die von dem Dämpfer erzeugt wird, um der Relativbewegung der bewegbaren Teile entgegenzuwirken. Für die Zwecke der vorliegenden Anmeldung, wird der Dämpfungswirkungsgrad im Weiteren als das Verhältnis der pro Zyklus durch den in Frage stehenden Dämpfer aufgenommenen Energie zu der von einem perfekten Reibungsdämpfer mit gleichen Spitzenverlagerungen und Spitzenkräften aufgenommenen Energie definiert und in Prozent ausgedrückt. Ein Dämpfungswirkungsgrad von 100% bedeutet, dass der in Frage kommende Dämpfer so effizient ist, wie ein perfekter Reibungsdämpfer. Zum Vergleich angeführt, würde ein rein viskoser Dämpfer die Kraft-Verlagerungs-Kreuzdarstellung haben, die durch eine Ellipse beschrieben ist, wie sie in 5B dargestellt ist. Die pro Zyklus von einem solchen rein viskosen Dämpfer aufgenommene Reibungsenergie wird durch die Fläche der Ellipse dargestellt, d.h. (π/4) · (f_max – f_min) · (d_max – d_min). Somit beträgt der Wirkungsgrad des rein viskosen Dämpfers 78,5%, d.h. in jedem Zyklus nimmt er 78,5% der Energie auf, die von einem reinen Reibungsdämpfer aufgenommen wird.
Nun auf die 5C bis 5E Bezug nehmend, sind dort Kraft-Verlagerungs-Kreuzdarstellungen für einen Magnetteilchendämpfer gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung (dargestellt als Kurve A) und einen elastomeren Dämpfer gemäß dem Stand der Technik (dargestellt als Kurve B) gezeigt. In jedem Fall wurden die bewegbaren, an dem Magnetteilchendämpfer und den elastomeren Dämpfer angebrachten beweglichen Teile mit gleicher Frequenz (im vorliegenden Fall ω = 4,0 Hz) in Schwingungen mit annäherungsweise gleichen Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen d (etwa 0,004 bis 0,10 Inch von Spitze zu Spitze) versetzt. In jedem Fall wurden auch die entgegenwirkenden Kräfte f, die durch die jeweiligen Dämpfer in Reaktion auf die Bewegung erzeugt wurden, gemessen, um die Kreuz-Diagramme zu erzeugen.
Nun auf die 7A und 7B Bezug nehmend, sind dort Diagramme des Dämpfungswirkungsgrads aufgetragen über der Spitze-zu-Spitze-Verlagerung und der pro Zyklus aufgenommenen Energie/Spitze-zu-Spitze-Verlagerung, aufgetragen über der Spitze-zu-Spitze-Verlagerung für einen Magnetteilchendämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung und für einen elastomeren Dämpfer gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Wie aus 7A zu erkennen ist, ist über den gesamten Testbereich der Dämpferwirkungsgrad des Magnetteilchendämpfers höher als der des elastomeren Dämpfers. Die vergleichsweise Verbesserung der Dämpfung bei geringer Verlagerung ist sehr groß. Wie aus 7 zu erkennen ist, weist der Magnetteilchendämpfer einen Wert für die Energieaufnahme pro Zyklus/Spitze-zu-Spitze-Verlagerung auf, der bei geringen Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen höher ist, als der des elastomeren Dämpfers, der jedoch bei mäßigen Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen geringer als der des elastomeren Dämpfers ist. Somit hat der Magnetteilchendämpfer bei geringen Verlagerungen eine bessere Dämpfung, erzeugt jedoch für Verlagerungen mit großer Amplitude weniger Wärme und geringere Belastungen.
Die effektive Leistung eines Magnetteilchendämpfers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung und eines elastomeren Dämpfers gemäß dem Stand der Technik sind in den 5C, 5D und 5E für drei Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen dargestellt. Die berechneten Dämpferwirkungsgrade für diese Bedingungen sind in Tabelle 1 aufgezeigt. Zuerst auf 5C Bezug nehmend, ist dort ein Kreuzdiagramm für kleine Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen dargestellt, die Spitzenkräften am Magnetteilchendämpfer entsprechen, die unter dem Schlupfgrenzwert liegen.
Tabelle 1
Bei solchen kleinen Schwingungsamplituden erzeugt der Magnetteilchendämpfer größere entgegenwirkende Kräfte und nimmt effektiv mehr Energie auf, als der dem Stand der Technik entsprechende elastomere Dämpfer.
Als Nächstes Bezug auf 5D nehmend, ist dort ein Kreuzdiagramm für die beiden Dämpfer von 5C für Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen, die den Spitzenkräften an Magnetteilchendämpfern entsprechen, die nahe der Schlupfkraftgrenze liegen, dargestellt.
Für Schwingungen dieser Amplitude erzeugt der Magnetteilchendämpfer etwa die gleichen entgegenwirkenden Kräfte, wie der elastomere Dämpfer, nimmt jedoch pro Zyklus bei höherem Wirkungsgrad beträchtlich mehr Energie auf.
Schließlich auf 5E Bezug nehmend, ist dort ein Kreuzdiagramm für die beiden Dämpfer von 5C für Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen, welche die Verlagerung überschreiten, die der Schlupfkraft entspricht und einen Schlupf der Magnetteilchen bewirken, dargestellt. Der Schlupf der Magnetteilchen hält die Spitzenkräfte auf den Magnetteilchendämpfer etwa auf dem Schlupfkraftpegel, während die Spitzenkräfte auf den elastomeren Dämpfer viel größer sind. Somit erzeugt für solche relativ große Spitze-zu-Spitze-Verlagerungen der Magnetteilchendämpfer wegen des vorgesehenen Kraftgrenzwerts, der durch den Schlupf der Magnetteilchen bewirkt wird, bedeutend geringere Spitzenkräfte als der elastomere Dämpfer. Diese geringere Spitzenkraft erlaubt es, dass der Magnetteilchendämpfer oder die zugehörigen strukturellen Elemente gemäß einer verringerten Maximalfestigkeit im Vergleich zum Stand der Technik ausgelegt werden können, wodurch leichtere Konstruktionen möglich werden. Die geringere Energieaufnahme pro Zyklus dient weiterhin dazu, bei großen Schwingungen den Wärmeaufbau zu verringern. Dieses einzigartige und unerwartete Ergebnis eines hohen Dämpfungswirkungsgrads bei geringen Verlagerungen, gekoppelt mit sich selbst begrenzender Dämpferkraft und hohem Wirkungsgrad bei größeren Verlagerungen erlaubt es der Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung der vorliegenden Erfindung Schwingungen mit niedriger Amplitude auszudämpfen, wobei der Aufbau von übermäßigen Belastungen und/oder übermäßiger Wärme, wenn bei Anwendungen mit großer Amplitude der gleiche Dämpfer verwendet wird, vermieden wird.
Trockene Magnetteilchen, die für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind trockene Teilchen aus irgendeinem permeablen Material, einschließlich Teilchen aus reinem Eisen, siliziumlegiertem Gusseisen (verschiedene Siliziumgehal te), Eisenoxid, rostfreier Stahl (z.B. als Pulver, hergestellt aus hartgezogenem rostfreien Draht 303, 304 oder 316), Strontiumferrit und Magnetlegierungen, wie sie im Fachgebiet bekannt sind. In einer Ausführung bestehen die trockenen Magnetteilchen aus einer magnetischen rostfreien Stahllegierung aus rostfreiem Stahl des Typs 304. In einer anderen Ausführung bestehen die trockenen Magnetteilchen aus Strontiumferrit, das sowohl magnetisch ist und keine Tendenz zum Rosten zeigt. Die trockenen Magnetteilchen für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung weisen einen Durchmesser in der Größenordnung von etwa 1 bis 100 μ auf, wobei der bevorzugte Durchmesser in der Größenordnung von etwa 2 bis 8 μ liegt. In einigen Ausführungen können die trockenen Magnetteilchen mit einem trockenen Schmiermittel, beispielsweise Graphitpulver, trockenem Siliziumpulver und Stearinsäure gemischt werden. Der Zweck des trockenen Schmiermittels besteht darin, die Wechselwirkungskräfte vom Reibungstyp zu verringern und somit zu sichern, dass die Ausbrechkraft minimiert wird.
Die vorher beschriebene Dämpfervorrichtung kann in ihrer einfachsten Ausführung so dargestellt werden, wie es in 6A dargestellt ist, wobei die Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 120a verbunden mit einem ersten bewegbaren Teil 122 und einem zweiten bewegbaren Teil 124 dargestellt ist. Für die Zwecke der Beschreibung wird das erste bewegbare Teil 122 als feststehend angenommen, während das zweite bewegbare Teil 124 als in die durch den Pfeil 126 angezeigte Richtung schwingend angenommen wird. In der schematisch in 6A gezeigten Ausführung besteht die Dämpfervorrichtung 120a nur aus einem Magnetteilchendämpfer 128, wie er vorher beschrieben ist. Nun allgemein Bezug auf die 6B bis 6D nehmend, kann, wenn es gewünscht wird, die Dämpfungscharakteristik einer Dämpfervorrichtung der vorliegenden Erfindung zu verändern, der Magnetteilchendämpfer mit linearen und nicht linearen Federn, Massen und Dämpfern (Magnetteilchen oder andere Arten) kombiniert werden, wie es erforderlich ist, um gewünschte dynamische Systeme zu entwickeln und auszugestalten, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Solche Anwendungen des Magnetteilchendämpfers liegen innerhalb des Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Zuerst auf 6B Bezug nehmend, weist eine erste alternative Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 120b einen Magnetteilchendämpfer 128 auf, der in paralleler Anordnung mit einem Federelement 130 verbunden ist. Nun auf 6C Bezug nehmend, weist eine zweite alternative Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 120c einen Magnetteilchendämpfer 128 auf, der in Reihe mit einer Feder 132 verbunden ist. Nun auf 6D Bezug nehmend, weist eine dritte alternative Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung 120d einen Magnetteilchendämpfer 128 auf, der in paralleler Anordnung mit einer Feder 134 verbunden ist und bei der sowohl der Dämpfer 128, als auch die erste Feder 134 in Reihe mit einer zweiten Feder 136 verbunden sind.
Nun auf die 8A und 8B Bezug nehmend, sind dort zwei Ausführungen der vorliegenden Erfindung dargestellt. In jeder Ausführung ist eine Hubschrauberrotoranordnung 140 (dargestellt als entweder 140a oder 140b) vorgesehen und weist ein rotierendes Jochteil 142, ein Flügelblattteil 144 und einen Magnetteilchendämpfer 146 auf. Das Jochteil 142 weist einen ersten Dämpferanbringungsabschnitt 148 und das Flügelblattteil 144 einen zweiten Dämpferanbringungsbereich 150 auf, der in einem durch den Pfeil 152 dargestellten Abstand von dem Dämpferanbringungsabschnitt des Jochteils angeordnet ist. Das Flügelblattteil 144 ist in Bezug auf das Jochteil 142 beweglich, so dass bewirkt wird, dass sich der Abstand 152 zwischen den ersten und zweiten Dämpferanbringungsabschnitten verändert. Der Magnetteilchendämpfer 146 weist ein erstes Leiterelement 154, das mit einem der Dämpferanbringungsabschnitte verbunden ist, im vorliegenden Fall mit dem ersten Dämpferanbringungsabschnitt 148, und ein zweites Leiterelement 156 auf, das an dem anderen Dämpferanbringungsabschnitt angebracht ist, im vorliegenden Fall an dem zweiten Dämpferanbringungsabschnitt 150. Der Dämpfer 146 weist eine Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung auf, wie sie vorher beschrieben ist. Die Schwingungen des Flügelblattteils 144 in Voreilungs-Nacheilungs-Richtung, dargestellt durch den Pfeil 158, bewirken, dass sich der Abstand 152 verändert, so dass der Magnetteilchendämpfer 146 Energie aufnimmt und dadurch die Schwingungen dämpft. Die Hubschrauberrotoranordnung dieses Aspekts der vorliegenden Erfindung kann vom lagerlosen, in 8A dargestellten Typ sein, bei dem das Flügelblatt 144 mit dem Joch 142 durch einen biegsamen Abschnitt 160 verbunden ist, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Alternativ kann die Hubschrauberrotoranordnung 140 vom herkömmlichen Typ sein, wie es mit 140b in 8B bezeichnet dargestellt ist, wobei das Flügelblattteil 144 mit dem Jochteil 142 durch ein Nacheilungs-Voreilungs-Schwenklager 162, wie es im Fachgebiet bekannt ist, verbunden ist.
Bezug auf 9 nehmend, ist dort eine Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. In dieser Ausführung ist ein Aufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug 310 gezeigt, das eine Radnabe 301, montiert an einem Aufhängungsarm 304, eine Kraftfahrzeugkarosserie 300, eine Aufhängungsfeder 303, einen Stoßdämpfer 307 und einen Magnetteilchendämpfer 302 aufweist. Der Magnetteilchendämpfer 302 weist ein erstes Leiterelement 305, das mit der Kraftfahrzeugkarosserie 300 verbunden ist, und ein zweites Leiterelement 306 auf, das mit dem Aufhängungsarm 304 verbunden ist. Der Aufhängungsarm 304 und die Radnabe 301 sind in Bezug auf die Karosserie 300 in Reaktion auf durch die Straße bewirkte Eingangsgrößen translatorisch beweglich. Der Magnetteilchendämpfer 302 weist eine Magnetteilchen-Dämpfungsvorrichtung auf, wie sie vorher beschrieben ist. Die Relativbewegung zwischen der Kraftfahrzeugkarosserie 300 und dem Aufhängungsarm 304 bewirkt, dass sich der Abstand 320 zwischen der Kraftfahrzeugkarosserie und dem Aufhängungsarm 304 verändert, so dass der Magnetteilchendämpfer Energie aufnimmt und dadurch Dämpfung bereitstellt. Ein solcher Magnetteilchendämpfer stellt eine Stoßdämpfer- und Dämpferfunktion in einem Kraftfahrzeugaufhängungssystem zur Verfügung. Der Magnetteilchendämpfer 302 kann Permanentmagnete, Elektromagnete oder eine Kombination beider verwenden, um eine feste oder variable Dämpfung bereitzustellen. Eine solche variable Dämpfung kann als eine Funktion der Fahrzustände oder durch Wahl des Fahrers gesteuert werden, um die gewünschte Steuerbarkeit oder den gewünschten Fahrtzustand bereitzustellen, wie es im Fachgebiet bekannt ist. Der Magnetteilchendämpfer kann anstatt des oder zusätzlich zu dem herkömmlichen Stoßdämpfer 307 oder anderen Dämpfern oder Stoßdämpfern verwendet werden.
Verschiedene Veränderungen, Alternativen und Modifikationen sind von Fachleuten mit gewöhnlicher Qualifizierung nach dem Lesen der vorhergehenden Beschreibung zu erkennbar. Es ist beabsichtigt, dass alle solche Veränderungen, Alternativen und Modifikationen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen, als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.

Claims

Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung (20 zum Dämpfen der Bewegung zwischen ersten und zweiten relativ zueinander bewegbaren Teilen (22, 24), wobei die Dämpfervorrichtung aufweist: a) ein erstes Leiterelement (26), das an eines der bewegbaren Teile (22) anschließbar ist; wobei das erste Leiterelement (26) einen magnetisch permeablen Abschnitt (28) hat, der ein erster Teil eines Magnetflusspfades (29) ist; b) ein zweites Leiterelement (30), das an einem anderen der ersten und zweiten bewegbaren Teile (24) anbringbar und von dem ersten Leiterelement (26) beabstandet ist, um dazwischen einen Spalt (32) zu bilden; wobei das zweite Leiterelement (30) einen magnetisch permeablen Abschnitt (34) aufweist, der einen zweiten Teil des Magnetflusspfades (29) bildet; wobei die magnetisch permeablen Abschnitte (28, 34) der ersten und zweiten Leiterelemente (26, 30) jeweils einen Endbereich (36, 38) für den Fluss haben; wobei die Flussendbereiche (36, 38) der ersten und zweiten Leiterelemente (26, 30) am Spalt (32) einander gegenüberliegen; c) eine Menge von trockenen Magnetteilchen (40), die in dem Spalt (32) zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen (26, 30) angeordnet sind; wobei die Magnetteilchen (40) zwischen den Flussendbereichen (36, 38) der ersten und zweiten Leiter (26, 30) einen dritten Teil des Magnetflusspfades (29) darstellen; und d) ein Magnetelement (42), das fest an den magnetisch permeablen Abschnitten (28, 34) des ersten oder zweiten Leiterelements (26, 30) angebracht ist; wobei das Magnetelement (42) ein Magnetfeld erzeugt; und das Magnetfeld sich vorherrschend dem Magnetflusspfad (29) anpasst; wobei die Magnetteilchen (40) entlang dem Flusspfad (29) von dem Magnetfeld beeinflusst sind, so dass sie an benachbarten Magnetteilchen (40) magnetisch haften und an den ersten und zweiten Leiterelementen (26, 30), wodurch sie Kräfte erzeugen, die einer Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen (22, 24) entgegenwirken und Energie aufnehmen, wenn sich das erste und zweite bewegbare Teil (22, 24) relativ zueinander derart bewegen, dass eine Grenzkraft, die der Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen entgegenwirkt, erzeugt wird, wenn eine Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen eine verhältnismäßig kleine Verlagerung zwischen den bewegbaren Teilen hervorruft, wobei dann, wenn diese Grenzkraft erreicht wird, die Kräfte, die der Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen entgegenwirken, nicht zunehmen.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Magnetelement (42) ein Permanentmagnet ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Magnetelement (42) ein Elektromagnet ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem Rahmen (48), der zwischen dem ersten und zweiten Leiterelement (26, 30) liegt und den Spalt (32) dazwischen aufrechterhält.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Rahmen (48) die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Leiterelement (26, 30) im Wesentlichen auf eine Translationsbewegung beschränkt.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Dämpfungswirkungsgrad von 35% oder mehr für eine Relativbewegung zwischen den ersten und zweiten Leiterelementen (26, 30) gegeben ist, wenn die Bewegung eine Schwingungsbewegung mit einer Spitzenamplitude von etwa 0,00 Inch (0,05 mm) oder weniger ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Dämpfungswirkungsgrad von 50% oder mehr für eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Leiterelement (26, 30) gegeben ist, wenn die Bewegung eine Schwingungsbewegung mit einer Spitzenamplitude von etwa 0,01 Inch (0,254 mm) oder weniger ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Dämpfungswirkungsgrad von 70% oder mehr für eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Leiterelement (26, 30) gegeben ist, wenn die Bewegung eine Schwingungsbewegung mit einer Spitzenamplitude von etwa 0,1 Inch (2,54 mm) oder weniger ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit: einem Gehäuse (58) mit einer Wand (60), die einen inneren Hohlraum (62) bildet; wobei der Spalt (32) und die Magnetteilchen (40) in dem inneren Hohlraum (62) enthalten sind; wobei die Wand (60) so gestaltet ist, dass sie eine Anbringung des ersten und zweiten Leiterelements (26, 30) an dem ersten und zweiten bewegbaren Teil (22, 24) gestattet und eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Leiterelement (26, 30) zulässt.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Gehäuse (58) ferner aufweist: eine elastomere Dichtung (64), die zwischen der Wand (60) und sowohl dem ersten, als auch dem zweiten Leiterelement (26, 30) eingebunden ist, die sich durch die Wand (60) von dem inneren Hohlraum (62) erstrecken; wobei die elastomere Dichtung (64) eine begrenzte Bewegung des ersten und zweiten Leiterelements (26, 30) gegenüber dem Gehäuse (58) zuläßt und den inneren Hohlraum (62) gegenüber der äußeren Umgebung abdichtet; wodurch der Spalt (32) und die Magnetteilchen (40) gegenüber der äußeren Umgebung isoliert sind.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit: einem Druckgas, das in dem inneren Hohlraum (62) des Gehäuses (58) enthalten ist; einem Druckwandler (70), der in dem inneren Hohlraum (62) des Gehäuses (58) liegt; wodurch ein Versagen der elastomeren Dichtung (64) durch einen Druckabfall des Druckgases erkennbar ist, der durch den Druckwandler (70) gemessen wird.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 10, ferner mit: einem Feuchtigkeitsdetektor (74), der in dem inneren Hohlraum (62) des Gehäuses (58) liegt; wodurch ein Versagen der elastomeren Dichtung (64) durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit erkennbar ist, die von dem Feuchtigkeitsdetektor (74) gemessen wird.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die trockenen Magnetteilchen (40) ein Material enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus reinem Eisen, Siliciumeisen, Eisenoxid, magnetisch rostfreiem Stahl, und Strontiumferrit.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 13, wobei die trockenen Magnetteilchen (40) eine magnetische, rostfreie Stahllegierung des Typs rostfreier Stahl 304 sind.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die trockenen Magnetteilchen (40) einen Durchmesser haben, der von etwa 1 bis 100 μ reicht.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die trockenen Magnetteilchen (40) einen Durchmesser haben, der von etwa 2 bis 80 μ reicht.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einem trockenen Schmiermittel, dem die Magnetteilchen (40) zugemischt sind.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 17, wobei das trockene Schmiermittel ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Graphitpulver, trockenes Siliciumpulver, und Stearinsäure.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Rahmen (48) die relative Winkelbewegung zwischen dem ersten und zweiten leitenden Element (26, 30) auf etwa 90° oder weniger begrenzt.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Rahmen (48) die relative Winkelbewegung zwischen dem ersten und zweiten leitenden Element (26, 30) auf etwa 25° oder weniger begrenzt.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Rahmen (48) die relative Winkelbewegung zwischen dem ersten und zweiten leitenden Element (26, 30) auf etwa 10° oder weniger begrenzt.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Magnetelement (42) an dem ersten Leiterelement (26) angebracht und über dem Spalt (32) von einem zweiten Flussendbereich (38) des magnetisch permeablen Abschnitts (34) des zweiten Leiterelements (30) angeordnet ist; und wobei die Magnetteilchen zwischen dem Magnetelement (42) und dem zweiten Flussendabschnitt (38) des zweiten Leiterelements (30) einen vierten Teil des Magnetflusspfades (2)) bilden.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 22, ferner mit: einem dritten Leiterelement (112), das fest an dem Magnetelement (89) angebracht ist und dem zweiten Flussendabschnitt (110) des zweiten Leiterelements (100) am Spalt (98) gegenüberliegt; wobei das dritte Leiterelement (112) einen fünften Teil des Magnetflusses (94) bildet; und wobei die Magnetteilchen (108) zwischen dem zweiten und dritten Leiterelement (100, 112) von dem Magnetfeld beeinflusst sind, um an benachbarten Magnetteilchen (108) und an dem zweiten und dritten Leiterelement (100, 112) mnagnetisch zu haften, wodurch Kräfte erzeugt werden, die der Relativbewegung zwischen den bewegbaren Teilen (82, 84) entgegenwirken und die Energie aufnehmen, wenn sich das erste und zweite bewegbaren Teil (82, 84) relativ zueinander bewegen.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 23, wobei der Magnetflusspfad (94) toroidförmig ist, wobei die Drehachse eine Linie ist, die durch das Magnetelement (89) verläuft.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Feder (300), deren erstes Ende an eines der ersten oder zweiten Leiterelemente (305, 306) angeschlossen ist und deren zweites Ende an das andere der beiden ersten und zweiten Leiterelemente (305, 306) angeschlossen ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 25, wobei die Feder (30) eine Axialfeder ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der ersten und zweiten Leiterelemente ferner aufweist: einen Anschlussbereich, der an eines der bewegbaren Teile anschließbar ist; einen Kernbereich, der den magnetisch permeablen Abschnitt einschließt, wobei der Kernbereich gegenüber dem Anschlussabschnitt bewegbar ist; und eine erste Feder, die mit einem ersten Ende an dem Anschlussbereich und mit einem zweiten Ende an dem Kernbereich befestigt ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 27, wobei die erste Feder eine Axialfeder ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 27, ferner mit einer zweiten Feder, die mit einem Ende an dem Kernbereich und mit einem zweiten Ende an dem anderen Element von dem ersten und zweiten Leiterelement angebracht ist.
Magnetteilchen-Dämpfervorrichtung nach Anspruch 29, wobei die ersten und zweiten Federn Axialfedern sind.