发明内容

在这种背景下，本发明的目的是提供一种减震器和包括该减震器的家用器具，其中可以实现对不同振动状况的适应。

根据本发明，通过具有独立权利要求的特征的径向减震器、家用器具以及用于操作家用器具的方法来实现该目的。在各个从属权利要求中详细描述了本发明的优选实施例。径向减震器的优选实施例分别对应于家用器具和方法的优选实施例，即使在本文中不对其进行详细说明。

因此本发明涉及一种用于家用器具的径向减震器，其包括第一联接杆(jointrod)和第二联接杆，第一联接杆包括第一端和与第一端相反的第二端，第二联接杆包括第一端和与第一端相反的第二端；联接杆能够绕第二关节(M2)的第二旋转轴线相对于彼此运动；其中，第二杆的第一端借助于第二关节与第一联接杆的第一端连接；其中第一联接杆的第二端可借助于由第一旋转轴线限定的第一关节(M1)连接至家用器具的壳体，第二联接杆的第二端可借助于由第三旋转轴线限定的第三关节(M3)连接至家用器具的桶；并且其中第一关节、第二关节和第三关节中的至少一个包括形状记忆材料。

形状记忆材料的特点是，当施加特定刺激时，能够从明显的表面上为塑性变形中恢复其原始形状。这被称为形状记忆效应。已知各种形状记忆材料、特别是形状记忆合金和形状记忆聚合物。

形状记忆合金是这样一种合金，在受冷时会变形，而在加热时会恢复其变形前的形状。其也被称为记忆金属、记忆合金、智能金属、智能合金或肌肉线(muscle wire)。

然而，在本发明的优选实施例中，径向减震器中的形状记忆材料是形状记忆聚合物。

形状记忆聚合物与形状记忆合金的不同之处在于，它们的从硬相至软相的玻璃化转变或熔融转变是造成形状记忆效应的原因。在形状记忆合金中，马氏体/奥氏体转变是造成形状记忆效应的原因。形状记忆聚合物有许多优点使其比形状记忆合金更具吸引力。它们具有高的弹性变形能力(在大多数情况下高达200％)、更低的成本、更低的密度、可根据特定需求量身定制的广泛应用温度、易于加工、潜在的生物相容性和生物降解性，并且可表现出优于形状记忆合金的机械性能。

形状记忆聚合物是聚合智能材料，其具有在外部刺激(触发)、例如温度变化或电流的诱发下，从变形状态(临时形状)恢复至原始(永久)形状的能力。形状记忆聚合物可保留两个形状或(某些情况下)三个形状，并且它们之间的转变通常是由温度引起的。除了温度变化外，形状记忆聚合物的形状变化还可由电场或磁场、光或溶液来触发。根据构成形状记忆聚合物的结构单元，形状记忆聚合物覆盖了从稳定到可生物降解、从软到硬、从弹性到刚性的宽泛的特性范围。形状记忆聚合物包括热塑性和热固性(共价交联)聚合物材料。

形状记忆聚合物既具有可见的、当前的(临时的)形式又具有存储的(永久的)形式。一旦通过常规方法制造了后者，该材料就可以通过加热、变形、最后冷却来加工变成另一种临时形式。聚合物保持该暂时形状，直到由预定的外部刺激激活而转变形状为永久形式。该效应基于它们的分子网络结构，该结构包含至少两个独立的相。显示最高热转变的相T_perm是建立造成永久形状的物理交联所必须超过的温度。另一方面，切换段具有在超过特定转变温度T_trans时软化的能力并且是造成临时形状的原因。在一些情况下，这是玻璃化转变温度T_g，在其他情况下，是熔化温度T_m。当超过玻璃化温度T_trans且保持在T_perm以下时，会通过软化这些切换段来激活切换，从而使材料恢复其原始(永久)形式。在T_trans以下，段的灵活性至少部分地受到限制。如果选择T_m来设计形状记忆聚合物，则当切换段在T_m以上被拉伸并随后冷却至低于T_m时，便会引发切换段的应变诱发结晶。这些微晶形成共价网点，阻止聚合物重组其通常的螺旋结构。硬段与软段之比通常在5/95至95/5的范围内，更优选在20/80至80/20的范围内。

在通过例如热激活从玻璃态转变为橡胶弹性态的过程中，围绕段键的旋转变得越来越不受阻碍。这允许链可采取其他可能的、能量上等效的并具有少量解缠的构造。因此，大多数形状记忆聚合物形成紧凑的随机卷曲，因为这种构造在熵上优于拉伸构造。

具有“数均分子量”大于20000的这种弹性状态的聚合物在施加的外力方向上拉伸。如果短时间施加力，则聚合物链与其相邻链的缠结将阻止链的大运动，并且在去除力后样品将恢复其原始构造。但是，如果较长时间施加力，则由于聚合物链的打滑和解缠，会发生不可逆的塑性变形。

因此，在本发明的优选实施例中，使用了交联的形状记忆聚合物。这些聚合物中的交联可防止聚合物链滑动和流动。根据本发明，可以有利地使用化学和物理交联的形状记忆聚合物。

合适的物理交联的形状记忆聚合物的例子是聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚环氧乙烷(PEO)的嵌段共聚物、含有聚苯乙烯和聚(1,4-丁二烯)的嵌段共聚物、由聚(2-甲基-2-恶唑啉)和聚四氢呋喃制成的ABA三嵌段共聚物或线性、无定形的聚降冰片烯。物理交联通常通过氢键实现。

因此，在本发明的径向减震器的优选实施例中，形状记忆聚合物是物理交联的形状记忆聚合物。物理交联的形状记忆聚合物优选地选自聚合物聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环氧乙烷(PEO)、聚降冰片烯以及包含聚苯乙烯和聚(1,4-丁二烯)的嵌段共聚物。

在本发明的更优选的替代实施例中，使用了化学交联的形状记忆聚合物。即，物理交联聚合物的主要局限是记忆设计期间中由于蠕变引起的不可逆的变形。

在径向减震器的优选实施例中，化学交联的形状记忆聚合物选自聚氨酯和PEO-PET嵌段共聚物。

化学交联可在合成过程中通过在多功能交联剂(3个或多于3个功能单元)的存在下进行合适的单体的聚合来实现。替代地，可实现线性或支化聚合物的后续化学交联。取决于聚合物，有各种选择可用，例如经由紫外线交联。例如，通过使用过量的二异氰酸酯或使用例如甘油或三羟甲基丙烷的交联剂可生产化学交联的聚氨酯。共价交联的引入改善了蠕变，提高了恢复温度和恢复窗口。作为另一个示例，通过使用马来酸酐、甘油或5-间苯二甲酸二甲酯作为交联剂可使PEO-PET嵌段共聚物交联。

在本发明的一个优选实施方案中，使用电流来激活形状记忆聚合物的形状记忆效应。当形状记忆聚合物与导电填料(例如碳纳米管、短碳纤维(SCF)、炭黑或金属镍粉)结合使用时，这尤其可能。这些导电的形状记忆聚合物通常是通过在硝酸和硫酸的混合溶剂中对多壁碳纳米管(MWNT)进行化学表面改性而制备的，目的是改善聚合物与导电填料之间的界面结合。在这些类型的形状记忆聚合物中的形状记忆效应与填料含量和MWNT的表面改性程度有关，其中表面改性形式表现出良好的能量转换效率和改善的机械性能。

在本发明中，形状记忆聚合物的形状改变优选地借助于温度变化或电流来实现。因此，在径向减震器的优选实施例中，形状记忆聚合物包含导热和/或导电的填料。所述填料包括金属纳米颗粒、金属纳米线、碳纤维、金属氧化物的纳米颗粒、二氧化硅纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨、炭黑和硼/铝化合物。

温度的改变可通过将加热装置靠近径向减震器、特别是靠近包含形状记忆材料的一个或多个关节布置来实现。该加热装置可以是例如提供可适当地作用在减震器上的暖风或热风的鼓风机。加热装置优选地连接至家用装置的控制装置，从而通过控制装置可将加热和形状记忆材料因此的形状以及其对径向减震器中的摩擦的影响调节成适应特定的振动状况。

在施加热量的情况下，通常将形状记忆聚合物加热到50℃至80℃的温度，优选地加热到60℃至70℃的温度。

类似地，电流源可被布置在相应的关节处。然后优选地将电流源也连接到家用装置的控制装置。因此，通过控制装置可将流过形状记忆材料、特别是形状记忆聚合物的电流和形状记忆材料因此的形状以及其对径向减震器中的摩擦的影响调节成适应特定的振动状况。

在施加电流或热量时，形状记忆材料、特别是形状记忆聚合物将变形，并且因此施加力到使用该形状记忆材料的相应关节的旋转轴线的某些区域。在本发明的优选实施例中，使用了布置在相应关节中其旋转轴线与例如形状记忆聚合物之间的摩擦材料。在这种情况下，该力将施加到例如为有机聚合物泡沫的摩擦材料的一些区域。无论如何，通常是金属臂的联接杆的运动都将受到更大的阻力，因此将调节系统的摩擦力。

因此在优选的径向减震器中，第一关节、第二关节和第三关节中的至少一个包括布置在第一旋转轴线、第二旋转轴线和/或第三旋转轴线与形状记忆材料之间的摩擦材料。摩擦材料优选地是聚合物有机泡沫或橡胶材料。

在径向减震器的特别优选的实施例中，第一关节(M1)包括形状记忆材料、特别是形状记忆聚合物。

径向减震器优选地包含旋转运动限制装置，例如在公开WO 2018/109602 A中描述的。

此外，本发明涉及一种包括如上述限定的径向减震器的家用器具。

在优选的实施例中，家用器具是洗衣机或洗衣-干衣机。洗衣机和洗衣-干衣机通常包括桶和布置在桶内并可绕水平轴线旋转的衣物滚筒。根据本发明，通常在桶与洗衣机或洗衣-干衣机的壳体之间布置至少一个径向减震器、优选地两个径向减震器。为此，径向减震器通常经由壳体底部中的合适的联接杆接收部来连接。

此外，本发明涉及一种用于操作包括如上述限定的径向减震器的家用器具的方法，其中，根据家用器具的振动状况借助于形状记忆材料的形状改变来调节与在相应的第一关节(M1)、第二关节(M2)和/或第三关节(M3)中的第一旋转轴线、第二旋转轴线和/或第三旋转轴线之间的摩擦。

在该方法的优选实施例中，家用器具是具有桶和布置在桶内并可绕水平轴线旋转的衣物滚筒的洗衣机或洗衣-干衣机，其中在桶与洗衣机或洗衣-干衣机的壳体之间布置至少一个径向减震器、优选地两个径向减震器。

本发明具有许多优点。首先，减震器的操作适应于例如在家用器具中可能发生的不同振动状况。振动状况可能会有所不同、特别是在洗衣机中，在不同的洗涤程序中它们通常会有所不同。这种适应性基本上是这样实现的，可改变所使用的减震器中的摩擦，使得相应的机械运动可以不同程度地转换成摩擦，从而转换成可以传导并散布到其他地方的热量。

此外，在家用器具是洗衣机或洗衣-干衣机的情况下，本发明的减震器可以在执行旋转/甩干时减少时桶的作用力，并且可以减少噪音、振动和摆动。此外，本发明使得减震器能够更便宜。

本发明的减震器本质上并且在优选的实施例中提供了一种基于形状记忆聚合物的智能致动器，将改进工业上目前使用的减震器，例如，可更好地利用围绕洗衣机或干衣机的桶的自由空间。与常规减震器相比，所述径向减震器可以更小，并且可允许设计更大的桶并将其布置在常规减震器禁放的位置。