DE2933726C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger für die oszillierende, lineare Bewegung eines Maschinenteiles, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen mit sich parallel zur Richtung der erregenden Schwingung in einem Spaltabstand s gegenüberliegenden Wirkflächen, wobei der Spalt mit einem viskoelastischen Medium mit dem Schubmodul T und der Scherzähigkeit E gefüllt ist, wobei das erste Teil mit dem zu dämpfenden Maschinenteil und das zweite Teil mit der Tilgermasse m verbunden ist, und wobei die Wirkfläche des zweiten Teiles die Flächengröße A aufweist, die maximal so groß ist wie die Wirkfläche des ersten Teiles.

Auf Schwingungstilger der vorstehend angesprochenen Art nimmt beispielsweise die DE-OS 20 17 438 bezug. Sie lassen sich durch Variation der Tilgermasse, des Spaltabstandes und der Wirkfläche des viskoelastischen Mediums beliebig abstimmen, haben indessen in allen Fällen den wesentlichen Nachteil, daß eine optimale Wirksamkeit nur in einem relativ engen Frequenzbereich erzielt wird. Außerhalb dieses Bereiches ergibt sich eine deutlich verschlechterte Tilgerwirkung. Die Verwendung solcher Schwingungstilger in Anordnungen, in denen der Betrieb ständig breitbandig variierende Frequenzen mit sich bringt, ist deshalb problematisch und hat zwangsläufig ein wenig befriedigendes Gesamtergebnis zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger dieser Art nunmehr derart zu modifizieren, daß eine breitbandige Wirksamkeit erzielt wird. Hierunter ist zu verstehen, daß der Schwingungstilger bei allen Frequenzen eine hohe Wirksamkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Schwingungstilger der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Dämpfungsmedium eine Flüssigkeit ist und daß die Tilgermasse m, die Scherzähigkeit E, der Schubmodul T, der Spaltabstand s und die Flächengröße A nach der folgenden Formel aufeinander abgestimmt sind:

Nach einer besonderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß der Spaltabstand s bei in verschiedenen Bereichen unterschiedlicher Größe der Summe entspricht aus dem jeweiligen Spaltabstand, multipliziert mit dem Quotienten aus der jeweiligen Teilfläche und der Gesamtfläche. Der Spaltabstand s ergibt sich somit als ein Mittelwert, bezogen auf die tatsächlichen Gegebenheiten der Oberflächenstrukturierung der einander gegenüberliegenden Flächen.

Die breitbandige Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers ist angesichts des technisch relativ einfachen Aufbaues von außerordentlich großer wirtschaftlicher Bedeutung. Sie ergibt sich jedoch nur dann, wenn die genannten Parameter in der beanspruchten Weise aufeinander abgestimmt sind. Nur hierfür wird im Sinne der vorliegenden Erfindung Schutz beansprucht.

Schutz wird daneben auch für Ausführungen beansprucht, bei denen die gegenseitige Abstimmung der einzelnen Parameter in angenäherter Form der vorstehend genannten Formel entspricht. Die Notwendigkeit, die Annäherung der Abstimmung in den Schutzumfang einzubeziehen, ergibt sich daraus, daß die mechanischen Eigenschaften der zur Verfügung stehenden viskoelastischen Flüssigkeiten in Abhängigkeit von chemischen Alterungsvorgängen bzw. Feuchtigkeitsaufnahme oder Erwärmung variieren können. Sie ergibt sich auch daraus, daß bei vereinfachten Ausführungen in bezug auf die Erfüllung eines gewünschten Zweckes eine vereinfachte Berechnung der Flächengröße A und des zugehörigen Spaltabstandes s anwendbar ist. Es ist weiterhin möglich, innerhalb der vorgeschriebenen Abstimmung die einzelnen Größen der angegebenen Parameter zu variieren.

Schwingungstilger gemäß der vorliegenden Erfindung können deshalb ohne besondere Schwierigkeiten an besondere Erfordernisse jeder Art angepaßt werden. Die im einzelnen gewählten Konstruktionen können sich dabei äußerlich sogar an bekannte Vorbilder anlehnen.

In der Zeichnung sind einige beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers längsgeschnitten dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte Ausführung eines senkrecht erregten Schwingungstilgers, bei dem die Tilgermasse im Inneren eines Gehäuses in einer viskoelastischen Flüssigkeit angeordnet ist,

Fig. 2 eine Ausführung entsprechend Fig. 1, wobei jedoch die Masse von Membranen in einer neutralen Lage gehalten wird, die außerdem den Spalt zwischen dem Gehäuse und der trägen Masse in axialer Richtung begrenzen und

Fig. 3 eine Ausführung, bei der die Tilgermasse als ein außenliegendes Gehäuse gebildet ist, das durch stirnseitig angeordnete membranähnliche Übergangsstücke mit dem innenliegenden Trägerteil verbunden ist.

Der Schwingungstilger gemäß Fig. 1 besteht aus einem zylindrisch ausgebildeten Gehäuse 1, das durch eine Verschweißung mit der eben ausgebildeten Grundplatte 2 verbunden ist. Die Grundplatte 2 weist Bohrungen 3 auf, durch die eine Verschraubung mit dem angrenzenden Maschinenteil möglich ist.

Das Gehäuse umschließt eine zylindrisch ausgebildete Tilgermasse 4, deren Mantel sich parallel zur Richtung der eingeleiteten Schwingung erstreckt. Der Spalt zwischen der Tilgermasse und der Innenwandung des Gehäuses ist vollständig ausgefüllt mit einer viskoelastischen Flüs­ sigkeit 5.

In die erfindungsgemäße gegenseitige Abstimmung der bei der Konstruktion eines solchen Schwingungstilgers festzulegenden Einzelwerte gehen ein:

• 1. Die Tilgermasse mit ihrem spezifischen Gewicht und ihrem Volumen.
• 2. Die Tilgermasse mit der Größe der Fläche A, die sich parallel zur Richtung der zu bedämpfenden Schwingungen erstrecken. Dabei handelt es sich im vorliegenden Fall ausschließlich um die Zylinderfläche, die den die Tilgermasse bildenden Körper umschließt.
• 3. Der Abstand, in dem sich diese Zylinderfläche von der Innenwandung des aufnehmenden Gehäuses befindet. Liegen diesbezüglich in verschiedenen Bereichen unterschiedliche Werte vor, dann genügt zur Feststellung des Spaltabstandes s die Bildung eines arithmetischen Mittelwertes.
• 4. Die Scherzähigkeit E und der Schubmodul T der in dem Spalt enthaltenen viskoelastischen Flüssigkeit.

Im Rahmen der erfindungsgemäß vorgeschriebenen gegenseitigen Abstimmung der vorstehend angegebenen Einzelparameter ist es möglich, bei gleicher Wirkungsweise die im einzelnen angegebenen Größen in beliebiger Weise zu verändern, da sie keinen unmittelbaren Einfluß auf das erzielte Ergebnis haben.

Um die Masse der zu dämpfenden Maschinenteile nicht unnötig zu vergrößern, ist es zweckmäßig, das mit diesem verbundene Gehäuse 1 möglichst leicht auszuführen, d. h. beispielsweise unter Verwendung eines Werkstoffes mit einem geringen spezifischen Gewicht. Insbesondere glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Aluminium haben sich hier bewährt. In bestimmten Fällen ist es auch möglich, durch unmittelbare Einbettung der viskoelastischen Flüssigkeit 5 und der Tilgermasse 4 in das Innere des zu bedämpfenden Maschinenteiles ganz und gar auf ein speziell ausgebildetes Gehäuse 1 zu verzichten. Beispielsweise lassen sich auf eine solche Weise die Schwingungen der Düsennadel von Einspritzdüsen eines Dieselmotors in ausgezeichneter Weise dämpfen.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wesentlichen Werte eines entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung konstruierten Schwingungstilgers dieser Art zusammengefaßt. Bei zwei Vergleichsausführungen wurde jeweils nur ein einziger der enthaltenen Konstruktionswerte verändert. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich bereits durch diese scheinbar geringfügige Veränderung eine deutliche Ver­ schlechterung in dem Tilgungsverhalten ergibt.

Tabelle 1: Bezogene dissipierte Energie

Fig. 2 zeigt eine Ausführung eines Schwingungstilgers ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1. Die Konstruktion unterscheidet sich jedoch wesentlich von derjenigen gemäß Fig. 1 dadurch, daß die Tilgermasse das aufnehmende Gehäuse an den Stirnseiten durchbricht, so daß sie nur auf einen Teil der eigentlichen Mantelfläche von der in dem Spalt enthaltenen viskoelastischen Flüssigkeit benetzt wird. Die zylindrisch ausgebildete Tilgermasse 10 und das zylindrisch ausgebildete Gehäuse 8 mit einer Grundplatte 9 sind durch zwei kreisringähnlich ausgebildete Membranen 11 aus einem weichelastischen Werkstoff untereinander verbunden, die den Spalt zwischen den beiden Teilen stirnseitig begrenzen. Bezüglich der Werkstoffauswahl für die Ausbildung der Membranen 11 ist zu beachten, daß diese ausschließlich zur Abdichtung des Spaltes und zur Führung der Tilgermasse dienen. Es ist anzustreben, daß die eigentliche Kraftübertragung zwischen dem Gehäuse 8 und der Tilgermasse 10 ausschließlich über die von der viskoelastischen Flüssigkeit 3 benetzten Wirkflächen erfolgt.

Die Befestigung des Schwingungstilgers gemäß Fig. 2 erfolgt durch Verschraubung der an das Gehäuse 8 angeschweißten Grundplatte 9 mit dem zu bedämpfenden Maschinenteil. Die eingeleiteten Schwingungen müssen parallel zur Richtung der Mantelfläche der Tilgermasse 10 ausgerichtet sein.

Die für eine Ausführungsform entsprechend der eingangs genannten Abstimmung festgelegten Einzelwerte sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt. Die beiden angegebenen Vergleichsausführungen umfassen gleich ausgebildete Schwingungstilger, bei denen jeweils nur ein einziger Wert verändert worden ist. Das deutlich verschlechterte Tilgerverhalten ist offensichtlich:

Tabelle 2

Fig. 3 zeigt einen Schwingungstilger gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem auf der Grundplatte 16 ein zylindrisch ausgebildeter Trägerkörper 15 aufgeschweißt ist. Die Grundplatte 16 weist Bohrungen auf, durch die sie mit dem zu schwingenden Maschinenteil verschraubt wird.

Der Trägerkörper 15 ist von der zylindrisch ausgebildeten Tilgermasse 17 umgeben. Der zwischen den beiden Teilen gebildete Spalt ist stirnseitig abgeschlossen durch membranähnlich ausgebildete Verbindungsteile 18, die bei einer kreisringförmigen Grundfläche aus einem weichelastischen Werkstoff bestehen. Bezüglich der Werkstoffauswahl gelten die Ausführungen zu der vorstehend behandelten Fig. 2.

Der zwischen den Membranen und den beiden gegenüberliegenden Teilen gebildete Hohlraum ist mit der viskoelastischen Flüssigkeit 19 ausgefüllt. Diese benetzt gleichermaßen die innenliegende Wirkfläche der Tilgermasse 17 und die außenliegende Wirkfläche des Trägerkörpers 15. Da diese kleiner ist als die der Tilgermasse, wird in die eingangs genannte Formel für die Flächengröße A ein entsprechend verminderter Wert eingesetzt.

Die in Fig. 1 bis 3 dargestellten Schwingungstilger mit einem rotationssymmetrischen Aufbau eignen sich ebenfalls zur Tilgung von Rotationsschwingungen, die parallel zur Ebene der Wirkflächen eingeleitet werden, d. h. es ist notwendig, den Schwingungstilger für die Tilgung solcher Schwingungen rotationssymmetrisch in der Symmetrieachse des sich drehenden Maschinenteiles zu befestigen. Es kann in diesem Falle die gleiche Formel verwendet werden.

Bei Ausführungen zur Tilgung linearer Schwingungen ist es nicht unbedingt notwendig, dem Schwingungstilger einen rotationssymmetrischen Aufbau zu geben, sondern die gegenüberliegenden Wirkflächen können nahezu jedes Profil haben, sofern gewährleistet ist, daß sich die Oberflächen parallel zur Richtung der eingeleiteten Schwingungen erstrecken. Stern- oder sonstige Polygonprofile sind infolgedessen ohne weiteres denkbar. Sie ermöglichen in Verbindung mit der Auswahl eines Werkstoffes mit besonders hoher Dichte für die Tilgermasse, beispielsweise Blei, bei kleinen äußeren Abmessungen die Konstruktion eines Schwingungstilgers von sehr hoher Wirksamkeit.

Der erfindungsgemäße Schwingungstilger kann neben der Tilgung mechanisch erzeugter Schwingungen und zur Tilgung von akustisch erzeugten Schwingungen verwendet werden. Dazu wird eine Ausführung des Schwingungstilgers entsprechend den Fig. 1 bis 3 mit der Grundplatte 2 bzw. 9 bzw. 16 an einer Resonanzplatte derart befestigt, daß die auf diese Schallwellen den Schwingungstilger parallel zur Richtung seiner Wirkflächen erregen. Die von dem Schwingungstilger in die Resonanzplatte eingeleiteten Reaktionskräfte bewirken eine hochgradige Tilgung der Schwingungen in einem breiten Frequenzbereich. Hierdurch wird eine besonders gute Schalldämpfung erreicht.

Für eine großtechnische Herstellung entsprechender Schalldämmwände ist es nicht unbedingt notwendig, den Schwingungstilger wie vorstehend angegeben separat auszubilden und separat auf die Oberfläche der zu bedämpfenden Platte aufzuschrauben, sondern es ist ebenfalls möglich, entsprechend dem unter Fig. 1 behandelten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Tilgermassen zusammen mit der erforderlichen viskoelastischen Flüssigkeitsmenge in Aussparungen einzubetten, die unmittelbar in den entsprechenden Teilen enthalten sind.

Claims (2)

1. Schwingungstilger für die oszillierende, lineare Bewegung eines Maschinenteiles, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen mit sich parallel zur Richtung der erregenden Schwingungen in einem Spaltabstand s gegenüberliegenden Wirkflächen, wobei der Spalt mit einem viskoelastischen Medium mit Schubmodul T und der Scherzähigkeit E gefüllt ist, wobei das erste Teil mit dem zu dämpfenden Maschinenteil und das zweite Teil mit der Tilgermasse m verbunden ist, und wobei die Wirkfläche des zweiten Teiles die Flächengröße A aufweist, die maximal so groß ist wie die Wirkfläche des ersten Teiles, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium eine Flüssigkeit ist und daß die Tilgermasse m, die Scherzähigkeit E, der Schubmodul T, der Spaltabstand s und die Flächengröße A nach der folgenden Tabelle aufeinander abgestimmt sind:

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spaltabstand s bei in verschiedenen Bereichen unterschiedlicher Größe der Summe aus dem jeweiligen Spaltabstand multipliziert mit dem Quotienten aus der Teilfläche und der Gesamtfläche entspricht.