DE102004020605A1

DE102004020605A1 - Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102004020605A1
Application number: DE102004020605A
Authority: DE
Inventors: Erwin W. Kötter; Johann Dr.-Ing. Lenz
Original assignee: ERWIN W KOETTER CONSULTING ENG; Erwin W Kotter Consulting Engineers Ek
Current assignee: KOETTER CONSULTING ENGINEERS GMBH & CO. KG, DE
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: DE102004020605B4

Abstract

Es wird ein Schwingungstilger oder -dämpfer (10) mit einem Gehäuse (11) und einer darin, insbesondere in dessen Zentrum, angeordneten schwingfähigen Masse (12) angegeben, bei dem die schwingfähige Masse (12) entlang jeder Raumkoordinate durch jeweils mindestens ein elastisches Element (13) schwingfähig gehalten ist, so dass der Schwingungstilger oder -dämpfer in jeder der drei möglichen Raumrichtungen mit gleichen dynamischen Eigenschaften eingesetzt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Schwingungstilger oder -dämpfer, im Folgenden mitunter auch kurz nur als Tilger oder Dämpfer bezeichnet, sind bekannt und werden bei Auftreten erhöhter oder unerwünschter Schwingungen an Maschinen oder dergleichen aber auch an Bauwerken, wie Brücken oder ähnlichem, oder Bauwerksteilen, wie Trägern, Decken, Wänden und dergleichen, eingesetzt um die Betriebsschwingungen zu reduzieren oder zu eliminieren.
Nachteilig bei solchen bekannten Schwingungstilgern oder -dämpfern ist neben den dynamischen Voraussetzungen, die zu erfüllen sind auch der Aufwand, der mit deren genauer Auslegung und Positionierung, die für eine optimale Wirkung erforderlich ist, einhergeht. Bekannte Tilger oder Dämpfer müssen u.a. für eine optimale Wirkung so angeordnet sein, dass sich die schwingfähige Masse in der Ebene der unerwünschten Schwingung befindet und dass die Masse in einer Ebene, die mit der Ebene der unerwünschten Schwingung zusammenfällt oder zumindest zu dieser parallel ist, schwingen kann. Eine solche Positionierung erfordert im Vorfeld einen hohen Aufwand, weil die unerwünschte Schwingung oder die Dynamik der zu beeinflussenden Struktur genau bekannt sein muss. Zudem müssen für unerwünschte Schwingungen in verschiedenen Frequenzen mehrere einzelne Tilger oder Dämpfer abgestimmt werden, um jede einzelne Schwingung zu reduzieren oder zu eliminieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen Schwingungsdämpfer oder -tilger anzugeben, mit dem die o.g. Nachteile vermieden oder zumindest reduziert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dazu ist bei einem Schwingungstilger oder -dämpfer mit einem Gehäuse und einer darin, insbesondere in dessen Zentrum angeordneten schwingfähigen Masse, vorgesehen, dass die schwingfähige Masse entlang jeder Raumkoordinate, also insbesondere entlang der x-, y- und z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems, durch mindestens jeweils ein an gegenüberliegenden Seiten der schwingfähigen Masse angreifendes elastisches Element, z.B. eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder, oder dergleichen, schwingfähig gehalten oder gelagert ist.

Bevorzugt greift das oder jedes elastische Element an der Innenfläche des Gehäuses und an der Außenfläche der schwingfähigen Masse an. Auf diese Weise kann die schwingfähige Masse komplett im Innern des Gehäuses (gekapselt) angeordnet werden um auf diese Weise Beschädigungen, insbesondere Beschädigungen der elastischen Elemente, oder Verschmutzungen zu vermeiden.

Wenn das Gehäuse und/oder die schwingfähige Masse eine regelmäßige, insbesondere in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur aufweist, ergeben sich besonders einfache Verhältnisse für die Abstimmung des Gewichts der schwingfähigen Masse und/oder der Steifigkeit der elastischen Elemente, bei Federn als elastische Elemente insbesondere der Federkonstante, weil in Richtung jeder Raumkoordinate gleiche schwingungstechnische Verhältnisse vorliegen.

Eine speziell im Hinblick auf deren Fertigung besonders günstige Form für das Gehäuse und/oder die schwingfähige Masse mit punktsymmetrischer Außen- und/oder Innenkontur liegt mit einem Würfel vor. D.h. die Außenkontur des Gehäuses und/oder der schwingfähigen Masse ist würfelförmig. Die Innenkontur des Gehäuses ist bevorzugt ebenfalls würfelförmig. Jede würfelförmige Außen- oder Innenkontur umfasst sechs Würfelflächen auf der jeweils mindestens ein elastisches Element angreift.

Die elastischen Elemente sind an den Mittelpunkten der einzelnen Würfelflächen befestigt. Dabei ist gewährleistet, dass gedachte Achsen, die mittig durch die elastischen Elemente verlaufen oder bei einer Gruppe von elastischen Elementen mit deren Hauptwirkrichtung zusammenfallen, jeweils aufeinander senkrecht stehen, so dass die Schwingfähigkeit der schwingfähigen Masse entlang jeder Raumkoordinate gegeben ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die schwingfähige Masse des erfindungsgemäßen Dämpfers oder Tilgers in jeder Richtung mit den gleichen dynamischen Eigenschaften reagiert. Darum ist es nicht notwendig, dass sich die schwingfähige Masse eines Dämpfers oder Tilgers, der entsprechend der Erfindung ausgeführt ist, genau in der Ebene der unerwünschten Schwingung befindet. Des Weiteren kann der erfindungsgemäße Tilger oder Dämpfer mehrere überlagerte Schwingungen in verschiedenen Frequenzen gleichzeitig in gewünschter Weise durch Reduzierung oder Elimination beeinflussen.

Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Bevorzugt ist das Gehäuse mit einem Dämpfungsmedium, insbesondere einer viskosen Flüssigkeit, z.B. Öl oder dergleichen, gefüllt. Der Vorteil des gedämpften Systems besteht darin, dass es nicht nur bei einer Einzelfrequenz wirkt, sondern auch bei einer breitbandigen Schwingungsfrequenzanregung eingesetzt werden kann. Der Schwingungstilger wird dann zu einem Schwingungsdämpfer.

Eine alternative Ausführungsform eines gedämpften Systems besteht darin, dass bei dem Schwingungsdämpfer oder -tilger dem oder jedem elastischen Element ein Dämpfungselement, z.B. nach Art eines Feder-/Dämpfersystems wie dies z.B. aus dem Kraftfahrzeugbereich, insbesondere zur Fahrwerksdämpfung, bekannt ist, zugeordnet ist.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit selbständiger erfinderischer Qualität zeichnet sich dadurch aus, dass ein Schwingungsdämpfer oder -tilger wie vorstehend beschrieben einen weiteren Schwingungsdämpfer oder -tilger enthält und sich somit zwei ineinander gestaffelte Einzeltilger oder -dämpfer ergeben. Dabei bildet die schwingfähige Masse eines ersten (äußeren) Dämpfers oder Tilger den weiteren (inneren) Tilger oder Dämpfer. Dieser innere Tilger oder Dämpfer kann unabhängig vom äußeren Tilger oder Dämpfer einzelne oder sämtliche Ausgestaltungen, wie vorstehend beschrieben, aufweisen. Zur Anordnung des inneren Dämpfers oder Tilgers weist die schwingfähige Masse des äußeren Dämpfers oder Tilgers (äußere Masse) einen Hohlraum auf, so dass die äußere Masse als Gehäuse des enthaltenden, inneren Dämpfers oder Tilgers fungiert, in dem die schwingfä hige Masse des inneren Dämpfers oder Tilgers (innere Masse) schwingfähig angeordnet ist. Selbstverständlich kann der innere Tilger oder Dämpfer selbst noch einen weiteren inneren Tilger oder Dämpfer aufweisen, usw. Die Tiefe der Staffelung innerer Tilger oder Dämpfer ist nur durch die Dimension der Einzelelemente, also der elastischen Elemente und der jeweiligen schwingfähigen Massen, sowie den mit abnehmender Größe der Einzelelemente ansteigenden Fertigungsaufwand begrenzt.

Dieser Aspekt der Erfindung besitzt selbständige erfinderische Qualität, weil die Möglichkeit der Staffelung mehrerer Tilger und/oder Dämpfer unabhängig von der Funktionsfähigkeit in Richtung aller drei Raumkoordinaten ist. D.h. diese gestaffelte Anordnung mehrerer Tilger oder Dämpfer ineinander kommt auch mit einer nur in einer Richtung oder in zwei Richtungen schwingfähigen Masse in Betracht. Entscheidend für die Staffelungstiefe ist die Anzahl der zu beeinflussenden Schwingungsfrequenzen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Darin zeigen
1 einen Schwingungsdämpfer oder -tilger in einer Schnittdarstellung und
2 eine besondere Ausführungsform eines gestaffelten Schwingungstigers oder -dämpfers in einer Schnittdarstellung.
1 zeigt einen Schwingungsdämpfer oder -tilger 10, im Folgenden kurz nur als Tilger 10, bezeichnet, mit einem würfelförmigen Gehäuse 11 und einer im Innern des Gehäuses 11 in dessen Zentrum angeordneten, ebenfalls würfelförmigen schwingfähigen Masse 12 in einer Schnittdarstellung, wobei die Schnittebene parallel zu einer der Würfelflächen des Gehäuses 11 oder der schwingfähigen Masse 12 verläuft.
Die schwingfähige Masse 12, im Folgenden mitunter auch als Tilgermasse 12 bezeichnet, ist im Innern des Gehäuses 11 durch eine Mehrzahl als elastische Elemente 13 fungierende Spiralfedern 13 gehalten. Die Spiralfedern 13 sind dabei so angeordnet, dass die schwingfähige Masse 12 in Richtung jeder Raumkoordinate, also in Richtung der x-, y- und z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems unabhängig schwingfähig gelagert ist. Die Spiralfeder 13 in Richtung der in der Schnittdar stellung nicht sichtbaren, senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden dritten Koordinatenachse ist durch den gestrichelt eingezeichneten Kreis dargestellt.
Die schwingfähige Masse 12 ist im Innern des Gehäuses 11 durch insgesamt sechs Spiralfedern 13 gehalten, wobei jeweils zwei Spiralfedern 13 an gegenüberliegenden Würfelflächen der würfelförmigen Tilgermasse 12, also entlang oder in Richtung der gleichen Raumkoordinate, angreifen. Es ist auch möglich, dass an jeder Seitenfläche oder an zumindest drei aufeinander jeweils senkrecht stehenden Seitenflächen der Tilgermasse 12 mehrere elastische Elemente 13 angreifen (nicht dargestellt), die einzeln nicht notwendig parallel mit der jeweiligen Koordinatenachse verlaufen müssen, bei denen sich aber eine Gesamtwirkungsrichtung zur einer Richtung entlang der jeweiligen Koordinatenachse vereinigt.
Die Seitenflächen der einzelnen würfelförmigen Konturen, also die würfelförmige Außen- und Innenkontur des Gehäuses 11 und die würfelförmige Außenkontur der Tilgermasse 12 sind zueinander parallel.
Im Innern des Gehäuses 11 verbleibt ein Hohlraum 14, in dem sich die Tilgermasse 12 und die Spiralfedern 13 befinden. Dieser Hohlraum 14 kann mit einem Dämpfungsmedium 15, üblicherweise einer viskosen Flüssigkeit, z.B. Öl, gefüllt werden, um die Schwingbewegungen der Tilgermasse 12 zu dämpfen. Das Gesamtsystem 10 wird dann zum Schwingungsdämpfer. Ohne das Dämpfungsmedium handelt es sich um einen Schwingungstilger. Der Schwingungsdämpfer dämpft auch benachbarte Frequenzen und kann somit breitbandiger eingesetzt werden.
2 zeigt eine besondere Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers oder -tilgers 10 in einer Schnittdarstellung entlang einer parallel zu einer der Seitenflächen des Gehäuses 11 verlaufenden Schnittebene. Dieser Tilger oder Dämpfer 10 entspricht in seinen äußeren Elementen dem in 1 dargestellten Tilger oder Dämpfer 10. Die Besonderheit ergibt sich daraus, dass die Tilgermasse 12 selbst einen weiteren Tilger oder Dämpfer (innerer Tilger oder Dämpfer 16) bildet. Die Tilgermasse 12 fungiert dabei als Gehäuse (inneres Gehäuse 17) des inneren Dämpfers oder Tilgers 16. Im Innern dieses inneren Gehäuses 17 ist eine weitere Tilgermasse 18 in gleicher Weise angeordnet, wie dies für die (äußere) Tilgermasse 12 im (äußeren) Gehäuse 11 gilt, also mittels Sprialfedern 13 die eine unabhängige Schwingung der inneren Tilgermasse 18 in jeder der Richtung jeder der drei Raumkoordinaten ermöglichen. Im Innern des inneren Gehäuses 17 verbleibt ein Hohlraum (innerer Hohlraum 19), der in gleicher Weise wie das (äußere) Gehäuse 11 mit einem Dämpfungsmedium 20 gefüllt sein kann. Der innere Dämpfer oder Tilger 16 kann selbst noch einen weiteren inneren Tilger oder Dämpfer (nicht dargestellt) enthalten, usw.
Jedes schwingfähige System, also die (äußere) Tilgermasse 12 zusammen mit den sie haltenden Spiralfedern 13 einerseits und die innere Tilgermasse 18 mit den diese haltenden Spiralfedern 13 andererseits kann durch geeignete Wahl der Steifigkeit der jeweiligen Spiralfedern 13 und des Gewichts der jeweiligen Tilgermasse 12, 18 auf jeweils eine unerwünschte, zu eliminierende oder zumindest zu reduzierende Frequenz abgestimmt werden. Damit ist mit einem Tilger oder Dämpfer 10 eine Maßnahme gegen Schwingungen mit im Wesentlichen zwei oder mehr unerwünschten Schwingungsfrequenzen möglich.
Der Tilger oder Dämpfer 10 gemäß 1 oder 2 wird in nicht dargestellter Weise an einer Außenfläche der unerwünscht schwingenden Einrichtung, z.B. einem Lagerbock, einer Maschine, einem Rohr, einem Träger, einer Wand oder dergleichen in nicht dargestellter Weise z.B. durch Verschrauben angebracht.
Für einen Vor-Ort-Einsatz ergibt sich eine besonders günstige Form der Anbringung für unerwünscht schwingende Einrichtungen aus magnetisierbarem Metall, wenn der Tilger oder Dämpfer 10 an einer oder mehren Seitenwänden des Gehäuses 11 einen Magnet oder einen magnetisierten oder magnetisierbaren Abschnitt aufweist oder umfasst, so dass der Tilger oder Dämpfer 10 nur an die unerwünscht schwingende Einrichtung angesetzt werden muss und dort aufgrund der Haltekraft des Magneten gehalten wird. Dies setzt natürlich bei dem jeweiligen Tilger oder Dämpfer 10 handhabbare Massen und Abmessungen voraus. Gleichwohl ermöglicht eine solche Anbringung das schnelle Austesten unterschiedlicher Positionen zur Anbringung solcher Tilger oder Dämpfer 10, so dass speziell eine Anwendung zu Demonstrationszwecken und zur temporären Schwingungsbeeinflussung in Betracht kommt.
Zusammenfassend läßt sich die Erfindung kurz wie folgt beschreiben: Es wird ein Schwingungstilger oder -dämpfer 10 mit einem Gehäuse 11 und einer darin, insbesondere in dessen Zentrum angeordneten schwingfähigen Masse 12 – Tilgermasse 12 –, angegeben, bei dem die schwingfähige Masse 12 entlang jeder Raumkoordinate durch jeweils mindestens ein elastisches Element 13 so gehalten wird, dass entlang jeder Raumkoordinate gleiche dynamische Eigenschaften zur Schwingungsreduzierung vorherrschen, so dass der Schwingungstilger oder -dämpfer hinsichtlich jeder der drei möglichen Raumrichtungen mit gleichen dynamischen Eigenschaften eingesetzt werden kann.

10: Schwingungstilger oder -dämpfer, Tilger oder Dämpfer
11: Gehäuse
12: schwingfähigen Masse, Tilgermasse
13: elastisches Element, Spiralfeder
14: Hohlraum
15: Dämpfungsmedium
16: innerer Tilger oder Dämpfer
17: inneres Gehäuse
18: weitere (innere) Tilgermasse
19: innerer Hohlraum
20: Dämpfungsmedium

Claims

Schwingungstilger oder -dämpfer (10) mit einem Gehäuse (11) und einer darin, insbesondere in dessen Zentrum angeordneten schwingfähigen Masse (12), dadurch gekennzeichnet, dass die schwingfähige Masse (12) entlang jeder Raumkoordinate durch mindestens jeweils ein an gegenüberliegenden Seiten der schwingfähigen Masse (12) angreifendes elastisches Element (13) schwingfähig gehalten ist, dass das oder jedes elastische Element (13) an der Innenfläche des Gehäuses (11) und an der Außenfläche der schwingfähigen Masse (12) angreift, dass das Gehäuse (11) und/oder die schwingfähige Masse (12) eine in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur, nämlich eine würfelförmige Außenkontur mit sechs Würfelflächen aufweist, und dass das oder jedes elastische Element (13) am Mittelpunkt jeweils einer Würfelfläche angreift
Schwingungstilger oder -dämpfer (10) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (11) mit einem Dämpfungsmedium (15) gefüllt ist.
Schwingungstilger oder -dämpfer (10) nach Anspruch 1, wobei dem oder jedem elastischen Element (13) ein Dämpfungselement zugeordnet ist.
Schwingungstilger oder -dämpfer (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche oder Schwingungstilger oder -dämpfer (10) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei die schwingfähige Masse (12) selbst einen Schwingungstilger oder -dämpfer (16) nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, wobei die schwingfähige Masse (12) einen Hohlraum (14) aufweist und als inneres Gehäuse (17) des enthaltenden Schwingungstilgers oder -dämpfers (16) fungiert und wobei in dem inneren Gehäuse (17) eine weitere schwingfähige Masse (18) schwingfähig angeordnet ist.