DE102004020605B4

DE102004020605B4 - Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102004020605B4
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: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-04-28
Also published as: DE102004020605A1

Abstract

Schwingungstilgersystem aus einem Schwingungstilger (10) mit einem ersten Gehäuse (11) und einer darin in dessen Zentrum angeordneten ersten schwingfähigen Masse (12), wobei 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, wobei das elastische Element (13) an der Innenfläche des Gehäuses (11) und an der Außenfläche der schwingfähigen Masse (12) angreift, und wobei das Gehäuse (11) und/oder die erste schwingfähige Masse (12) eine in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur aufweist, nämlich eine würfelförmige Außenkontur mit sechs Würfelflächen, und dass das oder jedes elastische Element (13) am Mittelpunkt jeweils einer Würfelfläche angreift, und dass
a) die erste schwingfähige Masse (12) bildet ein zweites weiteres Gehäuse (17) mit einem inneren weiteren Hohlraum (19), in dem eine zweite weitere schwingfähige Masse (18) schwingfähig angeordnet ist,
b) das zweite weitere Gehäuse...

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwingungstilgersystem aus einem Schwingungstilger oder Schwingungsdämpfer mit einem ersten Gehäuse und einer darin in dessen Zentrum angeordneten ersten schwingfähigen Masse, wobei die erste schwingfähige Masse entlang jeder Raumkoordinate durch mindestens jeweils ein an gegenüberliegenden Seiten der erste schwingfähigen Masse angreifendes elastisches Element schwingfähig gehalten ist, wobei das erste elastische Element an der Innenfläche des ersten Gehäuses und an der Außenfläche der ersten schwingfähigen Masse angreift, und wobei das erste Gehäuse und/oder die erste schwingfähige Masse eine in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur aufweist, nämlich eine würfelförmige Außenkontur mit sechs Würfelflächen, und dass das oder jedes erste elastische Element am Mittelpunkt jeweils einer Würfelfläche angreift.

Solche Schwingungstilger oder -dämpfer, im Folgenden mitunter auch kurz nur als Tilger oder Dämpfer bezeichnet, sind beispielsweise aus der DE 299 08 839 U1 und der GB 2,316,732 A 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.

Weiterhin bekannt ist aus der DE 27 07 160 A1 ein mehrstufiger Schwingungstilger, dessen schwingfähige Masse als Tilger ausgebildet ist. Der Tilger ist als ein Lagerelement ausgebildet, das Schwingungen von Motoren in Kraftfahrzeugen kompensieren soll. Zwischen zwei Blechstreifen ist die Zwischenmasse an Gummi-Federkörpern derart gelagert, dass die Zwischenmasse zweidimensional bewegbar ist. Die Zwischenmasse ist wiederum als Schwingungstilger ausgebildet, wobei die Tilgermasse der Zwischenmasse zweidimensional und nur in der Ebene der die Zwischenmasse hin- und herschwingen kann. Räumliches, also dreidimensionales, Schwingen des Tilgers wird bei dieser Schrift nicht offenbart.

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 bekannte Schwingungstilger im Hinblick auf die Reduzierung oder Eliminierung von unterschiedlichen Schwingungen weiterzuentwickeln.

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

Dazu bildet die erste schwingfähige Masse ein zweites weiteres Gehäuse mit einem inneren weiteren Hohlraum, in dem eine zweite weitere schwingfähige Masse schwingfähig angeordnet ist. Das zweite weitere Gehäuse und die zweite weitere schwingfähige Masse weisen eine in Bezug auf den jeweiligen Mittepunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur auf.

Die weitere schwingfähige Masse ist entlang jeder Raumkoordinate über weitere elastische Elemente an der Innenfläche des weiteren Gehäuses der ersten schwingfähigen Masse schwingfähig gehalten, wobei die weiteren elastischen Elemente jeweils am Mittelpunkt von Außenfläche der weiteren schwingfähigen Masse und am Mittelpunkt der Innenfläche des zweiten Gehäuses angreifen. Die innere weitere schwingfähige Masse bildet somit einen inneren weiteren Schwingungstilger innerhalb des ersten Gehäuses.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse und/oder das zweite Gehäuse mit einem Dämpfungsmedium, insbesondere einer viskosen Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl oder dergleichen, gefüllt. Der Vorteil des gedämpften Systems bestet darin, dass es nicht nur bei einer Einzelfrequenz wirkt, sonder auch bei einer breitbandigen Schwingungsfrequenzanregung eingesetzt werden kann. Das Schwingungstilgersystem wird dann zu einem Schwingungsdämpfersystem.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist das Schwingungstilgersystem eine Vielzahl von Schwingungstilgern auf. Die Tilger sind dann so angeordnet, dass die Tilgermassen wiederum einen Tilger darstellen. Die Tilger sind vorzugsweise gleich dem äußeren ersten Tilger ausgebildet, bestehen demnach aus einem Gehäuse, welches die Außenfläche der schwingfähigen Masse des umschließenden Tilgers darstellt, mit einer schwingfähigen Masse, die einen eigenständigen Schwingungstilger darstellt, und elastischen Elementen, die entlang jeder Raumkoordinate zwischen Gehäuse und schwingfähiger Masse angeordnet sind, wie vorstehend beschrieben. Der oder die Zwischenräume der ineinanderliegenden Schwingungstilger können mit einem Dämpfungsmedium gefüllt sein. Die Tiefe der Staffelung innerer Tilger oder Dämpfer ist nur durch die Dimension der Einzelelemente und den mit abnehmender Größe der Einzelelemente ansteigenden Fertigungsaufwand begrenzt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mitden gleichen Bezugszeichen versehen.
Darin zeigen
1 einen nicht unter die Erfindung fallenden Schwingungsdämpfer bzw. -tilger in einer Schnittdarstellung, und
2 ein erfindungsgemäßes Schwingungstilgersystem in einer Schnittdarstellung.
1 zeigt einen Schwingungsdämpfer oder -tilger bekannter Bauart und Funktionsweise. Zur einfacheren Beschreibung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgersystems, wird nachfolgend ein Schwingungsdämpfer- oder tilger anhand dieser bekannten Bauart beschrieben.
Der Schwingungstilger- oder dämpfer 10, im Folgenden kurz nur als Tilger bzw. Dämpfer 10, bezeichnet, weist ein würfelförmiges Gehäuse 11 und eine im Innern des Gehäuses 11 in dessen Zentrum angeordneten, ebenfalls würfelförmige schwingfähige Masse 12 in einer Schnittdarstellung auf, 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 Schnittdarstellung 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.
In der dargestellten Ausführungsform sind die Seitenflächen der einzelnen würfelförmigen Konturen, also die würfelförmige Außen- und Innenkontur des Gehäuses 11 und die würfelförmige Außenkontur der Tilgermasse 12 zueinander parallel. Dies ist kein notwendiges Erfordernis. Der parallele Verlauf der Seitenflächen der Außen- und Innenkontur des Gehäuses 11 ergibt sich aufgrund der einfachen Fertigung sowie der auf diese Weise möglichen minimalen Wandstärke des Gehäuses 11. Die Tilgermasse 12 kann im Innern des Gehäuses 11 jedoch z.B. auch so angeordnet sein, dass die Spiralfedern auf der einen Seite im Mittelpunkt der jeweiligen Seitenfläche der Innenkontur des Gehäuses 11 und auf der anderen Seite an einer Ecke der Tilgermasse 12 oder umgekehrt angreifen. Des Weiteren ist es möglich, dass anstelle der würfelförmigen Außen- oder Innenkonturen auch quader- oder kreisförmige Außen- oder Innenkonturen verwendet werden. Auch eine gemischte Abfolge unterschiedlicher Formen oder Konturen ist möglich.
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 Frequenzen, in der Umgebung einer durch das Gewicht der Tilgermasse 12 und die Steifigkeit der Spiralfedern 13 vorgegebenen Resonanzfrequenz (der Schwingungsdämpfer dämpf also auftretende Schwingungen auch in einem Frequenzbereich "rund um" die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers).
2 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Schwingungstilgersystem in einer Schnittdarstellung entlang einer parallel zu einer der Seitenflächen des Gehäuses 11 verlaufenden Schnittebene. Dieses Systementspricht 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 zweites 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 ersten) Gehäuse 11 gilt, also mittels Spiralfedern 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, 13* und des Gewichts der jeweiligen Tilgermasse 12, 18 auf jeweils eine unerwünschte, zu eliminierende oder zumindest zu reduzierende Frequenz abgestimmt werden. Damit ist diesem System 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.

Claims

Schwingungstilgersystem aus einem Schwingungstilger (10) mit einem ersten Gehäuse (11) und einer darin in dessen Zentrum angeordneten ersten schwingfähigen Masse (12), wobei 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, wobei das elastische Element (13) an der Innenfläche des Gehäuses (11) und an der Außenfläche der schwingfähigen Masse (12) angreift, und wobei das Gehäuse (11) und/oder die erste schwingfähige Masse (12) eine in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur aufweist, nämlich eine würfelförmige Außenkontur mit sechs Würfelflächen, und dass das oder jedes elastische Element (13) am Mittelpunkt jeweils einer Würfelfläche angreift, und dass a) die erste schwingfähige Masse (12) bildet ein zweites weiteres Gehäuse (17) mit einem inneren weiteren Hohlraum (19), in dem eine zweite weitere schwingfähige Masse (18) schwingfähig angeordnet ist, b) das zweite weitere Gehäuse (17) und die zweite weitere schwingfähige Masse (18) weisen eine in Bezug auf den jeweiligen Mittelpunkt punktsymmetrische Außen- und/oder Innenkontur auf, c) die zweite weitere schwingfähige Masse (18) ist entlang jeder Raumkoordinate über weitere elastische Elemente (13*) an der Innenfläche des zweiten weiteren Gehäuses (17) der ersten schwingfähigen Masse (12) schwingfähig gehalten, d) die weiteren elastischen Elemente (13*) greifen jeweils am Mittelpunkt von Außenflächen der zweiten weiteren schwingfähigen Masse (18) und am Mittelpunkt der Innenfläche des zweiten weiteren Gehäuses (17) an, e) die zweite weitere schwingfähige Masse (18) bildet einen inneren weiteren Schwingungstilger (16) innerhalb des ersten Gehäuses (11).
Schwingungstilgersystem nach Anspruch 1, wobei das erste Gehäuse (11) und/oder das zweite weitere Gehäuse (17) mit einem Dämpfungsmedium (15, 20) gefüllt sind/ist, zur Bildung eines Schwingungsdämpfers.
Schwingungstilgersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der innere weitere Schwingungstilger (16) einen oder mehrere weitere innere Tilger aufweist.