DE102004043135B3

DE102004043135B3 - Aktiver Schwingungstilger

Info

Publication number: DE102004043135B3
Application number: DE200410043135
Authority: DE
Inventors: Hans-Gerd Dr. Eckel
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP2006077982A

Abstract

Ein aktiver Schwingungstilger, umfassend ein Auflager (1), welches durch eine Einrichtung (2) mit einer Tiltermasse (3) relativ zueinander federnd bewegbar verbunden ist, wobei die Tilgermasse (3) durch die Einrichtung (2) derart geführt bewegbar ist, daß sie Bewegungen, insbesondere Schwingungen, des Auflagers (1) mittels einer Tauchspulenanordnung entgegenwirkt, und wobei die Tauchspulenanordnung eine Spule (4) und einen Eisenkern (5) mit mindestens einem Permanentmagneten (9a, 9b) umfaßt, ist im Hinblick auf die Aufgabe, einen aktiven Schwingungstilger oder ein System aus diesen derart auszugestalten und weiterzubilden, dass bei platz- und gewichtssparender Bauweise ein preisgünstiger Schwingungstilger realisierbar ist, der in einem höheren Frequenzbereich betrieben werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (5) dem Auflager (1) zugeordnet ist und die Spule (4) als Tilgermasse (3) fungiert. Des Weiteren ist ein Schwingungstilgersystem mit mindestens zwei Schwingungstilgern durch eine Anordnung der Schwingungstilger zur Kompensierung von Schwingungsbewegungen in mehreren Raumrichtungen gekennzeichnet.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen aktiven Schwingungstilger, umfassend ein Auflager, weiches durch eine Einrichtung mit einer Tilgermasse relativ zueinander federnd bewegbar verbunden ist, wobei die Tilgermasse durch die Einrichtung derart geführt bewegbar ist, daß sie Bewegungen, insbesondere Schwingungen, des Auflagers mittels einer Tauchspulenanordnung entgegenwirkt, und wobei die Tauchspulenanordnung eine Spule und einen Eisenkern mit mindestens einem Permanentmagneten umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Schwingungstilgersystem mit mindestens zwei aktiven Schwingungstilgern.
Passive Schwingungstilger verschiedenster Art sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Bei einem Schwingungstilger handelt es sich um ein schwingfähiges Zusatzsystem, welches zur Reduktion von resonanten Schwingungen einer Struktur möglichst an Stellen großer Amplitude befestigt wird. Dadurch ist es möglich, Schwingwege der Struktur deutlich zu reduzieren.
Hierbei ist für die optimale Wirkung je nach Massen- bzw. Trägheitsverhältnis von Tilger zu Struktur eine optimale Abstimmung der Eigenfrequenz und der Bedämpfungshöhe des Tilgers zu wählen. Bei großen Tilgermassen ist dies mit kleinen Amplituden, bei kleinen Massen mit großen Amplituden verbunden.

Bei aktiven Schwingungstilgern wird ein schwingfähiges System zusätzlich mit elektrischer Energie angeregt. Hierdurch kann die Tilgermasse verringert werden, wodurch Bauraum und Gewicht gespart wird. Ein solcher aktiver Schwingungstilger ist aus der DE 196 05 551 C2 bekannt. Dieser aktive Schwingungstilger ist für den Einsatz im Frequenzbereich von z.B. 20 bis 200 Hz konzipiert. Hierbei kann dieser aktive Tilger bei niedrigen Frequenzen hohe Kräfte aufbringen, um die Schwingungen der Struktur deutlich zu reduzieren.

Insoweit sind die aus dem Stand der Technik bekannten aktiven Schwingungstilger bereits bei relativ kleinen Frequenzen einsetzbar haben jedoch bei hohen Frequenzen Nachteile. Zum einen haben die Tauchspulsysteme dieser aktiven Tilger einen relativ hohen komplexen elektrischen Widerstand, was beim Einsatz bei hohen Frequenzen eine hohe bereitzustellende Versorgungsleistung bedingt, zum anderen liegt die Eigenfrequenz einer Taumeleigenform aufgrund hoher Tilgermassen und einer Anordnung führender Federelemente auf einer Seite der Tilgermasse normalerweise im Betriebsfrequenzbereich.

Die DE 40 21 035 C2 offenbart einen aktiven Schwingungstilger, dessen bewegliche Spule und Tilgermasse mit einer Membran verbunden sind.

Aus der DE 198 59 701 C1 ist ein Schwingungstilger bekannt, welcher einen besonders kompakten Aufbau aufweist. Dies wird dadurch realisiert, dass innerhalb der Tilgermasse ein Innenraum gebildet ist, in dem eine Steuereinheit eingesetzt ist. Bei diesem aktiven Schwingungstilger ist die Spule festgelegt und die Tilgermasse bewegbar. Die elektrische Verbindung zwischen der Steuereinheit und der Spule erfolgt über zwei Leitungen.

Aus der EP 0 547 469 B1 ist ein gattungsbildender Schwingungstilger bekannt. Der aktive Schwingungstilger umfasst eine Spule, an die eine Tilgermasse angekoppelt ist. Die Tilgermasse ist von zwei Federelementen umschlossen, welche eine vertikale Bewegung der Tilgermasse zusammen mit der Spule zulassen. Die Federelemente sind oberhalb der Spule angeordnet. Die Federelemente sind an einem starren Widerlager abgestützt.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen aktiven Schwingungstilger derart auszugestalten und weiterzubilden, dass dieser nach problemloser Fertigung nahezu verschleißfrei arbeitet. Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist ein Schwingungstilger dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente der Stromversorgung der Spule dienen.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass die Anforderungen an die von aktiven Schwingungstilger aufzubringenden Kräfte im höheren Frequenzbereich beispielsweise zwischen 100 und 500 Hz deutlich kleiner sind, als bei aktiven Schwingungstilgern, die beispielsweise ab 20 Hz betrieben werden. Insoweit können die bewegten Tilgermassen kleiner gewählt werden. Des Weiteren ist erkannt worden, dass bei akzeptabel geringen Schwingwegen die Masse der Spule des Tauchspulensystems ausreichend ist, um Schwingungen zu dämpfen. Dies ist im Hinblick auf eine geringe Beanspruchung der Spule durch innere Kräfte vorteilhaft, da dynamisch angreifende Kräfte am gleichen Ort angreifen, an dem sich die zu beschleunigende Masse befindet, nämlich an der Spule selbst.

Die Spule ist durch Federelemente geführt bewegbar, welche der Stromversorgung der Spule dienen. Hierdurch ist sicher gestellt, dass eine Stromversorgung durch dauerhaltbare Elemente erfolgt, die bei Bewegung der Spule nicht abreißen kann.

Folglich ist mit dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger ein Schwingungstilger angegeben, welcher die genannte Aufgabe löst.

In einer konstruktiv besonders günstigen Ausgestaltung könnte die Tilgermasse durch Federelemente geführt bewegbar sein, die in zwei beabstandeten Ebenen angeordnet sind und eine präzise Parallelführung darstellen. Diese Ausgestaltung ermöglicht, dass unter Umständen störende Taumeleigenformen sehr hohe Resonanzfrequenzen aufweisen und sich bei den Einsatzfrequenzen nicht störend bemerkbar machen.

Die Parallelführung könnte als in zwei parallelen Ebenen liegende Blattfedern ausgebildet sein. Die Verwendung von stanztechnisch gefertigten Blattfedern ist besonders kostengünstig und robust. Des Weiteren stellt die Dauerhaltbarkeit von Blattlfedern aus Stahl kein Problem dar. Blattfedern sind zudem nahezu verschleißfrei.

In vorteilhafter Weise könnten in einer Ebene drei Mattfedern in Form von Kreisringsegmenten derart in Anschlägen festgelegt sein, dass sie einen Kreisring definieren. Dies dient der Darstellung der erforderlichen Federrate und einer präzisen Parallelführung. Diese konkrete Ausgestaltung gewährleistet darüber hinaus eine kompakte Bauform.

Die Anschläge, welche als Befestigungspunkte der Blattfedern fungieren, könnten abwechselnd der Tilgermasse und dem Auflager zugeordnet und auf einer Kreisbahn angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung ist sichergestellt, dass die Tilgermasse präzise und spielfrei geführt ist. Dieses Prinzip erlaubt kleine Luftspalte zwischen Spule und dem Eisenkern und trägt dadurch zu einer effektiven Nutzung der eingesetzten elektrischen Energie bei.

Die Parallelführung könnte axial beidseits der Spule angeordnet sein. Dabei ist denkbar, dass ein Satz Blattfedern am unteren Ende und ein Satz Blattfedern am oberen Ende der Spule positioniert ist. Dies dient einer besonders präzisen Führung der Spule ohne Seitwärtsbewegungen.

Dem Eisenkern könnte mindestens ein zentral angeordneter Permanentmagnet zugeordnet sein. Hierbei ist denkbar, dass der Permanentmagnet koaxial mit dem Eisenkern und dem Auflager sowie der Spule angeordnet ist. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau.

Vor diesem Hintergrund ist auch denkbar, axial beidseits des Eisenkerns je einen Permanentmagneten zu positionieren, um eine besonders gute magnetische Durchflutung zu erzielen. Eine Anordnung mit geschlossenem Gehäuse zeichnet sich darüber hinaus durch sehr kleine magnetische Streufelder aus, die benachbarte Bauteile beeinträchtigen könnten. Dabei könnte der Permanentmagnet eine Neodym-Eisen-Bor-Verbindung umfassen, um einen kompakten Aufbau zu erzielen.

Die Spule könnte eine ungerade Anzahl von Wicklungen aufweisen. Hierdurch ist mit einem einzigen Draht geeigneter Dicke eine Wicklung derart realisierbar, dass ein Ende des Drahtes am unteren Ende der Spule und das andere Ende am oberen Ende der Stromversorgung zuordenbar ist, und somit die Federelemente die Stromversorgung der Spule bilden können. Hierdurch ist sichergestellt, dass die elektrischerischen Anschlüsse der Spule mittels dauerhaltbarer Elemente erfolgt. Die Aufnahmen dieser Elemente sind, zumindest an einem Ende, elektrisch vom Gehäuse isoliert auszuführen.

Die Tilgermasse könnte zylindrisch ausgebildet sein. Insbesondere hat die Tilgermasse mit Spule und Anschlußteilen die Form eines Hohlzylinders. Diese Ausgestaltung erlaubt einen kostengünstigen und einfachen Fertigungsprozess.

Die Tilgermasse könnte zu Schwingungen im Frequenzbereich 100 bis 500 Hz anregbar sein. Der aktive Schwingungstilger ist für den Frequenzbereich 100 bis 500 Hz besonders geeignet. Hierdurch werden völlig neue Anwendungsfelder beim Einsatz von Schwingungstilgern erschlossen.

Des Weiteren ist die eingangs genannte Aufgabe durch ein Schwingungstilgersystem gemäß Anspruch 14 gelöst. Dieses ist durch eine Anordnung der erfindungsgemäßen Schwingungstilger zur Kompensierung von Schwingungsbewegungen in mehreren Raumrichtungen gekennzeichnet. Um Wiederholungen im Hinblick auf die erfinderische Tätigkeit zu vermeiden, sei auf die Ausführungen zum Schwingungstilger als solchem verwiesen.

Im Hinblick auf eine ebene und räumliche Schwingungstilgung ist es möglich, den erfindungsgemäßen Schwingungstilger in einem Schwingungstilgersystem zum Einsatz zu bringen. Bei Einsatz von zwei Schwingungstilgern können Schwingungsbewegungen in einer Ebene reduziert werden. Sei einer strengen Kopplung von translatorischem und rotatorischem Freiheitsgrad der schwingenden Struktur können durch räumlichen Versatz der Wirkebenen zweier aktiver Tilger auch räumliche Schwingungen reduziert werden. Sei Verwendung von drei Schwingungstilgern kann eine translatorische Schwingbewegung im Raum gedämpft werden. Auch hier gilt, dass bei einer Kopplung von translatorischem und rotatorischem Freiheitsgrad der schwingenden Struktur mehr als reine translatorische Schwingungsbekämpfung möglich ist. Durch eine geeignete regelungstechnische Ansteuerung sind somit ebene oder räumliche Tilgungseffekte möglich.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
1 in einer dreidimensionalen Schnittzeichnung den erfindungsgemäßen Schwingungstilger,
2 eine Ansicht des Schwingungstilgers in axialer Richtung,
3 eine Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers entlang der gestrichelten Linie aus 2, und
4 eine Schnittzeichnung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers mit zwei Permanentmagneten.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt einen aktiven Schwingungstilger mit einem Auflager 1, welches durch eine Einrichtung 2 mit einer Tilgermasse 3 relativ zueinander federnd bewegbar verbunden ist. Die Tilgermasse 3 ist durch die Einrichtung 2 derart geführt bewegbar, dass sie Bewegungen, insbesondere Schwingungen des Auflagers 1 mittels einer Tauchspulenanordnung entgegenwirkt. Die Tauchspulenanordnung umfasst eine Spule 4 mit einem Eisenkern 5 und einem Permanentmagnet. Der Eisenkern 5 ist dem Auflager 1 zugeordnet und die Spule 4 fungiert als Tilgermasse 3.
Die Tilgermasse 3 ist durch eine Parallelführung geführt bewegbar. Dabei besteht die Parallelführung aus Blattfedern 6, welche in mindestens zwei parallelen Ebenen angeordnet sind.
2 zeigt in einer axialen Draufsicht drei Blattfedern 6 in Form von Kreisringsegmenten, welche derart in Anschlägen 7, 8 festgelegt sind, dass sie einen Kreisring definieren. Die Anschläge 7, 8 sind abwechselnd der Tilgermasse 3 und dem Auflager 1 zugeordnet und auf einer Kreisbahn angeordnet.
3 zeigt den Schwingungstilger in einer Schnittansicht gemäß der gestrichelten Linie aus 2. Die Tilgermasse 3 ist zylindrisch ausgebildet. Das Auflager 1 ist zylindrisch ausgebildet und umgibt die Spule 4 umfänglich. Die Spule 4 umgibt den Eisenkern 5 umfänglich. Am Eisenkern 5 ist axial ein Permanentmagnet 9a angeordnet.
4 zeigt einen Schwingungstilger in einer Schnittansicht. Die Tilgermasse 3 ist zylindrisch ausgebildet. Das Auflager 1 ist zylindrisch ausgebildet und umgibt die Spule 4 umfänglich. Die Spule 4 umgibt den Eisenkern 5 umfänglich. Am Eisenkern 5 sind axial beidseitig Permanentmagnete 9a und 9b angeordnet.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel einschränkt.

Claims

Aktiver Schwingungstilger, umfassend ein Auflager (1), welches durch eine Einrichtung (2) mit einer Tilgermasse (3) relativ zueinander federnd bewegbar verbunden ist, wobei die Tilgermasse (3) durch die Einrichtung (2) derart geführt bewegbar ist, dass sie Bewegungen, insbesondere Schwingungen, des Auflagers (1) mittels einer Tauchspulenanordnung entgegenwirkt, wobei die Tauchspulenanordnung eine Spule (4) und einen Eisenkern (5) mit mindestens einem Permanentmagneten (9a, 9b) umfasst, wobei der Eisenkern (5) dem Auflager (1) zugeordnet ist und die Spule (4) als Tilgermasse (3) fungiert, und wobei die Spule (4) durch Federelemente geführt bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente der Stromversorgung der Spule (4) dienen.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente als Parallelführung ausgebildet sind.
Schwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente als in mindestens zwei parallelen Ebenen liegende Blattfedern (6) ausgebildet sind.
Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ebene drei Blattfedern (6) in Form von Kreisringsegmenten derart in Anschlägen (7, 8) festgelegt sind, dass sie einen Kreisring definieren.
Schwingungstilger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (7, 8) abwechselnd der Tilgermasse (3) und dem Auflager (1) zugeordnet sind und auf einer Kreisbahn angeordnet sind.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente axial beidseits der Spule (4) angeordnet sind.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass dem Eisenkern (5) mindestens ein zentral angeordneter Permanentmagnet (9a) zugeordnet ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass axial beidseits des Eisenkerns (5) Permanentmagnete (9a, 9b) angeordnet sind.
Schwingungstilger nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (9a, 9b) eine Neodym-Eisen-Bor-Verbindung umfasst.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (4) eine ungerade Anzahl an Wicklungen aufweist.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (3) zu Schwingungen im Frequenzbereich 100 bis 500 Hertz anregbar ist.
Schwingungstilgersystem mit mindestens zwei Schwingungstilgern nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Schwingungstilger zur Kompensierung von Schwingungsbewegungen in mehreren Raumrichtungen.