-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
WO 96/27055 A1 bekannt. Es handelt sich dabei um einen passiven Schwingungsdämpfer, mittels welchem beispielsweise an Maschinenteilen, Brücken, Gebäudestrukturen oder Bohrinseln auftretende Schwingungen gedämpft werden können. Die Schwingungsdämpfung beruht auf einer Absorption (Umwandlung in Wärme) eines Teils der Schwingungsenergie in mehreren aus einer Formgedächtnislegierung gebildeten, pseudo-elastischen Zugelementen, welche durch eine einwirkende dynamische Belastung zyklisch ausgelenkt werden. In einigen Ausführungsbeispielen sind die pseudo-elastischen Zugelemente in Richtung ihres Hysteresebereichs im Spannungs-Dehnungs-Diagramm des verwendeten Materials vorbelastet. Diese Vorbelastung ist dadurch bewerkstelligt, dass die Zugelemente jeweils mit intrinsischer Zugvorspannung zwei Strukturkomponenten des Schwingungsdämpfers koppeln, welche bei Einwirkung der dynamischen Belastung relativ zueinander bewegt werden.
-
Nachteilig ist bei dem bekannten Schwingungsdämpfer, dass das Ausmaß der Vorbelastung bzw. die bereitgestellte Dämpfungskraft in Abhängigkeit von dem momentanen Auslenkungszustand der pseudo-elastischen Zugelemente in einer Weise abhängt, die größtenteils durch das pseudo-elastische Material selbst vorgegeben ist. Die Vorbelastung und die Dämpfungscharakteristik können somit nur grob und zumeist nicht optimal an den betreffenden Anwendungsfall angepasst werden.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die Freiheit bei der Auslegung der Vorbelastung zu vergrößern, beispielsweise um die erzielte Dämpfungscharakteristik ”maßzuschneidern” oder für den betreffenden Anwendungsfall zu optimieren.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Vorbelastungsmittel ein federelastisches Kopplungsglied umfassen.
-
Der Begriff ”federelastisches Kopplungsglied” bezeichnet hierbei eine elastisch verformbare Komponente, deren Rückstellbestreben (z. B. Rückstellkraft) im Wesentlichen proportional zu deren Auslenkung bezüglich eines Ruhezustands ist. Hinsichtlich der Ausbildung einer solchen Komponente sind dem Fachmann zahlreiche Möglichkeiten wohlbekannt, so dass hier auf eine detaillierte Erläuterung verzichtet werden kann. Das federelastische Kopplungsglied kann z. B. als einfache Spiralfeder ausgebildet sein.
-
Bereits wenn die Vorbelastungsmittel nur ein einziges solches federelastisches Kopplungsglied umfassen, so kann damit eine wesentlich feinere Einstellung der Vorbelastungscharakteristik erzielt werden als bei alleiniger Erzeugung der Vorbelastung durch das pseudo-elastische Dämpfungsglied selbst. Insbesondere können die Federkonstante (Proportionalitätsfaktor zwischen Rückstellbestreben und Auslenkung) und eine ”Ruhevorbelastung”, d. h. ein Vorbelastungsausmaß, welches bei nicht auf die Vorrichtung einwirkende dynamische Belastung das pseudo-elastische Dämpfungsglied vorbelastet, unabhängig voneinander eingestellt werden. Darüber hinaus können diese beiden Federparameter unabhängig von der Pseudoelastizitätscharakteristik des Dämpfungsglieds gewählt bzw. an den speziellen Anwendungsfall angepasst werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Dämpfungsglied aus einer Formgedächtnislegierung (engl. ”shape memory alloy”, SMA) gebildet. Formgedächtnislegierungen, nachfolgend auch kurz als ”FGL” bezeichnet, sowie deren besondere Eigenschaften, zu denen in einem bestimmten Temperaturbereich auch die Pseudoelastizität gehört, sind dem Fachmann wohlbekannt.
-
Lediglich beispielhaft sei. verwiesen auf die oben bereits erwähnte
WO 96/27055 A1 sowie den Zeitschriftenartikel ”Eggeler, Prof. Dr.-Ing. Gunther; Formgedächtnislegierungen – Metalle erinnern sich; RUBIN Wissenschaftsmagazin, Ausgabe 1/03, Ruhr-Universität Bochum; ISSN 0942-6639; Seiten 43 bis 49”.
-
Ein Element aus einer pseudo-elastischen FGL beschreibt in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm unter Belastung (insbesondere Zugbelastung) einen Pfad, der unterschiedlich ausfällt, je nachdem ob gerade belastet oder wieder entlastet wird (Hysterese). Die beim Belasten dem pseudo-elastischen Material zugeführte mechanische Energie wird beim Entlasten nur teilweise wieder abgegeben. Daher setzt das Material in einem Belastungs-Entlastungs-Zyklus einen Teil der mechanisch eingebrachten Energie in Wärme um. Diese wird also dem mechanischen System entzogen, so dass die auf die Vorrichtung übertragene Schwingung gedämpft wird.
-
Die Eigenschaften einer FGL hängen entscheidend von der Temperatur ab. Wichtige Temperaturen für die Charakterisierung einer FGL sind die Martensit-Finish-Temperatur TMf, die Martensit-Start-Temperatur TMs, die Austenit-Start-Temperatur TAs, die Austenit-Finish-Temperatur TAf und die Martensit-Grenztemperatur TMd. In an sich bekannter Weise tritt bei einer FGL eine so genannte ”Umwandlungs-Pseudoelastizität” (UPE) für Temperaturen zwischen TAf und TMd auf.
-
Die zwischen TAf und TMd dem pseudo-elastischen Effekt in einer FGL zugrunde liegende reversible, martensitische Phasenumwandlung (zwischen einer Martensitphase und einer Austenitphase) setzt beim Belasten erst beim Überschreiten einer gewissen (oberen) Schwellspannung ein. In diesem Teil des Belastungszyklus findet eine Umwandlung der Austenitphase in die Martensitphase statt. Die Rückumwandlung von der Martensitphase in die Austenitphase setzt erst wieder beim Unterschreiten einer geringeren (unteren) Schwellspannung ein. Die sich daraus ergebende Hysterese bewirkt bei zyklischer Belastung eine Dämpfung der mechanischen Anregung. Der Hysteresebereich im Spannungs-Dehnungs-Diagramm des pseudo-elastischen Materials wird also nach oben und unten hin durch typischerweise annähernd horizontal verlaufende Pfade entsprechend den Schwellspannungen begrenzt. Anders ausgedrückt kann das pseudo-elastische Material durch Anlegen einer der oberen Schwellspannung entsprechenden Zugbelastung kontinuierlich gedehnt werden und bei auf das Niveau der unteren Schwellspannung abgesenkter Zugbelastung wieder reversibel kontrahieren. Da die spannungsinduzierte Dehnung des Materials nicht nur auf einer geringfügigen Vergrößerung von interatomaren Abständen einer vorgegebenen Gitterstruktur sondern auch auf einem Phasenübergang erster Ordnung basiert, bei welchem die Gitterstruktur selbst (von Austenit zu Martensit und umgekehrt) verändert wird, können oftmals sehr beträchtliche Dehnungen erzielt werden, ohne das Material irreversibel zu schädigen. Aufgrund dieser beträchtlichen reversibel erzielbaren Dehnungen (z. B. 6 bis 8%) wird das Phänomen der Umwandlungspseudoelastizität oftmals auch als ”Superelastizität” bezeichnet.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung basiert die Pseudoelastizität des Dämpfungsglieds auf der vorstehend erläuterten Umwandlungs-Pseudoelastizität einer Formgedächtnislegierung.
-
Daneben kann die Pseudoelastizität des Dämpfungsglieds auch auf der so genannten ”Zwillingspseudoelastizität” der verwendeten Formgedächtnislegierung basieren.
-
Die Zwillingspseudoelastizität ergibt sich für eine FGL in einem Temperaturbereich unterhalb TMf. Die pseudo-elastische Formänderung beim Belasten und Entlasten beruht auf Entzwillingung und Verzwillingung durch die Bewegung von Zwillingsgrenzen. Bei der Zwillingspseudoelastizität findet im Hysteresebereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramms der FGL keine Austenit-Martensit-Umwandlung statt sondern eine Umwandlung zwischen zwei (oder mehreren) Martensitvarianten.
-
In jedem Fall wird durch die Erfindung die Dämpfungsfähigkeit einer pseudo-elastischen Formgedächtnislegierung durch interne Phasenumwandlung technisch einfach ausnutzbar und für ein breites Einsatzgebiet verwendbar. Vorteilhaft kann die Dämpfungscharakteristik maßgeschneidert werden. Beispielsweise kann die Dämpfung durch interne Phasenumwandlung in einer pseudo-elastischen FGL effizient auf Schwingungsamplituden kleiner der für Zwillings-Pseudoelastizität normalerweise notwendigen Mindestamplitude ausgedehnt werden, wobei vorteilhafterweise die Dämpfung proportional zur Amplitude der erregenden Schwingung werden kann.
-
Die Vorrichtung kann beispielsweise baulich zusammengefasst als Schwingungsdämpfereinheit ausgebildet sein. Über zwei Integrationsabschnitte der Vorrichtung kann dieselbe in ein mit Schwingungen behaftetes System integriert werden, wobei es sich bei diesen Integrationsabschnitten beispielsweise um die erste und zweite Strukturkomponente handeln kann, welche durch das pseudo-elastische Dämpfungsglied miteinander gekoppelt sind. Aufgrund der Variationsvielfalt bei der Auslegung des Dämpfungsglieds sowie des federelastischen Kopplungsglieds, etwa durch Wahl entsprechender Materialien und Formen, können ungewollte Schwingungen, Vibrationen, Stöße etc. effizient und über ein breitbandiges Frequenzspektrum gedämpft werden.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dämpfungsglied langgestreckt ausgebildet und mit einander entgegengesetzten Enden an jeweils einer der ersten und zweiten Strukturkomponenten angekoppelt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Dämpfungsglied die beiden Strukturkomponenten auch unter Zwischenschaltung anderer Komponenten (z. B. einem Abschnitt des federelastischen Kopplungsglieds oder eines unten noch beschriebenen ”Temperaturkompensationsglieds”) miteinander koppeln.
-
Einander entgegengesetzte Enden des Dämpfungsglieds können beispielsweise starr angekoppelt sein, d. h. im Betrieb der Vorrichtung unbewegt relativ zu den angrenzenden Strukturkomponenten. Alternativ kann wenigstens eines der Enden des Dämpfungsglieds z. B. schwenkbar an der betreffenden Strukturkomponente angelenkt sein. Dies ist z. B. für eine Ausführung interessant, bei welcher die Relativbewegungsrichtung der Strukturkomponenten nicht mit einer Längsrichtung eines langgestreckten Dämpfungsglieds übereinstimmt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Relativbewegung der Strukturkomponenten orthogonal zu dieser Dämpfungsglied-Längsrichtung erfolgt.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Führungseinrichtung zur Führung der ersten Strukturkomponente bei deren Bewegung relativ zur zweiten Strukturkomponente umfasst. In einer einfachen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine solche geführte Relativbewegung in Auslenkungsrichtung der auf die Vorrichtung einwirkenden dynamischen Belastung vorgesehen ist.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Dämpfungsglied langgestreckt ausgebildet ist und bei Einwirkung der dynamischen Belastung in seiner Längsrichtung belastet wird. Damit kann die Pseudoelastizität des Dämpfungsglieds sehr effizient genutzt werden.
-
Wenngleich das federelastische Kopplungsglied, welches das Dämpfungsglied in Richtung seines Hysteresebereichs vorbelastet (bevorzugt auf Zug vorbelastet), unmittelbar an dem Dämpfungsglied angekoppelt sein kann, so ist es konstruktiv oftmals günstiger, wenn das federelastische Kopplungsglied einerseits an der ersten Strukturkomponente und andererseits an der zweiten Strukturkomponente angekoppelt ist.
-
Beiden Kopplungsvarianten gemein ist der Umstand, dass das federelastische Kopplungsglied dem pseudo-elastischen Dämpfungsglied ”funktional parallel geschaltet” ist. Diese Parallelschaltung lässt sich z. B. dadurch realisieren, dass das federelastische Kopplungsglied räumlich parallel zum Dämpfungsglied angeordnet wird oder z. B. als Spiralfeder ein Dämpfungsglied umgebend bzw. umhüllend angeordnet wird. Die funktionale Parallelschaltung kann alternativ jedoch auch dadurch realisiert werden, dass das federelastische Kopplungsglied dem Dämpfungsglied ”räumlich in Reihe geschaltet” wird.
-
Bevorzugt ist das federelastische Kopplungsglied mit einer Federcharakteristik gewählt, welche bei nicht auf die Vorrichtung einwirkender dynamischer Belastung das Dämpfungsglied in einem Arbeitspunkt hält, welcher innerhalb des Hysteresebereichs im Belastungs-Dehnungs-Diagramm liegt.
-
Insbesondere ist es günstig, wenn das federelastische Kopplungsglied einen Arbeitspunkt des Dämpfungsglieds in der Mitte der Hysterese bewirkt. Eine dynamische Belastung kann dann auch bei vergleichsweise kleiner Amplitude effizient gedämpft werden.
-
In einer Ausführungsform ist das Dämpfungsglied mit einer Pseudoelastizitätscharakteristik gewählt, bei welcher der Hysteresebereich im Belastungs-Dehnungs-Diagramm im Wesentlichen trapezförmig ist und durch zwei kritische Belastungsschwellen definiert wird. Eine derartige Pseudoelastizitätscharakteristik lässt sich in einfacher Weise z. B. durch eine FGL als Umwandlungs-Pseudoelastizität (Austenit in Martensit und umgekehrt) bereitstellen, die in einem Temperaturbereich zwischen der Austenit-Finish-Temperatur TAf und der Martensit-Grenztemperatur TMd betrieben wird.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das federelastische Kopplungsglied mit einer Federcharakteristik gewählt ist, welche zu einem die Federvorbelastung berücksichtigenden Belastungs-Dehnungs-Diagramm führt, in welchem der entsprechende Hysteresebereich flächenmäßig wenigstens annähernd jeweils zur Hälfte einander entgegengesetzten Auslenkungsorientierungen der dynamischen Belastung des pseudo-elastischen Materials zugeordnet ist. Durch diese Maßnahme kann das Dämpfungsvermögen im Hinblick auf die zwei Auslenkungsorientierungen einer Schwingung optimiert werden. Damit können auch sehr kleine Schwingungen effizient gedämpft werden.
-
Falls das Dämpfungsglied wie vorstehend erwähnt einen im Wesentlichen trapezförmigen Hysteresebereich im Belastungs-Dehnungs-Diagramm aufweist, so kann das federelastische Kopplungsglied vorteilhaft mit einer Federcharakteristik gewählt sein, bei welcher eine im ”Hysterese-Trapez” im Belastungs-Dehnungs-Diagramm von links oben nach rechts unten verlaufende Diagonale im durch die Vorbelastung transformierten (die Vorbelastung berücksichtigenden) Hysterese-Trapez im Wesentlichen horizontal verläuft und bevorzugt im Wesentlichen entlang der Dehnungsachse des transformierten Belastungs-Dehnungs-Diagramms. Dies lässt sich erreichen, indem das dem Dämpfungsglied funktional parallel geschaltete federelastische Kopplungsglied mit einer Federkonstante gewählt wird, welche dem negativen Wert der Steigung der vorstehend erwähnten Diagonalen entspricht.
-
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Vorrichtung zwei in räumlicher Reihenschaltung angeordnete pseudo-elastische Dämpfungsglieder umfasst, von denen wenigstens eines in der oben beschriebenen Weise federvorbelastet ist.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine Temperaturkompensationseinrichtung umfasst, welche eine temperaturabhängige, auf das Dämpfungsglied einwirkende Kompensationsbelastung zur wenigstens teilweisen Kompensation einer Temperaturabhängigkeit der Pseudoelastizitätscharakteristik des Dämpfungsglieds (und/oder der Federelastizitätscharakteristik) bereitstellt. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn die Vorrichtung in einer Umgebung mit sich verändernder Temperatur, etwa im Freien und/oder an einem mobilen System, zum Einsatz kommen soll.
-
Dass mit einer solchen Temperaturkompensationseinrichtung prinzipiell auch eine Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften des federelastischen Kopplungsglieds kompensiert werden können, spielt in der Praxis zumeist eine untergeordnete Rolle. Dies deshalb, weil eine Vielzahl von federelastischen Materialien bekannt sind, deren Elastizitätscharakteristik vergleichsweise wenig von der Temperatur abhängt. Dem gegenüber ist die Temperaturabhängigkeit der Pseudoelastizität daher zumeist dominant. Insbesondere kommt es bei einer FGL mit steigender Temperatur zu einem Ansteigen der kritischen Schwellspannungen. Eine solche sich mit der Temperatur verändernde Pseudoelastizitätscharakteristik kann mit der erwähnten Temperaturkompensationseinrichtung im Sinne einer Aufrechterhaltung optimaler Dämpfungseigenschaften in der Praxis besser gehandhabt werden.
-
Die Temperaturkompensationseinrichtung kann irgendwelche zur temperaturabhängigen (Zusatz-)Belastung des Dämpfungsglieds geeignete Komponenten umfassen. In einer speziellen Ausführungsform ist ein Temperaturkompensationsglied aus einer FGL gebildet. Bei dieser Gestaltung kann insbesondere ein ”unterdrückter Formgedächtniseffekt” der FGL ausgenutzt werden.
-
Das Temperaturkompensationsglied kann beispielsweise langgestreckt ausgebildet und mit einander entgegengesetzten Enden an jeweils einer der ersten und zweiten Strukturkomponenten angekoppelt sein. Diese Ankopplung kann z. B. wieder als starre Verbindung oder als schwenkbare Anlenkung ausgebildet sein.
-
Für die räumliche Anordnung des Temperaturkompensationsglieds relativ zum Dämpfungsglied gibt es vielfältige Möglichkeiten. Das Temperaturkompensationsglied kann ähnlich wie das federelastische Kopplungsglied dem pseudo-elastischen Dämpfungsglied funktional parallel geschaltet sein. So kann das Temperaturkompensationsglied beispielsweise parallel zum Dämpfungsglied verlaufend zwischen den ersten und zweiten Strukturkomponenten angeordnet sein. Auch eine koaxiale Anordnung ist denkbar, wenn z. B. eines von Dämpfungsglied und Kompensationsglied massiv und das andere hohl ausgebildet ist. Schließlich kann das Dämpfungsglied auch in räumlicher Reihenschaltung zum Dämpfungsglied angeordnet sein, insbesondere auf einer gemeinsamen Achse liegend. Für die letztere Anordnung geeignet ist z. B. eine insgesamt oder in einem Querschnitt U-förmige Gestaltung der ersten oder zweiten Strukturkomponente, so dass die andere der beiden Strukturkomponenten in einem mittleren Bereich der U-Form angeordnet und einerseits über das Dämpfungsglied und andererseits über das Kompensationsglied mit den entgegengesetzten Schenkeln der U-Form gekoppelt werden kann.
-
Falls die Vorrichtung eine Temperaturkompensationseinrichtung umfasst, so ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass die Vorrichtung ferner eine dritte Strukturkomponente umfasst, die über eine Versatz-Kompensationseinrichtung mit der zweiten Strukturkomponente gekoppelt ist, um einen durch die Temperaturkompensationseinrichtung bereits bei fehlender dynamischer Belastung aufgrund einer Temperaturkompensation bewirkten Versatz der ersten Strukturkomponente relativ zur zweiten Strukturkomponente durch einen entsprechenden Versatz der zweiten Strukturkomponente relativ zur dritten Strukturkomponente wenigstens teilweise zu kompensieren.
-
Eine solche Versatz-Kompensationseinrichtung ist jedoch nicht erforderlich, wenn die Temperaturkompensation keinen temperaturabhängigen Versatz der ersten Strukturkomponente relativ zur zweiten Strukturkomponente bewirkt (sondern nur eine temperaturabhängige Kompensationsbelastung auf das pseudo-elastische Dämpfungsglied ausübt).
-
Eine einfache Möglichkeit zur Realisierung einer Temperaturkompensation ohne dadurch bedingten Versatz besteht darin, zwei jeweils federbelastete pseudo-elastische Dämpfungsglieder zur verwenden, die zusammen mit der Temperaturkompensationseinrichtung und den beiden Strukturkomponenten eine insgesamt symmetrische Anordnung bilden.
-
In einer Ausführungsform ist beispielsweise eine insgesamt oder in einem Querschnitt U-förmige Gestaltung der ersten oder zweiten Strukturkomponente vorgesehen, wobei die andere der beiden Strukturkomponenten in einem mittleren Bereich der U-Form angeordnet und einerseits über eine Reihenanordnung aus einem ersten federvorbelasteten Dämpfungsglied und einem ersten Temperaturkompensationsglied und andererseits über eine Reihenschaltung aus einem zweiten federvorbelasteten Dämpfungsglied und einem zweiten Temperaturkompensationsglied mit den entgegengesetzten Schenkeln der U-Form gekoppelt ist. Wenn die beiden, z. B. auf Zug vorgespannten Dämpfungsglieder identisch aufgebaut sind und die beiden Temperaturkompensationsglieder identisch aufgebaut sind, so verhindert der insgesamt symmetrische Aufbau den erwähnten Versatz der im mittleren Bereich angeordneten Strukturkomponente bei einer Temperaturveränderung.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. In denen zeigt:
-
1 ein Spannungs-Temperatur-Diagramm einer Formgedächtnislegierung zur Veranschaulichung einiger charakteristischer Parameter einer Formgedächtnislegierung,
-
2 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm einer Formgedächtnislegierung zur Veranschaulichung des Umwandlungs-pseudo-elastischen Effekts,
-
3 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Vorbelastung eines pseudo-elastischen Dämpfungsglieds mittels einer Feder,
-
4 einen Schwingungsdämpfer gemäß einer ersten Ausführungsform,
-
5 ein der 1 entsprechendes Diagramm zur Veranschaulichung der Temperaturabhängigkeit einer Pseudoelastizitätscharakteristik,
-
6 ein Kraft-Temperatur-Diagramm eines zur Temperaturkompensation geeigneten Temperaturkompensationsglieds,
-
7 einen Schwingungsdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform (mit Temperaturkompensation),
-
8 einen Schwingungsdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform (mit Temperatur- und Versatzkompensation),
-
9 einen Schwingungsdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform (mit Temperaturkompensation),
-
10 einen Schwingungsdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform (mit Temperaturkompensation und Versatzunterdrückung),
-
11 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm zur Veranschaulichung der Umwandlungs-Pseudoelastizität einer Formgedächtnislegierung, und
-
12 ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm zur Veranschaulichung der Zwillings-Pseudoelastizität einer Formgedächtnislegierung.
-
1 zeigt ein Diagramm, an dessen Abszisse die Temperatur T aufgetragen ist und T0 die Temperatur einer Formgedächtnislegierung (FGL) darstellt. Ferner sind in 1 als charakteristische Temperaturen der FGL die Martensit-Finish-Temperatur TMf, die Martensit-Start-Temperatur TMs, die Austenit-Start-Temperatur TAs, die Austenit-Finish-Temperatur TAf und die Martensit-Grenztemperatur TMd eingezeichnet.
-
Diese charakteristischen Temperaturen haben folgende Bedeutung: Wird eine (unbelastete) FGL aus der Hochtemperaturphase Austenit abgekühlt, werden bei TMs erste Martensitkristalle gebildet, deren Anteil mit sinkender Temperatur stetig zunimmt. Diese Austenit-Martensit-Umwandlung ist bei Erreichen von TMf abgeschlossen. Wird die FGL umgekehrt ausgehend von ihrem martensitischen Zustand erwärmt, so werden beginnend bei TAs Martensitkristalle in Austenitkristalle zurück umgewandelt. Dieser Prozess ist bei Erreichen von TAf beendet.
-
Die Umwandlung zwischen Martensit und Austenit kann außer durch eine Veränderung der Temperatur T auch durch Anlegen einer mechanischen Spannung induziert werden. Dieser Effekt der so genannten spannungsinduzierten Martensit-Austenit-Umwandlung ist in 1 mittels einer an der Ordinate aufgetragenen Spannung σ veranschaulicht. Für die eingezeichnete Temperatur T0 liegt das unbelastete Material in der Austenit-Phase vor (T0 > TAf). Durch Anlegen einer kritischen Spannung bzw. ”oberen Schwellspannung”, die etwa dem eingezeichneten Wert σMs entspricht, kann die spannungsinduzierte Austenit-Martensit-Umwandlung initiiert werden. Umgekehrt kann durch eine Entlastung des Materials etwa auf den eingezeichneten Wert σAs die Martensit-Austenit-Rückumwandlung eingeleitet werden.
-
Wie aus 1 ersichtlich sind die nachfolgend allgemein als kritische Spannungen σkr bezeichneten Schwellspannungen temperaturabhängig.
-
2 zeigt für den in 1 gezeigten Fall von TAf < T0 < TMd eine idealisierte Auftragung der Spannung σ gegen die Dehnung ε der FGL.
-
Ausgehend vom Austenit im unbelasteten Zustand führt eine Erhöhung der Spannung σ zunächst zu einer normalelastischen Dehnung des Materials, welche an einer Stelle 1 in einen sehr flach verlaufenden Pfad übergeht, bei welchem mehr und mehr Austenit in Martensit umgewandelt wird, bis bei Erreichen einer Stelle 2 der rein martensitische Zustand erreicht ist. Eine weitere Erhöhung der Spannung σ führt zu einem etwa linearen weiteren Anstieg der Dehnung ε. Auf Grund des niedrigeren E-Moduls des Martensits ist der entsprechende Verlauf etwas flacher als der lineare Verlauf vor Erreichen der Stelle 1.
-
Wird die Spannung σ dann wieder verringert, so ergibt sich ein dem normalelastischen Verhalten des Martensits entsprechender linearer Verlauf bis zum Erreichen einer Stelle 3, bei welcher die Rückumwandlung von Martensit in Austenit beginnt. Diese Rückumwandlung ist schließlich bei Erreichen einer Stelle 4 abgeschlossen.
-
Insgesamt ergibt sich ein im Wesentlichen trapezförmiger Hysteresebereich, der durch die Stellen 1, 2, 3 und 4 begrenzt wird und dazu genutzt werden kann, eine auf die FGL einwirkende dynamische Belastung durch Energiedissipation zu dämpfen. Wird beispielsweise der oben beschriebene Verlauf im σ-ε-Diagramm einmal zyklisch durchlaufen, so wird eine der Trapezfläche entsprechende Energie dissipiert.
-
Dieser so genannte pseudo-elastische Effekt ist zumeist nur unter Zugbelastung gut nutzbar, da er unter Druckbelastung auf Grund einer frühzeitigen Erzeugung von Versetzungen schon bei vergleichsweise geringen Spannungen nicht mehr reversibel ist.
-
Würde man eine FGL mit der beschriebenen Pseudoelastizitätscharakteristik unmittelbar zur Schwingungsdämpfung einsetzen, so ergäbe sich die Dämpfungscharakteristik unmittelbar aus den Eigenschaften des Materials. Für besonders kleine Dehnungen ε des Materials würde auf Grund des normalelastischen Verhaltens (zwischen dem Ursprung und der Stelle 1 in 2) keine nennenswerte Dämpfung auftreten. Dieses Problem lässt sich durch eine entsprechende Zugvorbelastung der FGL beseitigen, wie es nachfolgend mit Bezug auf 3 erläutert wird.
-
3 veranschaulicht eine funktionale Parallelschaltung eines aus einer FGL gebildeten Dämpfungsglieds (3 links) mit einer normalelastischen Feder (3 mitte). In den einzelnen Diagrammen ist jeweils der Verlauf einer äußeren Kraft F in Abhängigkeit von einer Auslenkung (z. B. Weg) s aufgetragen. Die durch die Parallelschaltung erzielte Überlagerung führt zu einer Kraft-Weg-Charakteristik der im rechten Diagramm gezeigten Art. Das Hysterese-Trapez 1, 2, 3, 4 transformiert sich durch diese Überlagerung in ein Trapez 1', 2', 3', 4', der Gesamtanordnung aus Dämpfungsglied und Feder. Mit dieser Anordnung ist es vorteilhaft möglich, auch besonders kleine Schwingungsamplituden zu dämpfen.
-
4 zeigt schematisch einen entsprechend aufgebauten Schwingungsdämpfer 10 zum Dämpfen von Schwingungen, die durch einen Doppelpfeil 12 symbolisiert sind und als eine auf den Dämpfer 10 einwirkende dynamische Belastung über eine erste Strukturkomponente 14 zum Dämpfer 10 übertragen werden.
-
Der Dämpfer 10 umfasst ein beispielsweise aus der FGL von 1 und 2 gebildetes pseudo-elastisches Dämpfungsglied 16 (z. B. aus einer NiTi-FGL), welches im dargestellten Ausführungsbeispiel als langgestreckter Dämpferstab ausgebildet ist und mit einander entgegengesetzten Enden jeweils starr an der ersten Strukturkomponente 14 und einer zweiten Strukturkomponente 18 angebunden ist. Auf Grund dieser Kopplung der Strukturkomponenten 14 und 18 mittels des Dämpfungsglieds 16 führt eine Schwingung 12 zu einer entsprechenden dynamischen Belastung des Dämpfungsglieds 16 zwischen den relativ zueinander bewegten Strukturkomponenten 14, 18. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Dämpfungsglied 16 hierbei in seiner Längsrichtung belastet. Die Strukturkomponente 14 ist mittels einer nicht näher dargestellten Linearführung in dieser Längsrichtung relativ zu der rahmenartigen zweiten Strukturkomponente 18 geführt.
-
Um hierbei die oben mit Bezug auf 3 erläuterte Vorbelastung des pseudo-elastischen Materials zu erreichen, ist ferner eine Druckfeder 20 (z. B. aus Federstahl) vorgesehen, die sich mit ihren beiden Enden an den Strukturkomponenten 14, 18 abstützt und somit indirekt zu einer Zugvorbelastung des Dämpfungsglieds 16 führt.
-
Vorteilhaft ist der Dämpfer 10 somit dazu geeignet, auch vergleichsweise kleine Amplituden der Schwingung 12 effizient zu dämpfen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die zweite Strukturkomponente 18 als ein Befestigungsabschnitt zur Integration des Dämpfers 10 in ein mit Schwingungen behaftetes System vorgesehen sein, wobei die erste Strukturkomponente 14 als der Pfad zur Übertragung der dynamischen Belastung zum Dämpfer 10 dient.
-
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte die Feder 20 auch auf der dem Dämpfungsglied 16 entgegengesetzten Seite eines Anbindungsabschnitts 22 der ersten Strukturkomponente 14 angeordnet sein und in der dargestellten Ruhesituation als Zugfeder zwischen den Strukturkomponenten 14, 18 wirken. Für die Ausführungsform wesentlich ist lediglich die mittels der Feder 20 bewirkte Zugvorbelastung des Dämpfungsglieds 16.
-
Nochmals zurückkommend auf die 2 und 3 ist die Federcharakteristik der Feder 20 im Ausführungsbeispiel von 4 in besonderer Weise gewählt, nämlich so, dass eine Diagonale PU des Hysterese-Trapezes 1, 2, 3, 4 in 2, die zwischen den Stellen 1 und 2 verläuft, im transformierten Hysterese-Trapez 1', 2', 3', 4' horizontal auf der Ordinate (F = 0) verläuft.
-
Damit wird eine besonders vorteilhafte Dämpfungscharakteristik für sehr kleine Amplituden der Schwingung 12 erreicht. Die oben mit Bezug auf 2 beschriebene Phasenumwandlung – und damit die hohe Dämpfung – tritt bei unvollständigen Zyklen (in 2 symbolisiert durch Doppelpfeile a und m) erst beim Überschreiten der genannten Diagonale PU auf. Bei dem in 3 rechts dargestellten Überlagerungsdiagramm kommt diese Linie PU genau auf der Ordinate zu liegen, so dass jede Halbschwingung einer auch kleinen Schwingung 12 optimal zur Phasenumwandlung und somit Dämpfung führt. Um dies zu erreichen, ist die Feder 20 mit einer Federkonstante gewählt, welche dem negativen Wert der Steigung der Diagonalen PU entspricht. Die Feder hält bei nicht auf den Dämpfer 10 einwirkender dynamischer Belastung 12 das Material des Dämpfungsglieds 16 vorteilhaft in einem Arbeitspunkt, welcher innerhalb des Hysterese-Bereichs im Spannungs-Dehnungs-Diagramm liegt.
-
Der Schwingungsdämpfer 10 ist hinsichtlich der Dämpfungsfähigkeit für besonders kleine Schwingungsamplituden und/oder kleine Schwingungsfrequenzen somit z. B. herkömmlichen Dämpfern überlegen, die auf Viskositätseffekten (z. B. Öldruckdämpfer) oder einer Dämpfung in Polymeren beruhen.
-
Falls der in 4 dargestellte Schwingungsdämpfer 10 in einer Umgebung mit sich verändernder Temperatur T verwendet wird, so kann sich abhängig von den für das Dämpfungsglied 16 und die Feder 20 verwendeten Materialien die Problematik ergeben, dass die Pseudoelastizitätscharakteristik und/oder die Federcharakteristik sich zum Nachteil der oben erläuterten Arbeitspunkteinstellung verändern. Diese Problematik sei anhand des Beispiels eines aus einer FGL gebildeten Dämpfungsglieds 16 anhand 5 verdeutlicht.
-
5 ist ein der 2 entsprechendes Diagramm der FGL des Dämpfungsglieds 16. Wenn sich die Betriebstemperatur des Dämpfungsglieds 16 in einem Betriebstemperaturbereich ΔT (zwischen Tmin und Tmax) verändert, so ist damit eine entsprechende, zumeist im Wesentlichen lineare Änderung der kritischen Schwellspannungen σkr verbunden, wie dies bereits mit Bezug auf 1 erläutert wurde. Diese Temperaturvariation führt somit zu einer entsprechenden Schwellspannungsvariation Δσ1. Die das Hysterese-Trapez der Pseudoelastizitätscharakteristik maßgeblich bestimmenden oberen und unteren Schwellspannungen variieren somit im Ausmaß Δσ1. Im Falle der Ausbildung des Dämpfungsglieds 16 als Dämpfungsstab mit einheitlicher Querschnittsfläche A1 ergibt sich demgemäß eine äußere Kraftvariation ΔF1 des Werts Δσ1 × A1.
-
In einer Modifikation bzw. Weiterbildung der in 4 dargestellten Anordnung ist daher vorgesehen, eine solche mit einer Temperaturvariation ΔT einhergehende Arbeitspunktverschiebung der FGL durch eine Temperaturkompensationseinrichtung zu kompensieren. Die Grundidee dieser Temperaturkompensation besteht darin, eine geeignet temperaturabhängige, auf das Dämpfungsglied einwirkende Kompensationsbelastung bereitzustellen, so dass die Temperaturabhängigkeit der Pseudoelastizitätscharakteristik im Sinne einer optimalen Arbeitspunkteinstellung wenigstens teilweise kompensiert wird (vgl. Kraft F in 6). Derart modifizierte Ausführungsformen eines Schwingungsdämpfers werden nachfolgend mit Bezug auf die 7 bis 10 erläutert.
-
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
-
7 zeigt einen Schwingungsdämpfer 10a zum Dämpfen von Schwingungen 12a, die über eine erste Strukturkomponente 14a übertragen werden und wieder zu einer entsprechenden dynamischen Belastung einer Kombination aus einem pseudo-elastischen Dämpfungsglied 16a und einem federelastischen Kopplungsglied in Form einer Feder 20a führen. Diese Dämpfungskombination 16a, 20a koppelt die erste Strukturkomponente 14a mit einem ersten Schenkel 30a einer zweiten Strukturkomponente 18a.
-
Zusätzlich weist der Schwingungsdämpfer 10a ein Temperaturkompensationsglied 32a auf, welches den Anbindungsabschnitt 22a der ersten Strukturkomponente 14a mit einem zweiten Schenkel 34a der zweiten Strukturkomponente 18a koppelt. Das Temperaturkompensationsglied 32a dient dazu, durch eine temperaturabhängige Zusatzbelastung der Kombination 16a, 20a eine Temperaturabhängigkeit der Pseudoelastizitätscharakteristik des Dämpfungsglieds 16a zu kompensieren.
-
Insbesondere kann mittels des Temperaturkompensationsglieds 32a der Effekt kompensiert werden, dass mit steigender Temperatur die kritischen Spannungen (Schwellspannungen) eines aus einer FGL gebildeten Dämpfungsglieds 16a steigen. Hierzu ist die zusätzliche Komponente 32a derart auszubilden, dass diese bei steigender Temperatur eine steigende Kraft erzeugt, die eine Kompensationsbelastung für die FGL des Dämpfungsglieds 16a darstellt.
-
Das Temperaturkompensationsglied 32a kann beispielsweise unter Verwendung einer FGL und Nutzung eines unterdrückten Formgedächtniseffekts realisiert werden. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass durch eine Temperaturvariation (vgl. ΔT in 6) in einer FGL das Bestreben einer Umwandlung von Martensit in Austenit oder umgekehrt beeinflusst werden kann und dieses Umwandlungsbestreben in einer Anordnung gemäß 7 wiederum zur Erzeugung einer temperaturabhängigen Zusatzbelastung des Dämpfungsglieds 16a genutzt werden kann.
-
Durch die Temperaturkompensation kann somit gewährleistet werden, dass eine Temperaturvariation nicht zu einer nennenswerten Verschiebung der Arbeitspunkteinstellung führt und der Arbeitspunkt insbesondere innerhalb des Hysterese-Trapezes der Vorrichtung verbleibt.
-
Für eine möglichst gute Temperaturkompensation müssen die Temperaturabhängigkeiten der Komponenten 16a, 20a und 32a aneinander angepasst werden. Zu diesem Zweck stehen zahlreiche einzustellende Parameter zur Verfügung, so dass der Fachmann diese Anpassung im Einzelfall problemlos realisieren kann. Bei einer Ausbildung des Temperaturkompensationsglieds 32a aus einer FGL kann außer einer gezielten Materialauswahl eine weit reichende Einstellung auch durch geeignete Wahl von Dimensionierungsparametern erfolgen. Beispielsweise kann im Falle eines stabförmigen Kompensationsglieds 32a dessen Länge und/oder Querschnittsfläche in Anpassung an die gewünschte Charakteristik gewählt werden. Dasselbe gilt für die Auslegung des Dämpfungsglieds 16a. Ferner ist es sogar denkbar, das Material des federelastischen Kopplungsglieds derart auszuwählen, dass die davon bereitgestellte Federkraft eine Temperaturabhängigkeit im Sinne der gewünschten Kompensationsrichtung besitzt.
-
Bei dem Schwingungsdämpfer 10a von 7 bewirkt die Temperaturkompensation bei fehlender dynamischer Belastung, d. h. im Ruhezustand, einen Versatz bzw. eine ”Nullpunktverschiebung” in Längsrichtung der Komponenten 16a, 32a. Da ein solcher rein temperaturbedingter Versatz in vielen Anwendungsfällen störend wäre, ist gemäß einer nachfolgend mit Bezug auf 8 beschriebenen Weiterbildung eine dieses Problem beseitigende Versatzkompensation vorgesehen.
-
8 zeigt einen Schwingungsdämpfer 10b umfassend in seinem mittleren Bereich eine Anordnung wie sie bereits am Beispiel der 7 erläutert wurde. Zusätzlich ist jedoch eine dritte Strukturkomponente 40b vorgesehen, die über eine Versatz-Kompensationseinrichtung mit der zweiten Strukturkomponente 18b gekoppelt ist.
-
Die dritte Strukturkomponente 40b ist wie die zweite Strukturkomponente 18b rahmenartig bzw. U-förmig ausgebildet, wobei die zweite Strukturkomponente 18b verschieblich zwischen zwei Schenkeln 42b, 44b der dritten Strukturkomponente 40b angeordnet (geführt) ist. Ein erstes Kompensationsglied 46b koppelt die Schenkel 30b, 42b miteinander, wohingegen die entgegengesetzten Schenkel 34b, 44b durch ein zweites Kompensationsglied 48b gekoppelt werden. Diese beiden Kompensationsglieder 46b und 48b bilden zusammen die Versatzkompensationseinrichtung und sind mit derart temperaturabhängigen Eigenschaften gewählt bzw. ausgebildet, dass der oben erwähnte Versatz (Nullpunktverschiebung Δs) der ersten Strukturkomponente 14b gegenüber der zweiten Strukturkomponente 18b durch einen gegengleichen Versatz (–Δs) der zweiten Strukturkomponente 18b relativ zur dritten Strukturkomponente 40b gerade kompensiert wird.
-
Im Ausführungsbeispiel gemäß 8 sind die beiden hierzu dienenden Kompensationsglieder 46b und 48b als ein FGL-Stab bzw. eine Feder ausgebildet. Der FGL-Kompensationsstab 46b stellt hierbei eine temperaturabhängige Kraft zur Verfügung, auf deren Wert sich die entsprechende Gegenkraft der Feder 48b einstellt (Kräftegleichgewicht). Die beiden Komponenten 46b, 48b ergänzen sich hierbei so, dass in einem Bereich um eine Nenn-Betriebstemperatur der gleiche Wert für Δs/ΔT wie für die Innenkombination 16b, 20b, 32b, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen, erreicht wird.
-
Falls der Einfluss der dritten Strukturkomponente 40b und ihrer Kopplung an die zweiten Strukturkomponente 18b auf die von der Innenkombination 16b, 20b, 32b bereitgestellte Dämpfungscharakteristik klein gehalten werden soll, so kann dies z. B. durch eine besonders steife Kopplung zwischen den Komponenten 18b und 40b erreicht werden. Beispielsweise kann die Federkonstante der Feder 48b wenigstens um einen Faktor 10 größer sein als jede der Federkonstanten der Teile 16b, 20b und 32b.
-
9 zeigt einen Schwingungsdämpfer 10c, der insofern ähnlich dem mit Bezug auf 7 beschriebenen Schwingungsdämpfer aufgebaut ist als eine erste Dämpfungskombination 16c-1, 20c-1 eine erste Strukturkomponente 14c mit einem ersten Schenkel 30c einer zweiten Strukturkomponente 18c koppelt. Im Unterschied zu der mit Bezug auf 7 beschriebenen Ausführungsform ist die erste Strukturkomponente 14c jedoch nicht lediglich über ein Temperaturkompensationsglied mit einem zweiten Schenkel 34c der Komponente 18c gekoppelt sondern über eine Reihenanordnung aus einem Temperaturkompensationsglied 32c und einer zweiten Dämpfungskombination 16c-2, 20c-2. Das Bezugszeichen 52c bezeichnet ein starres Zwischenglied, welches der beiderseitigen Befestigung einerseits des Temperaturkompensationsglieds 32c und andererseits des pseudo-elastischen Dämpfungsglieds 16c-2 dient. Die beiden Dämpfungskombinationen 16c-1, 20c-1 und 16c-2, 20c-2 sind bevorzugt identisch aufgebaut. Damit ergibt sich aus Symmetriegründen eine weitgehend symmetrische Dämpfungscharakteristik.
-
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte auf das Zwischenglied 52c auch verzichtet werden. Auch könnte bei der dargestellten Anordnung das Temperaturkompensationsglied 32c mit der oberen Dämpfungskombination 16c-2, 20c-2 vertauscht werden, beispielsweise um die bei einer Übertragung einer dynamischen Belastung 12c mit der ersten Strukturkomponente 14c mitbewegte Masse zu verringern (Bei dieser alternativen Anordnung wird das Glied 32c nicht mehr mitbewegt).
-
Die Temperaturkompensation mittels des Temperaturkompensationsglieds 32c bewirkt einen temperaturabhängigen Versatz der ersten Strukturkomponente 14c relativ zur zweiten Strukturkomponente 18c. Um diesen Versatz zu kompensieren, kann die in 9 dargestellte Anordnung wieder in einem mittleren Bereich einer dritten Strukturkomponente angeordnet werden, wie dies bereits oben mit Bezug auf 8 beschrieben wurde.
-
Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung eines temperaturbedingten Versatzes besteht darin, die Temperaturkompensation so auszubilden, dass dieser Versatz von vornherein vermieden wird. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend mit Bezug auf 10 beschrieben.
-
10 zeigt einen Schwingungsdämpfer 10d mit einer ersten Strukturkomponente 14d zur Übertragung einer dynamischen Belastung 12d und einer insgesamt oder in einem Querschnitt U-förmigen zweiten Strukturkomponente 18d. Die erste Strukturkomponente 14d ist einerseits über eine erste Reihenanordnung aus einem ersten Temperaturkompensationsglied 32d-1 und einer ersten Dämpfungskombination 16d-1, 20d-1 mit einem ersten Schenkel 30d der Strukturkomponente 18d gekoppelt und andererseits über eine zweite Reihenanordnung aus einem zweiten Temperaturkompensationsglied 32d-2 und einer zweiten Dämpfungskombination 16d-2, 20d-2 mit einem zweiten Schenkel 34d der Strukturkomponente 18d gekoppelt.
-
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Dämpfungskombinationen sowie die beiden Temperaturkompensationsglieder jeweils identisch ausgebildet, so dass in einfacher Weise sowohl eine symmetrische Dämpfungscharakteristik als auch eine Temperaturkompensation ohne Versatz gewährleistet werden.
-
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte die Reihenfolge der funktionalen Komponenten 16d-1, 20d-1; 32d-1; 32d-2; 16d-2, 20d-2 auch modifiziert werden. Eine die symmetrischen Eigenschaften des Schwingungsdämpfers 10d erhaltende Modifikation besteht beispielsweise darin, bei beiden Reihenanordnungen (in 10 links und rechts von der ersten Strukturkomponente 14d) jeweils die Positionen der Dämpfungskombination und des Temperaturkompensationsglieds zu vertauschen. Bei einer solchen Modifikation verringert sich die bei Einwirkung der dynamischen Belastung 12d mitbewegte Masse, was abhängig vom betreffenden Anwendungsfall von Vorteil und somit erwünscht sein kann.
-
Mit den oben beschriebenen Ausführungsformen eines Schwingungsdämpfers können ungewollte Schwingungen mit einer maßgeschneiderten Dämpfungscharakteristik effizient gedämpft werden. In den beschriebenen Weiterbildungen lassen sich zudem nachteilige Temperatureffekte verringern oder ganz beseitigen.
-
Je nach Wahl der Pseudoelastizitätscharakteristik des oder der Dämpfungsglieder können hierbei unterschiedliche Dämpfungseigenschaften erzielt werden. Bei Verwendung einer FGL für das Dämpfungsglied hängen diese Eigenschaften z. B. auch davon ab, ob die Zwillings-Pseudoelastizität (ZPE) oder die Umwandlungs-Pseudoelastizität (UPE) der FGL herangezogen wird. Ein sich daraus ergebender qualitativer Unterschied der Dämpfungscharakteristik sei nachfolgend anhand der 11 und 12 erläutert.
-
11 zeigt für die Zwillings-Pseudoelastizität (ZPE) in einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm der (konstant vorgespannten) FGL schematisiert einen Hysteresebereich mit kritischen Schwellspannungen σkr. In diesem Diagramm gestrichelt eingezeichnet ist ein Belastungs-Entlastungs-Zyklus mit vergleichsweise kleiner Schwingungsauslenkung (±ε1). In diesem Fall ergibt sich eine sehr geringe Dämpfung. Mit zunehmender Schwingungsamplitude nimmt die Dämpfung bis zum Erreichen einer bestimmten Dehnungsamplitude ε2 zu, da immer mehr Volumenanteil der FGL beteiligt ist. Die pro Zyklus dissipierte Schwingungsenergie ΔW nimmt sodann bei weiterer Vergrößerung der Schwingungsamplitude nicht mehr zu (und entspricht der Fläche des in der Figur eingezeichneten Trapezes). Dies ist in der rechten Teildarstellung von 11 verdeutlicht.
-
12 ist eine der 11 entsprechende Darstellung bei Nutzung der Umwandlungs-Pseudoelastizität (UPE) einer (federvorgespannten) FGL. Daraus ist ersichtlich, dass bereits für sehr kleine Schwingungsamplituden eine nennenswerte Dämpfung eintritt, die mit zunehmender Schwingungsamplitude noch ansteigt, da immer mehr Volumenanteil der FGL umgewandelt wird. Auf Grund dieser Besonderheit ist die Verwendung der Umwandlungs-Pseudoelastizität im Rahmen der Erfindung für viele Anwendungsfälle bevorzugt. Es ist jedoch anzumerken, dass die Zwillings-Pseudoelastizität oftmals eine Begleiterscheinung von UPE-Formgedächtnislegierungen ist und die betreffende FGL somit auch beide Effekte aufzeigen kann.
