DE102013101671B4

DE102013101671B4 - Adaptiver Drehschwingungstilger mit einer über Blattfedern an einer Nabe elastisch gelagerten ringförmigen Tilgermasse

Info

Publication number: DE102013101671B4
Application number: DE102013101671.5A
Authority: DE
Inventors: Elmar Breitbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-02-20
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: DE102013101671A1

Abstract

Drehschwingungstilger (1) zur Dämpfung von Drehschwingungen (2) eines Objekts (3) um eine Drehachse (4) mit – einer an dem Objekt (3) festzulegenden Nabe (5), – einer koaxial zu der Drehachse (4) auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse (6) und die Tilgermasse (6) elastisch an der Nabe (5) abstützenden Blattfedern (7), – wobei Enden der Blattfedern (7) in ihren Abstützpunkten an der Nabe (5) und/oder an der Tilgermasse (6) unter radialer Ausrichtung zu der Drehachse (4) eingespannt sind und – wobei sich die Blattfedern (7) in einer Ausgangslage der Tilgermasse (6) zwischen ihren Abstützpunkten radial zu der Drehachse (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tilgermasse (6) in radialer Richtung zu der Drehachse (4) durch die Blattfedern (7) an der Nabe (5) geführt ist und – dass entweder an der Nabe (5) erste Elektromagnete (8) vorgesehen sind, die mit Permanentmagneten (9) und/oder zweiten Elektromagneten an der Tilgermasse (6) zusammenwirken, oder an der Tilgermasse (6) erste Elektromagnete (8) vorgesehen sind, die mit Permanentmagneten (9) und/oder zweiten Elektromagneten an der Nabe (5) zusammenwirken, um variable magnetische Kräfte zwischen der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) hervorzurufen.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungstilger zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Objekts um eine Drehachse mit einer an dem Objekt festzulegenden Nabe, einer koaxial zu der Drehachse auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse und die Tilgermasse elastisch an der Nabe abstützenden Blattfedern, wobei Enden der Blattfedern in ihren Abstützpunkten an der Nabe und/oder an der Tilgermasse unter radialer Ausrichtung zu der Drehachse eingespannt sind und wobei sich die Blattfedern in einer Ausgangslage der Tilgermasse zwischen ihren Abstützpunkten radial zu der Drehachse erstrecken.
Die geforderte koaxiale Ausrichtung der Tilgermasse zu der Drehachse wird dabei möglichst selbsttätig durch das Festlegen der Nabe an dem Objekt, d. h. durch an das Objekt angepasste Ausbildung der Nabe erreicht.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 199 07 216 C1 ist ein Drehschwingungstilger mit den Merkmalen der eingangs beschriebenen Art bekannt, die dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 entspricht. Eine ringförmige Tilgermasse ist in radialer Richtung zu einer Drehachse über Lagerschalen an einer Nabe geführt. In Umfangsrichtung um die Drehachse ist die Tilgermasse durch zwei in einander entgegen gesetzten radialen Richtungen verlaufende Blattfedern an der Nabe abgestützt, wobei die beiden Blattfedern in einer Ausgangslage der Tilgermasse unbelastet sind und in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die radial außen liegenden Enden der Blattfedern sind starr an der Tilgermasse eingespannt, während die radial innen liegenden effektiv wirksamen Enden der Blattfedern in Gleitsteinen geführt sind, die in Linearführungen gegenüber der Nabe in radialer Richtung zu der Drehachse verschieblich sind. Durch die aufgrund der Drehbewegung um die Drehachse auf die Gleitsteine einwirkende Zentrifugalkraft bewegen sich die Gleitsteine nach außen und verkürzen dabei die effektive Länge der Blattfedern zwischen den Gleitsteinen und der Tilgermasse. Dabei werden die Gleitsteine radial nach innen durch eine Rückstellfeder beaufschlagt, deren Steifigkeit die radiale Lage der Gleitsteine bei einer bestimmten Drehzahl um die Drehachse bestimmt und damit die bei dieser Drehzahl wirksame Länge der Blattfedern. Aufgrund der elastischen Abstützung der Tilgermasse durch die Blattfedern wird so auch die Eigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers bei der Drehzahl festgelegt. Auf diese Weise steigt die Tilgereigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers mit der Drehzahl um die Drehachse an. Es ist jedoch mit erheblichem Abstimmungsaufwand verbunden, diesen Anstieg beispielsweise so zu realisieren, dass die Tilgereigenfrequenz proportional zu der Drehzahl verläuft. Bei kleinen Drehzahlen ist dies grundsätzlich unmöglich, weil die Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers aufgrund der Abstützung der Tilgermasse über die Blattfedern nicht beliebig klein werden kann. Zur Begrenzung der Amplitude von Drehschwingungen der Tigermasse des bekannten Drehschwingungstilgers gegenüber der Nabe sind dazwischen wirksame Anschläge vorgesehen.
Aus der DE 10 2009 029 072 B3 ist ein Drehschwingungstilger für einer Drehbewegung um eine Drehachse überlagerte Drehschwingungen bekannt, bei dem mehrere Tilgermassen einzeln über jeweils eine Blattfeder an einer Basis gelagert sind. Die Blattfeder erstreckt sich in ihrem entspannten Zustand in einer radial zu der Drehachse verlaufenden Ebene, wobei ihre Haupterstreckungsrichtung normal zu der Drehachse ausgerichtet ist. Das näher an der Drehachse liegende Ende der Blattfeder ist starr an der Basis eingespannt, und die zugehörige Tilgermasse ist an dem anderen Ende der Blattfeder befestigt und weist dort ihren Masseschwerpunkt auf. Durch die Einwirkungen des Zentrifugalfelds auf die Tilgermasse bildet jede Tilgermasse mit ihrer Blattfeder ein Fliehkraftpendel aus, bei dem die Lage der Tilgermasse gegenüber der Basis bei kleinen Drehzahlen ohne größere Fliehkräfte durch die Blattfeder definiert ist. Bei diesen kleinen Drehzahlen macht sich jedoch die Steifigkeit der Blattfeder auch insoweit bemerkbar, als dass die proportional mit der Drehzahl ansteigende Tilgereigenfrequenz eines Fliehkraftpendels bei kleinen Drehzahlen nicht erreicht wird. Hier bleibt die tatsächliche Tilgereigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers größer. Um die Proportionalität der Tilgereigenfrequenz und der Drehzahl auch bei kleineren Drehzahlen zu realisieren, werden daher Einrichtungen zur Reduzierung der Quersteifigkeit der Blattfeder vorgeschlagen. Diese beaufschlagen die Blattfeder mit einer zwischen ihren Enden wirkenden Druckkraft. Diese Druckkraft kann mit zunehmender Drehzahl der Drehbewegung um die Drehachse abnehmen. Konkret sollen die Einrichtungen, die die Blattfeder mit der zwischen ihren Enden wirkenden, mit zunehmender Drehzahl der Drehbewegung um die Drehachse abnehmenden Druckkraft beaufschlagen, ein von der Drehachse beabstandetes Masseelement aufweisen, wobei die Zentrifugalkraft auf das mit der Drehbewegung um die Drehachse umlaufende Masseelement der Druckkraft entgegenwirkt. Die Druckkraft kann dabei beispielsweise durch eine metallische Feder aufgebracht werden, die zwischen den Enden der Blattfeder auf Zug beansprucht ist. Auf diese Feder wirken selbst Zentrifugalkräfte ein, welche ihren Beitrag zur Quersteifigkeit der Blattfeder reduzieren. Statt einer solchen Zugfeder kann auch ein anderes Zugelement vorgesehen sein, um die Druckkraft zwischen den Enden der Blattfeder aufzubringen. Insbesondere soll das Zugelement so ausgebildet bzw. angehängt sein, dass es die Querauslenkung der Blattfeder nicht behindert. Die Bestandteile von Drehschwingungstilgern sind bei hohen Drehzahlen extremen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Diese müssen bei dem bekannten Drehschwingungstilger an jedem der Punkte abgestützt werden, über die sich eine der Tilgermassen an der Basis abstützt.
Aus der DE 197 23 515 A1 ist ein elastisches Element mit zwischen Ihren Enden U-förmigen Blattfedern bekannt, das zur linearen Führung eines ersten Bauteils gegenüber einem zweiten Bauteil dient. Dabei sind elastische Elemente aus den Blattfedern in zwei in der Bewegungsrichtung des ersten Bauteils beabstandeten Bereichen angeordnet. Die beiden Bauteile können die sich in der Bewegungsrichtung abstoßenden Teile einer Magnetfeder sein. Diese Magnetfeder stellt damit eine negative Steifigkeit bereit, die der positiven Steifigkeit der Blattfedern parallel geschaltet ist und diese bei der Gesamtfedersteifigkeit der Anordnung ggf. bis in die Nähe von null kompensiert.
Aus der WO 2006/017201 A1 ist ein Drehschwingungstilger zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle einer Rotationsmaschine mit einer an der Welle festzulegenden Nabe, einer koaxial zu der Drehachse auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse und einer die Tilgermasse elastisch an der Nabe abstützenden Feder bekannt. Die Feder kann aus einer Vielzahl von Speichen bestehen, die sich in einer Ausgangslage des Tilgermasse radial zu der Drehachse zwischen ihren Anwendungspunkten an der Nabe und der Tilgermasse erstrecken. Auf diese Weise ist die Tilgermasse radial durch die Speichen geführt. An der Tilgermasse ist eine Ausgleichsmasse so gelagert, dass ihre Position relativ zu der Tilgermasse und der Welle einstellbar ist, um Ausgleichskräfte zum dynamischen Ausbalancieren der Welle bereitzustellen.
Zum Einstellen ihrer Position wird die Ausgleichsmasse elektromagnetisch um die Nabe herum bewegt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwingungstilger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, der zumindest bezüglich seiner Tilgereigenfrequenz in weiten Bereichen abstimmbar ist und grundsätzlich auch zur aktiven Unterdrückung der Drehschwingungen des Objekts geeignet ist.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Drehschwingungstilger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Objekts um eine Drehachse mit einer an dem Objekt festzulegenden Nabe, einer koaxial zu der Drehachse auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse und die Tilgermasse elastisch an der Nabe abstützenden Blattfedern, wobei Enden der Blattfedern in ihren Abstützpunkten an der Nabe und/oder an der Tilgermasse unter radialer Ausrichtung zu der Drehachse eingespannt sind und wobei sich die Blattfedern in einer Ausgangslage der Tilgermasse zwischen ihren Abstützpunkten radial zu der Drehachse erstrecken, ist die Tilgermasse in radialer Richtung zu der Drehachse durch die Blattfedern an der Nabe geführt und sind entweder an der Nabe erste Elektromagnete vorgesehen, die mit Permanentmagneten oder zweiten Elektromagneten an der Tilgermasse zusammenwirken, oder an der Tilgermasse erste Elektromagnete vorgesehen, die mit Permanentmagneten oder zweiten Elektromagneten an der der Nabe zusammenwirken, um variable magnetische Kräfte zwischen der Nabe und der Tilgermasse hervorzurufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger werden die Blattfedern zur Führung der Tilgermasse an der Nabe eingesetzt. Das heißt, sie können die einzige belastbare mechanische Verbindung zwischen der Tilgermasse und der Nabe darstellen. Für diese Führung wird die hohe Drucksteifigkeit der Blattfedern in radialer Richtung zu der Drehachse ausgenutzt. Das heißt, in radialer Richtung stützten sich die Blattfedern an der Nabe und der Tilgermasse im Wesentlichen steif ab, zumindest verglichen mit der Quersteifigkeit der Blattfedern. Zur Kompensation von Toleranzen kann zwar eine gewisse Elastizität der Abstützung der Blattfedern in radialer Richtung sogar gezielt vorgesehen werden. Hierdurch darf aber die Führungseigenschaft der Blattfedern für die Tilgermasse gegenüber der Nabe nicht verlorengehen.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger wirken zwischen der Tilgermasse und der Nabe neben elastischen Kräften der Blattfedern magnetische Kräfte, die mit ersten Elektromagneten an der Nabe oder der Tilgermasse und Permanentmagneten oder zweiten Elektromagneten an der Tilgermasse oder der Nabe, an der die ersten Elektromagnete nicht vorgesehen sind, aufgebracht werden. Das heißt, durch Bestromung der Elektromagnete sind gezielt zusätzliche Kräfte in definierter Größe zwischen der Tilgermasse und der Nabe aufbringbar, mit denen zumindest die Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers veränderbar ist. Ob die ersten Elektromagnete mit Permanentmagneten oder zweiten Elektromagneten zusammenwirken und wo beim Zusammenwirken der ersten Elektromagnete mit Permanentmagneten die Elektromagnete und wo die Permanentmagnete angebracht sind, hängt davon ab, wo eine elektrische Kontaktierung zur Bestromung der Elektromagnete einfacher zu realisieren ist. Geeignete Schleif- oder Bürstenkontakte stehen aus dem Bereich elektrischer Maschinen zur Verfügung.
Zur Herabsetzung der Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers können die ersten Elektromagnete und die Permanentmagnete oder zweiten Elektromagnete so zueinander an der Nabe und der Tilgermasse angeordnet sein, dass durch Bestromung zumindest einiger der Elektromagnete eine negative Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse aus ihrer Ausgangslage bereitstellbar ist. Die Größe der negativen Steifigkeit kann durch den Strom bei der Bestromung dieser Elektromagnete festgelegt werden. Durch Bestromung derselben Elektromagnete, wobei der Strom durch die an der Nabe oder der Tilgermasse angeordneten Elektromagnete umgekehrt wird, ist eine zusätzliche positive Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse aus ihrer Ausgangslage bereitstellbar, die zu einer Erhöhung der Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers führt.
Zur Bereitstellung einer positiven oder negativen Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse aus ihrer Ausgangslage können erste Polschuhe der zumindest einigen ersten Elektromagnete in der Ausgangslage der Tilgermasse Polen der Permanentmagnete oder zweiten Polschuhen der zumindest einigen zweiten Elektromagnete in radialer Richtung zu der Drehachse direkt gegenüberliegen. Die ersten und ggf. zweiten Polschuhe sind dann vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer in Richtung der Drehachse und radial dazu verlaufenden Symmetrieebene ausgebildet, um eine symmetrische Kennlinie der zusätzlichen negativen oder positiven Steifigkeit zu erreichen. Die Form der Polschuhe und der ggf. zugeordneten Elektromagnete bestimmt den genauen Kennlinienverlauf.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger ist es auch möglich, die ersten Elektromagnete und die Permanentmagnete oder zweiten Elektromagnete so zueinander an der Nabe und der Tilgermasse anzuordnen, dass durch Bestromung bestimmter Elektromagnete Kräfte in Umfangsrichtung um die Drehachse zwischen der Tilgermasse und der Nabe bereitstellbar sind. Diese Kräfte können gegenphasig zu Beschleunigungen des zu bedämpfenden Objekts aufgebracht werden, um diese Beschleunigungen destruktiv mit gegenläufigen Beschleunigungen zu überlagern und so zu der gewünschten Dämpfung der Schwingungen des Objekts zu kommen.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers liegen erste Polschuhe der bestimmten ersten Elektromagnete in der Ausgangslage der Tilgermasse Polen der Permanentmagnete oder zweiten Polschuhen der bestimmten zweiten Elektromagnete mit einem Versatz in Umfangsrichtung um die Drehachse gegenüber. So wirken sich durch Bestromung der Elektromagnete hervorgerufene Anziehungs- oder Abstoßungskräfte in die gewünschten Kräfte in Umfangsrichtung um die Drehachse, d. h. in Drehmomente, aus.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger sind die Blattfedern vorzugsweise in einer drehsymmetrischen Anordnung um die Drehachse angeordnet, um die Tilgermasse möglichst in allen radialen Richtungen gleich an der Nabe abzustützen. Auch die ersten Elektromagnete und die Permanentmagnete oder zweiten Elektromagnete sind vorzugsweise in einer drehsymmetrischen Anordnung um die Drehachse angeordnet, um die mit ihnen aufgebrachten zusätzlichen Kräfte gleichmäßig um die Drehachse zu verteilen.
Die Bestromung der Elektromagnete des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers kann von einer Steuerung koordiniert werden, die die Elektromagnete insbesondere in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Objekts um die Drehachse bestromt. Die Steuerung kann alternativ oder zusätzlich die Bestromung der Elektromagnete in Abhängigkeit von einer Amplitude von Drehschwingungen der Tilgermasse gegenüber der Nabe um die Drehachse vornehmen. Das Erreichen einer gewissen Amplitude der Drehschwingungen der Tilgermasse gegenüber der Nabe ist bereits ein Indiz dafür, dass der erfindungsgemäße Drehschwingungstilger wirksam ist. Durch Erhöhen der Amplitude kann diese Wirkung erhöht werden. Eine Begrenzung der Amplitude kann die Integrität des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers sicherstellen. Eine unter diesen Randbedingungen ablaufende Maximierung der Amplitude stellt eine maximale Ausnutzung des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers sicher.
Um Drehschwingungen und andere Auslenkungen der Tilgermasse gegenüber der Nabe zu erfassen, kann der erfindungsgemäße Drehschwingungstilger einen Drehwinkelsensor für einen Drehwinkel der Tilgermasse gegenüber der Nabe um die Drehachse aufweisen. Dabei kann der Drehwinkelsensor Winkelantworten von Elektromagneten nutzen, die bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger auch zum Aufbringen von Kräften zwischen der Tilgermasse und der Nabe verwendet werden.
Die Blattfedern des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers erstrecken sich in der Ausgangslage der Tilgermasse regelmäßig radial und parallel zu der Drehachse, um die gewünschte Führung der Tilgermasse in einer Rotationsebene um die Drehachse sicherzustellen.
Um die Amplitude von Drehschwingungen der Tilgermasse gegenüber der Nabe durch die Durchschnittssteifigkeit der Blattfedern nicht in unerwünschtem Maße einzuschränken, können die Blattfedern selbst oder ihre Lager an der Nabe und/oder der Tilgermasse teleskopierbar sein. Mit geringerem Aufwand kann jedoch durch einen mäanderförmigen Verlauf der Blattfedern zwischen der Nabe und der Tilgermasse eine größere Auslenkung der Tilgermasse gegenüber der Nabe in Umfangsrichtung um die Drehachse ermöglicht werden.
Um das Magnetfeld der Elektromagnete und/oder Permanentmagnete des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers möglichst wenig zu stören, können die Blattfedern aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise einem Faserverbundwerkstoff, ausgebildet sein.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs ”mindestens” bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 ist eine axiale Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers.
2 ist eine axiale Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers; und
3 zeigt eine mäanderförmige Blattfeder eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers mit Blickrichtung in Umfangsrichtung um seine Drehachse.
FIGURENBESCHREIBUNG
Der in 1 dargestellte Drehschwingungstilger 1 dient zur Dämpfung von Drehschwingungen 2 eines Objekts 3 um eine Drehachse 4, die durch einen Doppeldrehpfeil angedeutet sind. Bei dem Objekt 3 kann es sich insbesondere um eine um die Drehachse 4 umlaufende Welle handeln, wobei die Drehschwingungen 2 der Drehbewegung der Welle überlagert sind. An dem Objekt 3 ist eine Nabe 5 des Drehschwingungstilgers 1 festgelegt, und zwar so, dass eine ringförmige Tilgermasse 6 des Drehschwingungstilgers 1 koaxial zu der Drehachse 4 ausgerichtet ist. Dabei ist die Tilgermasse 6 über Blattfedern 7 mit der Nabe 5 verbunden. Die Blattfedern 7 sind jeweils mit ihrer dominierenden Haupterstreckungsrichtung radial zu der Drehachse 4 und mit ihrer zweiten Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Drehachse 4 ausgerichtet. Die Enden der Blattfedern 7 sind in ihren Abstützpunkten an der Nabe 5 und der Tilgermasse 6 jeweils unter radialer Ausrichtung zu der Drehachse 4 eingespannt. Die radiale Ausrichtung der gesamten Blattfedern 7 gilt dabei nur für die in 1 dargestellte Ausgangslage der Tilgermasse 6 gegenüber der Nabe 5 in Umfangsrichtung um die Drehachse 4. Die Blattfedern 7 lassen nämlich eine Auslenkung der Tilgermasse 6 in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 zu, wobei die Tilgermasse 6 entgegen diesen Auslenkungen elastisch an der Nabe 5 abgestützt ist. In radialer Richtung zu der Drehachse 4 und in axialer Richtung der Drehachse 4 stützen die Blattfedern 7 die Tilgermasse 6 mit hoher Steifigkeit an der Nabe 5 ab. Das heißt, die Blattfedern 7 sorgen dafür, dass die koaxiale Ausrichtung der Tilgermasse 6 gegenüber der Nabe 5 in einer Rotationsebene um die Drehachse 4 stabil ist. Neben den Blattfedern 7 ist hier keine mechanische Abstützung der Tilgermasse 6 an der Nabe 5 vorgesehen. Dazwischen sind aber magnetische Kräfte wirksam, die mit Elektromagneten 8 an der Tilgermasse 6 und Permanentmagneten 9 an der Nabe 5 aufgebracht werden. Dabei sind die Permanentmagnete 9 radial zu der Drehachse 4 mit in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 wechselnder Polarität ausgerichtet. Dem jeweils nach außen gerichteten Pol N oder S der Permanentmagnete liegt jeweils ein Polschuh 10 von einem der Elektromagnete 8 gegenüber. Wenn Wicklungen 11 der Elektromagnete 8 so bestromt werden, dass an ihren Polschuhen 10 gleichnamige Pole zu den ihnen gegenüberliegenden Polen N bzw. S der Permanentmagnete 9 ausgebildet werden, resultiert hieraus eine Magnetfeder mit negativer Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse 6 im Umfangsrichtung um die Drehachse 4 gegenüber der Nabe 5 aus ihrer in 1 dargestellten Ausgangslage. Diese negative Steifigkeit kann die positive Steifigkeit der Blattfedern 7 für diese Auslenkungen bis herab gegen null kompensieren, um besonders niedrige Tilgereigenfrequenzen des Drehschwingungstilgers 1 einzustellen. Bei Bestromung der Wicklungen 11 in umgekehrter Richtung, so dass an den Polschuhen 10 jeweils ungleichnamige magnetische Pole zu den gegenüberliegenden Polen N bzw. S der Permanentmagnete 9 ausgebildet werden, resultiert eine magnetische Feder mit positiver Steifigkeit, die die Tilgereigenfrequenz des Drehschwingungstilgers 1 gegenüber dem Fall, dass nur die Blattfedern 7 Rückstellkräfte bereitstellen, erhöht. Dabei kann die Bestromung der Wicklungen 11 von einer Steuerung so eingestellt werden, dass eine Amplitude von Drehschwingungen der Tilgermasse 6 gegenüber der Nabe 5 innerhalb von Stabilitätsgrenzen der Führung der Tilgermasse 6 durch die Blattfedern 7 maximiert wird, um die mögliche Wirkung des Drehschwingungstilgers 1 immer maximal auszuschöpfen. Die Amplitude der Drehschwingungen der Tilgermasse 6 gegenüber der Nabe 5 kann dabei mit einem separaten, hier nicht dargestellten Drehwinkelsensor oder auch durch Winkelantworten der Elektromagnete 11 erfasst werden.
Die Ausführungsform des Drehschwingungstilgers 1 gemäß 2 unterscheidet sich von derjenigen gemäß 1 durch die relative Anordnung der Elektromagnete 8 zu den Permanentmagneten 9 in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 in der dargestellten Ausgangslage der Tilgermasse 6. Hier ist immer ein Elektromagnet 8 an der Tilgermasse 6 in Umfangsrichtung zwischen zwei Permanentmagneten 9 an der Nabe 5 angeordnet, deren nach außen zeigenden Pole N und S einander entgegengesetzte Polarität aufweisen. Je nach Richtung der Bestromung der Wicklungen 11 der Elektromagnete 8 werden in der einen oder anderen Richtung um die Drehachse 4 Kräfte, d. h. Drehmomente, zwischen der Tilgermasse 6 und der Nabe 5 hervorgerufen. Mit diesen Drehmomenten um die Drehachse 4 können Drehbeschleunigungen, denen das Objekt 3 im Rahmen seiner Drehschwingungen 2 unterworfen ist, im Sinne einer Auslöschung überlagert werden. So wird eine aktive Dämpfung für die Drehschwingungen 2 des Objekts 3 um die Drehachse 4 realisiert.
Ein erfindungsgemäßer Drehschwingungstilger 1 kann sowohl Elektromagnete 8 aufweisen, die Polen von Permanentmagneten 9 radial direkt gegenüberliegen, wie dies in 1 dargestellt ist, als auch Elektromagnete 8, die in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Permanentmagneten 9 liegen, wie dies in 2 dargestellt ist, um durch selektive Bestromung sowohl die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 1, d. h. seine passive Wirksamkeit, zu beeinflussen, als ihn auch zur aktiven Dämpfung der Drehschwingungen 2 einzusetzen.
3 zeigt eine Blattfeder 7, wie sie bei einem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger verwendet werden kann, um höhere Amplituden von Drehschwingungen der Tilgermasse 6 in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 gegenüber der Nabe 5 zu ermöglichen. Dazu weist die Blattfeder 7 einen hier doppelt, d. h. auf beiden Seiten der Blattfeder ausgebildeten mäanderförmigen Verlauf 12 auf. Das heißt, die Blattfeder 7 weist zwischen der Nabe 5 und der Tilgermasse 6 gegenläufige Abschnitte 13 bis 15 auf, die sich in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 Z-förmig gegeneinander verformen können. Hierdurch erhöht sich der effektive Abstand in Umfangsrichtung um die Drehachse 4 zwischen der Nabe 5 und der Tilgermasse 6, der mit der Blattfeder 7 überspannt werden kann. Unabhängig von ihrer geometrischen Ausgestaltung ist die Blattfeder 7 bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger 1 vorzugsweise aus einem nichtmetallischen Material ausgebildet, das die mit den Elektromagneten 8 und den Permanentmagneten 9 gemäß den 1 und 2 hervorgerufenen Magnetfelder nicht stört. Dieses nichtmagnetische Material kann insbesondere ein Faserverbundmaterial sein. So können die Blattfedern 7, wie dies in 2 angedeutet ist, tatsächlich im Bereich der Permanentmagnete verlaufen. Konkret könnend die Permanentmagnete in einem in 3 angedeuteten Bereich 16 liegen, der von den Blattfedern 7 überspannt wird.
Bezugszeichenliste

1: Drehschwingungstilger
2: Drehschwingung
3: Objekt
4: Drehachse
5: Nabe
6: Tilgermasse
7: Blattfeder
8: Elektromagnet
9: Permanentmagnet
10: Polschuh
11: Wicklung
12: mäanderförmiger Verlauf
13: Abschnitt
14: Abschnitt
15: Abschnitt
16: Bereich
N: Pol
S: Pol

Claims

Drehschwingungstilger (1) zur Dämpfung von Drehschwingungen (2) eines Objekts (3) um eine Drehachse (4) mit – einer an dem Objekt (3) festzulegenden Nabe (5), – einer koaxial zu der Drehachse (4) auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse (6) und die Tilgermasse (6) elastisch an der Nabe (5) abstützenden Blattfedern (7), – wobei Enden der Blattfedern (7) in ihren Abstützpunkten an der Nabe (5) und/oder an der Tilgermasse (6) unter radialer Ausrichtung zu der Drehachse (4) eingespannt sind und – wobei sich die Blattfedern (7) in einer Ausgangslage der Tilgermasse (6) zwischen ihren Abstützpunkten radial zu der Drehachse (4) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tilgermasse (6) in radialer Richtung zu der Drehachse (4) durch die Blattfedern (7) an der Nabe (5) geführt ist und – dass entweder an der Nabe (5) erste Elektromagnete (8) vorgesehen sind, die mit Permanentmagneten (9) und/oder zweiten Elektromagneten an der Tilgermasse (6) zusammenwirken, oder an der Tilgermasse (6) erste Elektromagnete (8) vorgesehen sind, die mit Permanentmagneten (9) und/oder zweiten Elektromagneten an der Nabe (5) zusammenwirken, um variable magnetische Kräfte zwischen der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) hervorzurufen.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektromagnete (8) und die Permanentmagnete (9) oder zweiten Elektromagnete so zueinander an der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) angeordnet sind, dass durch Bestromung zumindest einiger der Elektromagnete (8) eine negative Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse (6) aus ihrer Ausgangslage bereitstellbar ist.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektromagnete (8) und die Permanentmagnete (9) oder zweiten Elektromagnete so zueinander an der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) angeordnet sind, dass durch Bestromung zumindest einiger der Elektromagnete (8) eine positive Steifigkeit für Auslenkungen der Tilgermasse (6) aus ihrer Ausgangslage bereitstellbar ist.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass erste Polschuhe (10) der zumindest einigen ersten Elektromagnete (8) in der Ausgangslage der Tilgermasse (6) Polen (N, S) der Permanentmagnete (9) oder zweiten Polschuhen der zumindest einigen zweiten Elektromagnete in radialer Richtung zu der Drehachse (4) gegenüberliegen.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Polschuhe (10) der zumindest einigen Elektromagnete (8) spiegelsymmetrisch zu einer in Richtung der Drehachse (4) und radial dazu verlaufenden Symmetrieebene ausgebildet sind.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektromagnete (8) und die Permanentmagnete (9) oder zweiten Elektromagnete so zueinander an der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) angeordnet sind, dass durch Bestromung bestimmter Elektromagnete (8) Kräfte in Umfangsrichtung um die Drehachse (4) zwischen der Tilgermasse (6) und der Nabe (5) bereitstellbar sind.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass erste Polschuhe (10) der bestimmten ersten Elektromagnete (8) in der Ausgangslage der Tilgermasse (6) Polen (N, S) der Permanentmagnete (9) oder zweiten Polschuhen der bestimmten zweiten Elektromagnete mit einem Versatz in Umfangsrichtung um die Drehachse (4) gegenüberliegen.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (7) in einer drehsymmetrischen Anordnung um die Drehachse (4) angeordnet sind.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Elektromagnete (8) und die Permanentmagnete (9) oder zweiten Elektromagnete in einer drehsymmetrischen Anordnung um die Drehachse (4) angeordnet sind.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die Elektromagnete (8) in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Objekts (3) um die Drehachse (4) bestromt.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die Elektromagnete (8) in Abhängigkeit von einer Amplitude von Drehschwingungen der Tilgermasse (6) gegenüber der Nabe (5) um die Drehachse (4) bestromt.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkelsensor für einen Drehwinkel der Tilgermasse (6) gegenüber der Nabe (5) um die Drehachse (4) vorgesehen ist.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (7) teleskopierbar sind oder einen mäandernden Verlauf (12) zwischen der Nabe (5) und der Tilgermasse (6) aufweisen.
Drehschwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (7) aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet sind.
Drehschwingungstilger (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfedern (7) aus einem Faserverbundwerkstoff ausgebildet sind.