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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungstilger mit einstellbarer Tilgereigenfrequenz. Genauer bezieht sich die Erfindung auf einen Schwingungstilger zum Abmindern von Schwingungen einer Struktur bei einer einstellbaren Tilgereigenfrequenz mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Rotoren mit einem solchen Schwingungstilger sowie auf eine Windkraftanlage mit einem solchen Schwingungstilger oder einem solchen Rotor.
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Bei der Tilgereigenfrequenz eines Schwingungstilgers wird seine elastisch an eine Struktur angekoppelte Tilgermasse durch Schwingungen der Struktur zu resonanten Schwingungen angeregt. Über ihre elastische Ankopplung übt die resonant schwingende Tilgermasse Kräfte auf die Struktur aus, die gegenphasig zu den Schwingungen der Struktur bei der Tilgereigenfrequenz sind und diese Schwingungen abmindern. Diese Funktion des Schwingungstilgers ist nur bei seiner Tilgereigenfrequenz gegeben, die durch die physikalische Masse seiner Tilgermasse und die Steifigkeit deren elastischer Ankopplung an die Struktur bestimmt wird. Wenn störende Schwingungen einer Struktur bei einer sich ändernden Frequenz auftreten, ist ein herkömmlicher Schwingungstilger mit fester Tilgereigenfrequenz zum Abmindern dieser Schwingungen ungeeignet. In diesem Fall wird ein Schwingungstilger mit einer einstellbaren und damit an die aktuelle Frequenz der Schwingungen der Struktur anpassbaren Tilgereigenfrequenz benötigt.
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STAND DER TECHNIK
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Ein Schwingungstilger zum Abmindern von Schwingungen einer Struktur bei einer einstellbaren Tilgereigenfrequenz mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 100 52 884 A1 bekannt. Der Schwingungstilger weist eine Basisplatte und eine über eine Federanordnung aus Elastomerwerkstoff elastisch an die Basisplatte angekoppelte Tilgermasse auf. Die Tilgermasse besteht aus zwei zueinander beweglichen Teilkörpern, zwischen denen ein volumenveränderlicher abgedichteter Raum ausgebildet ist. Dieser Raum ist über eine Leitung mit einer Flüssigkeit befüllbar und entleerbar, wobei sich das Volumen des Hohlraums mit dem Volumen der eingeleiteten Flüssigkeit vergrößert und einer der Teilkörper aus dem an der Federanordnung befestigten anderen Teilkörper herausgeschoben wird. Dadurch verlagert sich der Schwerpunkt der Tilgermasse von der Federanordnung weg, wodurch die Steifigkeit der Ankopplung der Tilgermasse über die Federanordnung an die Basisplatte und damit auch die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers reduziert wird. Eine weitere Reduktion der Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers geht mit einer Erhöhung der physikalischen Masse der Tilgermasse durch die physikalische Masse der in den Hohlraum eingeleiteten Flüssigkeit einher.
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Der bekannte Schwingungstilger erweist sich als wenig funktionssicher, was die Einstellbarkeit seiner Tilgereigenfrequenz anbelangt. Eine praktische Umsetzung des in der
DE 100 52 884 A1 offenbarten Schwingungstilgers in Form eines Serienprodukts ist nicht bekannt.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger zum Abmindern von Schwingungen einer Struktur bei einer einstellbaren Tilgereigenfrequenz aufzuzeigen, bei dem die Tilgereigenfrequenz mit hoher Funktionssicherheit einstellbar ist.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Schwingungstilger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 9 betreffen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers. Die Patentansprüche 10 und 11 sind auf Rotoren mit einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger gerichtet. Patentanspruch 12 betrifft eine Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger und vorzugsweise mit einem erfindungsgemäßen Rotor.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein erfindungsgemäßer Schwingungstilger zum Abmindern von Schwingungen einer Struktur bei einer einstellbaren Tilgereigenfrequenz weist eine Tilgermasse und eine Biegefeder auf. Die Tilgermasse umfasst einen formstabilen ersten Teilkörper, einen gegenüber dem ersten Teilkörper beweglichen formstabilen zweiten Teilkörper und einen zwischen den Teilkörpern abgedichteten volumenvariablen ersten Raum. Der erste Raum ist mit einer Flüssigkeit ausgefüllt. Über eine flexible Leitung ist die Flüssigkeit aus dem ersten Raum abführbar und weitere Flüssigkeit in den ersten Raum einbringbar. Ein erstes Ende der Biegefeder ist zum Festlegen an der Struktur ausgebildet, und der erste Teilkörper der Tilgermasse ist an einem zweiten Ende der Biegefeder festgelegt. Der erste Teilkörper weist einen Zylinder auf, und der zweite Teilkörper ist ein in dem Zylinder axial verschieblich gelagerter Kolben, der in dem Zylinder den ersten Raum gegenüber einem zwischen den Teilkörpern abgedichteten volumenvariablen zweiten Raum abgrenzt. Anders gesagt unterteilt der Kolben einen Innenraum des Zylinders in den ersten Raum und den zweiten Raum. Der zweite Raum ist mit einem Gas ausgefüllt, das eine gegen das Einbringen weiterer Flüssigkeit in den ersten Raum gerichtete Rückstellkraft auf den Kolben ausübt.
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Der erste Raum ist vollständig mit der Flüssigkeit gefüllt. Das Volumen des ersten Raums ist gleich des Volumens der Flüssigkeit in dem ersten Raum, und das Volumen des ersten Raums kann durch teilweises Abführen der Flüssigkeit aus dem ersten Raum abführbar und Einbringen weiterer Flüssigkeit in den ersten Raum verkleinert bzw. vergrößert werden. Da die in dem ersten Raum enthaltene Flüssigkeit die physikalische Masse der Tilgermasse des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers erhöht, kann durch das Abführen der Flüssigkeit und das Einbringen weiterer Flüssigkeit die Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers erhöht bzw. reduziert werden. Um die Tilgereigenfrequenz ausgehend von einer maximalen Tilgereigenfrequenz, bei der das Volumen der Flüssigkeit in dem ersten Raum ein Minimum aufweist, möglichst weit absenken zu können, muss die Flüssigkeit eine möglichst hohe Dichte aufweisen. Konkret kann die Flüssigkeit eine hochkonzentrierte wässrige Lösung eines Salzes mit hoher Löslichkeit in Wasser sein. Es versteht sich, dass bei der Auswahl des Salzes zu beachten ist, inwieweit es die Korrosivität der Flüssigkeit in Bezug auf die typischerweise aus Metall bestehenden Teilkörper der Tilgermasse erhöht.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger sind die äußeren Abmessungen der Tilgermasse konstant. Die Relativbewegung der Teilkörper der Tilgermasse erfolgt ausschließlich im Inneren des Zylinders. Dadurch ist der Kolben vollständig in dem Zylinder geführt und kann sich an seinen beiden axialen Enden gegen Relativverkippungen am Innenumfang des Zylinders abstützen. Ein Verkanten der beiden Teile der Tilgermasse und ein damit einhergehender Funktionsverlust in Bezug auf die Einstellbarkeit der Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers wird damit verhindert. Es besteht auch keine Gefahr einer Verunreinigung von Kontakt- und Gleitflächen zwischen den Teilkörpern der Tilgermasse, da diese geschützt im Inneren des Zylinders liegen. Indem beide an den Kolben innerhalb des Zylinders angrenzenden Räume abgedichtet sind, ist auch der gesamte Bereich, in dem sich der Kolben in dem Zylinder bewegt, abgedichtet. Die von dem Gas aufgebrachte Rückstellkraft auf den Kolben erhöht die Funktionssicherheit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers in Bezug auf die Einstellbarkeit seiner Tilgereigenfrequenz ebenfalls. Die Rückstellkraft auf den Kolben stellt sicher, dass die Flüssigkeit in dem ersten Raum bei den Schwingungen der Tilgermasse keine Relativbewegung gegenüber den Teilkörpern der Tilgermasse ausführt. Insbesondere wird durch die Rückstellkraft verhindert, dass beim Schwingen der Tilgermasse der Kolben gegenüber dem an der Biegefeder festgelegten Zylinder so beschleunigt wird, dass es zu einem Unterdruck in dem ersten Raum kommt, der dort zu einer Gasbildung durch Verdampfen von Flüssigkeit führt. Dabei versteht es sich, dass die Rückstellkraft durch die Menge des Gases in dem zweiten Raum beeinflusst wird und mit der Vergrößerung des Volumens des ersten Raums und der entsprechenden Verkleinerung des Volumens des zweiten Raums zunimmt. Die Rückstellkraft kann zusätzlich durch eine mechanische Feder, die in dem zweiten Raum angeordnet ist, aufgebracht werden. Sie wird jedoch zumindest anteilig durch das Gas in dem abgedichteten zweiten Raum aufgebracht.
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Die flexible Leitung, über die Flüssigkeit aus dem ersten Raum abführbar und weitere Flüssigkeit in den ersten Raum einbringbar ist, kann zu einem an der Struktur oder einer anderen Basis festlegbaren Reservoir für die Flüssigkeit führen. Wenn die Leitung zu einem an der Struktur festgelegten Reservoir führt, kann die Leitung parallel oder koaxial zu der Biegefeder verlaufen. Die Leitung kann dann ein Teil der Biegefeder und elastisch ausgebildet sein. Wenn die Leitung hingegen zu einem an einer anderen Basis festgelegten Reservoir führt, ist die Leitung vorzugsweise derart flexibel ausgebildet, dass sie ihren Verformungen nur kleine, die Funktion des Schwingungstilgers nicht beeinträchtigende Gegenkräfte entgegen setzt.
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Der erfindungsgemäße Schwingungstilger kann eine Steuerung aufweisen, die abhängig von mindestens einem Signal mindestens eines Schwingungssensors die Flüssigkeit aus dem ersten Raum oder weitere Flüssigkeit in den ersten Raum einbringt, Die Steuerung kann dazu auf eine in der Leitung angeordnete reversierbare Pumpe und/oder auf ein der Leitung angeordnetes Ventil einwirken. Der mindestens eine Schwingungssensor kann an der Struktur deren Schwingungen abzumindern sind oder an der Tilgermasse des Schwingungstilgers angeordnet werden. Im ersten Fall strebt die Steuerung eine Minimierung und im zweiten Fall eine Maximierung des Signals des Schwingungstilgers an.
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Um eine ausreichende Rückstellkraft des Gases in dem zweiten Raum sicherzustellen, kann in dem zweiten Raum ein Absolutdruck von mindestens 0,1 MPa herrschen. D. h., wenn der zweite Raum sein maximales Volumen und entsprechend der erste Raum sein minimales Volumen hat, kann der Absolutdruck in dem zweiten Raum gleich dem Umgebungs- oder Normaldruck sein. Vorzugsweise herrscht in dem zweiten Raum jedoch ein Absolutdruck von mindestens 0,2 MPa. In jedem Fall steigt der Absolutdruck in dem zweiten Raum gemäß den Gasgesetzen mit jeder Verkleinerung des Volumens des zweiten Raums, die mit jeglicher Vergrößerung des Volumens des ersten Raums verbunden ist, an.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger kann der Zylinder des ersten Teilkörpers in Rundbauweise ausgeführt sein, d. h. einen Innenraum mit grundsätzlich zylindrischen Abmessungen und insbesondere kreisförmigem Querschnitt aufweisen. Grundsätzlich ist der Begriff Zylinder hier aber so zu verstehen, dass sein Innenraum auch einen unrunden Querschnitt haben kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger stellt zwar der Kolben ebenfalls einen Teil der physikalischen Masse der Tilgermasse bereit. Im Hinblick auf die Variabilität der Tilgereigenfrequenz ist aber weder bei dem Kolben noch bei dem Zylinder des ersten Teilkörpers eine hohe physikalische Masse besonders vorteilhaft. Vor diesem Hintergrund ist eine axiale Länge des Kolbens typischerweise nicht größer als ein minimaler Innendurchmesser des Zylinders. Vorzugsweise ist diese axiale Länge nicht größer als die Hälfte des minimalen Innendurchmessers des Zylinders. Der Hub des Kolbens, d. h. der maximale Weg, über den er innerhalb des Zylinders verschieblich ist, ist typischerweise mindestens genauso groß wie ein maximaler Innendurchmesser des Zylinders und vorzugsweise mindestens doppelt so groß wie der maximale Innendurchmesser des Zylinders.
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Grundsätzlich kann der Zylinder des ersten Teilkörpers der Tilgermasse mit seiner Zylinderachse beliebig zu der Haupterstreckungsrichtung der ungebogenen Biegefeder zwischen ihren Enden ausgerichtet sein. Typischerweise ist der Zylinder bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger jedoch koaxial zu einem Abstand zwischen den Enden der ungebogenen Biegefeder ausgerichtet. Dabei ist dann der erste Raum oder der zweite Raum auf einer der Biegefeder abgekehrten Seite des Kolbens angeordnet. Wenn der erste Raum auf der der Biegefeder abgekehrten Seite des Kolbens angeordnet ist, werden dynamische Belastungen des Kolbens bei schwingender Tilgermasse über die Flüssigkeit in dem ersten Raum abgestützt. Wenn der erste Raum jedoch auf der der Biegefeder zugekehrten Seite des Kolbens angeordnet ist, verlagert sich der Schwerpunkt der Tilgermasse mit dem größer werdenden Volumen des ersten Raums von der Biegefeder weg und reduziert so die geometrische Steifigkeit der Biegefeder und damit die Tilgereigenfrequenz zusätzlich zur Erhöhung der physikalischen Masse der Tilgermasse.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger ist die Flüssigkeit vorzugsweise komplett in Stahl gefangen, d. h. der Zylinder des ersten Teilkörpers besteht vorzugsweise aus Stahl. Auch die Biegefeder ist vorzugsweise aus Stahl ausgebildet, d. h. eine Stahlfeder. Bei dem Kolben ist die Ausbildung aus Stahl zwar weniger bedeutsam, auch der Kolben ist aber vorzugsweise aus Stahl ausgebildet. Die Ausbildung sowohl des Zylinders als auch des Kolbens aus Stahl schließt jedoch nicht das Vorhandensein von Dichtungen oder anderen Kleinteilen aus Gummi oder Kunststoff aus.
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Die Biegefeder kann insbesondere einen Biegebalken aufweisen. Wenn der Biegebalken einen rechteckigen Querschnitt mit unterschiedlichen Kantenlängen aufweist, ist die Steifigkeit, mit der der Biegebalken die Tilgermasse elastisch an der Struktur abstützt in Richtung der unterschiedlichen Kantenlängen unterschiedlich groß. Entsprechend weist der Schwingungstilger für Schwingungen der Tilgermasse in diesen beiden unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Tilgereigenfrequenzen auf. Diese unterschiedlichen Tilgereigenfrequenzen stehen in einem durch die unterschiedlichen Kantenlängen des Biegebalkens definierten Verhältnis zueinander. Dieses Verhältnis bleibt konstant, wenn die Tilgereigenfrequenzen des Schwingungstilgers durch Verändern des Volumens der Flüssigkeit in dem ersten Raum und die damit einhergehende Veränderung der physikalischen Masse der Tilgermasse variiert werden.
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Ein erfindungsgemäßer Rotor weist mindestens einen erfindungsgemäßen Schwingungstilger auf, wobei das erste Ende der Biegefeder des Schwingungstilgers an einer Nabe oder einem Rotorblatt des Rotors festgelegt ist. Wenn die Biegefeder ein Biegebalken mit rechteckigem Querschnitt ist, kann der Biegebalken insbesondere so an der Nabe festgelegt sein, dass er sich im ungebogenen Zustand radial zu einer Drehachse des Rotors erstreckt und dass eine Kante seines Querschnitts längs einer Drehachse des Rotors und die andere Kante entsprechend tangential zu einem Kreisbogen um die Drehachse des Rotors verläuft. So können mit dem Schwingungstilger Drehschwingungen und Nickschwingungen der Nabe mit unterschiedlichen aber doch jeweils drehzahlabhängigen Frequenzen mit dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger abgemindert werden.
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Ein besonders interessantes Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers sind Windkraftanlagen. Dabei kann der jeweilige Schwingungstilger nicht nur an dem jeweiligen Rotor, sondern auch an der den Rotor lagernden Gondel oder einem darin angeordneten Objekt der Windkraftanlage, wie beispielsweise einem Getriebegehäuse oder -ständer angeordnet sein.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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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.
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Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt 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, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
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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 einer Leitung die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine Leitung, zwei Leitungen oder mehr Leitungen vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Erzeugnis aufweist.
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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.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers zum Abmindern von Schwingungen einer Struktur in einer schematischen Darstellung.
- 2 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers in einem Betriebszustand mit einer niedrigeren Tilgereigenfrequenz.
- 3 zeigt die Ausführungsform des Schwingungstilgers gemäß 2 in einem Betriebszustand mit einer höheren Tilgereigenfrequenz; und
- 4 ist ein Querschnitt durch einen Biegebalken einer Biegefeder der Ausführungsform des Schwingungstilgers gemäß den 2 und 3.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt eine Struktur 1, die schwingungsfähig ist, was durch eine elastische Ankopplung der Struktur 1 an eine Basis 2 über eine Feder 3 symbolisiert ist. Um auftretende Schwingungen, insbesondere Resonanzschwingungen der Struktur 1 mit großer Amplitude abzumindern, ist ein Schwingungstilger 4 vorgesehen. Der Schwingungstilger 4 weist eine Tilgermasse 5 und eine Biegefeder 6 auf. Die Tilgermasse 5 umfasst einen formstabilen ersten Teilkörper 7 und einen gegenüber dem ersten Teilkörper 7 beweglichen formstabilen zweiten Teilkörper 8. Der Teilkörper 7 umfasst einen Zylinder 9. Der Teilkörper 8 ist ein Kolben 10, der in dem Zylinder 9 axial verschieblich ist. Auf einer Seite des Kolbens 10 ist in dem Zylinder 9 ein erster Raum 11 zwischen den Teilkörpers 7 und 8 abgedichtet. Aufgrund der Verschieblichkeit des Kolbens 10 ist dieser erste Raum 11 volumenvariabel. Der erste Raum 11 ist von einer Flüssigkeit 12 ausgefüllt und mit weiterer Flüssigkeit 12 befüllbar, deren physikalische Masse die physikalische Masse der Tilgermasse 5 erhöht. Um die Erhöhung der physikalischen Masse der Tilgermasse 5 zu maximieren, weist die Flüssigkeit 12 vorzugsweise eine besonders hohe Dichte auf. Über eine Leitung 13 ist der erste Raum 11 an ein Reservoir 14 für die Flüssigkeit 12 angeschlossen. In der Leitung 13 ist eine reversierbar Pumpe 15 angeordnet. Die Pumpe 15 wird von einer Steuerung 16 angesteuert. Dabei kann die Steuerung 16 die Pumpe 15 entweder zum Einbringen weiterer Flüssigkeit 12 aus dem Reservoir 14 in den ersten Raum 11 oder zum Abführen der Flüssigkeit 12 aus dem ersten Raum 11 ansteuern, um die physikalische Masse der Tilgermasse 5 zu erhöhen oder zu reduzieren. Das Reservoir 14, die Pumpe 15 und die Steuerung 16 sind an der Struktur 11 festgelegt. Die Leitung 13 kann elastisch ausgebildet sein und ist dann Teil der Biegefeder 6, oder sie ist derart flexibel, so dass sie keine Rückstellkräfte bei Auslenkung der Tilgermasse 5 gegenüber der Struktur 11 bereitstellt.
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Die Biegefeder 6 weist einen Biegebalken 17 auf. An einem Ende des Biegebalkens 17 ist der Teilkörper 7 der Tilgermasse 5 festgelegt. Mit seinem anderen Ende ist der Biegebalken 17 hier an einem Ausleger 18 der Struktur 1 festgelegt. Auf diese Weise ist der Biegebalken 17 im Wesentlichen quer zu den zu erwartenden Schwingungen der Struktur 1 aufgrund ihrer elastischen Kopplung über die Feder 3 an die Basis 2 ausgerichtet. Schwingungen der Struktur 1 führen zu einer Fußpunkterregung des Schwingungstilgers 4. Wenn die Schwingungen der Struktur 1 mit einer Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers zusammenfallen, führt die Fußpunkterregung zu resonanten Schwingungen der Tilgermasse 5 gegenüber der Struktur 1. Diese Schwingungen der Tilgermasse 5 führen zu einer Rückkopplung von Kräften auf die Struktur 1, die zu deren Schwingungen gegenphasig sind. Infolge dieser gegenphasigen Kräfte werden die Schwingungen der Struktur 1 abgemindert. Diese Wirkungsweise des Schwingungstilgers 4 tritt jedoch nicht ein, wenn die Schwingungen der Struktur eine von der Tilgereigenfrequenz abweichende Frequenz aufweisen. Der Schwingungstilger 4 ist jedoch an die Frequenz der Schwingungen der Struktur 1 adaptierbar, indem die physikalische Masse seiner Tilgermasse 5 durch unterschiedliche Mengen an Flüssigkeit 12 in dem Raum 11 variiert wird.
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Beispielsweise kann mit Hilfe eines Schwingungssensors 19 an der Struktur 1 erfasst werden, ob Schwingungen der Struktur 1 auftreten. Mit einem weiteren Schwingungssensor 20 an der Tilgermasse 5 kann dann erfasst werden, ob die Schwingungen der Struktur 1 zu Schwingungen der Tilgermasse 5 führen. Auch ein Unterschied in den Frequenzen der Schwingungen der Struktur 1 und der Tilgermasse 5 kann mit den beispielsweise als Beschleunigungssensoren ausgeführten Schwingungssensoren 19 und 20 erfasst werden. Die Steuerung 16 kann die Pumpe 15 dann so ansteuern, dass die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 4 die Frequenz der Schwingungen der Struktur 1 trifft. Dies ist dann erreicht, wenn die Frequenzen der mit den Schwingungssensoren 19 und 20 erfassten Schwingungen gleich sind und wenn die Amplituden der Schwingungen und die daraus resultierenden Beschleunigungen der Tilgermasse 5 verglichen mit den Amplituden der Schwingungen der Struktur 1 und den daraus resultierenden Beschleunigungen aufgrund der Wirkung des Schwingungstilgers 4 relativ klein sind. Dabei kann die Berücksichtigung eines dieser beiden Kriterien bei der Abstimmung des Schwingungstilgers 4 ausreichen.
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Um die Funktionssicherheit des Schwingungstilgers 4 in Bezug auf die Einstellbarkeit seiner Tilgereigenfrequenz sicherzustellen, ist nicht nur der mit Flüssigkeit befüllbare Raum 12 auf der einen Seite des Kolbens 10 abgedichtet, sondern auch ein zweiter Raum 21 auf der gegenüberliegenden Seite des Kolbens 10, die hier der Biegefeder 6 abgewandt ist. Dieser ebenfalls zwischen den Teilkörpern 7 und 8 abgedichtete Raum 21 ist mit einem Gas 22 befüllt, das einen Druck p aufweist. Dieser Druck steigt beim Verschieben des Kolbens 10 infolge eines Befüllens des Raums 11 mit der Flüssigkeit 12 an. So wirkt eine ansteigende Rückstellkraft auf den Kolben 10 ein. Ohne Betrachtung von dynamischen Kräften auf Kolben 10 beim Schwingen der Tilgermasse 5 wirkt auf die Flüssigkeit 12 in dem Raum 11 aufgrund des axial frei verschieblichen Kolbens 10 derselbe Druck p wie in dem Raum 21. Ein über Umgebungsdruck liegender Druck p stellt jedoch sicher, dass der Kolben 8 auch bei auftretenden dynamischen Kräften nicht von der Flüssigkeit 12 abgezogen wird oder es zur Bildung von Gasblasen aus bei Unterdruck verdampfender Flüssigkeit 12 in dem Raum 11 kommt, was ein unerwünschtes „Schwappen“ der Flüssigkeit 12 in dem Raum 11 bei den Schwingungen der Tilgermasse 5 zur Folge hätte. Außerdem stellt die hermetische Abdichtung des Raums 11 durch endseitigen Verschluss des Zylinders 9 sicher, dass keine Verunreinigungen in den Zylinder 9 gelangen, die die Verschieblichkeit des Kolbens 10 in dem Zylinder 9 beeinträchtigen könnten.
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Die 2 und 3 zeigen eine andere Ausführungsform des Schwingungstilgers 4. Dabei sind nur dessen Tilgermasse 5 und dessen Biegefeder 6 mit deren Ankopplung an die Struktur 1 dargestellt. Weggelassen ist bereits die die Flüssigkeit 12 zu- und abführende Leitung 13. Auch der Schwingungssensor 20, der hier ebenfalls an der Tilgermasse 5 befestigt sein kann, ist nicht wiedergegeben. Der Hauptunterschied der Ausführungsform des Schwingungstilgers 4 gemäß den 2 und 3 zu derjenigen gemäß 1 besteht darin, dass die Reihenfolge der beiden Räume 11 und 21 von der Biegefeder 6 aus betrachtet vertauscht ist. D. h., die Flüssigkeit wird hier dem Raum 11 auf der der Biegefeder 6 abgekehrten Seite des Kolbens 10 in dem Zylinder 9 zugeführt. Weiterhin lässt der in 4 dargestellte Querschnitt des Biegebalkens erkennen, dass dieser Querschnitt rechteckig ist und zwei stark unterschiedliche Kantenlängen 23 und 24 aufweist. Hieraus resultieren stark unterschiedliche Steifigkeiten des Biegebalkens. Beim Biegen in der Richtung 25 längs der kürzeren Kantenlänge ist die Steifigkeit geringer als beim Biegen in der Richtung 26 längs der längeren Kantenlänge. In der Folge weist der Schwingungstilger 4 unterschiedliche Tilgereigenfrequenzen für Schwingungen in den Richtungen 25 und 26 auf. Beide Tilgereigenfrequenzen werden durch unterschiedliche Mengen der Flüssigkeit 12 in dem volumenvariablen Raum 11 aber in gleicher Weise verändert. Das Verhältnis zwischen den Tilgereigenfrequenzen des Schwingungstilgers 4 in den beiden Richtungen 25 und 26 bleibt gleich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Struktur
- 2
- Basis
- 3
- Feder
- 4
- Schwingungstilger
- 5
- Tilgermasse
- 6
- Biegefeder
- 7
- Teilkörper
- 8
- Teilkörper
- 9
- Zylinder
- 10
- Kolben
- 11
- erster Raum
- 12
- Flüssigkeit
- 13
- Leitung
- 14
- Reservoir
- 15
- Pumpe
- 16
- Steuerung
- 17
- Biegebalken
- 18
- Ausleger
- 19
- Schwingungssensor
- 20
- Schwingungssensor
- 21
- zweiter Raum
- 22
- Gas
- 23
- Kantenlänge
- 24
- Kantenlänge
- 25
- Richtung
- 26
- Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10052884 A1 [0003, 0004]
