DE1943922A1 - Schwingungsdaempfer - Google Patents

Description

• Schwingungsdämpfer.
• Die Erfindung betrifft einen hydraulisohen Schwingungsdämpfer, bei dem die, die Dämferwirkung steuernden Drosselquerschnitte von der Dämpferkolbenstellung abhängig derart verändert werden, daß mit zunehmender Eindrückung des Kolbens in den Dämpferzylinder der Querschnitt vorzugsweise größer wird und umgekehrt.
• Es sind hydraulische Schwingungsdämpfer verschiedener Bauart und Wirkungsweise bekannt, die - einfach oder doppelt wirkend - sowohl £ls Einrohr als auch als Mshrrohrdämpier auigebaut ohne oder mit im Dämpferraum eingeschlossenen Gaspolstern, auch mit ii Dämpferkolben untergebrachten zweiten Dämpfersystemen die Schwingungen von auf Federn abgestützten Massen mit geschwindigkeitsproportionaler Kraft dämpfen.
• Die allgemeine Schwingungsgletohung für eine ungedämpfte Schwingung einer auf einer Feder abgestützten Nasse lautet: (i) m.x + o.x s o Diese Gleichung kann auch lauten (2) m.x + c(x - xe) = 0 wenn x den Momentanwert der Bewegung und xe = Ae # sin#t den Schwingungserregerwert mit der Erregeramplitude Ae darstellen, eine sinusförmige Schwingungserregung der Einfachheit halber angenomen.
• Wird diese Sohwingung als "freie Sohwingung" gedämpft, eo lautet die Formel (3) m.x + r(x' - x'e) + o(x - xe) = 0 oder auch (4) x + r(x' - xe) + o(x - xe) = 0 wenn man Gleichung (3) durch h dividiert, um auf die Normalform der Differenzialgleichung zu kommen. Hierin ist 1 = die schwingende Nasse r = der Dämpfungswiderstand in [###] und c = die Federkonstante in [##] setzt man zur Abkürzung # = # und für # = ##2 so lautet Gleichung (4) (5) x + 2#(x' - x'e) + ##2(x - xe) = 0 darin ist f= Dämpfungsfaktor in [#] und w = Kreisfrequenz (Eigenfrequenz des Systems) in [#] Gleichung (3) lautet auch in Worten: Trägheitskraft + Dämpfungskraft + Rückstellkraft = O Die absolute Beschleunigung (s) der abgefederten Masse (m) unter der Wirkung einer Erregerkraft ist also proportional der Summe von Federkraft bezw. Rückstellkraft und Dämpfungskraft.
• Aus Gleichung (5) ist zu erkennen, daß bei gegebener abgefederte Masse und Federung das einzige variabele Glied der Dämpfungsfaktor ist, der aber auch bei allen bisher bekannten Dämpfern bei gegebenen dämpfenden Querschnitten fest liegt. Gleichung (5) wird nicht = O sondern = P.sin#t gesetzt, wenn es sich um eine durch eine äußere - sinusförmige - Erregerkraft "erzwungene Schwingung" handelt.
• Da einerseits aus bekannten Gründen auf eine Schwingungsdämpfung in der Praxis nioht verzichtet werden kann - im überkritischen Bereiche würde ein ungedämpftes Masse-Feder-System die geringsten Beschleunigungen der abgefederten Masse erfahren - und da eine möglichst kleine Beschleunigung einer abgefederten Nasse unter der Wirkung einer Erregerkraft von außen das optimale Ergebnis der Bauart angewandter Feder/Dämpfersysteme ein muß, muß erreicht werden, daß die Summe von Federrückstellkraft und Dämpfungskraft einen Kleinstwert annimmt. Da im Bereich großer Federzusammendrückung die Rückstellkraft groß ist, muß her die gleichgerichtet. Dämpferkraft klein ein und umgekehrt muß wegen der erforderlichen Dämpferwirkung diese im J3ereich kleiner Zusammendrückung groß sein, so groß, daß in der Summe die erforderliche Dämferarbeit aufgebracht wird. Dieses Zaal wird erfindunsgemäß durch nachstehend beschriebene Dämpferbanarten erreicht, bei denen als konstruktiv variabel geste staltbare bestimmende Größe die dämfenden Querschnitte abhängig von der Dämpferkolbenstellung im Bereich großer Zusammendrückung größer werden als im Bereich kleiner Zusammendrückung.
• Abb. i uhd 2 zeigen als erstes Beispiel die Prinzipskizze eines hydraulischen Schwingungsdämpfers, dessen Dämpferzylin der (i) feine - evbl. kalibrierte - Bohrungen (2) aufweist, so daß die Zahl der Bohrungen und somit der Überströmquerschnitt zwischen der Ober- und Unterseite des Kolbens (3) in der Stellung großer Zusammendrückung des Dämpfers größer ist als im Bereich kleiner Zusammendrückung, da der Dämpf erkolben mit zunehmender Zusammendrückung immer mehr kleine Überströmbohrungen (2), die dem Hydraulikoel den Weg über den Ringspalt (4) zwischen den beiden Dämpferrohren (i)u.(5) öffnen freigibt. Solche kleine Bohrungen von beispielsweise 0,5 mm Durcemesser - elektronisch hergestellt - lassen etwa bis zu i cm /sec Hydrauliköl je Bohrung unter den vorkommenden Drücken passieren, wobei zu bedenken ist, daß das 01 in Öl und nicht in Luft ausströmt. Gestaltet man überdies das äussere Dämpferrohr (5) gegenüber dem inneren die versetzten sehr kleinen Bohrungen (2) aufweisenden eigentlichen Zylinder rohr des Dämpfers ein wenig drehbar, etwa über das Zahk -und Schneckenrad (6) und befestigt man die Gleitstücke (7) - Abb.2 - am äusseren drehbaren Rohr, so kann je nach Art des Antriebes von Zahn- und Schneckenrad (6) die Dämpferkraft durch Drehen des äusseren Rohres und Abdecken von tiberströmbohrungen durch die Gleitstücke (7) verändert werden, eine Einrichtung, die es gestattet, außer dem Justieren des Dämpiers über temperaturabhängige Stellglieder (Z.B. Dehnkörper) die überströmbohrungen öltemperaturabhängig zu ändern und so die Viskositätsänderung des Dämpferöls auszugleichen. Diese Dämpferbauarten können überdies durch Anordnung eines mit inertem Druckgas (z.B. Stickstoff) - oder mit einem Elastomer - gefüllten Raumes wie bekannt auch als Gasdruckdämpfer aufgebaut werden, wie an dem Bauartbeispiel der Abb. 3 gezeigt wird. Bei diesem Dämpfer, der als Einrohrdämpfer konstruiert ist und als Variationsbeispiel auch umgekehrt mit nach oben gehenden Kolben einbaubar ist, läuft der Kolben (8) von Kolbenstange (9) geführt im Dämpferzylinder (io). Die kolbenstellungsabhängige Änderung des Ölüberströmquerschnittes (ii) im Kolben (8) Ubernimmt hier die konische, oben dünnere und unten dickere Reguliernadel(i2) derart, daß bei eingedrücktem Kolben oben der Überströmquerschnitt in der kalibrierten Bohrung (ii) im Kolben größer ist als unten. Auch hier kann die Nadel (12) zwecks Änderung der Dämpferkennlinien mehr oder weniger-hineingeschraubt werden (17). Um den Dampf er als Einrohrdämpfer mit Gaspolster bauen zu können, könnte wie üblich oben ein Gaspolster mit freigehendem Trennkolben zwischen Gas und Öl angeordnet werden. Die Abb. 3 zeigt als Beispiel eine andere Anordnung und zwar die des Gaspolsters (13) in dem hohlen Kolben (8), eine Anordnung, die wegen des langen Trennweges über die 2 Bohrungen (14) und (15) in der Kolbenstange (9) den Vorteil einer besonders guten Trennung von Gas und Öl bietet. Überdies hat die Anordnung des Druckgasraumes im Inneren des Dämpfers den Vorteil, daß mit Erwärmung des Dämpfers durch die Dämpferarbeit im Betrieb oder auch die Umgebungstemperatur der Gasdruck steigt, womit das Nachlassen der Dämpferkräfte als Folge des Viskositätsrückganges des Dämpferöles bei Erwärmung z.T. wieder ausgeglichen werden kann, von dem Unterdrücken der Neigung zum Schäumen der Dämpferflüssigkeit mit Zunehmendem Systeminnendruck ganz abgesehen. Bei umgekehrter Anordnung der Reguliernadel (12) mit Spitze nach unten und Anbinden des Dämpferzylinders an den unabgefederten Teil (z.B.Aohse) und der Kolbenstange an den abgefederten Teil, kann bei solcher Bauart erreicht werden, daß die Dämpferkräfte bei Einfedern des Federsystems wegen der durch den Kolbenstagenquerschitt verringerten wirksamen Kolbenfläche noch kleiner gehalten werden als beim Ausfedern, bei dem dann die volle Kolbenfläche wirksam wird.
• Natürlich können auch andere kunstruktive Mittel an sich bekannter Art wie z.B in den Dämpferzylinder eingefräste, vom Dämpferkolben gesteuerte Nuten oder sonstige Bypass-Bohrungen zum Erreichen der beschriebenen Wirkung verwendet werden. Es wird möglich sein, Dämpfer der vorbeschriebenen Bauart völlig ventillos zu bauen, weshalb auf die Darstellung von Dämferventilen üblicher Bauart, die natürlich zusätzlich bei Bedarf angeordnet werden können, in Abb. 3 verzichtet wurde. Abb. i zeigt die Ventile (16) wie sie bei Zweirohrbauarten verwendet werden. Abb. 4 zeigt für eine angenommene Kolbengeschwindigkeit mögliche Charakteristiken der Dämpf erkraft über der "Zusammendrückung" des Dämpfers, bezw. den verschiedenen Kolbenstellungen. Mit Änderung der Solbengesohwlndigkeit ändert sich nur die Steilheit der Kurven, nicht ihr charakteristischer Verlauf, so lange an der Einstellung des Dämpfers nichts geändert wird. Für Kurve (P) verläuft die Drosselquerschittsvergrößerung mit zunehmender Zusammendrückung erst langsam und dann schneller. Für Kurve (R) eriolgt sie erst schneller und dann langsamer.
• Für (Q) verläuft sie erst fast linear und gegen Ende sehneller. Die Restkraft bei Zusammendrückung nahe ioo% kann natürlich beliebig hoch gewählt werden. Mit Dämpfern gemäß Abb. 3 kann durch entsprechende Formgebung der Nadel (12) sogar eine Kurve gemäß (S) mit Wiederansteigen der Kräfte gegen Ende der Zusammendrückung erreicht werden, ialls dies in hinblick auf Besonderheiten der Kennlinien der zu dämpfenden Feder (z.B. bei Luftfedern) günstig ist.

Claims (7)

1. Hydraulischer Schwingungsdämpfer, gekennzeichnet durch

die Dämpferwirkung steuernde Drosselquerschnitte (2, 11), die abhängig von der Dämpferkolbenstellung derart verändert werden, daß mit zunehmendem Eindrücken des Dämpferkolbens in den Dämpferzylinder die Querschnitte vorzugsweise vergrößert werden und umgekehrt.

2. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Bohrungen in der Zylinderwand (2) oder andere Bypassquerschnitte, die vom Dämpferkolben mit zunehmender Eindrückung freigegeben werden.

3. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Reguliernadeln (12) mit sich änderndem Querschnitt, die in kalibrierten Bohrungen (11) laufen.

4. Hydraulischer Schwingungsdämpfer naoh Anspruchi bis 3 gekennzeichnet durch Stellglieder (6), die eine Änderung der gesteuerten Querschnitte von Hand wie auch automatisch - etwa durch temperaturabhängige Dehnglieder -bewirken.

5. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 4 gekennzeichnet durch eine Formgebung der steuernden Querschnitte oder ihrer Steuerglieder, die eine beliebige nichtlineare Querschittsänderung bewirkt.

6. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 5 gekennzeichnet durch Räume mit Elastomeren oder an rioh bekannte Druckgasräume in Verbindung mit Einrichtungen zum kolbenstellungsabhängigen Steuern der Überströmquerschnitte.

7. Hydraulischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 6 gekennzeichnet durch ventillesen Aufbau.

Patentansprüche: