DE2035764A1

DE2035764A1 - Schwingungstilger mit Schwingungsphasen Umkehr

Info

Publication number: DE2035764A1
Application number: DE19702035764
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung M Antrag
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1969-07-25
Filing date: 1970-07-18
Publication date: 1971-04-08
Also published as: CA918129A; MY7300478A; FR2054774A5; ES381413A1; IE34353B1; GB1311718A; IE34353L; ZA704258B; US3667706A; BE752292A; OA03299A; DE2035764B2; DE2035764C3; SU506320A3; RO59518A

Description

PATENTANWÄLTE 8902 augsburg-göggingen,den 17.7.1970

v. Eichendorff-Straße 10

DR. ING. E. LIEBAU unser zeichen Dr. Lb/R Az R

,_ ..__.. (Bei Rückantwort Ditte angeben)

DIPLING. G.LIEBAU

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P.EGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

und

AUTOMOBILER PEUGEOT

75, Avenue de la Grande Armee Paris / Frankreich

Schwingungstilger mit Schwingungsphasen-Umkehr

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungstilger für feststehende oder bewegliche Motoren und Maschinen, der insbesondere,, aber nicht ausschließlich, für Kraftfahrzeuge bestimmt, ist.

Sie hat insbesondere einen Schwingungstilger zum Dämpfen von Schwingungen zum Gegenstand, die von einem Motor ausgehen und fiber elastische Lagerungen, welche den Motor mit dun ihn tragenden Rahmen verbinden, unmittelbar auf letzteren übertragen werden, wobei der insbesondere für ■Kr-iftfahrzeuges und Werkzeugmaschinen bestimmte Schwingung·

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tilger es ermöglicht, im Rahmen, möglichst nahe den elastischen Lagerungen, eine zweite Schwingung zu erzeugen, welche in Bezug auf die erste Schwingung den gleichen Modul aber eine entgegengesetzte Phase aufweist, wobei zur Erzeugung der zweiten Schwingung ein Stab dient, der sowohl mit dem Motor als auch mit dem Rahmen elastisch verbunden ist und auf seiner ganzen Länge eine zum Zwecke der Regelung verstellbare Masse trägt.

Die Schwingungen eines Motors werden bekanntlich durch die elastische Lagerung des Motors auf den ihn tragenden Rahmen oder das ihn tragende Gestell übertragen. Die Schwingungen dee Rahmens oder Gestells können mittels bestimmter Vorrichtungen gedämpft werden. Zu diesem Zweck dient beispielsweise die Vorrichtung, welche in dem französischen Patent Nr. 1 520 695 der Anmelderinnen beschrieben ist und zur Gattung der oben beschriebenen Vorrichtungen gehört. Diese Vorrichtung besteht aus einem starren Stab, der mittels elastischer Elemente, z.B. Gummiblöcken oder Schraubenfedern, an einem Ende mit dem Motor und an seinem anderen Ende mit dem Rahmen verbunden ist, welcher den Motor mittels elastischer Lagerungen, z.B. mittäLs Gummiblöcken oder Schraubenfedern, trägt. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen nur in einer Richtung zusammendrückbar ist. Der Stab ist durch eine fest mit ihm verbundene Masse beschwert. Mittels dieser Vorrichtung kann in den Rahmen in einer bestimmten Richtung eine dynamische Kraft eingeleitet werden, die den gleichen Modul wie die über die Motorlagerung eingeleitete Kraft, aber eine der Phase der letzteren entgegengesetzte Phase, aufweist. Die Regelung und Einstellung der so eingeleiteten Kraft erfolgt durch Verlagerung der Masse, indem man entweder die Massenträgheit dos Stabes sorgfältig abstimmt oder indem man die Härte oder Steifigkeit der vorgesehenen elastischen Elemente (Gummiblöcke, Schraubenfedern, od. dgl.) in deren einziger Be-

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triebsrichtung entsprechend abstimmt. Für einen guten Ausgleich der eingeleiteten Kräfte ist es erforderlich, daß der Angriffspunkt der Vorrichtung am Rahmen möglichst nahe der Motorlagerung liegt.

Diese Vorrichtung und andere Vorrichtungen der gleichen Art arbeiten wirksam in einer bestimmten Richtung, welche der Verformungsrichtung der elastischen Elemente entspricht. In vielen Fällen ist es aber wünschenswert, die in den Rahmen oder das Gestell eingeleiteten Kräfte in zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen auszugleichen. Bei den meisten Maschinen, insbesondere bei den Brennkraftmaschinen, hat nämlich die in den Rahmen oder in das Gestell eingeleitete Kraft nicht immer die gleiche Richtung. Das Maschinengestell wird im allgemeinen durch eine Drehkraft erregt, deren Eigenschaften nicht nur von den komplexen Schwingungsbewegungen des Motors, sondern auch von den Eigenschaften seiner elastischen Lagerung abhängen. Diese Kraft läßt sich in allen Fällen in zwei senkrecht zueinander wirkende Komponenten zerlegen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht es, dank ihrer Wirksamkeit in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen ba.de Komponenten dieser Kraft auszugleichen. Auf diese Weise wird die vollkommene Tilgung der Kraft erreicht, die in einer bestimmten Ebene, die hier als Wirkungsebene bezeichnet werden soll, eingeleitet wird.

Die eingangs beschriebene Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die an den Enden des Stabes angeordneten elastischen Elemente anisotropische Eigenschaften aufweisen, die durch den Wert der Steifigkeit der Elemente in Richtung zweier rechtwinkelig zueinander und im wesentlichen senkrecht zur Achse des Stabes verlaufenden Achsen bestimmt sind.

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Die Erfindung und die Wirkungsweise des ihren Gegenstand bildenden Schwingungstilgersysteras sind nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine beispielsweise Ausführungsform eines Schwingungstilgers gemäß der Erfindung in Anwendung in einem Kraftfahrzeug und

Fig. 2 und 3 eine abgeänderte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Schwingungstilgers und zwar im Schnitt entlang der Achse des Phasenwenders, bzw. im Querschnitt entlang der Linie III-III der Fig. 2.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, stützt sich eine der Gummilagerungen 2 des Motors 1 auf den Rahmen 3 ab. Da der Motor 1 Schwingbewegungen in senkrechter Richtung und in Querrichtung ausführt, wird der Rahmen über die MotorIagerungen durch eine Kraft F erregt, die sich in zwei senkrecht zueinander gerichtete Kräfte zerlegen läßt. Die eine Kraft F., ist in Richtung der Zusammendrückung A der Gummilagerung 2 gerichtet, die andere in Richtung der Scherbelastung B, Die Grosse und die Phase jeder dieser Komponenten hängen von den senkrechten und quergerichteten Schwingungen des Motors ab, sowie von der Steifigkeit des Gummis der Motorlagerung in Druck und Scherung. F^ und F2 sind somit die Komponenten der vom Motor 1 auf den Rahmen 3 übertragenen Kraft F in den Richtungen A und B.

Der den Gegenstand dar Erfindung bildende Schwingungstilger' oder Phasenwender besteht im wesentlichen aus einem Stab 4, welcher parallel zur Längsachse des Motors angeordnet ist und eine Masse 5 trägt, die entlang des Stabes verschiebbar ist. Der Stab ist an einer Stelle des Motors mittels einer

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Gummimuffe 6 befestigt, welche in der Richtung A die Steifigkeit k^ und in der Richtung B die Steifigkeit k₂ aufweist. Das andere Ende des 9abes 4 ist am Rahmen 3 mittels einer weiteren Gummimuffe 7 befestigt, welche in · den gleichen Bezugsrichtungen A und B die Steifigkeiten k'\. bzw. k^?2 aufweist und in unmittelbarer Nähe der Motorlagerung 2 angeordnet ist. Die Anisotropie der Gummimuffen wird durch in ihnen angeordnete Ausnehmungen oder Durchbrechungen 8 erzeugt.

Der Stab k bewegt sich so, daß über das elastische Element 7 in den Rahmen oder das Gestell 3 eine Kraft F¹ eingeleitet wird, welche in die den Richtungen A und B entsprechenden Komponenten F'^ und F¹2 zerfällt.

Unter Berücksichtigung der Schwingungen an den Punkten C und D des Motors, von denen angenommen sei, daß sie sich in Phase befinden, können die Masse, die Abmessungen des Stabes und die Steifigkeit k^ bzw. k¹^ in der Richtung A so gewählt werden, daß die vom Phasenwender auf den Rahmen 3 übertragene Komponente zwar den gleichen Modul hat, wie die von der Motorlagerung 2 in der Richtung A auf den Rahmen 3 Übertragene Kraft F^, aber eine entgegengesetzte Phase aufweist.

In gleicher *'feise können die Steifigkeiten k« und k¹« der Muffen 6 und 7· in Richtung R so gewählt werden, daß die Kräfte F'^ und F¹2 in der gleichen Richtung B entgegengesetzte Phasen aber gleichen .Modul aufweisen, Die Verwendung von Gummimuffen ist nicht zwingend erforderlich; sie können vielmehr durch beliebige andere Systeme ersetzt werden, die in zwei Richtungen senkrecht zueinander die Eigenschaften einer Feder aufweisen, z.B. durch elastische Bderblötter, deren Querschnitte so gewählt sind, daß sie in zwei Richtungen senkrecht zueinander die gewünschten Werte aufweisen, die im allgemeinen in den Richtungen A und B verschieden

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ORIGINAL INSPECTED

Für die den genannten Resonanzfrequenzen entsprechenden Frequenzen kann dagegen der Shwingungsmodul sogar grosser sein. Im allgemeinen verlegt man die höchste Resonanz in einen Frequenzbereich, in dem sie nur selten oder nur in geringer Stärke erreicht wird. Die andere Resonanz mit niedrigerer Frequenz kann dagegen störender sein. Um die Wirkung dieser Resonanz zu beseitigen ohne dabei die Wirksamkeit des Systems zu beeinträchtigen, ergänzt man die Vorrichtung gemäß der Erfindung durch folgende Zusätze:

1.) ein auf der Masse angeordnetes, bewegliches Schwinggewicht, das in an sich bekannter Weise nach folgender Formel ausgelegt wird:

1 _

f = 2t( I / »* wobei

- f die Resonanzfrequenz des Schwinggewichtes,

- k ein für die Steifigkeit des für die Muffe 9 verwendeten

Gummis charakteristischer Koeffizient und

- M die Masse des Ringes 10 des Schwinggewichtes mit einer

Frequenz ist, welche sehr nahe der niedrigsten zu beseitigenden Resonanzfrequenz der Vorrichtung liegt.

Die Masse 5 ist von einer als Feder wirkenden Gummimuffe 9 umgeben , sowie von einem die Masse des Schwinggewichtes bildenden Metallrings 10 (Fig. 2 und 3). Der so gebildete Resonator ermöglicht eine gute Dämpfung der niedrigen Resonanzfrequenz, ohne daß dadurch die Wirksamkeit des den Gegenstand der Erfindung bildenden Phasenwenders für die über der

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Resonanzfrequenz liegenden Frequenzen beeinträchtigt wird.

Die Gummimuffe 9 kann übrigens, ebenso wie die Muffen 6 und 7, eine anisotrope Struktur aufweisen, so daß mittels des gleichen Schwinggewichtes die Dämpfung zweier Resonanzfrequenzen in zwei Wirkungsrichtungen ermöglicht wird.

2.) Wenn anstelle der Muffen 6 und 7 elastische Federblätter verwendet werden, verwendet man ein Schichtelement, das aus biegsamen Metallplatten besteht, die durch Kunststoffschichten voneinander getrennt sind, welche die entsprechenden Dämpfungseigenschaften für die Dämpfung der niedrigen Resonanzfrequenz aufweisen.

Bei Verwendung von Muffen 6 und 7 aus elastischem Material bewirkt man eine Dämpfung der der niedrigen Resonanzfrequenz des Phasenwenders gemäß der Erfindung entsprechenden Schwingung Samplitude dadurch, daß man eine an sich bekannte Gummimischung mit Füllstoffen verwendet, die für den infrage stehenden Frequenzbereich die bestmögliche Dämpfung ergeben.

3.) Es kann auch eine elektromagnetische, pneumatische oder mechanische Vorrichtung vorgesehen werden, welche den Stab U unterhalb einer bestimmten Motordrehzahl blockiert.

Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß die Blockierung aufgehoben wird, sobald die Motordrehzahl überschritten wird, bei welcher sich der Phasenwender in Resonanz befindet. Oberhalb dieser Drehzahl arbeitet der Phasenwender oder Schwingungstilger normal. Die Blockierung kann automatisch von jedem· Element des Motors aus gesteuert werden, dessen Betriebszustand sich mit der Drehzahl des Motors ändert.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschränkt.

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So kann z.B. die Anordnung der Vorrichtung gemäß der Erfindung verschieden sein. Diese Anordnung hängt eigentlich nur von der Ebene ab, in welcher die Schwingungen gedämpft werden sollen. Man kann auch so viele Schwingungstilger vorsehen, als Lagerungselemente vorhanden sind. Andererseits müssen die elastischen Elemente nicht unbedingt den vorstehend beschriebenen Elementen entsprechen. Sie können z.B. auch aus elastischen Blöcken bestehen, welche in zwei verschiedenen Richtungen auf Scherung beansprucht werden.

Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die von einem Motor erzeugten Schwingungen wesentlich besser gedämpft werden, als dies mit den bisher bekannten Vorrichtungen möglich war. Insbesondere ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung wirksamer als der in dem französischen Patent Nr. 1 520 695 beschriebene Schwingungsdämpfer, welcher die Schwingungen nur in einer ganz bestimmten Richtung dämpfen kann. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung können dagegen, dank ihrer Wirksamkeit, in zwei Richtungen, die Schwingungen in einer bestimmten Ebene gedämpft werden.

Patentansprüche:

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Claims

Pat e η t a n Sprüche

Θ Schwingungstilger zum Dämpfen von Schwingungen, die von einem Motor ausgehen und über elastische Lagerungen, welche den Motor mit einem ihn tragenden Rahmen verbinden, unmittelbar auf letzteren übertragen werden, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Werkzeugmaschinen, mittels welchem im Rahmen, möglichst nahe an den elastischen Lagerungen, eine zweite Schwingung erzeugt werden kann, die in Bezug auf die erste Schwingung den gleichen Modul aber eine entgegengesetzte Phase aufweist, wobei zur Erzeugung der zweiten Schwingung ein Stab dient, der sowohl mit dem Motor als auch mit dem Rahmen elastisch verbunden ist und auf seiner ganzen Länge eine zum Zwecke der Regelung verstellbare Masse trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente (6, 7), welche die Enden des Stabes (H) mit .dem Motor (1) und dem Rahmen (3) verbinden, anisotropische elastische Eigenschaften aufweisen, die durch den Wert der Steifigkeit der Elemente in Richtung zweier rechtwinkelig zueinander und im wesentlichen senkrecht zur Achse des Stabes (4) verlaufenden Achsen bestimmt sind.
2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die elastischen Elemente als zum Stab-(U) konzentrische Muffen (6, 7) aus einem Elastomer ausgebildet sind, deren anisotropische elastische Eigenschaften durch Ausnehmungen (8) bestimmt sind, welche örtlich und in mindestens einer, durch die Achse des Stabes ver·

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laufenden Ebene so angeordnet sind, daß jeder der beiden Komponenten, aus denen sich die durch die elastische Lagerung (2) in den Rahmen (3) eingeleitete Schwingung zusammensetzt, eine Schwingungskomponente gleichen Moduls aber entgegengesetzter Phase entspricht, die vom Motor ausgeht und Über die Muffen (6, 7) und den Stab (4) im Bereich der elastischen Lagerung (2) in den Rahmen (3) eingeleitet wird.
3. Schwingungstilger nach Anspruch I₈ dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente als Federblätter ausgebildet sind j deren Querschnitte so bemessen sind, daß sie. in zwei senkrecht zueinander verlaufendenRichtungen unterschiedliche Steifigkeit aufweisen.
Schwingungstilger nach den Ansprüchen I₉ 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine die Eigenfrequenz des Stabes (4) und seiner Masse (5) dämpfende Vorrichtung, welche aus einem, auf die zu dämpfende Frequenz abgestimmten Schwinggewicht besteht, welches auf der Masse (5) angeordnet ist und eine elastische Muffe (9) umfaßt, auf der eine zweite, ringförmige Masse ClO) angeordnet ist.
5. Schwingungstilger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Muffe (9) in mindestens einer diametralen Ebene Abschwächungen aufweist} die ihr in dieser Ebene eine geringere Steifigkeit verleihen.
6. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, ge-

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ORIGINAL INSPECTED

kennzeichnet durch eine die Eigenfrequenz des Stabes (M--) und seiner Masse (5) dämpfende Vorrichtung, die darin besteht, daß zur Herstellung der elastischen Muffen (6, 7) eine Gummimischung mit Füllstoffen verwendet wird, Ttfelche die Amplitude der die Muffen durchlaufenden Schwingungen bei den Resonanzfrequenzen des Stabes und seiner Masse verringern.
7. Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federblätter als aufeinandergeschichtete Metallplatten ausgeführt sind, die durch Kunststoffschichten voneinander getrennt sind, wache Dämpfungseigenschaften für die Eigenfrequenzen des Stabes und seiner Masse aufweisen.

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