DE2104965C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer der im Ober­ begriff des Hauptanspruchs genannten Art.

Es sind bereits Schwingungsdämpfer be­ kannt, die im wesentlichen aus einem Block aus einem Ela­ stomer, beispielsweise Gummi, bestehen, der auf einem an einem ersten Rahmen anbringbaren Querrohr befestigt ist und in seinem mittleren Teil mit einer sich über seinen Umfang erstreckenden Nut versehen ist, in welche ein an einem zweiten Rahmen anbringbarer Ring eingesetzt ist.

Die Schwingungsdämpfung zwischen den beiden Rahmen wird durch elastische Verformung des Körpers und durch die innere Hysteresis des benutzten Gummigemisches bewirkt.

Ein Schwingungsdämpfer dieser Art besitzt jedoch ver­ schiedene Nachteile.

Insbesondere besitzt er eine verhältnismäßig hohe Reso­ nanzfrequenz, so daß er erst in Nähe von 50 Hz eine gu­ te Dämpfung bewirken kann.

Da ferner der aus einem Elastomer bestehende Block in der Mitte durch das Querrohr gehalten wird, ist seine radiale Verformung sehr gering, wodurch die Nachgiebig­ keit des Schwingungsdämpfers beeinträchtigt wird. Außer­ dem hängt die Dämpfungskapazität eines bekannten Schwin­ gungsdämpfers fast ausschließlich von dem für die Her­ stellung seines Körpers benutzten elastischen Werkstoff ab. Infolgedessen kann ein derartiger Schwingungsdämp­ fer bei gegebenen Abmessungen nur für einen sehr klei­ nen Lastbereich benutzt werden.

Aus der AT-PS 15 37 43 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, welcher zwei im unbelasteten Zustand im wesentlichen glockenförmige Schalen aufweist, die aus einem elastischen Material, nämlich Gummi bestehen. Die Schalen sind so angeordnet, daß ihre Basisbe­ reiche einander zugewandt sind. Die Basisbereiche sind mittels eines starren Fassungsringes miteinander verbunden, so daß die beiden Schalen einen Raum einschließen, welcher mittels Kanälen oder Ausnehmungen mit der Umgebung verbunden ist. Weiterhin umfaßt der bekannte Schwingungs­ dämpfer ein im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene des Fassungsrings ver­ laufendes starres Organ, welches mit den beiden Scheitelbereichen der Schale in Verbindung steht. Das starre Organ ist in Form eines außerhalb des von den Schalen eingeschlossenen Innenraums angeordneten, im Quer­ schnitt im wesentlichen U-förmigen Bügels ausgebildet. Der Fassungsring ist mit dem einen mittels des Schwingungsdämpfers zu dämpfenden Element verbun­ den, während der Bügel bzw. das starre Organ mit einem anderen gegen das erstgenannte Element zu dämpfenden Element verbunden ist. Bei diesem be­ kannten Schwingungsdämpfer erfolgt eine Dämpfung einer Relativbewegung zwi­ schen den beiden Elementen durch die Elastizität der beiden Schalen so­ wie durch eine Kompression der in dem durch die Schalen eingeschlossenen Innenraum befindlichen Luft und/oder durch die Drosselwirkung der den Innen­ raum mit der Umgebung verbindenden Ausnehmung, durch welche komprimierte Luft entweichen kann. Der Dämpfungsvorgang ergibt sich somit zwangsweise aus einer Kombination der durch das elastische Material der Schalen her­ vorgerufenen Dämpfung und der durch die in den Innenraum eingeschlossene Gasmenge bewirkten Dämpfung. Dies kann sich als Nachteil erweisen, wenn ei­ ne Dämpfung über einen besonders großen Frequenzbereich erzielt werden soll. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Schwingungsdämpfers ist dadurch ge­ geben, daß durch die Kombination dieser beiden Schwingungsdämpfungselemente, nämlich der elastischen Schalen und der eingeschlossenen Gasmenge eine kompakte Bauweise des Schwingungsdämpfers nicht möglich ist.

Die GB-PS 99 27 15 zeigt einen Schwingungsdämpfer, welcher eine im wesent­ lichen einstückige Schale aufweist, die in ihrem mittleren Bereich einen gegenüber dem oberen und unteren Bereich verminderten Durchmesser hat. Der mittlere, einen reduzierten Durchmesser aufweisenden Bereich der Schale ist mit einem der beiden zu dämpfenden Elemente verbunden, während der obe­ re und der untere Bereich der Schale mit dem anderen zu dämpfenden Element in Verbindung stehen. Die Verbindung des oberen mit dem unteren Bereich er­ folgt dadurch, daß der Innenraum, welcher durch die Schale gebildet wird, von einem Kern oder einer Hülse durchdrungen wird, welche fest mit zwei den oberen und unteren Bereich der Schale abschließenden Endplatten verbunden ist. Der Kern oder die Hülse weist einen relativ großen Durchmesser auf, so daß der zwischen der Schale und dem Kern oder der Hülse ausgebildete Zwi­ schenraum ein relativ geringes Volumen aufweist. Im Bereich der mittleren Einschnürung der Schale ist der verbleibende Freiraum so gering, daß die­ ser Bereich eine Drosselstelle bildet. Der innerhalb der Schale ausgebil­ dete Innenraum ist mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche bei einer Relativ­ bewegung zwischen den beiden zu dämpfenden Elementen im Innenraum der Schale strömt, und zwar von einem oberen Bereich des Innenraums in einen unteren Bereich. Diese Strömung erfolgt durch die im Bereich der Einschnürung der Schale gebildete Drosselstelle, so daß eine Verformung der Schale nur in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsströmung erfolgen kann. In einem wei­ teren Ausführungsbeispiel, welches gattungsbildend ist, zeigt die GB-PS 99 27 15 einen nicht verengten Verbindungskanal zwischen dem von der oberen Schale eingeschlossenen Innenraum und dem von der unteren Scha­ le eingeschlossenen Innenraum. Die Dämpfungswirkung wird bei diesem Aus­ führungsbeispiel durch die relativ große Länge dieses Verbindungskanales und durch eine entsprechend hohe Viskosität der Flüssigkeit hervorgerufen.

Insgesamt weist dieser Schwingungsdämpfer somit eine Kombination von zwei Dämpfungswir­ kungen auf, nämlich der Dämpfungswirkung durch die Elastizität der Schale und der Dämpfungswirkung, welche durch die Strömung der Flüssigkeit durch die Drosselstelle hervorgerufen wird. Ein Nachteil dieses Schwingungsdämpfers liegt darin, daß der mittlere, eingeschnürte Bereich in Form einer Drosselstelle ausgebildet sein muß. Dies führt dazu, daß der Schwingungsdämpfer zwar in gewissem Bereich in der Lage ist, Bewegungen in Richtung seiner Längsachse zu dämpfen, daß andererseits jedoch bereits geringfügige seitliche Verla­ gerungen oder Verkippungen ausreichen, um eine ordnungsgemäße Funktion des Schwingungsdämpfers zu verhindern, da dann der Kern oder die Hülse gegen die Einspannung des jeweiligen Elementes zur Anlage kommt. Dies kann schlimm­ stenfalls zu einer Zerstörung der Schale und damit zu einem völligen Aus­ fall des Schwingungsdämpfers führen.

Aus der US-PS 13 37 579 ist ein Schwingungsdämpfer bekannt, bei welchem zwei voneinander unabhängige elastische, druckdicht verschlossene Hohlkör­ per verwendet werden. Die beiden Hohlkörper dienen der Dämpfung, wobei so­ wohl die Dämpfungseigenschaften des eingeschlossenen Gases als auch die Dämpfungseigenschaft der elastischen Wandungen der Hohlkörper in Kombina­ tion miteinander zusammenwirken. Um die beiden Hohlkörper in entspre­ chender Weise an den gegeneinander zu dämpfenden Elementen anzuordnen, sind diese beidseitig zu einer mit dem einen Element verbundenen Platte angeordnet. Als obere bzw. untere Begrenzung ist jeweils eine mit dem anderen zu dämpfenden Element fest verbundene Endplatte vorgesehen. Die­ se beiden Endplatten sind fest miteinander verbunden, wobei dies mittels eines Bolzens oder einer Lagersäule erfolgen kann. Dabei können die Hohl­ körper torusförmig ausgebildet sein, so daß die Lagersäule durch die mittige Ausnehmung der beiden Toruse frei durchtreten kann, ohne den Dämpfungs­ vorgang zu beeinflussen. Bei diesem Schwingungsdämpfer erweist es sich als nachteilig, daß jeweils nur ein Hohlkörper eine Dämpfungswirkung ent­ faltet, und zwar nur dann, wenn er zwischen der mittleren Platte und der Endplatte druckbeaufschlagt wird. Der jeweilige andere Hohlkörper wird da­ bei druckentlastet und trägt nicht zur Dämpfung bei. Dies führt zu dem Nachteil, daß der Schwingungsdämpfer insgesamt sehr großvolumig gebaut sein muß, da jeder einzelne der Hohlkörper selbst eine ausreichend Däm­ pfung gewährleisten muß. Durch geringfügige bauliche Toleranzen, welche beispielsweise durch die Dicke der Wandungen der Hohlkörper oder durch die Menge des eingefüllten Gases hervorgerufen werden können, kann sich somit ein wesentlicher Dämpfungsunterschied in jeder der beiden verschiedenen Dämpfungsrichtungen ergeben. Dies kann zu einem völlig ungenügenden Dämpfungs­ verhalten führen. Weiterhin ist es, bedingt durch die Verwendung zweier dämpfender Hohlkörper nicht möglich, einen breiten Frequenzbereich in siche­ rer Weise abzudecken, da die vielfältigen, das Dämpfungsverhalten beein­ flussenden Parameter nicht oder nur schwer vorbestimmbar sind, was dazu führt, daß der Schwingungsdämpfer jeweils nur in einem zufällig sich einstellenden Frequenzbereich ordnungsgemäß arbeitet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, welcher in einem weiten Frequenzbereich und Lastbereich eine zuverlässige Dämpfung ermöglicht und insbeson­ dere bereits von sehr niedrigen Frequenzen an eine wirksame Dämpfung gewähr­ leistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Das dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer zugrundeliegende Wirkungsprinzip besteht darin, zur Dämpfung lediglich die Elastizität des Materials der glockenförmigen Schalen zu nutzen. Das im Innenraum, welcher von den glockenförmigen Schalen gebildet wird, eingeschlossene Gas übt keinerlei Einfluß auf den Dämpfungseffekt aus. Somit ist es auf besonders einfache Weise möglich, die Dämpfungscharakteristik des erfindungsgemäßen Schwingungs­ dämpfers dadurch vorzubestimmen, daß die glockenförmigen Schalen in geeigneter Weise dimensioniert und aus einem geeigneten Material hergestellt werden. Aus dieser Vor­ bestimmbarkeit des Dämpfungsverhaltens ergeben sich eine Vielzahl wesentlicher Vor­ teile. Einer dieser Vorteile liegt darin, daß, wie nachstehend in Zusammenhang mit Fig. 4 beschrieben werden wird, eine Dämpfung bereits von sehr niedrigen Frequenzen an gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der erfindungsge­ mäße Schwingungsdämpfer über einen weiten Frequenzbereich und Lastbereich eine zuver­ lässige Dämpfung ermöglicht. Diese beiden Vorteile werden dadurch erreicht, daß er­ findungsgemäß keine kombinatorische Wirkung mehrerer einander beeinflussender Dämp­ fungseffekte hervorgerufen wird, so wie dies beispielsweise bei den bekannten Dämpfern der Fall ist, bei welchen das in dem Zwischenraum zwischen den elastischen Schalen eingeschlossene Medium zur Dämpfung beiträgt und den Dämpfungseffekt des elastischen Schalenmaterials beeinflußt. Eine derartige Beeinflussung führt bei den bekannten Schwingungsdämpfern wegen des Überlagerungseffektes der Dämpfungswirkungen zu einem schlechteren Dämpfungsverhalten, welches insbesondere eine wirksame Dämpfung erst ab höheren Frequenzen ermöglicht.

In der Beschreibung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Schwingungsdämpfer abgewandelte Ausfüh­ rungsform,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Abwandlung des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers,

Fig. 4 eine graphische Darstellung, die vergleichsweise die Leistungen eines bekannten Schwingungsdämpfers und die des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers zeigt.

Der in Fig. 1 dargestellte Schwingungsdämpfer enthält ein an seinen Enden mit Flanschen 2 versehenes starres Organ oder Rohr 1, das an einem ersten Rahmen (nicht dargestellt) angebracht werden soll. Das Rohr kann je nach der zu seiner Anbrin­ gung an dem Rahmen benutzten Befestigungsart glatt sein oder ein Innengewinde aufweisen. Mit dem Rohr 1 ist über zwei elastische, glockenförmige Schalen 9 und 10 ein aus einer Blechplatte 4 bestehender Fassungsring 3 verbunden, der eine kreisförmige Öffnung 5 aufweist und mittels Nie­ ten 8 od. dgl. zwischen zwei Flanschen 6 festgeklemmt ist, die einen kreisringförmigen abgerundeten Bereich 7 und eine daran anschließende, waagerechte Abwinkelung 19 aufweisen. Der Fassungsring 3 kann an einem zweiten Rahmen (nicht darge­ stellt) befestigt werden.

Am Scheitelbereich jeder Schale ist eine Ausnehmung vorgesehen, in welche das starre Organ oder Rohr 1 eingesetzt ist. Der Scheitelbereich wird hier­ bei durch den am Rohr 1 vorgesehenen Flansch 2 zurückgehal­ ten, der somit eine Art Querriegel bildet.

Die Umfänge der Schalen 9 und 10 liegen in den Nuten, die von den Bereichen 7 der Flansche 6 und von der Platte 4 gebil­ det werden. Sie sind in diesen Nuten entweder einfach fest­ geklemmt oder an den abgerundeten Bereichen 7 angeklebt oder durch Haftung befestigt. Durch die waagerechte Abwinkelung 19 kann ferner ein Herausspringen der Umfänge der Schalen verhindert werden.

Die Scheitelbereiche der Schalen 9 und 10 sind entweder auf dem stangenförmigen Organ 1 verschiebbar und werden außen von den Flanschen 2 gehalten oder sind an diesen durch Verkleben oder durch Haftung befestigt.

Im letzten Fall ist eine Schale bei Betrieb des Schwin­ gungsdämpfers auf Zug beansprucht, wenn die andere auf Druck beansprucht ist.

Die Schalen 9 und 10 weisen in an sich bekannter Weise Ausnehmungen 11 geringen Durchmessers auf, so daß das Innere des Schwingungsdämpfers mit der Außenluft in Verbindung steht und jeder pneumatische Einfluß auf seinen Betrieb vermie­ den wird.

Die in Fig. 2 dargestellte abgewandelte Ausführungsform des Schwingungsdämpfers enthält ein aus zwei Teilen 1 a und 1 b bestehendes starres Organ oder Rohr 1. Der Teil 1 a des starren Organs hat ein mit Außengewinde versehenes Ende 12, auf welches der Teil 1 b aufgeschraubt wird, so daß der Abstand zwischen den Flanschen verstellt und so­ mit je nach Anforderung eine Vorspannung der mit Ausnehmungen 11 a versehenen Schalen 9 a und 10 a erreicht werden kann. Der Teil 1 b kann an dem Teil 1 a mit einer Gegenmutter 13 blockiert werden.

Die Schalen 9 a und 9 b weisen ferner Muffen 15 und 16 auf, die die Schalen örtlich versteifen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Schwingungsdämpfers, bei welchem der Fassungsring 3 c mit den abgerundeten Bereichen 7 c und den Abwinkelungen 19 c aus einem einzigen Stück, beispielsweise durch Abstechen, herge­ stellt ist. Das starre Organ 1 c dieses Schwingungsdämpfers weist zwei Schultern 17 und 18 auf, durch welche die Scheitel der Schalen 9 c und 10 c bezüglich Translationsbewegungen fest mit dem starren Organ verbunden sind.

Die Schalen 9 c und 10 c haben ferner eine etwas andere Form als die bei den in Fig. 1 und 2 dargestellten Schwin­ gungsdämpfern benutzten Schalen.

Die beiden in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen kön­ nen auch so miteinander kombiniert werden, daß man einen Schwingungsdämpfer erhält, dessen Schalen bezüglich Translationsbewegungen mit dem starren Organ fest verbunden sind und zur Anpassung des Ansprechens des Schwingungsdämpfers vorgespannt werden können.

Die Ausführungsformen, bei welchen eine Verklebung der beiden Schalen oder Schultern vorgesehen sind, können auch kombiniert werden, indem beispielsweise eine Schale frei bleibt und die andere sich an einer Schulter abstützt oder festgeklebt wird, so daß die Vorrichtung einer bevorzugten Arbeitsachse angepaßt wird.

Bei den oben beschriebenen Schwingungsdämpfern sind beide Schalen gleich ausgebildet. Je nach Anforderung können jedoch auch zu beiden Seiten der Fassung Schalen ver­ schiedener Stärke oder aus verschiedenen Gemischen be­ stehende Schalen vorgesehen sein, so daß der Schwin­ gungsdämpfer die auf der Seite der dickeren oder feste­ ren Schale wirkenden Spannungen besser aushält.

Fig. 4 zeigt die Kurven des Übertragungsverhaltens in Ab­ hängigkeit von der Frequenz bei einem bekannten Schwin­ gungsdämpfer (unterbrochene Linie) und bei einem erfin­ dungsgemäßen Schwingungsdämpfer (durchgehende Linie).

Der bekannte Schwingungsdämpfer hat eine Resonanz­ frequenz von 20 Hz. Der Dämpfungsbereich beginnt erst bei etwa 30 Hz und bei 50 Hz bleibt noch eine Schwin­ gungsamplitude von mehr als 10% bestehen. Dann nimmt die Amplitude ab, behält jedoch bis über 70 Hz hinaus einen nicht vernachlässigbaren Wert bei.

Der unter denselben Bedingungen bezüglich Belastung und Amplitude getestete erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer hat eine Resonanzfrequenz von weniger als 10 Hz. Der Dämpfungsbereich beginnt bei weniger als 14 Hz. Bei 30 Hz bleibt nur mehr 5% der ursprünglichen Amplitude be­ stehen, die dann regelmäßig abnimmt und bei etwa 50 Hz vernachlässigbar wird.

Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer hat also in einem Bereich, der Frequenzen von 15 bis 50 Hz entspricht, wie man ihn am häufigsten bei technischen Verwendungszwe­ cken antrifft, eine wesentlich höhere Wirksamkeit als ein bekannter Schwingungsdämpfer.

Durch die Möglichkeit, den Schalen je nach Anforderung eine Vorspannung zu verleihen, wird der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer außerdem in einem weiteren Lastbereich anwendbar.

Dadurch, daß das starre Organ bezüglich Translationsbewegungen mit einer der Schalen oder mit beiden Schalen fest ver­ bunden werden kann, indem die Scheitelbereiche jeder Schale an den Flanschen des starren Organs angeklebt werden oder haften oder indem an dem starren Organ Schultern vorgesehen werden, so daß die Scheitel der Schalen zwischen den Flanschen und den Schultern festgeklemmt werden, kann der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer an die Amplitude und die Richtung der Schwingungen angepaßt werden, die auf ihn von den beiden Rahmen, zwischen welchen er montiert ist, ausgeübt werden.

Claims (9)

1. Schwingungsdämpfer mit zwei im unbelasteten Zustand im wesentlichen glocken­ förmigen, elastischen Schalen, deren Basisbereiche einander zugewandt und mittels eines starren Fassungsrings miteinander verbunden sind und mit ei­ nem durch zentrische Ausnehmungen in den Scheitelbereichen der Schalen recht­ winklig zur Ebene des Fassungsrings verlaufenden starren, stangenförmigen Or­ gan, das mit den beiden Scheitelbereichen der Schalen in Verbindung steht, wobei der Fassungsring und das starre Organ jeweils mit einem von zwei ge­ geneinander zu dämpfenden Elementen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schale (9, 10 bzw. 9 a, 10 a, bzw. 9 c, 10 c) zumindest eine einen pneumatischen Einfluß auf den Betrieb des Schwingungsdämpfers ausschließen­ de Ausnehmung (11, 11 a) zur Verbindung des von den Schalen umschlossenen Raums mit der Außenluft aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (3, 3 c) zwei ringförmige, abgerundete Bereiche (7, 7 c) aufweisende Nuten umfaßt, wobei die Umfänge der Schalen (9, 10 bzw. 9 c, 10 c) an den abgerun­ deten Bereichen (7, 7 c) durch Haftung befestigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (3) aus einer in der Mittelebene vorgesehenen Platte (4) besteht, die eine kreisförmige Öffnung (5) aufweist und zwischen zwei Flanschen (6) festge­ klemmt ist, und die abgerundeten Bereiche (7) nach innen weisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (9, 10, bzw. 9 a, 10 a) an den entgegengesetzten Flächen der mittleren Platte (4) anliegen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fassungsring (3 c) einstückig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der abgerundeten Bereiche (7, 7 c) sich waagerecht erstreckende, kreisringförmige Abwinkelungen (19, 19 c) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Organ (1) zwei Flansche (2, 2 a, 2 b) aufweist, die jeweils im Be­ reich der Ausnehmungen in den Scheitelbereichen der Schalen (9, 10 bzw. 9 a, 10 a bzw. 9 c, 10 c) außen mit der jeweiligen Schale fest verbunden sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Organ (1 a bzw. 1 c) aus ineinanderschraubbaren Teilen (1 a, 1 b) besteht, so daß die Schalen (9 a, 10 a bzw. 9 c, 10 c) vorspannbar sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Organ (1 c) ferner Schultern (17, 18) aufweist, durch welche die Scheitelbreite der Schalen (9 c, 10 c) bezüglich Translationsbewegungen mit dem starren Organ fest verbunden sind.