DE3006778A1

DE3006778A1 - Schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE3006778A1
Application number: DE19803006778
Authority: DE
Inventors: Dennis Ray Halwes; William Allen Simmons
Original assignee: Textron Inc
Current assignee: Textron Inc
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE3006778C2; CA1134870A; GB2051301B; FR2449826B1; AU5585480A; ES488949A1; BR8001118A; IT8047999A0; GB2051301A; IT1147038B; US4236607A; FR2449826A1; AR221527A1; IL59459A; MX6706E; JPS6329136B2; IL59459A0; AU531620B2; JPS55159348A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Bewältigung von Schwingungsproblemen bereitet allgemein große Schwierigkeiten. In manchen Anwendungsfällen sind
Schwingungen zwar erwünscht, beispielsweise beim Schütteln, Mischen, Polieren o. ä., in anderen Fällen sind sie jedoch höchst unerwünscht und nur äußerst schwer unterdrückbar.
Im allgemeinen sind sie auf sich bewegende Massen zurückzuführen. So treten Schwingungen praktisch bei allen Motoren, Pumpen, Getrieben, Rotoren oder anderen Einrichtungen auf.
In jedem Fall versucht man es zu vermeiden, daß die zwangsläufig auftretenden Schwingungen auf ein bestimmtes Teil, im allgemeinen als "Unterlage" bezeichnet, übertragen werden. Es sind bereits zahlreiche Einrichtungen zur Unterdrückung der Schwingungsübertragung von einem Körper auf einen anderen bekannt, die allgemein als Schwingungsdämpfer bezeichnet werden. Schwingungsdämpfer sind grundsätzlich aktive oder passive
Dämpfer. Alle nicht im Gleichgewicht befindlichen Kräfte bewirken gemäß Newtons Gesetz eine Beschleunigung von Massen, und zwar nach der allgemein bekannten Beziehung, daß Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist. Man erkennt aus diesem physikalischen Gesetz, daß Schwingungen lediglich durch ausgleichende Gegenkräfte reduziert werden können oder aber durch die Be-

030036/0783

~ 5 —

schleunigung anderer Massen.

Ein aktiver Schwingungsdämpfer nimmt seine Anregungsenergie von einer getrennten Leistungsquelle auf, die nicht mit der die Schwingungskräfte erzeugenden Quelle verbunden ist. Der aktive Schwingungsdämpfer wandelt die von der externen Kraftquelle aufgewandten Kräfte in Kräfte um, die den Schwingungskräften vom schwingenden Körper zum zu schützenden Körper entgegengesetzt gerichtet sind. Hierzu sind zusätzliche Steuerungen sowie Zusatzeinrichtungen erforderlich, damit der aktive Schwingungsdämpfer mit richtiger Amplitude, Frequenz und Phasenlage schwingt. Die Steuerungen, die externe Kraftquelle, die Anschlußgeräte und die sich bewegenden Teile selbst erfordern einen zusätzlichen Platzbedarf. Aktive Schwingungsdämpfer sind daher verhältnismäßig groß und teuer; ihr Leistungsgewicht sowie ihr Raumfaktor sind unwirtschaftlich.

Die zuvor erwähnten Nachteile weist ein passiver Schwingungsdämpfer nicht auf. Sein physikalischer Aufbau, seine Funktion und seine Arbeitseigenschaften sind weniger kompliziert, die richtige Dämpfungsamplitude, Frequenz und Phase sind jedoch schwerer einstellbar. Allgemein gibt es drei Grundformen von passiven Schwingungsdämpfern. Diese sind: Federdämpfer, Reibungsdämpfer und Massendämpfer. Die Federdämpfer verringern die Schwingungskräfte dadurch, daß ein Federglied zwischen dem schwingenden Körper und dem zu schützenden Körper vorgesehen

Q30036/0783

— D ~"

ist. Nur bei Schwingungsfrequenzen, die gegenüber der Grundfrequenz des Systems relativ hoch sind, arbeiten die Federdämpfer zufriedenstellend. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine Feder Kraft auf den zu schützenden oder isolierten Körper überträgt, die dem Produkt aus der Federkonstanten multipliziert mit der Relativbewegung der beiden Körper entspricht. Da bei hohen Frequenzen die Relativbewegung klein ist, ist die übertragene Kraft ebenfalls klein. Aufgrund der Federeigenschaften kann der schwingende Körper stärker schwingen, so daß seine eigene Masse die zusätzlichen Kräfte dämpft. Reibungsdämpfer dämpfen Schwingungskräfte durch Reibungs- oder Viskoskräfte, die der Relatxvgeschwindigkext zwischen schwingendem Körper und isoliertem Körper proportional sind. Bei niederen Frequenzen sind diese Dämpfungskräfte deswegen klein, weil die Relatxvgeschwindigkext zwischen den beiden Körpern klein ist. Bei größerer Beschleunigung des schwingenden Körpers wird zusätzlich Kraft absorbiert, die Dämpfungseinrichtung besitzt jedoch keine statische Festigkeit. Massendämpfer reduzieren hingegen die auf den isolierten Körper übertragenen Schwingungskräfte durch Einführung einer zusätzlichen Masse in das System. Dadurch wird die Beschleunigung des isolierten Körpers verringert. Zusätzlich zu diesen drei Grundformen gibt es zahlreiche Mischformen von Schwingungsdämpfern. Hierzu gehören beispielsweise Feder-Reibungsdämpfer wie bei Fahrzeugaufhängungen, Massen-Reibungsdämpfer wie ein flüssigkeitsgekoppeltes Schwungrad, Feder-Massendämpfer wie

030036/0783

- η -Absorber, Zentrifugalpendel oder Bifilardämpfer.

Es ist bereits ein passiver Feder-Massendämpfer bekannt, mit dem eine Trägheitsmomentenverstärkung und eine Kräfteauslöschung erfolgt. Dabei wird von den Prinzipien einer harmonischen Schwingung Gebrauch gemacht, nach der die Beschleunigung eines Körpers von dessen Verschiebung aus der Ruhelage abhängt. Die von einer an einem isolierten Körper angebrachten Feder erzeugten Schwingungskräfte lassen sich daher teilweise oder vollständig durch Kräfte ausschalten, die von der Beschleunigung einer dritten Körpermasse erhalten werden, falls dessen Bewegung proportional der Auslenkung von schwingendem Körper und isoliertem Körper ist. Diese erzwungene Bewegung läßt sich durch Kombinationen von Trägern, Hebeln und Lagern erreichen, die die Bewegung der dritten Masse, der sogenannten Abstimmmasse, im Sinne von hohen Beschleunigungen verstärken, und zwar in einem Maße, daß die von seinem Trägheitsmoment abgeleiteten Kräfte groß genug sind, um die Federkräfte auszugleichen. Eine Schwingungsdämpfung durch Schwingungsknotenbildung legt beispielsweise die Befestigungsstellen des isolierten Körpers auf einen flexiblen Träger, - die Feder, und zwar derart, daß die von den Abstimmassen an den Enden des Trägers erzeugten Schwingungsknoten oder Nullpunkte damit zusammenfallen. Die bekannten Schwingungsknotenträger wie DAVI und IRIS sind jedoch äußerst kompliziert und platzaufwendig.

030036/0783

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Schwingungsdämpfer zu schaffen, der über einen großen Bereich von Schwingungen funktionsfähig ist. Insbesondere soll der zu schaffende Schwingungsdämpfer kleiner und weniger kompliziert als die bislang bekannten Dämpfungseinrichtungen sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs mit den im Kennzeichen angegebenen Merkmalen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist demnach ein passiver Schwingungsdämpfer des Typs Feder-Masse, wobei außerdem Gebrauch von hydraulischen und dynamischen Eigenschaften gemacht wird. Eine Trägheitsverstärkung der Abstimmasse wird unter Anwendung von Hydraulikgesetzen anstelle von Hebeln und/oder Trägern erreicht, da bei einer Hydraulik ein Kolben von großer Bohrung und geringem Hub einen Kolben kleiner Bohrung über einen großen Hub bewegen kann. Als Fluid wird ein hochdichtes, unzusammendrückbares Fluid mit geringer Viskosität und hoher Oberflächenspannung verwendet, das sowohl als Hydraulikfluid als auch als Abstimmasse eingesetzt ist. Durch die Verwendung eines derartigen Fluides werden Reibungsdämpfung und Mündungseffekte oder eine Kombination der beiden ausgeschaltet. Das Abstimmfluid liefert Trägheitskräfte, die hydraulisch verstärkt werden und die den Schwingungskräften entgegenwirken und diese neutralisieren. Bevorzugte Verwendung

030036/0783

findet die Schwingungsdämpfungseinrichtung zum Neutralisieren von Schwingungskräften, die eine weitgehend konstante Frequenz besitzen. Der Schwingungsdämpfer läßt sich für zahlreiche Anwendungsfälle verwenden und besitzt eine geringere Größe, ein geringeres Gewicht sowie verbesserte Dämpfungs- und Arbeitseigenschaften als die bislang bekannten Dämpfungseinrichtungen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besitzt der zwischen einen schwingenden Körper und einen zu isolierenden Körper einzuschaltende Schwingungsdämpfer ein Außengehäuse und ein Innengehäuse, wobei das Außengehäuse an einen der beiden Körper und das Innengehäuse an den jeweils anderen anzuschließen ist. Zwischen dem schwingenden Körper und dem isolierten Körper ist eine Feder vorgesehen. Diese Feder liegt entweder in dem Schwingungsdämpfer oder außerhalb davon. Das Innengehäuse wirkt als Kolben und besitzt eine Mittelbohrung, die in Richtung der zu entkoppelnden Schwingung verläuft. Im Außengehäuse liegen im Abstand zueinander angeordnete und durch die Mittelbohrung des Innengehäuses verbundene Kammern. Als Abstimmasse füllt ein hochdichtes, inkompressibles Fluid die Kammern und die Mittelbohrung. Aufgrund der Relativbewegung von Innengehäuse und Außengehäuse wird das Fluid hydraulisch durch die Mittelbohrung gefördert und erzeugt verstärkte Trägheitskräfte, die auf das Innen- und Außengehäuse wirken und den Schwingungskräften der den schwingenden Körper mit dem isolierten Körper verbindenden Feder entgegenwirken.

030036/0783

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführung eines Schwingungsdämpfers;

Figur 2 einen Schnitt durch den Schwingungsdämpfer gemäß Figur 1, und zwar entlang der Linie 2-2;

Figur 3 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß Figur 2 entlang der Linie 3-3;

Figur 4 einen Vertikalschnitt durch eine andere Ausführung der Erfindung;

Figur 5 einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführung des Schwingungsdämpfers;

Figur 6 einen Vertikalschnitt durch eine dritte Ausführung des Schwingungsdämpfers;

Figur 7 einen Vertikalschnitt durch eine vierte Ausführung des Schwingungsdämpfers;

Figur 8 einen Horizontalschnitt durch einen Schwingungsdämpfer in einer fünften Ausführung;

Figur 9 eine Hubschrauber-Getriebeaufhängung mit einem Schwingungsdämpfer gemäß Erfindung;

Figur 10 eine zweite Hubschrauber-Getriebeaufhängung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers ;

Figur 11 eine automatische Waffe mit einem Schwingungsdämpfer;

Figur 12 einen in einer Motor- und Pumpeneinheit eingesetzten Schwingungsdämpfer; und

030036/0783

Figur 13 eine Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren 1 bis 3 zeigen einen Schwingungsdämpfer 10 in einer ersten Ausführung der Erfindung. Der Schwingungsdämpfer 10 ist an einen in Richtung der Pfeile 12 gemäß Figur 2 schwingenden Körper anschließbar, wobei an seinem anderen Ende der schwingungsmäßig zu isolierende Körper anzubringen ist. Der Schwingungsdämpfer 10 weist einen Zylinder oder ein Außengehäuse 14 und einen Kolben oder ein Innengehäuse 16 auf. Das Außengehäuse 14 ist segmentiert aufgebaut und hat im wesentlichen Zylinderform. Es besitzt ein Mittelteil 18, das mit Deckeln 20 und 22 verschraubt ist. O-Ringdichtungen 24 und 26 liegen zwischen den Deckeln 20 und 22 und dem Mittelteil 18 des Außengehäuses 14 und verhindern Fluidaustritt aus dem Inneren des Gehäuses. Das Außengehäuse 14 ist demnach innen hohl. Ein lösbarer Stopfen 28 verschließt den oberen Deckel 20, so daß das Außengehäuse 14 befüllbar ist.

Das Innengehäuse 16 ist im Außengehäuse 14 federnd aufgehängt. Es besitzt eine Abstimmbuchse oder einen Abstimmzylinder 30, der im Außengehäuse 14 axial verschiebbar ist. Der Abstimmzylinder 3O ist an eine zwischen der Außenfläche des Innengehäuses 16 und der Innenfläche des Mittelteils 18 des Außengehäuses 14 verankerten Elastomerfeder 32 angebracht. Der

030036/0783

Abstimmzylinder 30 ist kürzer als das Außengehäuse 14, so daß er darin axial verschiebbar ist. Die Elastomerfeder 32 wirkt als Rückstellfeder sowie als Dichtung. Mehrere Fortsätze 34 sind unmittelbar an dem Innengehäuse 16 angebracht und ragen durch in der Elastomerfeder 32 und dem Mittelteil 18 vorgesehene Längsschlitze nach außen. Die Fortsätze 34 dienen als Befestigungselemente für den Anschluß des Innengehäuses 16 an einen schwingenden Körper oder an einen zu isolierenden Körper. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fortsätze 34 an Beinen 36 befestigt, die in einer Platte 38 verankert sind. Die Beine 36 und die Platte 38 bilden somit eine Basis für die Befestigung eines der beiden zuvor erwähnten Körper am Innengehäuse 16 des Schwingungsdämpfers 10. In Figur 2 sind die Platte 38 und das Innengehäuse 16 als an eine Basisplatte oder an ein Bodenbauwerk angeschlossen dargestellt, es ist dem Fachmann jedoch klar, daß sowohl das Innengehäuse 16, als auch das Außengehäuse 14 an jedem anderen schwingenden Körper befestigbar sind, so daß dann die Wirkung des Schwingungsdämpfers 10 umgekehrt ist.

Gemäß Figur 2 und 3 sind zwei im Abstand zueinander liegende Kammern 40 und 42 im Inneren des Schwingungsdämpfers 10 zwischen den Enden der Gehäuse 14 und 16 vorgesehen. Die Kammern 40 und 42 haben praktisch gleiche Querschnittsflächen, jedoch veränderliche Volumen, und zwar aufgrund der Verschiebung des Innengehäuses 16. Eine durch den Abstimmzylinder 30

030036/0783

verlaufende Mittelbohrung 44 verbindet die Kammern 40 und 42. Die Querschnittsfläche der Mittelbohrung 44 ist kleiner als die der Kammern 40 und 42. Die Enden der Mittelbohrung 44 sind abgeschrägt, um eine leichtere Fluidströmung zwischen den Kammern 40 und 42 zu erreichen und damit Strömungsreibung zu verringern.

Die Kammern 40 und 42 des Schwingungsdämpfers 10 sind mit einer flüssigen Abstimmasse gefüllt. Als Abstimmflüssigkeit ist eine dichte und praktisch inkompressible Flüssigkeit von hoher Oberflächenspannung und geringer Viskosität geeignet. Als besonders geeignet hat sich hierzu flüssiges Quecksilber erwiesen. Wird flüssiges Quecksilber als Abstimmflüssigkeit verwendet, dann sollten die starren Teile des Schwingungsdämpfers 10 aus rostfreiem Stahl oder schutzbeschichtetem Stahl bestehen, um Korrosionen durch Quecksilber zu unterbinden. Als Abstimmflüssigkeit ist auch ein Schlamm verwendbar, beispielsweise ein Schlamm aus Metallpulver und Hydraulikfluid.

Die Verwendung einer Flüssigkeit als Abstimmasse stellt einen einzigartigen Schritt dar. Zum leichteren Verständnis lassen sich das Außengehäuse 14 als Zylinder und das Innengehäuse 16 als Kolben betrachten. Werden Schwingungskräfte auf den Schwingungsdämpfer 10 übertragen, dann erfolgt eine Relativbewegung von Kolben 16 und Zylinder 14. Dies verändert das jeweilige Volumen der Kammern 40 und 42 im Sinne einer ab-

0300 3 6/0783

wechselnden Verkleinerung und Vergrößerung beim Hin- und Herpumpen der Abstimmflüssigkeit. Das Pumpen erfolgt durch den Kolben. Die durch die Mittelbohrung 44 strömende Flüssigkeit unterliegt praktisch keinen Öffnungs- oder Mündungseffekten im Abstimmzylinder, weil sie nur eine geringe Viskosität besitzt. Ferner tritt praktisch keine Strömungsreibung während des Durchströmens der Mittelbohrung 44 auf. Das Trägheitsmoment der Abstimmasse wird durch das Verhältnis von Kolbenquerschnitt zu Mittelbohrungsquerschnitt verstärkt. Bei manchen Frequenzen werden diese Trägheitskräfte gleich groß und entgegengesetzt gerichtet zu der auf den Kolben wirkenden Kraft der Elastomerfeder 32, so daß eine Neutralisierung erfolgt. Gemäß Erfindung werden somit die Abstimmasse beschleunigt und die Feder mit der gleichen Frequenz verschoben, um Kräfte gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Phasenlage wie die Schwingungskräfte zu schaffen. Dadurch werden Schwingungen weitestgehend reduziert.

Die nachfolgende Beschreibung liefert ein besseres Verständnis der Erfindung. Ein schwingender Körper M₁ ist an einem Deckel 20 befestigt und trägt einen isolierten Körper M-., der mittels einer Feder K an der Platte 38 befestigt ist. In der Mitteloder Abstimmbohrung 44 ist eine Abstimmasse M„ eingeschlossen. Die vom schwingenden Körper M₁ erzeugte Schwingungs- oder Anregungskraft läßt sich als Fsintot ausdrücken, die in Richtung

030036/0783

der Linie 12 wirkt. Letztere ist die X-Koordinate. In den nachfolgenden Gleichungen bezeichnen die Indices jeweils Körper oder Massen der gleichen Art. Die Striche stellen die mathematische Ableitung der Auslenkung X nach der Zeit dar, d. h. X¹ ist die Geschwindigkeit und X" die Beschleunigung.

F ist die auf einen bestimmten Körper ausgeübte Hydraulikkraft;

b gibt die Querschnittsfläche der Kammern 40 und 42 an; a ist die Querschnittsfläche der Abstimmbohrung 44.

Die Gleichgewichtsbedingungen für die Massen M₁ , M- und M₃ sind:

^Ml^X"l ⁼ "^FH1 " K(X₁-X₃) + F sin _ut

M₂X"

'^f3 ^{= F}H3 ^{+ K}<^X1 - ^X3^}

Darin ist K die Federkonstante der zwischen dem schwingenden Körper M. und dem isolierten Körper M₃ liegenden Feder 32.

Aus der Strömungslehre folgt zwangsläufig

+ aX₂)/(b-a)

030036/0783

3Q06778

Die Dynamikgleichungen für harmonische Schwingungen des angenommenen Systems lauten folgendermaßen:

Auslenkung

X_± = X_± sin

Beschleunigung X." = - ü X.

mit ω - 2irf,

worin f die Frequenz der Schwingung und X. die Amplitude der Schwingung sind.

Die Dynamikgleichungen für die Auslenkung der Massen M₁, M~ und M_, lassen sich folgendermaßen angeben:

X₂ = -Ff-H₃D ²{b-a)-ka]/D X₃ = Γ[Κ₂ω ²(b/a)(b-a)-ka]/D X₁ = (bX₃ -f aX₂)/(b-a)

mit der folgenden Determinante D:

j²b+ka (b-a)

j²(l/a) (b-a)²+ka (b-a)

,u²(b/a) (b-a)-ka

030036/0783

Zur Isolation ist keine Auslenkung des Körpers M-. gewünscht und im Nenner der Dynamikgleichung für X^ läßt sich O einsetzen. Die für die Neutralisierung der Kräfte bei der Trennfrequenz erforderliche Größe von M₂ läßt sich dann bestimmen. M~ läßt sich folgendermaßen ausdrücken:

M₂ =

Ka'

_ω ² (b²-ab)

Ist die Masse M„ bestimmt, dann ermittelt man die Länge der erforderlichen Abstimmbohrung 44, mit der der Dämpfer auf die gewünschte Frequenz f einstellbar ist:

L =

M.

worin er die Dichte der Abstimmflüssigkeit ist.

Da M₁ und M^. für die natürliche oder Grundfrequenz sehr groß werden, läßt sich die Grundfrequenz dadurch bestimmen, daß man D=O setzt und nach f auflöst:

k(a²)(M₁+M₂+H₃)

(b²)+M₂M₃(b-a)^+M₁M₃(a^z)

1/2

030036/0783

f ist dabei die Grundfrequenz des Systems.

Figur 4 zeigt eine andere Ausführung des Schwingungsdämpfers 10. Dieser weist einen zweiten Kolben 46 als zusätzliche Abstimmasse auf. Der Kolben 46 ist in der Mittelbohrung 44 des Abstimmzylinders 33 verschiebbar. Vorzugsweise besteht der Kolben 46 aus einem Schwermetall, beispielsweise Wolfram. Der übrige Teil der Mittelbohrung 44 ist ebenso wie die Kammern 40 und 42 mit Hydraulikfluid befüllt. Der Schwingungsdämpfer verwendet als Abstimmasse somit eine Kombination aus einem Festkörper und einer Flüssigkeit.

Figur 5 zeigt eine weitere Ausführung eines Schwingungsdämpfers 50 mit einem Außengehäuse 52, das ein Oberteil 54 und ein unterteil 56 besitzt. Das Außengehäuse 52 ist an dem vom schwingenden Körper zu trennenden Körper befestigt. Eine Elastomerfeder 58 ist zwischen einem Innengehäuse 60 und dem Außengehäuse 52 verankert. Zumindest ein Fortsatz 62 ist am Innengehäuse 6O angebracht und erstreckt sich durch einen in der Elastomerfeder 58 und dem Außengehäuse 52 vorgesehenen Längsschlitz. Der Fortsatz 62 wird vorzugsweise mit dem schwingenden Körper verbunden. Der Schwingungsdämpfer 50 weist im Abstand zueinander liegende Kammern 64 und 66 auf, die durch eine Mittelbohrung 68 strömungsmäßig miteinander verbunden sind. Die Mittelbohrung 68 ist in einem Abstimmzylinder 60 vorgesehen. Eine ähnlich wie in Verbindung mit dem Schwingungsdämpfer 10 be-

030036/0783

- Ί 9 -

schriebene Abstimmasse füllt die Kammern 64 und 66 sowie die Mittelbohrung 68 aus. Der Schwingungsdämpfer 50 arbeitet im übrigen gleich wie der Schwingungsdämpfer 10.

Figur 6 zeigt eine dritte Ausführung des Schwingungsdämpfers 70. Dieser besitzt ein Außengehäuse 72, in dem ein Innengehäuse 74 mittels einer Elastomerfeder 76 federnd aufgehängt ist. Zumindest zwei Fortsätze 78 ragen vom Innengehäuse 74 in entgegengesetzte Richtungen durch in der Elastomerfeder 76 und dem Außengehäuse 72 vorgesehene Längsschlitze nach außen. Das Außengehäuse 72 wird vorzugsweise an den zu isolierenden Körper angeschlossen, während die Fortsätze 78 über einen Gabelkopf 80 an den schwingenden Körper anzuschließen sind. Der Schwingungsdämpfer 70 weist zwei im Abstand zueinander liegende Kammern 82 und 84 auf, die durch eine das Innengehäuse 74 durchsetzende Bohrung 86 verbunden sind. Zwei konische Vorsprünge 88 und 90 sind an den Deckelinnenwänden des Außengehäuses 72 vorgesehen, um die Fluidströmung in die und aus den Kammern 82 und 84 leitend zu unterstützen. Die Kammern 82 und 84 sowie die Mittelbohrung 86 sind wiederum mit der zuvor beschriebenen Abstimmflüssigkeit befüllt. Im übrigen arbeitet der Schwingungsdämpfer 70 wie die zuvor beschriebenen Ausführungen.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführung eines Schwxngungsdampfers 100 mit einem Außengehäuse 102, in dem ein Innengehäuse 104 mit

030036/0783

Hilfe einer Elastomerfeder 106 aufgehängt ist. Das Innengehäuse 104 ist mit angeformten Fortsätzen 108 versehen, die sich aus dem Außengehäuse 102 nach außen erstrecken. Die Fortsätze werden entweder an den schwingenden Körper oder an den isolierten Körper angeschlossen. Das Außengehäuse 102 weist einen weiteren Fortsatz 110 auf, der an dem jeweils anderen Körper zu befestigen ist. Im Gehäuse sind Kammern 112 und 114 durch eine Mittelbohrung 116 verbunden, die sich im Innengehäuse 104 in axialer Richtung erstreckt. Konische Vorsprünge 118 und 120 erstrecken sich von den Deckeln des Außengehäuses 102 nach innen und erleichtern die Fluidströmung zwischen den Kammern 112 und 114. Die Kammern 112 und 114 sowie die Mittelbohrung 116 sind mit einer Abstimmflüssigkeit gefüllt, beispielsweise einer Flüssigkeit, wie sie in Verbindung mit dem Schwingungsdämpfer 10 beschrieben ist. Auch im übrigen funktioniert der Schwingungsdämpfer 100 wie der zuvor beschriebene Schwingungsdämpfer.

Figur 8 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine weitere Ausführung eines Schwingungsdämpfers 140, der gemäß Figur 10 montierbar ist. Der Schwingungsdämpfer 140 besitzt wiederum ein Außengehäuse 142, in dem ein Innengehäuse mittels einer Elastomerfeder 146 federnd aufgehängt ist. Der Schwingungsdämpfer 140 hat keinen kreisförmigen Querschnitt und besitzt zwei Abstimmbohrungen 148. Die beiden Abstimmbohrungen 148 erleichtern die Befestigung eines Haltefortsatzes 150 in der Mitte des Innengehäuses 144.

030036/0783

Bei Schwingungsdämpfern mit mehr als einer Mittelbohrung wird die Summe der Querschnittsflächen aller Mittelbohrungen 148 gleich groß gewählt wie die Querschnittsfläche eines entsprechenden, eine einzige Mittelbohrung aufweisenden Schwingungsdämpfers. Die zur Abstimmung verwendete Flüssigkeitsmenge ist daher gleich groß wie bei einem der zuvor erwähnten Schwingungsdämpfer und arbeitet auch auf gleiche Weise.

Die Figuren 9 bis 12 zeigen vier Einsatzmöglichkeiten für einen Schwingungsdämpfer. In Figur 9 wird ein Hubschraubergetriebe von vier Schwingungsdämpfern 124 getragen, von denen nur drei erkennbar sind. Das Getriebe 122 treibt einen senkrecht stehenden Mast 126 eines Hubschrauberrotors, wobei die Kraftübertragung von einer Antriebswelle 128 über das Getriebe verläuft. Bei zweiflügeligen Hubschraubern treten verhältnismäßig starke Vertikalschwingungen zweimal je Rotorblattumdrehung auf. Da Hubschrauber normalerweise mit verhältnismäßig konstanter Rotordrehzahl fliegen, läßt sich die Frequenz dieser dominanten harmonischen Schwingung genau vorhersagen und mit Hilfe eines Schwingungsdämpfers 124 unterdrücken. Gemäß Figur 10 ist ein Hubschraubergetriebe 160 an zwei Schwingungsdämpfer 162 der Ausführung gemäß Figur 8 aufgehängt. Die Schwingungsdämpfer sind über Gestänge 166 an der Hubschrauberzelle 164 befestigt. Wie bei der Ausführung gemäß Figur 9 isolieren die Schwingungsdämpfer 162 die Hubschrauberzelle gegenüber den von der Rotorblattumdrehung erzeugten Vertikalkräfte. Figur 11 zeigt zwei Schwingungsdämpfer 130, die zur Rückstoßunterdrückung in einer

030036/0783

automatischen Waffe 132 eingesetzt sind. Automatische Waffen arbeiten üblicherweise mit festgelegter Schußfolge, so daß
sich die zu unterdrückende Schwingung verhältnismäßig genau ermitteln läßt. Figur 12 zeigt eine Motor- und Kompressoreinheit 17O, die in vier Schwingungsdämpfern 172 aufgehängt ist. Man erkennt nur drei der Schwingungsdämpfer 172. Diese sind beispielsweise mit dem Gehäuseboden eines zur Aufstellung der Einheit dienenden Gehäuses verbunden. Da der Motor und der Kompressor üblicherweise mit konstanter Frequenz
laufen, lassen sich die zu unterdrückenden Schwingungen zuvor festlegen und mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer zuverlässig neutralisieren. Man erkennt also, daß sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers praktisch alle unveränderlichen Schwingungsfrequenzen einfach und zuverlässig neutralisieren lassen.

Figur 13 zeigt die Dämpfungscharakteristik des Schwingungsdämpfers mit flüssiger Abstimmasse. Ist ein schwingender
Körper an den Schwingungsdämpfer angeschlossen und ändert sich die Frequenz seiner störenden Schwingungskräfte, dann stellt die Kurve 136 die Charakteristik für den isolierten Körper M₃ dar. Die Kurve 138 gehört zu einem entsprechenden starren
Körper. Gute Isolation wird bei der gewählten Isolationsfrequenz dann erreicht, wenn ein scharfes Anti-Resonanztal auftritt. Bei der Isolationsfrequenz ist daher nur eine geringe Schwingungskraftübertragung zwischen den Körpern M.. und M₃ zulässig.

030036/0783

Man erkennt aus dem Vorstehenden, daß mit Hilfe der Abstimmflüssigkeit Trägheitskräfte verstärkt und Schwingungskräfte neutralisiert werden. Die Abstimmasse wird dabei nur eine kurze Wegstrecke zwischen inneren, veränderlichen Kammern verschoben, was zu einem kompakteren und besser wirkenden Schwingungsdämpfer führt. Der Schwingungsdämpfer besitzt darüber hinaus eine sehr geringe Reibungsdämpfung, wodurch die Trägheitskräfte die Federkräfte praktisch vollständig neutralisieren können, wobei nur äußerst geringe Geschwindigkeitskräfte erzeugt werden. Ferner besitzt der Schwingungsdämpfer eigene interne Anschläge.

0 30036/0783

L e e r s e ι τ

Claims

3006779

UEXKÜLL A SfOLHEKG

PATE Nl ANWÄLTE

BESEl.ERSTRASSE 4 D 20OO HAMBURG 52

Textron Ine.
40 Westminster Street Providence, Providence County, Rhode Island 02903

V.St.A.

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE

DR J D FRHR von UEXKULL DR ULRICH GRAF STOLBERG DIPL ING JÜRGEN SUCHANTKE DIPL ING ARNULF HUBER DR ALLARD von KAMEKE DR KARL-HEINZ SCHULMEYER

(Prio: 26. Februar 1979 USSN 15,230 - 16535)

Februar 1980

Schwingungsdämpfer

Ansprüche

Schwingungsdämpfer, gekennzeichnet durch

- ein Außengehäuse (14),

- ein in dem Außengehäuse (14) federnd aufgehängtes und hin und her bewegbares Innengehäuse (16),

- zwei im Abstand zueinander liegende und durch eine Mittelbohrung (44) des Innengehäuses (16) verbundene Kammern (40, 42), und

- eine die Kammern (40, 42) und die Mittelbohrung (44) ausfüllende Abstimmasse.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl am Außengehäuse (14) als auch am Innengehäuse (16) Befestigungseinrichtungen (34; 110) angebracht sind.

030036/0783
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse (16) über eine Elastomerfeder (32) mit dem Außengehäuse (14) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (14) einen Deckel (20) mit einschraubbarem Stopfen (28) aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmflüssigkeit eine geringe Viskosität, eine hohe Dichte und eine große Oberflächenspannung besitzt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmflüssigkeit flüssiges
Quecksilber ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Mittelbohrung (44) ein starrer Kolben, (46) verschiebbar eingesetzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (40, 42) einen vorgegebenen und gegenüber der Mittelbohrung (44) größeren Querschnitt besitzen.

030036/0783
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8_# dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmflüssigkeit ein Schlamm aus Metallpulver und Hydraulikfluid ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Innengehäuse (16) ein sich durch einen Längsschlitz im Außengehäuse (14) und in der Elastomerfeder (32) erstreckender Befestigungsfortsatz (34, 62) angreift.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1O, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (40, 42) durch mehr als eine Mittelbohrung (148) miteinander in Strömungsverbindung stehen.

030036/0783