DE3038711C2 - - Google Patents
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Description
Eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
der DE-OS 23 03 732 bekannt. In einer zylindrischen Gehäusekammer
mit einer Umfangswand und zwei Stirnwänden ist
ein Tilgungskörper längs der Kammerachse beweglich gelagert.
Er hat Spiel zur Kammerwand. Zwischen jeder Stirnwand
der Kammer und den zugewandten Stirnflächen des Tilgungskörpers
ist ein elastomerer Federkörper eingesetzt.
Die beiden Federkörper übernehmen gleichzeitig die Führung
des Tilgungskörpers längs der Kammerachse. Der Abstand der
beiden Stirnflächen ist einstellbar, so daß sich im Zusammenwirken
mit konischen Flächen des Federkörpers eine einstellbare
Dämpfung ergibt. Durch diese Dämpfungswirkung
bewegt sich der Tilgungskörper etwa 90° phasenverschoben
zum Gehäuse. Es ist dadurch nur eine teilweise Dämpfung
der Gehäuseschwingungen möglich.
Aus der De-OS 27 47 225 ist eine analoge Lösung zur Dämpfung
der Schwingungen eines Rohres quer zu seiner Achse
bekannt. Die Federkörper sind dementsprechend im Querschnitt
quadratische Ringe, die zwischen dem hohlzylindrischen
Tilgungskörper und dem Rohr eingesetzt sind. Die
Dämpfungswirkung ist analog jener gemäß DE-OS 23 02 732.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
daß die Dämpfungswirkung verbessert wird. Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Gehäuseschwingungen
über die rollenden Führungskörper auf den Tilgungskörper
übertragen. Dies vergrößert die Phasenverschiebung
zwischen den beiden Schwingungen auf annähernd 180°. Damit
kann eine weitgehende Tilgung der Gehäuseschwingungen
erzielt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Handwerkzeug für ein
oszillierendes Werkzeug, von dem der Antriebsteil
nur angedeutet ist,
Fig. 2 einen Ausschnitt bei der mit II bezeichneten Stelle
in Fig. 1 in stark vergrößertem Maßstab,
Fig. 3a und 3b eine Schnittansicht bei einer Vorrichtung
nach der Erfindung in einer Mittellage und
bei maximaler Auslenkung und
Fig. 4a bis 4c drei Formen von Federkörpern.
Die Schnittansicht gemäß Fig. 1 läßt von einer Handwerkzeugmaschinen
das Gehäuse 1, einen Kolben 2 als Antriebsvorrichtung,
wie beispielsweise bei einem pneumatischen
oder elektromagnetischen Schwingantrieb, und einen Tilgungskörper
4 erkennen. Der Tilgungskörper 4 besteht aus
einem zylindrischen Körper mit zwei um den Umfang herumlaufenden
Nuten 6 und in den Nuten angeordneten kreisringförmigen
Körpern 7. Stirnseitig ruht der Tilgungskörper 4
auf je einem Federkörper 5 auf. Der Kolben 2 ist über eine
Betätigungsstange 8, die im Gehäuse 1 mittels zwei Gleitlagern
gelagert ist, mit einem Schwingwerkzeug 3, eine
Feile, Säge, Schleifer od. dgl., in einem Führungshalter
9 verbunden. Fig. 2 zeigt eine Umfangsnut 6 im Tilgungskörper
4 mit eingelegtem kreisringförmigem Körper 7, der
zwischen dem Gehäuse 1 und dem Nutengrund verformt wird,
in stark vergrößertem Maßstab. Um die Figuren nicht mit
unwesentlichen Details zu belasten, sind Trennflächen im
Gehäuse nicht dargestellt, die Herstellung und Montage mit
Tilgungskörpern 4 ermöglichen.
Diese Anordnung des Tilgungskörpers 4 wirkt wie folgt: Vom
Kolben 2 werden Schwingungen im Frequenzbereich von etwa
30 bis 200 Hz auf das Gehäuse 1 übertragen. Diese Schwingungen
werden von den kreisringförmigen Körpern 7 übernommen
und an den Tilgungskörper 4 abgegeben. Dieser bewegt
sich um 180° phasenverschoben gegenüber der Gehäuseschwingung
und die kreisringförmigen Körper 7 rollen auf der
Wand des Gehäuses 1 einerseits und in der Umfangsnut 6
andererseits entsprechend der Schwingung hin und her.
Indem die sogenannten Rollringe schon in der Ruhelage verformt sind,
wird diese Verformung beim Abrollen beibehalten und die
Kraft, die es braucht, um die kreisringförmigen Körper 7
zu verformen, verbraucht einen Teil der Energie.
Bei Verwendung eines elastomeren Stoffes für die kreisringförmigen
Körper 7 können verschiedene Dämpfungsarten
zusammenkommen, die jede durch eine verformte Kraft gebildet
wird. So entsteht eine Reibungsdämpfung durch die
Rollreibung der kreisringförmigen Körper 7 und durch die
Verformung ergibt sich eine viskose Dämpfung und zudem
kann noch eine exponentielle Geschwindigkeitsdämpfung
entstehen. Die Energieübertragung vom Gehäuse 1 auf den Tilgungskörper
4 erfolgt durch eine exponentielle Geschwindigkeitsdämpfungskraft
über die Federkörper 5.
Die Anpassung des Schwingungsgebildes an ein breites Frequenzspektrum
erfolgt dadurch, daß der Antrieb des Tilgungskörpers
4 über die Federkörper 5 mit Beeinflussung
durch die kreisringförmigen Körper 7 erfolgt. Die Federkörper
5 haben eine derartige Ausbildung, daß die Kraft-
Weg-Kurve einen exponentiellen Verlauf hat, so daß sich
die Abstimmung der Frequenz zwischen Gehäuse 1, Tilgungskörper
4 und Federkörpern 5 selbsttätig auf eine Frequenz
innerhalb eines breiten Bandes, bei dem die obere Grenzfrequenz
etwa 5mal höher ist als die untere Grenzfrequenz,
einstellt. Indem die kreisringförmigen Körper 7
noch zusätzliche Bewegungskräfte vom Gehäuse 1 auf den
Tilgungskörper 4 und umgekehrt übertragen, werden die
Eigenresonanzverhältnisse des Schwingungsgebildes noch
zusätzlich korrigiert.
Fig. 3a und 3b zeigen das Schwingungsgebilde in zwei Lagen
im Betrieb, und zwar zeigt Fig. 3a eine Mittelstellung und
Fig. 3b eine Endlage, wenn der Tilgungskörper 4 vollständig
nach rechts in der Zeichnung ausgelenkt ist.
Der Tilgungskörper 4 wird vom Gehäuse 1 über die Federkörper
5 und die kreisringförmigen Körper 7 erregt. Wenn die
Betätigungsstange 8 periodisch in Richtung des Pfeiles A
und in Richtung des Pfeiles B bewegt wird, überträgt sich
ein Teil der Bewegungskraft auf das Gehäuse 1. Die Federkörper
5 übernehmen die Bewegung und bringen den Tilgungskörper
4 zum Schwingen, wodurch die Federkörper 5, wie
Fig. 3b zeigt, verformt werden.
Der Tilgungskörper 4 schwingt dadurch um 180° phasenverschoben
gegenüber dem Gehäuse. Diese gegenläufige Bewegung
wird durch die kreisringförmigen Körper 7 auf das Gehäuse
zurück übertragen, so daß sich die Bewegungen fast vollständig
aufheben.
Fig. 4 zeigt Schnittansichten von weiteren drei verschiedenen
Federkörperformen, die je eine besondere Kraft-Weg-
Kurve besitzen und je nach Größe der zu tilgenden Schwingung
und nach dem Frequenzband, in dem die zu erwartenden
Schwingungen liegen, ausgewählt werden können.
Bei einem Versuchswerkzeug wurde ein Tilgungskörper gemäß
Fig. 1 eingebaut, und es konnten folgende Werte gemessen
werden:
Gehäusehub ohne Energieabsorber|0,68 mm | |
Gehäusehub mit Tilgungskörper gemäß Fig. 1, jedoch ohne kreisringförmige Körper 7 | 0,15 mm |
Gehäusehub mit vollständigem Tilgungskörper gemäß Fig. 1 | 0,03 mm |
Diese Zahlen zeigen deutlich, daß nicht das gegenläufig
schwingende Gebilde allein schon genügt, sondern daß es
nach einer Rückkopplung über die kreisringförmigen Körper
7 bedarf, um eine wirksame Tilgung von Schwingungen zu
erhalten. Durch das breite Frequenzband werden auch
Schwingungen im Anlauf stark reduziert.
An Stelle eines zylindrisch ausgebildeten inneren Tilgungskörpers
4 kann dieser auch eckig, z. B. quadratisch
im Querschnitt sein, wobei mehrere eingefräste gerade
Quernuten einzelne gerade Stücke von sogenannten Rollkörpern aufnehmen,
die an ebenen Innenwandungen des äußeren Körpers 1
aufliegen. Wegen dem höheren Bearbeitungsaufwand wird diese
Ausführungsvariante jedoch selten angewendet.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur Tilgung von Schwingungen eines Gehäuses
(1) längs einer Achse (A-B), umfassend eine im
wesentlichen zylindrischen Gehäusekammer mit einer
Umfangswand und zwei Stirnwänden, einen in der Kammer
längs der Achse (A-B) beweglich gelagerten Tilgungskörper
(4), der mit Spiel zur Umfangswand in die Kammer
eingesetzt ist, sowie je einen Federkörper (5)
zwischen jeder Stirnwand der Kammer und der dieser
Stirnwand zugewandten Stirnfläche des Tilgungskörpers
(4),
dadurch gekennzeichnet, daß
die Längsführung des Tilgungskörpers (4) in der Kammer
durch mindestens einen elastomeren kreisringförmigen
Körper (7) von kreisförmigem Querschnitt gebildet
ist, der in eine Umfangsnut (6) im Tilgungskörper
(4) oder in der Umfangswand der Kammer eingelegt ist,
und daß die Nutbreite größer und die Nuttiefe kleiner
als der Querschnittsdurchmesser des kreisringförmigen
Körpers (7) ist, wobei der Körper (7) bei in Richtung
der Achse (A-B) relativ zum Tilgungskörper (4)
schwingendem Gehäuse (1) auf dem Nutgrund und der
dazu parallelen Gegenfläche abrollt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kammer und der Tilgungskörper (4) kreiszylindrischen
Querschnitt haben, und daß der kreisringförmige
Körper (7) ein O-Ring ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Tilgungskörper benachbart seinen
beiden axialen Enden je eine Umfangsnut (6) hat, in
welchen je ein kreisringförmiger Körper (7) eingelegt
ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federkörper (5) kreisringförmig
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Federkörper
(5) eine Viereckfläche ist, von der zwei Ecken radial
und zwei Ecken axial bezüglich der Achse (A-B) angeordnet
sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Federkörper (5) aus Polybutadien
bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1) beidseits der Kammer
eine koaxiale, längs der Achse (A-B) oszillierende
Betätigungsstange (8) verschiebbar gelagert ist,
die eine axiale Bohrung des Tilgungskörpers (4) mit
Spiel durchdringt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gehäuse (1) der Griff eines Gerätes mit einem
Schwingantrieb ist.
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