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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung
einer Masse gegenüber einem Schwinger mit einem an eine Druckölquelle angeschlossenen
hydraulischen Stellglied in Form einer Kolben-/Zylindervorrichtung, das einerseits
mit der Masse und andererseits mit dem Schwinger verbunden ist, weiterhin mit einer
Lageregelungsvorrichtung, die mindestens eine der Relativbewegung zwischen Masse
und Schwinger folgende Steuerkante aufweist, und mit einem mit einem hydraulischen
Meßsignal beaufschlagten Meßglied, wobei das Stellglied den Schwinger direkt mit
der Masse verbindet, das Meßsignal der im Stellglied herrschende hydraulische Druck
ist und für die weitgehende Konstanthaltung des Meßsignals eine Druckregeleinrichtung
vorhanden ist, nach Patent ... (Patentanmeldung P 27 23 507.0).
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Die Entwicklung hat gezeigt, daß aktive Schwingungsdämpfer der obengenannten
Art die in sie gesetzten Erwartungen voll erfüllen. In der Beschreibung der Hauptanmeldung
P 27 23 507.0 wurde bereits auf den höheren Kostenaufwand eines aktiven Dämpfers
gegenüber passiv gedämpften Systemen hingewiesen und darauf, daß der Kostenaufwand
den Einsatz aktiver Dämpfer begrenzt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Kostenfaktor
zu verringern, um die Anwendungsmöglichkeiten von aktiven Dämpfern des im Hauptpatent
beschriebenen Prinzips zu vergrößern.
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Ausgehend von der einleitend genannten Anordnung besteht die erfindungsgemäße
Lösung der Aufgabe darin, daß eine erste Steuerkante zwischen der Pumpe und der
Stellseite (Steuerzylinder) der Druckregeleinrichtung sowie eine zweite Steuerkante
in einer Verbindung zwischen der Stellseite (Steuerzylinder) und dem ölbehälter
liegt. Weiterbildungen dieser Lösungen enthalten die Unteransprüche. Alternative
Lösungen sind ebenfalls in den Ansprüchen aufgeführt.
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Die erfindungsgemäßen Lösungen haben zur Folge, daß der Energiebedarf
für den Betrieb der aktiven Dämpfer sinkt. Somit wird das angestrebte Ziel einerseits
durch verringerte Energiekosten und zum anderen dadurch erreicht, daß sowohl die
benötigte Pumpe als auch deren Antrieb kleiner und damit kostengünstiger ausgelegt
werden können.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine erste
Ausführungsform des Schwingungsdämpfers mit zwei Steuerkanten; Fig. 2 eine Abwandlung
der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Dämpfers
mit einer Steuerkante.
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Um Vergleiche zu vereinfachen, sind nachstehend diejenigen Elemente
der verschiedenen Ausführungsformen, die unmittelbar vergleichbar sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen; außerdem wurden von den Bezugszeichen aus der Beschreibung
des Hauptpatentes diejenigen wieder benutzt, die zur Beschreibung von Elementen
verwendet
wurden, welche mit nachstehend beschriebenen Elementen
übereinstimmen.
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Die Anordnung zur aktiven Schwingungsdämpfung ist wiederum anhand
einer Kolben-/Zylinderanordnung als Stellglied beschrieben. Sie weist einen Arbeitszylinder
10, einen Kolben 20, eine Kolbenstange 21 mit Anschlußauge 22 auf und ist mit einem
Anschlußauge 12 am Boden des Zylinders 10 versehen. Die gegenüber Schwingungen zu
isolierende Masse kann wahlweise mit der Kolben stange 21 oder dem Arbeitszylinder
10 gekoppelt sein. Der ebenso wie die Masse nicht dargestellte Schwinger ist dann
entsprechend mit dem Arbeitszylinder 10 oder der Kolbenstange 21 gekoppelt. Soweit
es nachstehend darauf ankommt, wird aus Gründen der Vereinfachung angenommen, daß
die Masse mit der Kolbenstange 21 und der Schwinger mit dem Arbeitszylinder 10 verbunden
ist. Das bedeutet, daß der Arbeitszylinder 10 Schwingungsbewegungen in Richtung
der Pfeile o und u ausführt, während die Kolbenstange 21 demgegenüber vergleichsweise
ruhig steht.
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In den Fig. 1 bis 3 haben alle Arbeitszylinder 10 mindestens zwei
axial beabstandete Ringnuten 14a und 14b, von denen die Ringnut 14a am Boden des
Zylinders angeordnet ist und einen nach außen führenden Anschluß aufweist. Der die
Ringnut 14a aufweisende Arbeitsraum zwischen dem Kolben 20 und dem Boden des Zylinders
ist mit Zylinderraum I bezeichnet. Alle Arbeitszylinder sind mit einem Deckel 11
verschlossen, durch den die Kolbenstange 21 hindurchgeführt und in dem sie mittels
eines Dichtringes abgedichtet ist.
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Die Kolben-/Zylinderanordnungen der Ausführungsbeispiele gemäß den
Fig. 1 und 2 sind als einfach wirkende Zylinder
mit Zweikantensteuerung
aufgebaut. Hierzu weist der Kolben 20 eine Ausdrehung auf, die einen festen Ringraum
24 definiert. Die dem freien Ende des Kolbens 20 zugekehrte Begrenzungswand des
Ringraumes 24 bildet eine Steuerkante 24a, die mit der bereits erwähnten Ringnut
14b zusammenwirkt. Die andere Begrenzungswand des Ringraumes 24 bildet eine Steuerkante
24b; sie wirkt mit einer dritten Ringnut 14d zusammen. Axial mittig zwischen den
beiden Ringnuten 14b, 14d befindet sich eine vierte Ringnut 14c und im Bereich des
kolbenstangenseitigen Zylinderraums IT befindet sich angrenzend an den Deckel 11
eine fünfte Ringnut 14e. Alle fünf Ringnuten sind über Bohrungen von außen zugänglich.
Der axiale Abstand der Steuerkanten 24a, 24b entspricht dem axialen Abstand der
einander gegenüberliegenden Begrenzungswände der Ringnuten 14b, 14d. Sofern es konstruktiv
nicht anders vorgesehen ist, sperren die Steuerkanten 24a, 24b die Ringnuten 14b
und 14d in der konstruktiven Mittellage des Dämpfers ab.
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Demgegenüber wird gemäß Fig. 3 als Stellglied für die dritte Ausführungsfrom
ein einfach wirkender Zylinder mit Einkantensteuerung eingesetzt. Hier bildet die
kolbenstangenseitige Begrenzung des Kolbens 20 eine mit der zweiten Ringnut 14b
zusammenwirkende Steuerkante 24a. Weiterhin ist in diesem Fall vorgesehen, daß die
Zylinderräume I und II über eine Blindbohrung 27 sowie eine Ausgleichsbohrung 28
miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann als Drosselstrecke ausgebildet
sein.
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Gemeinsam ist den Ausführungsbeispielen eine Pumpe 80, die öl aus
einem ölbehälter 84 ansaugt thd über eine Leitung 91 auf einen voreinstellbaren
Durchflußwiderstand
200 sowie über eine Abzweigleitung 210 in
den ersten Ringraum 14a fördert, angeschlossen. Vom Ausgang des Durchflußwiderstandes
200 führt eine Leitung 201 zum ölbehälter 84. Der Durchflußwiderstand läßt sich
beispielsweise manuell auf einen bestimmten Grundwert voreinstellen. Die Größe des
Durchflußwiderstandes bestimmt den Systemdruck und wird ihrerseits durch die Lageregelung
mit Hilfe eines Steuerkolbens 202 verändert, der über eine Feder 203 mit dem Durchflußwiderstand
200 gekoppelt und in einem Steuerzylinder 204 verschiebbar ist.
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Bei dem aktiven Schwingungsdämpfer kann man die beiden Funktionen
"Schwingungsisolation" und "Lageregelung" unterscheiden.
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Die Schwingungsisolation ist bei den drei Ausführungsbeispielen in
gleicher Weise gelöst. Der Durchflußwiderstand 200-sorgt in Verbindung mit der ihm
zugeordneten Feder 203 für einen konstanten Druck im Zylinderraum I und den Leitungen
91 sowie 210: Wenn auf den Arbeitszylinder 10 eine äußere Kraft in Richtung des
Pfeiles o einwirkt, verkleinert sich das Volumen des Zylinderraums I, und das überschüssige
öl fließt durch die Leitung 201 zum ölbehälter 8d ab. Eine auf den Arbeitszylinder
10 wirkende äußere Kraft in Richtung des Pfeiles u führt zu einer Vergrößerung des
Volumens des Zylinderraumes I. Da der Druck konstant bleibt, fließt zusätzliches
öl über die Abzweigleitung 210 nach.
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Mit der Lageregelung muß nun erreicht werden, daß der Kolben 20 nach
einer Veränderuny des Volumens im Zylinderraum I wieder in seine konstruktive Mittellage
zurückgeführt wird. Dies ist nicht nur bei Änderungen
der zu dämpfenden
statischen Masse, sondern auch bei stochastischen Anregungsamplituden notwendig.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Zylinderraum I mit
der zweiten Ringnut 14b verbunden.
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Hierzu dient im Ausführungsbeispiel eine Leitung 215, die an die Abzweigleitung
210 angeschlossen ist und durch eine Drossel 220 zur Anschlußbohrung der Ringnut
14b führt. Die dritte Ringnut 14c ist über eine Leitung 216 mit dem Steuerzylinder
204 verbunden; an die Leitung 216 ist außerdem ein Speicher 205 angeschlossen. Die
weiteren Ringnuten 14d und 14e sind über ihre Anschlußbohrungen mit dem Ölbehälter
84 verbunden. In erz Verbindungsleitung 217 von der Ringnut 14d zum ölbehälter liegt
noch eine Drossel 221.
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Verschiebt sich nun bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Arbeitszylinder
10 in Richtung des Pfeiles o aus der konstruktiven Mittellage heraus, werden die
Ringnuten 14b und 14c miteinander verbunden. Auf diese Weise kann öl aus der Leitung
215 durch den Ringraum, 24 und die Leitung 216 zum Steuerzylinder 204 fließen.
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Hierdurch wird der zugehörige Steuerkolben 202 so verschoben, daß
der Wert des Durchflußwiderstandes 200 zunimmt. Eine Verschiebung des Steuerkolbens
202 im angegebenen Sinn wird durch die Wahl des -Flächenverhältnisses der Steuerkolben-Fläche
zur Fläche im Durchflußwiderstand 200 erreicht. Es steigt nun der Druck im Zylinderraum
I an, so daß sich der Arbeitszylinder 20 in Gegenrichtung (Pfeil u) bewegt, bis
die konstruktive Mittellage wieder erreicht wird. Die zunächst eingetretene Verringerung
des Volumens im Zylinderraum I ist somit rückgängig gemacht worden.
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Bewegt sich der Arbeitszylinder 10 dagegen in Richtung des Pfeiles
u, wodurch sich das Volumen im Zylinderraum I vergrößert, wird eine Verbindung vom
Steuerzylinder 204 über die Leitung 216, die Ringnut 14c, die weitere Ringnut 14d
und die Leiutng 217 zum ölbehälter 84 hergestellt. Es kann nun öl abfließen. Die
dadurch bedingte Bewegung des Steuerkolbens 202 bewirkt eine Verringerung des Wertes
des Durchflußwiderstandes 200. Hierdurch sinkt der Druck im Zylinderraum I ab, so
daß sich der Arbeitszylinder 10 in Richtung des Pfeiles o bewegen kann und das Volumen
des Zylinderraums I wieder seinen der konstruktiven Mittellage entsprechenden Wert
einnimmt.
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In der konstruktiven Mittellage der Anordnung ist die Verbindung von
der Leitung 216 zur Leitung 215 und auch zur Leitung 217 unterbrochen, sofern nicht
eine negative - Überdeckung der Steuerkanten 24a, 24b mit ihren Ringnuten 14b, 14d
vorgesehen ist.
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Die beiden Drosseln 220 und 221 bewirken in Verbindung mit dem Speicher
205 eine verzögerte Reaktion der Lageregelung auf Abweichungen des Kolbens 20 aus
seiner konstruktiven Mittellage.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Leitungen 210, 216 über
eine mit einer Drossel 223 versehene Leitung 218 miteinander verbunden. Außerdem
führt die Leitung 216 nicht mehr unmittelbar in die Anschlußbohrung der dritten
Ringnut 14c, sondern in der dargestellten Anordnung (Fig. 2) über eine Drossel 222.
Dagegen ist die Drossel 221 in der Leitung 217 des ersten Ausführungsbeispiels entfallen.
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Die Funktion der Lageregelung dieses zweiten Ausführungsbeispiels
entspricht weitgehend derjenigen gemäß Fig. 1. In der konstruktiven Mittellage ist
eine negative Überdeckung zwischen der Steuerkante 24b und dem Ringraum 14d vorgesehen,
so daß sich in diesem Fall im Steuerzylinder 204 ein konstanter Druck einstellt,
der zwischen dem Druck in den Leitungen 91, 210 und dem Umgebungsdruck liegt. Entsprechend
nimmt der Steuerkolben 202 eine definierte Ruhelage ein, die einen bestimmten, der
konstruktiven Mittellage entsprechenden Druck im Zylinderraum I zur Folge hat.
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Zur Lageregelung bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die
Ringnut 14b über die Leitung 216, eine an einen Verzweigungspunkt 212-angeschlossene
Drossel 224, eine von dem Verzweigungspunkt abgehende Leitung 219 und eine hierauf
folgende weitere Drossel 225 dauernd mit dem ölbehälter 84 verbunden.
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In der konstruktiven Mittellage des Kolbens 20 bewirkt eine entsprechende
Überdeckung zwischen der Steuerkante 24a und der Ringnut 14b, daß über der Leitung
210, den Zylinderraum I und die Bohrungen 27, 28 ein konstanter blstrom durch die
Leitung 216 und die Drosseln 224, 225 zum ölbehälter 84 fließt. Am Verzweigungspunkt
212 stellt sich somit ein konstanter mittlerer Druck ein. Es versteht sich, daß
die durch die Drossel 224 zufließende ölmenge gleich dem durch die Drossel 225 abfließenden
Volumen ist. Die Folge ist eine bestimmte Ruhelage des Steuerkolbens 202 und ein
entsprechender Grundwert des Durchflußwiderstandes 200, der seinerseits zu einem
vorgegebenen Grunddruck im Zylinderraum I führt.
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Wirkt nun auf den Arbeitszylinder 10 eine äußere Kraft in Richtung
des Pfeiles o ein, wird sich daa Volumen des Zylinderraumes I verkleinern. Dies
hat zur Folge, daß nun der volle Querschnitt der Ringnut 14b freigegeben wird. Nun
fließt durch die Drossel 224 mehr ö1 zum Verzweigungspunkt 212 als von dort über
die Drossel 225 abfließen kann. Somit verschiebt sich der Steuerkolben 202 und bewirkt
eine Vergrößerung des Wertes des Durchflußwiderstandes 200. Damit steigt aber der
Druck in der Leitung 210 und im Zylinderraum I an, sa daß der Kolben 20 wieder in
die konstruktive Mittellage zurückgeführt wird.
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Wenn eine äußere Kraft auf den Arbeitszylinder 10 in Richtung des
Pfeiles u zu einer Vergrößerung des Volumens des Zylinderraums I führt, schließt
die Steuerkante 24a die Ringnut 14b ab, so daß kein öl mehr in die ~Leitung 216
gelangen kann. Der Druck am Verzweigungspunkt 212 wird jetzt wegen des Vorhandenseins
der Drossel 225 abgebaut, so daß sich der Steuerkolben 202 mit der Folge einer Verkleinerung
des Wertes des Durchflußwiderstandes 200 verschiebt. Der dadurch in der Leitung
210 und im Zylinderraum I fallende Druck erlaubt eine Bewegung des Kolbens 20 in
die konstruktive Mittellage.
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Unter direkter Verbindung der Masse mit dem Schwinger mittels des
Stellgliedes ist jede Verbindung zu verstehen, die das Stellglied unmittelbar mit
der Masse und dem Schwinger koppelt, d. h. also auch über ein Gestänge und/oder
ein Getriebe. Eine indirekte Verbindung ist demgegenüber eine Anordnung, bei der
nicht die zu isolierende Masse sondern eine Vergleichsmasse an das Stellglied angekoppelt
ist.
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