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Vorrichtung zum Tilgen mechanischer
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Schwingungen an einem Maschinenbauteil insbesondere eines Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tilgen mechanischer Schwingungen an
einem Maschinenbauteil, die von den Schwingungen eines mit dem Maschinenbauteil
gekoppelten Erregerbauteils abgeleitet sind, insbesondere an einem Maschinenbauteil
eines Kraftfahrzeugs, mit einem Schwinger, der mit dem Maschinenbauteil derart gekoppelt
ist, daß an diesem die Schwingungen des Schwingers den von dem Erregerbauteil übertragenen
Schwingungen entgegenwirken.
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Schwingungstilger werden zur Schwingungsreduzierung z.B.
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zur Verringerung der dynamischen Materialbelastung oder von Resonanzüberhöhungen
eingesetzt. Für Kraftfahrzeuge kommt die Verbesserung des Fahrkomforts hinzu. Bei
Kraftfahrzeugen verwendete Schwinger werden bisher im allgemeinen als Feder/Masse-System
in Form einer federnd und dämpfend abgestützten Zusatzmasse mit demjenigen Maschinenbauteil,
z.B. der Radachse, direkt gekoppelt, in dem z.B. vom Rad als Erregerbauteil erregte
Schwingungen ge-
tilgt werden sollen. Wird die Eigenfrequenz des
Feder/Masse-Systems so auf die Erregerfrequenz abgestimmt, so kann bei entsprechender
Anordnung und Auslegung des Tilgers erreicht werden, daß die Tilgerkraft entgegengesetzt
gleich der Erregerkraft ist, so daß aufgrund dieses Gleichgewichts der an dem Maschinenbauteil
angreifenden Kräfte dieses selbst in einem bestimmten Frequenzbereich keine Schwingungen
mehr durchführt. Dieser Idealfall kann daher nur auftreten, wenn die Erregerfrequenz
innerhalb enger Grenzen vorbestimmt ist, so daß der Tilger in seiner Eigenfrequenz
daran angepaßt werden kann. Insbesondere bei sich ändernder Erregerfrequenz oder
dem Auftreten von nicht periodischen Stößen ist daher die Wirksamkeit dieser bekannten
Schwingungstilger stark eingeschränkt.
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Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, zum Tilgen mechanischer
Schwingungen eines Maschinenbauteils eine Vorrichtung zu schaffen, die vielseitig
und wirksam auch über größere Erregerfrequenzbereiche hin einsetzbar ist und dabei
weitgehend problemlos abstimmbar ist.
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Dies wird durch die Erfindung dadurch erreicht, daß ein hydromechanischer
Schwingungsaufnehmer und als Schwinger ein hydromechanischer Schwingungsgeber, die
ein Gehäuse, in welchem eine mit Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer gebildet
ist, und einen in dem Gehäuse hin- und herbewegbaren Kolben aufweisen, der mit seiner
Arbeitsfläche die Flüssigkeitskammer begrenzt, mit ihren Flüssigkeitskammern hydromechanisch
druckübertragend in Verbindung stehen, und daß der Schwingungsaufnehmer zumindest
an dem Erregerbauteil und der Schwingungsgeber zumindest an dem Maschinenbauteil,
jeweils mit ihrem Kolben oder ihrem Gehäuse abgestützt sind.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden daher mittels des
Schwingungsaufnehmers diejenigen Schwingungs-
komponenten der Erregerschwingung,
deren Wirkungslinien mit der Bewegungsrichtung des Kolbens des Schwingungsaufnehmers
übereinstimmen, in Druckschwingungen der von dem Kolben beaufschlagten Flüssigkeit
umgesetzt, die hydromechanisch auf den Schwingungsgeber übertragen werden, wo sie
in gerichtete Schwingungen in der Bewegungsrichtung des Kolbens des Schwingungsgebers
zurückgewandelt werden. Dadurch wirken bei entsprechender Abstützanordnung des Schwingungsgebers
die von diesem auf das Maschinenbauteil übertragenen Schwingungen den durch die
mechanische Kopplung des Maschinenbauteils mit dem Erregerbauteil angeregten Koppel
schwingungen an dem Maschinenbauteil entgegen. Da hierbei die Stärke und Frequenz
der von dem Schwingungsgeber in das Maschinenbauteil eingeleiteten Schwingungen
unmittelbar abhängig sind von denen der Erregerschwingungen des Erregerbauteils,
ist eine breitbandige Tilgungsdämpfung der von den Erregerschwingungen in dem Maschinenbauteil
angeregten Schwingungen auch für Schwingungsstöße und nichtperiodische Erregerschwingungen
erzielbar.
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Gegebenenfalls kann die Abstützung des Kolbens oder Gehäuses des Schwingungsaufnehmers
am Erregerbauteil und/ oder des Schwingungsgebers am Maschinenbauteil federnd ausgebildet
sein. Vorzugsweise ist diese Abstützung jedoch fest.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich die gegenseitige Abstimmung
des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers und deren Abstimmung auf ihr
jeweils erforderliches Schwingungsverhalten durch zahlreiche Maßnahmen erreichen,
von denen im folgenden ein Teil angegeben ist. Hierbei wird vorausgesetzt, daß der
Schwingungsaufnehmer und der Schwingungsgeber jeweils mittels des Gehäuses an dem
Erregerbauteil bzw. dem Maschinenbauteil fest abgestützt sind, wohingegen die Kolben
gegenüber diesen Bauteilen schwingend hin- und herbeweglich sind, so daß sich die
angegebenen Maßnahmen zur Abstim-
mung des Schwingungsverhaltens
im folgenden auf die Kolben beziehen. Jedoch ist auch die Umkehrung möglich, indem
als schwingendes Bauelement das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers und/oder des Schwingungsgebers
verwendet wird und der Kolben fest abgestützt ist. Hierbei lassen sich die Abstimmungsmaßnahmen
entsprechend auf das Gehäuse anwenden.
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Zur Abstimmung des Schwingungsverhaltens des Kolbens des Schwingungsaufnehmers
und/oder des Schwingungsgebers kann der Kolben an seinem Gehäuse federnd abgestützt
sein.
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Dies kann beispielsweise mittels einer Gummifeder oder flexiblen Membran
geschehen, die an dem Kolben und dem Gehäuse dicht befestigt ist und den Kolbenspalt
abdichtet. Es können jedoch auch andere Federn verwendet werden, wie Schraubenfedern
oder Tellerfedern. Vorzugsweise ist auch hierbei der Kolben in beiden seiner Bewegungsrichtungen
federnd abgestützt.
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Ferner kann die Abstimmung in an sich bekannter Weise durch die Auswahl
der Größe der schwingenden Masse erzielt werden. Der Kolben des Schwingungsaufnehmers
und/ oder Schwingungsgebers kann daher mit einer entsprechenden Zusatzmasse ausgestattet
sein.
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Weitere Möglichkeiten liegen in der Beeinflussung der hydromechanischen
Druckübertragung von dem Kolben des Schwingungsaufnehmers bis zu dem Kolben des
Schwingungsgebers. Insbesondere kann deren gegenseitige Abstimmung durch unterschiedliche
Größen der Arbeitsflächen der Kolben erreicht werden, oder es kann in der druckübertragenden
Verbindung der Flüssigkeitskammern des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers
eine ggf. einstellbare Drossel eingeschaltet sein.
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Die vorstehenden und andere aus der Schwingungstechnik und der Hydromechanik
an sich bekannte Maßnahmen können
auch untereinander kombiniert
sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch in die Lagerung oder Aufhängung
des Erregerbauteils an dem Maschinenbauteil, insbesondere des Motoraggregates des
Kraftfahrzeuges an dessen Karosserie, einbezogen sein. Hierzu ist es möglich, den
Schwingungsaufnehmer und den Schwingungsgeber zu einer Baueinheit zusammenzufassen,
bei welcher das Gehäuse des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers diesen
gemeinsam ist und eine von deren beiden Kolben begrenzte gemeinsame Flüssigkeitskammer
enthält, wobei das Gehäuse an dem Maschinenbauteil und das Erregerbauteil an dem
einen Kolben oder umgekehrt das Maschinenbauteil an dem einen Kolben und das Erregerbauteil
an dem Gehäuse abgestützt sind und der andere Kolben als Freischwingkolben am Gehäuse
angeordnet ist, d.i. ein ohne feste Abstützung am Erregerbauteil oder Maschinenbauteil
hin- und herschwingendes mechanisches Schwingungssystem bildet.
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Vorzugsweise jedoch sind der Schwingungsaufnehmer und der Schwingungsgeber
gesonderte Baueinheiten, deren Flüssigkeitskammern durch eine flexible, d.i. biegsame
Druckleitung miteinander verbunden sind. Dadurch können der Schwingungsaufnehmer
und der Schwingungsgeber baulich unabhängig voneinander am jeweils günstigsten Ort
am Erregerbauteil bzw. am Maschinenbauteil angeordnet und ausgerichtet sein. Da
derartige Baueinheiten sehr kompakt und in kleiner Baugröße ausgeführt sein können,
ist es insbesondere auch möglich, sie an sonst nicht zugänglicher Stelle anzubringen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Kolben des Schwingungsaufnehmers
und des Schwingers jeweils als doppeltwirkende Kolben ausgebildet, die eine ihrer
Arbeitsfläche abgewendete zweite Arbeitsfläche aufweisen, mit welcher sie eine in
ihrem Gehäuse ausgebildete zweite
Flüssigkammer begrenzen, wobei
die zweite Flüssigkeitskammer ebenfalls über eine den Schwingungsaufnehmer und den
Schwingungsgeber verbindende zweite flexible Leitung hydromechanisch druckübertragend
miteinander verbunden sind.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch derart ausgestaltet sein,
daß die Flüssigkeitskammer bzw. wenigstens eine der Flüssigkeitskammern des Schwingungsaufnehmers
und/oder des Schwingungsgebers über eine bewegbare Trennwand an einen Druckgasraum
angrenzt. Unter dem Druck in dem Druckgasraum steht daher die Flüssigkeit in der
Vorrichtung unter einem Vordruck, was zur Vermeidung der Kavitation vorteilhaft
sein kann. Außerdem kann der Druckgasraum als Ausgleichsraum dienen oder ggf. als
Dämpfungsfeder wirken.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Schwingungsaufnehmer
und/oder der Schwingungsgeber zwei aufeinander ausgerichtete, die Flüssigkeitskammer
mit ihrer Arbeitsfläche begrenzende Kolben auf, von denen der eine an dem Erregerbauteil
bzw. Maschinenbauteil und der andere an einem anderen Maschinenbauteil, insbesondere
einer Schwingungsdämpfungsmasse, abgestützt sind. Eine derartige Ausführungsform
kann z.B. zur Tilgung von Relativschwingungen zwischen zwei Maschinenbauteilen oder
dergleichen verwendet werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es insbesondere auch möglich,
an dem Erregerbauteil mehrere unterschiedlich ausgerichtete Schwingungsaufnehmer
anzuordnen, die jeweils mit einem von mehreren am Maschinenbauteil angeordneten,
ggf. ebenfalls in unterschiedlichen Richtungen ausgerichteten Schwingungsgebern
hydromechanisch druckübertragend verbunden sind, so daß aus mehreren Komponenten
unterschiedlicher Richtung zusammengesetzte Schwingungen am Erregerbauteil aufgenommen
und als
Tilgungsschwingungen auf das Maschinenbauteil übertragen
werden können. Hierzu kann auch eine Ausführungsform verwendet werden, bei welcher
der Schwingungsaufnehmer und/oder der Schwingungsgeber wenigstens einen quer zur
Bewegungsrichtung ihres Kolbens hin- und herbewegbaren zweiten Kolben aufweist,
der mit seiner Arbeitsfläche die Flüssigkeitskammer bzw. eine der Flüssigkeitskammern
begrenzt.
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Ferner besteht durch die Erfindung die in der Anwendungspraxis bedeutsame
Möglichkeit, mit einem Schwingungsaufnehmer mehrere Schwingungsgeber, die an dem
Maschinenbauteil verteilt angeordnet sind oder an unterschiedlichen Maschinenbauteilen
angeordnet sind, oder umgekehrt mit einem Schwingungsgeber mehrere an dem gleichen
Erregerbauteil oder an unterschiedlichen Erregerbauteilen angeordnete Schwingungsaufnehmer
hydromechanisch zu koppeln.
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Je nach Ausrichtung und Auslegung dieser Schwingungsaufnehmer und/oder
Schwingungsgeber lassen sich daher z.B.
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mehrere Erreger schwingungen zur Schwingungstilgung in dem Maschinenbauteil
überlagern oder nach Betrag und Phase beliebige Schwingungskomponenten zur Schwingungstilgung
erzeugen.
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Ferner ist es zur Aufnahme bzw. Tilgung mehrdimensionaler ebener oder
räumlicher Schwingungen oder deren Zerlegung in ihre Schwingungskomponenten bzw.
deren Überlagerung auch möglich, daß der Kolben des Schwingungsaufnehmers und/oder
des Schwingungsgebers in dessen Gehäuse in zwei oder drei senkrecht zueinander verlaufenden
Richtungen hin- und herbewegbar ist und mit seinen in diesen einander paarweise
gegenüberliegenden Flächen jeweils eine von den anderen getrennte Flüssigkeitskammer
begrenzt.
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Diese Flüssigkeitskammern können über daran angeschlossene Druckübertragungsleitungen
bei Anwendung dieser Ausführungsform nur auf den Schwingungsaufnehmer an gesonderte
Schwingungsgeber, und umgekehrt bei Anwendung
dieser Ausführungsform
nur auf den Schwingungsgeber an gesonderte Schwingungsaufnehmer angeschlossen sein.
Sind sowohl der Schwingungsaufnehmer als auch der Schwingungsgeber entsprechend
dieser Ausführungsform ausgebildet, so können jeweils einander zugeordnete Kammern
des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers paarweise miteinander verbunden
sein.
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Für die überwiegenden praktischen Anwendungsfälle der Vorrichtung
gemäß der Erfindung führt der Kolben gegenüber seinen Gehäuse eine geradlinige Hin-
und Herbewegung durch. Für gewisse Anwendungsfälle, z.B. als Drehschwingungstilger,
ist es jedoch auch möglich, den Kolben des Schwingungsaufnehmers und/oder des Schwingungsgebers
auf einer Kreisbahn zu führen.
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Die Befestigung der aus Schwingungsaufnehmer und Schwingungsgeber
gebildeten Bauelemente kann durch einfache Schraubverbindungen erfolgen. Vorhandene
Druckübertragungsleitungem sollen zu ihrer Verlegung mit ggf. ungradlinigem Verlauf
ausreichend flexibel sein, andererseits aber soll ihre Leitungswandung so wenig
elastisch sein, daß eine einwandfreie Druckfortpflanzung gewährleistet ist. Hierzu
könne insbesondere biegsame Metallschläuche verwendet werden. Ferner können aus
dem Gebiet der Hydrauliksteuerung an sich bekannte Maßnahmen einbezogen werden.
Insbesondere kann es erforderlich sein, z.B. durch Überdruckventile, Ausgleichsbehälter
und dergleichen dafür zu sorgen, daß unzulässige Uberdrücke vermieden werden. Als
Druckübertragungsflüssigkeit kann z.B. ein Hydrauliköl oder eine sonstige geeignete
Flüssigkeit verwendet werden.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsformen erläutert, die schematisch
aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 und 2 eine prinzipielle
Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 3-12
prinzipielle Ausführungsbeispiele für den Schwingungsaufnehmer und Schwingungsgeber
der Vorrichtung und Fig. 13-16 Anwendungsbeispiele der Vorrichtung an Bauteilen
eines Kraftfahrzeugs.
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Das Grundprinzip der Vorrichtung wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.
Die daraus ersichtliche Vorrichtung enthält einen Schwingungsaufnehmer 3 und einen
Schwingungsgeber 4, die jeweils aus einem hohlzylindrischen, an beiden Stirnenden
geschlossenen Gehäuse 5 und einem in diesem in der Mitte zwischen den Stirnenden
des Gehäuses 5 angeordneten Kolben 9 bestehen, der in dem Gehäuse 5 hin-und herbewegbar
geführt ist und mit jeder seiner stirnseitigen Arbeitsflächen 11, 12 eine in den
Stirnenden des Gehäuses 5 ausgebildete, mit Flüssigkeit gefüllte Flüssigkeitskammer
7, 8 begrenzt. Die Flüssigkeitskammern 7 des Schwingungsaufnehmers 3 und des Schwingungsgebers
4 sind über eine flexible, jedoch druckfeste Leitung 13 hydromechanisch druckübertragend
miteinander verbunden und die Flüssigkeitskammern 8 des Schwingungsaufnehmers 3
und des Schwingungsgebers 4 sind über eine zweite flexible, druckfeste Leitung 14
ebenfalls hydromechanisch druckübertragend miteinander verbunden.
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Wenn daher entsprechend Fig. 1 auf das Gehäuse 5 des Schwingungsaufnehmers
3 eine dynamische Kraft 20 ausgeübt wird, die in der Bewegungsrichtung des Kolbens
9 verläuft, so wird in der Flüssigkeit in den Flüssigkeitskammern 7, 8 aufgrund
der Massenträgheit des Kolbens 9 eine Druckänderung erzeugt, die sich durch die
flexiblen Leitungen 13, 14 hindurch in die Flüssigkeit in den Flüssigkeitskammern
7, 8 des Schwingungsgebers 4 hinein fortpflanzt, und hier aufgrund der Trägheitsmasse
des Kolbens 9 des Schwingungsgebers auf dessen Gehäuse 5 eine dynamische Reaktionskraft
21 ausübt, die in der Bewegungsrichtung des
Kolbens 9 des Schwingungsgebers
verläuft.
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Die Größe der dynamischen Reaktionskraft 21 ist entsprechend der Massen-
und Querschnittsverhältnisse der Kolben 9 und des Wirkungsgrades des Systems direkt
abhängig von der Größe der dynamischen Erregerkraft 20. Daher sind Schwingungsimpulse
sowie sinusförmige oder regellose Schwingungen von dem Schwingungsaufnehmer 3 auf
den Schwingungsgeber 4 in definierter Zuordnung übertragbar.
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Die Wirkungsrichtung der dynamischen Reaktionskraft 21 in Abhängigkeit
von derjenigen der dynamischen Erregerkraft 20 ist durch die Ausrichtung des Schwingungsgebers
4 relativ zum Schwingungsaufnehmer 3 bestimmt. In der aus Fig. 1 ersichtlichen Relativanordnung
des Schwingungsgebers zum Schwingungsaufnehmer resultiert aus einer auf das Gehäuse
5 des Schwingungsaufnehmers 3 wirkenden, nach oben gerichteten dynamischen Erregerkraft
20 eine entgegengesetzt zu dieser nach unten gerichtete dynamische Reaktionskraft
21 am Schwingungsgeber 4. Wenn dieser entsprechend Fig. 2 um 1800 verdreht wird,
so daß nun die mit der unten liegenden Flüssigkeitskammer 7 des Schwingungsaufnehmers
3 verbundene Flüssigkeitskammer 7 des Schwingungsgebers 4 oben liegt, folgt am Schwingungsgeber
4 eine dynamische Reaktionskraft 21, die in der gleichen Richtung wie die dynamische
Erregerkraft 20 am Schwingungsaufnehmer 3 wirkt. Da durch die Biegsamkeit der Leitungen
13, 14 beliebige Relativausrichtungen des Schwingungsgebers zum Schwingungsaufnehmer
ermöglicht sind, kann die am Schwingungsaufnehmer aufgenommene Erregerschwingung
in eine Reaktionsschwingung beliebiger Richtung am Schwingungsgeber umgesetzt werden.
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Werden daher der Schwingungsaufnehmer 3 mit seinem Gehäuse 5 fest
mit einem Schwingungserregerbauteil, und der Schwingungsgeber 4 mit seinem Gehäuse
5 fest mit einem Maschinenbauteil verbunden, das seinerseits auf anderem Wege mit
dem Erregerbauteil schwingungsübertragend ge-
koppelt ist und dadurch
entsprechende Koppel schwingungen ausführt, so wirken bei entsprechender Ausrichtung
des Schwingungsgebers 4 die von diesem in das Maschinenbauteil eingeleiteten, von
den Erregerschwingungen direkt abhängigen Reaktionsschwingungen den ebenfalls von
den Erregerschwingungen abgeleiteten Koppelschwingungen des Maschinenbauteils entgegen,
so daß diese wenigstens teilweise getilgt werden können.
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Ersichtlich können das Gehäuse 5 und der Kolben 9 des Schwingungsaufnehmers
3 und des Schwingungsgebers 4 wirkungsmäßig miteinander vertauscht werden, indem
beispielsweise aus dem Gehäuse 5 eine mit dem Kolben 9 verbundene Kolbenstange herausgeführt
wird, über die die Erregerschwingung direkt in dem Kolben 9 des Schwingungsaufnehmers
3 eingeleitet bzw. die Reaktionsschwingung direkt von dem Kolben 9 des Schwingungsgeber
4 abgegeben wird, und das Gehäuse 5 mit einer Trägheitsmasse ausgestattet wird.
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Der Proportionalitätsfaktor zwischen der Erregerschwingung und der
Reaktionsschwingung ist abhängig von den schwingungsmechanischen Auslegungen des
Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers selbst und ihrer Abstützung am Erregerbauteil
und am Maschinenbauteil, den Querschnittsverhältnissen der Arbeitsflächen 11, 12
der Kolben 9 des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungsgebers und dem Verhältnis
der Drücke in den Flüssigkeitskammern 7, 8 des Schwingungsaufnehmers und des Schwingungs
gebers aufgrund der hydromechanischen Druckübertragung.
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Durch alle diese Einflußgrößen und durch die jeweilige Ausrichtung
und den Anbringungsort des Schwingungsaufnehmers am Erregerbauteil und des Schwingungsgebers
am Maschinenbauteil kann daher einzeln oder in Kombination Einfluß genommen werden
auf die Schwingungsform der in das Maschinenbauteil eingeleiteten Tilgerschwingungen.
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Einige repräsentative derartige Abstimmungsmaßnahmen werden im folgenden
im Zusammenhang mit den übrigen Fig. der Zeichnung erläutert. Dabei wird auch die
Bezeichnung "Schwingungselement" verwendet, die sich sowohl auf den Schwingungsaufnehmer
als auch auf den Schwingungsgeber bezieht, da ersichtlich solche Abstimmungsmaßnahmen
sowohl für den Schwingungsaufnehmer als auch den Schwingungsgeber oder an einem
der beiden getroffen sein können.
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Gemäß Fig. 3 ist der Kolben 9 des Schwingungselementes an seinem Gehäuse
5 über beidseitig des Kolbens 9 in den Flüssigkeitskammern 7, 8 angeordnete, einander
entgegenwirkende Federn, beispielsweise Schraubenfedern 19, abgestützt. Solche Federn
können in Anpassung an die Masse des Kolbens 9 zur über- oder unterkritischen Einstellung
des Kolben-Schwingverhaltens und zur Abstimmung von Resonanzeffekten und dergleichen
sowie zur Sicherstellung der Mittellage des Kolbens 9 verwendet werden. Ferner kann
bei einer derartigen Ausführungsform des Schwingungselementes, bei welcher der Kolben
9 in dem Gehäuse 5 gleitend geführt ist, auf sein Schwingungsverhalten zusätzlich
durch die Größe des Ringspaltes zwischen Kolben 9 und Gehäuse 5 oder durch im Kolben
9 zusätzlich ausgebildete Drosselverbindungen der Flüssigkeitskammern 7 und 8 Einfluß
genommen werden.
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Bei der Ausführungsform aus Fig. 4 ist an das Schwingungselement nur
eine flexible Druckübertragungsleitung 13 angeschlossen, die in die Flüssigkeitskammer
7 mündet. Die auf der anderen Seite des Kolbens 9 ausgebildete Flüssigkeitskammer
10 grenzt über eine im Gehäuse 5 abgedichtet verschiebbare Trennwand 17 an einen
Druckgasraum 18 an, der als Ausgleichsraum für die inkompressible Flüssigkeit in
der Flüssigkeitskammer 10 bei der Schwingungsbewegung des Kolbens 9 dient. Der Kolben
9 ist wie bei der Ausführungsform aus Fig. 3 beidseitig über die Federn 19 am Gehäuse
5 bzw. dem Trennkolben 17 federnd ab-
gestützt, wobei das Druckgasvolumen
in dem Druckgasraum 18 ebenfalls als Feder wirkt. Außerdem wird die Flüssigkeit
des Schwingungselementes mit dem Druck in dem Druckgasraum zur Vermeidung von Kavitation
oder dergleichen aufgrund der auftretenden Druckschwingungen vorgespannt.
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Auch bei der Ausführungsform aus den Fig. 5 und 6 ist an das Schwingungselement
nur eine flexible Druckübertragungsleitung 13 angeschlossen, die in die hier einzige
Flüssigkeitskammer 7 mündet. Der Kolben 9 weist bei diesen Ausführungsformen einen
kleineren Querschnitt als das Gehäuse 5 auf und ist mit diesem über an seinem Umfang
und dem des Gehäuses festgelegte Axialfedern 22 federnd verbunden, durch die die
Flüssigkeitskammer 7 nach außen abgedichtet wird. Der Kolben 9 ist aus dem Gehäuse
5 herausgeführt und mit einer Zusatzmasse 15 verbunden, die wie bei der Ausführungsform
aus Fig. 5 besonders geformt sein kann, um die Lage des Gesamtschwerpunktes des
Kolbens 9 mit der Zusatzmasse 15 zu beeinflussen und eine Schwingungsstabilisierung
herbeizuführen. Die Axialfedern 22 dienen hier auch der Erzeugung gewisser Rückstellkräfte
und zur Erzielung entsprechender Resonanzeffekte.
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Bei den Ausführungsformen aus den Fig. 7 und 8 ist das Schwingungselement
mit zwei Flüssigkeitskammern 7 und 8 ausgestattet an die jeweils eine flexible Druckübertragungsleitung
13, 14 angeschlossen ist und zwischen denen der Kolben 9 angeordnet ist, der einen
kleineren Querschnitt als der Innenraum des Gehäuses 5 aufweist und mit diesem gemäß
Fig. 7 über Gummiaxialfedern 22, und gemäß Fig. 8 über Membranen 23 federnd verbunden
ist, von denen die Flüssigkeitskammern 7 und 8 gegeneinander abgedichtet werden.
Bei der Ausfuhrungsform aus Fig. 9 ist der zwischen den beiden Flüssigkeitskammern
7 und 8 eingeschlos sene Kolben an dem Gehäuse 5 verschiebbar geführt und mit einer
Kolbenstange versehen, die zur zwangsläufigen Schwingungsübertragung zwischen dem
Kolben 9 und dem Schwingungserregerbauteil bzw. dem Maschinenbauteil aus
dem
Gehäuse 5 herausgeführt ist.
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Fig. 10 zeigt eine repräsentative Ausführungsform für ein Schwingungselement,
bei dem die Flüssigkeitskammer 7 von der Arbeitsfläche eines zweiten Kolbens 6 begrenzt
ist, der in dem Gehäuse 5 senkrecht zu der Bewegungsrichtung des ersten Kolbens
9 hin- und herbewegbar geführt ist.
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Beide Kolben 6 und 9 sind mit dem Gehäuse 5 über die Flüssigkeitskammer
7 abdichtende Gummiaxialfedern 22 verbunden und mit einer Zusatzmasse ausgestattet.
Bei Verwendung eines solchen Schwingungselementes als Schwingungsaufnehmer, der
mit seinem Gehäuse 5 am Erregerbauteil abgestützt ist, werden in der Flüssigkeitskammer
7 Druckschwingungen angeregt, die aus der Überlagerung zweier senkrecht zueinander
in den Bewegungsrichtungen der Kolben 6 und 9 verlaufenden Schwingungskomponenten
abgeleitet sind. Umgekehrt lassen sich bei Anwendung dieses Schwingungselementes
als Schwingungsgeber aus einer durch die Leitung 13 in die Flüssigkeitskammer 7
übertragenen Druckschwingung Tilgungsschwingungen aus zwei senkrecht zueinander
verlaufenden Schwingungskomponenten erzeugen und in das Maschinenbauteil einleiten.
Durch unterschiedliche Kolbenquerschnitte und/oder Zusatzmassen 15 kann die erzeugte
Druck schwingung bzw. Tilgungsschwingung in breitem Maße beeinflußt werden.
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Die Ausführungsform aus Fig. 11 entspricht vom Grundaufbau her der
aus Fig. 7, wobei jedoch der Kolben 9 zwischen den beiden die Flüssigkeitskammern
7 bzw. 8 abdichtenden Axialfedern 22 mit einer Kupplungsstange 26 fest verbunden
ist, die seitlich aus dem Gehäuse 5 herausgeführt und gegenüber diesem mit dem Kolben
9 hin-und herbewegbar ist. Die Kupplungsstange kann der zwangsläufigen Schwingunysübertragung
auf den Kolben 9 bzw. von diesem oder der Anbringung einer Zusatzmasse und dergleichen
dienen.
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Bei der Ausführungsform aus Fig. 12 ist der Kolben 9 in
seinem
Gehäuse 5 allseits beweglich aufgehängt und begrenzt mit seinen jeweils paarweise
einander gegenüberliegenden Außenflächen jeweils eine Flüssigkeitskammer 7, 8.
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Die Flüssigkeitskammern 7 und 8 sind mittels der den Kolben 9 haltenden
Membranen 23 gegeneinander abgedichtet und jeweils mit einem Anschluß einer flexiblen
Druckübertragungsleitung 13, 14 versehen. Mit diesem Schwingungselement können daher
räumliche Schwingungen in aus deren Komponenten abgeleitete Druckschwingungen in
den jeweiligen Flüssigkeitskammern 7, 8 umgesetzt bzw. durch Überlagerung der Druckschwingungen
in den Flüssigkeitskammern 7, 8 räumliche Schwingungen des Kolbens 9 angeregt werden.
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Die Fig. 13 und 14 zeigen ein Anwendungsbeispiel für eine Ausführungsform,
bei welcher der Schwingungsaufnehmer und der Schwingungsgeber zu einer Baueinheit
aus einem gemeinsamen Gehäuse 5 und zwei in diesem über Axialfedern 22 abgedichtet
geführten Kolben 9 zusammengefaßt sind, die aufeinander ausgerichtet sind und zwischen
denen einen ihnen gemeinsame Flüssigkeitskammer 7 ausgebildet ist.
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Das Gehäuse 5 ist an dem Maschinenbauteil 1 abgestützt und der einen
Kolben ist mit dem Erregerbauteil 2 fest verbunden, wohingegen der andere Kolben
als Freischwingkolben mit einer Zusatzmasse 15 verbunden ist. Eine derartige Ausführungsform
kann z.B. als Bestandteil der Aufhängung des Motors als Erregerbauteil 2 zur Reduzierung
der Einleitung von Körperschall in die Karosserie als Maschinenbauteil 1 dienen,
um die durch unausgeglichene Massenkräfte höherer Ordnung oder dergleichen angeregten
Motorschwingungen für die Karosserie zu tilgen. Durch die Schwingungen des mit dem
Erregerbauteil 2 verbundenen einen Kolbens 9 werden in der Flüssigkeitskammer 7
Druckschwingungen erzeugt, durch welche der mit der Zusatzmasse verbundene Kolben
9 zur Durchführung von Gegenschwingungen angeregt wird, die abhängig sind von der
Größe der schwingenden Masse aus Kolben 9 und Zusatzmasse 15, der Federkonstanten
der Axialfeder 22, an welcher dieser
Kolben 9 an dem Gehäuse 5
aufgehängt ist, und dem Verhältnis der Arbeitsflächen der beiden Kolben 9. Bei der
Ausführungsform aus Fig. 14 ist außerdem die Flüssigkeitskammer 7 zwischen den beiden
Kolben 9 durch eine Drosselblende mit einer Drosselöffnung 16 unterteilt, die der
Dämpfung der Flüssigkeitsschwingungen dient.
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Bei der Ausführungsform aus Fig. 15 ist der Schwingungsgeber 4 zur
Drehschwingungstilgung eingesetzt, z.B. zur Reduzierung der Lenkungsunruhe. Hier
weist der Schwingungsgeber 4 zwei aufeinander ausgerichtete Kolben 9 auf, zwischen
denen die Flüssigkeitskammer 7 ausgebildet ist, in die die flexible Druckübertragungsleitung
13 mündet. Der Schwingungsgeber 4 ist exzentrisch zu der Welle 25, deren Schwingungen
getilgt werden sollen, z.B. der Lenksäule, zwischen einen an dieser festgelegten
Torsionshebel 26 und einer die Welle 25 konzentrisch umgebenden Drehschwingmasse
24 eingesetzt und mit seinen Kolben 9 an dem Torsionshebel 26 bzw. der Drehschwingmasse
24 angelenkt. Wenn daher der über die Leitung 13 angeschlossene Schwingungsaufnehmer
an einem Erregerbauteil, z.B.
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den Vorderrädern des Kraftfahrzeuges, angeordnet ist, von dem die
zu tilgenden Drehschwingungen der Welle 25 veranlaßt sind, kann durch die vom Schwingungsaufnehmer
auf den Schwingungsgeber 4 übertragenen Druckschwingungen den Schwingungen der Welle
25 entgegengewirkt werden.
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Bei dem Anwendungsbeispiel aus Fig. 16 ist das Motoraggregat als Erregerbauteil
2 für beispielsweise aus den unausgeglichenen Massenkräften II. Ordnung eines Vier-Zylindermotors
resultierende Motorschwingungen über mehrere im Winkel zueinander ausgerichtete
Schwingungsgeber 4 an dem Maschinenbauteil 1, z.B. der Karosserie oder dem Vorderachsträger,
gelagert. Die Schwingungsgeber 4 sind jeweils mit ihrem Gehäuse an dem Maschinenbauteil
1 abgestützt und mit ihrem Kolben 9, der mit dem Gehäuse über Axialfedern abgedichtet
verbunden ist, jeweils an einem
Tragbügel des Motoraggregates 2
angelenkt, so daß von den Gummiaxialfedern der Schwingungsgeber 4 die statische
und quasistatische Motorlast getragen werden. An dem Motoraggregat 2 ist der auf
dessen Schwingungsrichtung ausgerichtete Schwingungsaufnehmer 3 mit seinem Gehäuse
abgestützt, an dem sein mit einer Zusatzmasse 15 ausgestatteter Kolben 9 über Gummiaxialfedern
abgedichtet hin- und herbewegbar geführt ist. Die Flüssigkeitskammer 7 des Schwingungsaufnehmers
3 ist über die flexiblen Leitungen 13 hydromechanisch druckübertragend mit der Flüssigkeitskammer
7 jedes Schwingungsgebers 4 verbunden. Hierdurch werden die auf die Schwingungsgeber
4 und daher das Maschinenbauteil 1 übertragenen Schwingungen derart mit den Motorschwingungen
gekoppelt, daß eine Reduzierung der in das Maschinenbauteil 1 eingeleiteten dynamischen
Kräfte II. Ordnung die Folge ist.
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Zur Tilgung der tieffrequenten Schwingbewegungen des Motors ("Stuckerschwingungen",
ca. 5... 15 Hz) können gleichermaßen Schwingungsaufnehmer und Schwingungsgeber abgestimmt
werden.
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