DE3641384A1 - Schwingungsabsorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsabsorber mit einem wenigstens teilweise von einer Dämpfungsmasse umgebenen Wellenleiter, der ein Ankopplungsende und ein freies Ende aufweist.

Bei herkömmlichen Schwingungsabsorbern dieser Art besteht der Wellenleiter aus einem Stab von homogener Materialbe­ schaffenheit. Das Ankopplungsende dieses Wellenleiters wird an den schwingenden Körper befestigt, während das freie Ende durch eine Dämpfungsmasse bedämpft und somit reflexionsfrei abgeschlossen ist. Über das Ankopplungsende wird in den Wellenleiter eine Longitudinalwelle eingeleitet. Die Resistanz R eines Wellenleiters bestimmt die Größe der mit dem Schwingungsabsorber erzeugten Dämpfung. Neben der Resistanz ist die untere Grenzfrequenz die wichtigste Kenn­ größe eines Schwingungsabsorbers. In der Praxis werden eine möglichst hohe Resistanz und eine möglichst niedrige Grenz­ frequenz bei kleinem Bauvolumen und Gewicht gefordert. Eine hohe Resistanz und eine niedrige Grenzfrequenz wurden bisher aber nur durch geometrische Vergrößerung des Wellen­ leiters erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwin­ gungsabsorber zur Verfügung zu stellen, der sich bei klei­ ner Baugröße und geringem Gewicht durch hohe Resistanz und niedrige Grenzfrequenz auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei dem Schwingungsabsorber der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Wellenleiter in seiner Längsrichtung inhomogen beschaffen ist, indem er zu seinem Ankopplungsende hin einen relativ niedrigeren Elastizitätsmodul und/oder zu seinem freien Ende hin eine relativ höhere Dichte aufweist.

Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens wird auf die Fig. 1 und 2 der beigefügten Zeichnung Bezug genommen.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht und Draufsicht einen Wellen­ leiter, welcher die Form einer Blattfeder von konstanter Breite aufweist. Fig. 2 zeigt in Seitenansicht und Drauf­ sicht einen Wellenleiter, der von seinem Ankopplungsende ausgehend dreieckförmig verjüngt ist. Die Auslenkung f am freien Ende des Wellenleiters unter der Wirkung der an die­ sem Ende angreifenden Kraft F bei einem Wellenleiter der Länge l und der Dicke h sowie der Breite b ist:

für den Wellenleiter nach Fig. 1 und

für den Wellenleiter nach Fig. 2.

Die Dämpfung und die Grenzfrequenz hängen von der er­ reichbaren Auslenkung des freien Endes des Wellenleiters ab. Um diese Auslenkung f zu vergrößern, ohne die geome­ trischen Kenngrößen l, b und h zu verändern, kann der Elasti­ zitätsmodul E verkleinert oder die Kraft F vergrößert wer­ den oder beide Maßnahmen werden gleichzeitig angewendet. Zum Vergrößern der Kraft F, die gleich dem Produkt aus Masse und vorgegebener Beschleunigung ist, muß die Masse vergrößert werden. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, durch die in Längsrichtung inhomogene Beschaffenheit des Wellenleiters den Elastizitätsmodul im Bereich des An­ kopplungsendes zu vermindern und/oder durch Erhöhung der Dichte im Bereich des freien Endes des Wellenleiters die Masse zu vergrößern.

Vielfältige Ausführungsformen des Erfindungsgedankens sind möglich. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 9 näher beschrieben.

Bei allen gezeigten Ausführungsformen ist der Wellenleiter dreieckförmig ausgebildet, wobei sein verbreitertes Ende das Ankopplungsende bildet, welches an den zu bedämpfenden Körper angeschlossen wird, während das spitz zu verlaufen­ de Ende das freie Ende bildet, welches durch eine (nicht gezeigte) Dämpfungsmasse bedämpft wird. Bei praktischen Ausführungsformen von Schwingungsabsorbern ist wenigstens ein Teil des Wellenleiters von einem Dämpfungsmaterial umgeben, beispielsweise von einem viskoelastischen Material. Weiterhin sind bei praktischen Ausführungsformen des Schwin­ gungsabsorbers zweckmäßigerweise mehrere Wellenleiter unter Zwischenfügung einer dünnen Schicht aus Dämpfungsmasse aufeinandergestapelt. Auf diese Einzelheiten wird hier nicht näher eingegangen, da insoweit auf bekannte Technik zurückgegriffen werden kann.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform besteht der Wellenleiter aus einem trapezförmigen Teil 10 aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul und relativ geringer Dichte, beispielsweise aus einem vor­ zugsweise faserverstärktem Kunststoff, und aus einem an die kleine Basis der Trapezform angesetzten zweiten Teil 12 aus einem Material von hoher Dichte, beispielsweise Stahl oder Blei. Die beiden Teile 10, 12 sind also jeweils mit einer Kante aneinandergefügt. Sie können verklebt, verschweißt oder auf andere herkömmliche Weise form- oder besser kraftschlüssig miteinander verbunden sein. Die große Basis der Trapezform des Teiles 10 bildet das An­ kopplungsende des Wellenleiters. Die Spitze des Teiles 12 bildet das freie Ende des Wellenleiters, welches reflexionsfrei abgeschlossen und durch eine Dämpfungsmasse bedämpft ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist ein dreieckför­ miges Teil 22 aus einem Material hoher Dichte, beispiels­ weise Stahl oder Blei, in ein Teil 20 eingelagert, welches eine dem Teil 22 ähnliche, jedoch größere Dreiecksform aufweist und den Umfang des Teils 22 umgibt sowie aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul besteht. Das Teil 20 bildet somit im Bereich der Spitze seiner Dreiecksform eine Umrahmung des Teils 22.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 ist aus einem in Draufsicht dreieckförmigen Teil 30, das aus einem Mate­ rial mit niedrigem Elastizitätsmodul und relativ geringer Dichte besteht, im Bereich des zugespitzten Endes zwi­ schen den beiden einander gegenüberliegenden Flächen eine dreieckförmige Materialschicht ausgespart, in welche ein entsprechend geformtes Teil 32 aus einem Werkstoff von hoher Dichte eingesetzt ist. Auch hier ist somit das Teil 32 in das Teil 30 eingelagert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 sind ein dreieckför­ miges Teil 40 aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul und zwei dreieckförmige Teile 42 a, 42 b aus einem Werkstoff von relativ hoher Dichte flächig aneinandergesetzt. Das Teil 40 weist im Bereich seines zugespitzten Endes eine beidseitige Verminderung seiner Materialstärke auf, wodurch jeweils eine Aussparung ge­ bildet ist, die eines der Teile 42 a, 42 b ausfüllt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist ein dreieckför­ miges Teil 50 aus einem Werkstoff mit relativ niedrigem Elastizitätsmodul mit den den beiden Schenkeln des Drei­ ecks entsprechenden Kanten an die entsprechend dreieck­ förmig verlaufende Kante eines Teiles 52 angesetzt, wel­ ches aus einem Material von hoher Dichte besteht. Die beiden Teile 50, 52 ergänzen einander zur Dreieckform des Wellenleiters.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 besteht der Wellen­ leiter 60 aus einem Material von inhomogener Dichte. Die Dichte innerhalb des Wellenleiters 60 nimmt von seinem Ankopplungsende 60 a bis zu seinem freien Ende 60 b stetig zu. Das Material des Wellenleiters 60 besteht aus einem Grundmaterial, das einen relativ niedrigen Elastizitäts­ modul aufweist, und aus in dieses Grundmaterial einge­ lagerten Teilchen oder Körnern aus einem Werkstoff hoher Dichte wie Stahl oder Blei. Diese Teilchen sind in Fig. 8 durch Punkte veranschaulicht. Die inhomogene Dichte kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Ein erstes Ver­ fahren zur Herstellung des Wellenleiters besteht darin, daß in ein Grundmaterial, welches sich in flüssigem Zustand befindet, beispielsweise ein Kunstharz vor dem Aushärten, Teilchen aus einem Werkstoff von hoher Dichte mit der gewünschten Verteilung eingestreut werden. Nach dem Aus­ härten steht unmittelbar der gewünschte Wellenleiter zur Verfügung. Ein zweites, metallurgisches Verfahren besteht darin, daß aus einem Schmelzengemisch in einer Zentrifuge durch Fliehkräfte die Schmelzenkomponente von höherer Dichte zum Umfang eines rotationssymmetrischen Rohlings hin angereichert wird. Aus dem erstarrten und erkalteten Rohling können dann die Wellenleiter in Form von Scheiben herausgearbeitet werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 besteht der Wellen­ leiter 70 aus einem zusammenhängenden Stück desselben Werkstoffs, welches im Bereich des Ankopplungsendes beid­ seitig eine oder mehrere parallele rillenförmige Material­ stärkenreduzierungen 71, 72,73 und 74 aufweist. Diese rillenförmigen Materialstärkenreduzierungen verlaufen quer zur Längsrichtung des Wellenleiters und bilden li­ nienförmige Bereiche verminderter Biegesteifigkeit, die sich wie eine Verminderung des Elastizitätsmoduls aus­ wirken.

Claims (11)

1. Schwingungsabsorber mit einem wenigstens teilweise von einer Dämpfungsmasse umgebenen Wellenleiter, der ein An­ kopplungsende und ein freies Ende aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter in seiner Längsrichtung inhomogen beschaffen ist, in dem er zu seinem Ankopplungs­ ende hin einen relativ niedrigeren Elastizitätsmodul und/ oder zu seinem freien Ende hin eine relativ höhere Dichte aufweist.

2. Schwingungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Wellenleiter aus zwei verschiedenen, miteinan­ der in Verbund gebrachten Werkstoffen besteht, von denen der eine überwiegend auf der Seite des Ankopplungsendes und der andere überwiegend auf der Seite des freien Endes angeordnet ist.

3. Schwingungsabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil aus dem Werkstoff höherer Dichte in ein Teil aus dem Werkstoff mit niedrigerem Elastizitätsmodul eingelagert ist.

4. Schwingungsabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil aus dem Werkstoff höherer Dichte an ein Teil aus dem Werkstoff mit niedrigerem Elasti­ zitätsmodul flächig angesetzt ist.

5. Schwingungsabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil aus dem Werkstoff höherer Dichte an die Kante eines Teiles aus dem Werkstoff mit niedrige­ rem Elastizitätsmodul angesetzt ist.

6. Schwingungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter aus einem Material inhomo­ gener Dichte besteht, in welchem die Dichte vom Ankopp­ lungsende zum freien Ende hin stetig zunimmt.

7. Schwingungsabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material von inhomogener Dichte durch Einlagerung von Teilchen aus einem Material hoher Dichte in ein Grundmaterial mit niedrigem Elastizitätsmodul gebildet ist.

8. Schwingungsabsorber nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Grundmaterial sich bei der Einlagerung der Teilchen in flüssigem Zustand befindet.

9. Schwingungsabsorber nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Grundmaterial ein vorzugsweise faser­ verstärktes Harz ist, in welches Teilchen aus einem Schwermetall wie Blei eingelagert werden.

10. Schwingungsabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material inhomogener Dichte metallur­ gisch erzeugt ist, indem aus einem Schmelzengemisch in einer Zentrifuge durch Fliehkräfte die Schmelzenkompo­ nente von höherer Dichte zum Umfang eines rotationssymmetri­ schen Rohlings hin angereichert wird, aus dem die Wellen­ leiter in Form von Scheiben herausgearbeitet sind.

11. Schwingungsabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wellenleiter nahe seinem Ankopplungs­ ende mit wenigstens einer quer zu seiner Längsrichtung verlaufenden rillenförmigen Materialstärkenreduzierung versehen ist.