DE4343008C1

DE4343008C1 - Resonanzabsorber

Info

Publication number: DE4343008C1
Application number: DE4343008A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ermert; Arno Roeder; Klaus Zimmermann
Original assignee: Deutsche Aerospace AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1993-12-16
Filing date: 1993-12-16
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2013-12-17
Also published as: NO311470B1; EP0658872A2; NO944870D0; JPH07210171A; US5550335A; DE4343008C2; EP0658872A3; NO944870L; CA2137954A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Resonanzabsorber zur Dämpfung von Körperschallschwingungen mit einer Anzahl von frei schwingenden Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, wobei die Zungen an einer gemeinsamen, mit einem zu bedämpfenden Körper verbindbaren Basis angeordnet sind.

Resonanzabsorber der oben genannten Art sind z. B. aus der DE 10 71 364 oder der DE-OS 21 63 798 bekannt. Bei diesen Schwingungsabsorbern sind die einzelnen Zungen bzgl. ihrer Resonanzfrequenz auf die Schwingungen des zu bedämpfenden Körpers abgestimmt. Die so zu Resonanzschwingungen angeregten Zungen entziehen damit dem zu bedämpfenden Körper Schwingungsenergie, welche durch geeignete Dämpfung der Zungen letztlich in Wärme umgesetzt wird.

Zur Steigerung der schwingungsdämpfenden Wirkung ist es aus der EP 0 020 284 B1 bekannt, plattenförmige Zungen übereinander zu stapeln, wobei zwischen den Zungen Lagen aus einem Dämpfungsmaterial angeordnet sind. Die einzelnen Zungen und das Dämpfungsmaterial sind so aufeinander abgestimmt, daß die einzelnen Platten gegeneinander schwingen und dabei das Dämpfungsmaterial komprimieren bzw. entspannen. Bei einem derartigen Resonanzabsorber müssen die Zwischenlagen aus Dämpfungsmaterial relativ dick und weich sein, damit keine all zu große Kopplung zwischen den einzelnen Zungen zustande kommt, wodurch das gesamte Schwingungsverhalten verändert würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Resonanzabsorber der o. g. Art zu schaffen, welcher bei gleicher Wirkung eine kompaktere Bauweise ermöglicht, auf einen möglichst breiten Frequenzbereich abstimmbar ist und mit geringeren Mengen an Dämpfungsmaterial als bisher auskommt.

Diese Aufgabe wird durch einen Resonanzabsorber mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Schwingungsabsorber weist zum einen freischwingende Zungen auf, die als Doppelzungen ausgebildet sind, die jedoch schwingungsmäßig nicht an benachbarte Doppelzungen gekoppelt sind und somit ein definiertes Schwingungsverhalten zeigen. Zum anderen wird zur Erhöhung der Dämpfung jeweils einer Doppelzunge eine Technologie verwandt, die als "eingezwängter Belag" zur Dämpfung von Biegeschwingungen dünner Bleche an sich bekannt ist. Hierbei wird die Dämpfungsschicht nicht durch Kompression bzw. Entspannung verformt, sondern durch Scherung, so daß die Dämpfungsschichten extrem dünn sein können.

Die Zungen können entweder in einer Lage nebeneinander, wie z. B. entsprechend der DE 21 63 798 angeordnet sein oder übereinander, wie z. B. entsprechend der DE 10 71 364 bzw. EP 0 020 284 B1. In besonders kompakter Weise werden mehrere Lagen mit deckungsgleichem Außenumfang übereinander gestapelt, so daß ein Block aus zeilen- und spaltenförmig angeordneten, frei schwingenden Doppelzungen entsteht.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind dem in der Figur teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Der in der Figur dargestellte Resonanzabsorber besteht aus sieben Lagen (1 bis 7) von Doppelzungen (1.1, 1.2, 1.3. . .), wobei jede Lage aus zwei deckungsgleichen Metallplatten gleicher Dicke hergestellt ist. Die Platten sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten A und B kammartig eingeschnitten, wobei ein schräg über die Plattenfläche verlaufender Basisstreifen der Breite b uneingeschnitten verbleibt. Längs dieses Basisstreifens sind zwischen den einzelnen Lagen deckungsgleich verlaufende Distanzstücke 10 bis 15 eingelegt, über die eine akustische Kopplung der einzelnen Platten im Bereich der Basisstreifen erfolgt, wobei die Lagen und die Distanzstücke durch eine Basisplatte 8 und eine sog. Adapterplatte 9 mittels Spannschrauben 9.1 bis 9.7 zusammengehalten werden. Die Distanzstücke können insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen von Absorbern auch direkt mit den Platten integriert sein, z. B. durch entsprechende Gußformen für die Platten oder durch Präge- oder Fräsbearbeitung ebener Platten. Der Resonanzabsorber wird über die Basisplatte 8 kraft- und momentschlüssig mit einem zu dämpfenden Körper verbunden.

Zwischen die beiden Platten einer Lage (1 bis 7) wird vor dem Aufeinanderstapeln und Schneiden eine Dämpfungsschicht aufgebracht, so daß eine sandwichartige Struktur entsteht. Nach dem Schneiden der Platten entstehen so Doppelzungen 1.1, 1.2, . . . 1.7, welche aus jeweils zwei metallischen Zungenelementen, z. B. 1.11 und 1.12, mit dazwischen eingezwängtem Belag, z. B. 1.13, bestehen.

Wenn, wie im gezeigten Beispiel, der Basisstreifen asymmetrisch über die Plattenebene verläuft, so entstehen pro Lage 2 × 7 Doppelzungen mit jeweils unterschiedlicher Länge und somit unterschiedlicher Resonanzfrequenz.

Wenn, wie im Ausführungsbeispiel ebenfalls gezeigt ist, die Schichtdicke der einzelnen Plattenelemente von Lage zu Lage (von 1 nach 7) zunimmt, multipliziert sich die Anzahl der Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen um die Zahl der Lagen.

Für die Berechnung der Resonanzfrequenzen der Doppelzungen mit konstantem Querschnittsverlauf kann folgende Beziehung angesetzt werden:

Dabei bedeuten
S_n: Eigenfrequenz-Beiwert
l: Zungenlänge
I: Flächenträgheitsmoment
A: Zungenquerschnittsfläche
E: Elastizitätsmodul
ρ: Dichte

Die Eigenfrequenz-Beiwerte sind von der Art der Einspannung der Zunge und der Ordnungszahl der Eigenschwingung abhängig. In "Technische Akustik" von IVAR VEIT, Verlag: Vogel Fachbuch, 4. Aufl., 1988 sind für einen einseitig eingespannten Stab, der mit der erfindungsgemäßen Absorberzunge als äquivalent angesehen werden kann, folgende Beiwerte für die Grundschwingung und die ersten 4 Oberschwingungen angegeben:

s₁ = 1.875 (Grundschwingung)
s₂ = 4,694 (1. Oberschwingung)
s₃ = 7,855 (2. Oberschwingung)
s₄ = 10,996 (3. Oberschwingung)
s₅ = 14,137 (4. Oberschwingung).

Durch die Verbindung zweier Zungenelemente zu einer Doppelzunge mittels einer Dämpfungsschicht muß bzgl. der Resonanzfrequenzermittlung einer derartigen Doppelzunge ein Kopplungsfaktor berücksichtigt werden. Somit gilt:

f_nD = K · f_n.

Hierbei bedeutet
f_nD: Eigenfrequenz der Doppelzunge
K: Kopplungsfaktor.

Der Kopplungsfaktor bewegt sich je nach Material zwischen den Werten 1 und 2. Bei einer sehr weichen Dämpfungsmasse erhöht sich die Eigenfrequenz der Doppelzunge nur unwesentlich, bei einer sehr harten Dämpfungsmasse erhält man nahezu den Kopplungsfaktor 2, also eine Frequenzverdoppelung.

Besonders vorteilhaft ist eine Abstufung der Zungen nach folgender Regel:

Hierbei bedeuten mit
l_n = Länge der n-ten Zunge
l₀ = Länge der längsten Zunge
n = Laufindex zwischen 0 und N-1
N = Gesamtzahl der verschiedenen Zungenlängen
f₁ = erste Resonanzfrequenz der längsten Zunge
f₂ = zweite Resonanzfrequenz der längsten Zunge.

Die Möglichkeit, die Doppelzungen mit unterschiedlichen Dämpfungsschichten zu versehen, führt zu einer Temperaturbereichserweiterung für den Schwingungsabsorber.

Claims

1. Resonanzabsorber zur Dämpfung von Körperschallschwingungen mit einer Anzahl von freischwingenden Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen, wobei die Zungen an einer gemeinsamen, mit einem zu bedämpfenden Körper verbindbaren Basis angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen als Doppelzungen (1.1, 1.2, . . .) mit einem jeweils zwischen den beiden Zungenelementen (1.11, 1.12; . . .) eingezwängtem Dämpfungsbelag (1.13; . . .) ausgebildet sind.

2. Resonanzabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zungenelemente (1.11, 1.12; . . .) deckungsgleich sind.

3. Resonanzabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Doppelzungen (1.1, 2.1, . . .) mit gegenseitigen Abständen übereinander gestapelt sind, wobei die Basisflächen zur Einleitung von Körperschallschwingungen in Kontakt miteinander stehen.

4. Resonanzabsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelzungen (1.1, 2.1, . . .) eines Stapels deckungsgleich sind, jedoch unterschiedliche Dicken aufweisen.

5. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Doppelzungen (1.11, 1.12, 1.13, . . .) unterschiedlicher Länge nebeneinander an einer gemeinsamen Basis angeordnet sind.

6. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage (1) von Doppelzungen (1.1, 1.2, . . .) unterschiedlicher Länge durch kammartiges Einschneiden zweier deckungsgleicher, rechteckiger oder quadratischer Platten an zwei gegenüberliegenden Seiten (A, B) unter Beibehaltung eines zentralen, schräg über die Plattenfläche verlaufenden Basisstreifens abgebildet wird.

7. Resonanzabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lagen (1, 2, 3 . . .) von Doppelzungen (1.1, 1.2, . . .; 2.1, 2.2 . . .) mit unterschiedlichen Dicken und deckungsgleichen Basisstreifen übereinander gestapelt sind, wobei die Enden der Doppelzungen freistehend sind, die Basisstreifen jedoch in Kontakt zueinander stehen.

8. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (1.13, . . .) innerhalb eines Stapels von Doppelzungen von Lage zu Lage unterschiedlich ist.

9. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Doppelzungen nach folgender Beziehung abgestuft sind: mit
l_n = Länge der n-ten Zunge
l₀ = Länge der längsten Zunge
n = Laufzahl zwischen 0 und N-1
N = Gesamtzahl der verschiedenen Zungen
f₁ = erste Resonanzfrequenz der längsten Zunge
f₂ = zweite Resonanzfrequenz der längsten Zunge.