EP2069656A1 - Noise-optimized vibration damper - Google Patents

Noise-optimized vibration damper

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Publication number
EP2069656A1
EP2069656A1 EP07818191A EP07818191A EP2069656A1 EP 2069656 A1 EP2069656 A1 EP 2069656A1 EP 07818191 A EP07818191 A EP 07818191A EP 07818191 A EP07818191 A EP 07818191A EP 2069656 A1 EP2069656 A1 EP 2069656A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vibration damper
damper according
pressure
functional
separating element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07818191A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Kruse
Rudolf Starobinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP2069656A1 publication Critical patent/EP2069656A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/32—Details
    • F16F9/50—Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
    • F16F9/512—Means responsive to load action, i.e. static load on the damper or dynamic fluid pressure changes in the damper, e.g. due to changes in velocity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/06—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using both gas and liquid
    • F16F9/064—Units characterised by the location or shape of the expansion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2228/00—Functional characteristics, e.g. variability, frequency-dependence
    • F16F2228/04—Frequency effects

Definitions

  • the invention relates to a noise-optimized vibration damper according to the preamble of patent claim 1.
  • a vibration damper damping medium In a vibration damper damping medium is displaced by a damping valve at each stroke of a piston rod. Starting from a rest position of the piston rod, the damping medium is compressed. The compressed in a working space of the vibration damper damping medium acts on all the working space limiting components and exerts a force that can be heard as a noise. This effect also occurs when the compressive preload has dissipated through the damping valve. It can, for. B. be that the cylinder of the shock absorber expands in a barely detectable extent under pressure and at a discharge again assumes its initial shape.
  • the object of the present invention is to remedy the noise problems that occur in particular in the case of high-frequency excitation of the vibration damper.
  • the object is achieved in that in addition to the compensation space, a functional element is connected to at least one working space, wherein the functional element elastically absorbs high-frequency vibrations within the damping medium.
  • the functional element has at least one housing with at least two chambers which are sealed off from one another by a partition element, damping medium being present in one of the chambers.
  • the functional element may be prefabricated like a cartridge.
  • the functional unit comprises a throttle point, which generates a pressure gradient, wherein the damping medium displaced by the throttle point is supported by an elastically mounted separating element.
  • the separating element is formed by a membrane.
  • the membrane can be clamped at the edge.
  • the membrane can be pillowed executed, for. B. to achieve an acoustic damping to two excitation frequencies.
  • the membrane is limited on the side facing away from the damping medium by a support means in its deformation in order to achieve a good fatigue strength.
  • the separating element is formed by an axially movable plate sealed to the housing.
  • the plate-shaped separating element can be sealed by a flexible element, for. B. according to an advantageous subclaim of a membrane.
  • An essential decision criterion for a particular embodiment lies in the size of the functional unit and the frequencies to be damped.
  • the separating element is biased by a gas pressure in the space remote from the damping medium of the housing. This makes it possible to achieve a suspension-dependent vapor deposition of the disturbing noises.
  • the separating element can be prestressed by a mechanical spring in the space of the housing facing away from the damping medium.
  • a mechanical spring in the space of the housing facing away from the damping medium.
  • This method can be used to steam several frequencies.
  • at least one of the spaces of the functional unit can at least partially be filled with a sound-absorbing material.
  • the functional unit is arranged within a pressure connection connection between the two working spaces. It should only be the pressure in the workspace transferred to the functional unit. A significant volume flow in the functional unit is not provided.
  • the pressure connection connection is executed within the assembly piston rod piston.
  • the pressure connection connection is designed in a bypass to at least one piston valve.
  • a further variant is characterized in that both working spaces are designed with a functional unit, wherein both functional units are arranged in a common housing and there is a separate separating element for each working space, wherein the two separating elements bound a biasing space.
  • the preload space is adjustable via a pressure medium connection in its pressure level.
  • the two separating elements can perform a different elastic working movement.
  • Another way to place the functional element in the vibration damper is to place it on the piston rod.
  • the functional element has an annular design and thus encloses the piston rod.
  • At least one gas-filled cushion is arranged.
  • Fig. 2 Exemplary embodiment of the functional unit
  • Fig. 1 shows the schematic diagram of a vibration damper 1 in two-pipe design.
  • a piston rod 5 with a piston. 7 guided axially movable.
  • the piston 7 divides the cylinder 3 in a piston rod side and a piston rod remote working space 9; 11, wherein both working spaces are completely filled with a hydraulic damping medium.
  • damping valves 15; 17; 19; 21 executed, the damping medium exchange between the two working spaces 9; 11 or the piston rod remote working space 11 and a compensation chamber 23 throttle.
  • the compensation chamber 23 compensates for the damping medium volume of the piston rod 5 extending and retracting into the cylinder 3
  • the damping medium in a working space 9; 11 compressed.
  • the pressure acts on all surfaces of the affected working space and opens one of the damping valves 15-21 in the piston and / or in the bottom.
  • the opening movement of the valve pending pressure gradients can cause a noise that is clearly audible in a vehicle.
  • the vibration damper 1 in addition to the compensation chamber 23 at least one working space 9; 11 connected to a functional unit 27 which receives high-frequency vibrations within the damping medium elastic.
  • the functional unit 27 can be embodied at different positions on or in the vibration damper and comprises at least one housing 45 with at least two chambers 35 sealed from one another by a partition element 37; 41, wherein a gap 35 to one of the working spaces 9; 11 of the vibration damper 1 is connected.
  • a pressure port connection 29; 31 exist within which the functional unit 27 is arranged.
  • the pressure connection connection is located as a bypass line to at least one piston valve 15; 17 outside of the vibration damper 1 before.
  • the functional unit can also be positioned in a wall of the cylinder 3 or a piston rod guide 46. Furthermore, as shown in FIG.
  • the functional unit 27 comprises at least one throttle point 33, which has a pressure difference between one of the working spaces 9; 11 and the gap 35 within the functional unit causes.
  • the throttle body 33 may be adjustable manually or by means of an actuator, not shown.
  • the space is separated by a separator 37, z. B. a membrane and can perform an operating movement, eg an elastic deformation movement.
  • the displaced by the throttle body 33 and supported by the partition volume is very low and on a damping force-speed diagram not recognizable as part of the Dämpfkraftkennline.
  • the membrane 37 is clamped edge and can be designed as a closed disc or pillow-shaped.
  • a support means 43 On the side facing away from the damping medium, the operating movement of the separating element or the membrane is limited by a support means 43.
  • a plate-shaped separating element In the left half of the drawing, a plate-shaped separating element is used, which is biased by a biasing spring 39.
  • at least one support grid 43 is used. But you can also combine a gas bias and the mechanical biasing spring to dampen several noise frequencies.
  • the membrane does not have to have inherent elasticity but can also be formed by a fabric or a film.
  • a sound-absorbing substance 48 may additionally be included, as he z. B. is known for packaging sensitive goods.
  • the damping medium column is supported in a working space at the throttle point 33, wherein in the working space of the pressure p1 is present.
  • the throttle point 33 causes a pressure gradient, so that in the intermediate space 35, a smaller compared to the pressure p1 pressure p2 prevails, which causes an adjustment or deformation movement of the separating element 37.
  • these movements and the resulting changes in the volumes in the functional unit 27 are negligibly small in comparison with damper working spaces, so that the functional unit 27 has no influence on damper oscillations.
  • a high-frequency (> 100 Hz) excitation of the damper structure takes place.
  • This excitation is also in the form of pressure pulses on the
  • the vibration damping can be explained as follows in the exemplary embodiment of the functional unit 27 in the upper damper working space 9.
  • the necessary force is equal to the force needed to accelerate the mass of the oil in it:
  • the inductance (Ind) is calculated as follows
  • K_A - is the volumetric stiffness of the system "air membrane” (PsJm 3 )
  • the full dynamic stiffness of the functional element 27 is of positive (elastic) rigidity, which is not dependent on the frequency and negative (inertial) stiffness, which is dependent on ⁇ 2 .
  • the stiffness Kdyn can be minimized by tuning K_a and Ind (close to zero).
  • the masses displaced in the intermediate space 35 by pressure oscillations dp_9 become very large.
  • the changes of the oil volume in the intermediate space 35 are thus comparable to those in the working chamber 9 of the damper, which determines the effect of the functional element on this frequency.
  • the vibration damper 1 in conjunction with the functional unit 27 is comparable to an organ pipe, which is tunable by adjusting the action of the throttle body 33, the size and the force support of the separator 37 such that at an external excitation no noise is heard.
  • the functional unit 27 is shown in a vibration damper 1 according to the monotube principle.
  • the filling pressure of the gas in the compensation chamber 23 serves as a support of the separating element 37 in the functional unit, in which between the compensation chamber 23 and the housing 45 of the functional unit, the pressure connection connection 29; 31 is present.
  • damping valves 15; 17 executed for both directions of movement, so that the damping medium in each case by the Pressure connection connection 29 is coupled in the piston rod-side working space 9 to the functional unit 27.
  • Both functional units 27a; 27b have a separate partition 37a; 37b, which delimit a biasing space 47.
  • Vorspannraum 47 can via a pressure medium connection 49 in his
  • Pressure level can be adjusted. Furthermore, there is the possibility that the two separating elements 37a; 37bb due to divergent geometric
  • the Fig. 5 is limited in the representation of a section of the piston rod 5 with the piston 7. Between the piston 7 and an axial

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Abstract

Schwingungsdämpfer (1), umfassend einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder (3), in dem eine Kolbenstange (5) mit einem Kolben (7) axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben (7) den Zylinder (3) in zwei Arbeitsräume (9;11) unterteilt und das bei einer Kolbenstangenbewegung verdrängte Volumen durch mindestens ein Dämpfventil (15;17;19;21) strömt und von einem Ausgleichsraum (23), der mit mindestens einem der Arbeitsräume verbunden ist, kompensiert wird, wobei zusätzlich zum Ausgleichsraum (23) ein Funktionselement (27) mit mindestens einem Arbeitsraum verbunden ist, wobei das Funktionselement (27) hochfrequente Schwingungen innerhalb des Dämpfmediums elastisch aufnimmt.

Description

Geräuschoptimierter Schwingungsdämpfer
(Beschreibung)
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen geräuschoptimierten Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei einem Schwingungsdämpfer wird bei jeder Hubbewegung einer Kolbenstange Dämpfmedium durch ein Dämpfventil verdrängt. Ausgehend von einer Ruhelage der Kolbenstange wird das Dämpfmedium komprimiert. Das in einem Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers komprimierte Dämpfmedium wirkt auf alle den Arbeitsraum begrenzenden Bauteile und übt eine Kraft aus, die als Geräusch hörbar sein kann. Dieser Effekt tritt auch dann auf, wenn sich die Druckvorspannung durch das Dämpfventil abgebaut hat. Es kann z. B. sein, dass sich der Zylinder des Schwingungsdämpfers in einem kaum feststellbaren Umfang unter Druck aufweitet und bei einer Entlastung wieder seine Ausgangsform einnimmt.
Stand der Technik
Bei verstellbaren Schwingungsdämpfern hat man daraufhin das Schaltverhalten des Dämpfventils dahingehend verändert, dass z. B. nur bis zu einem bestimmten Druckniveau geschaltet wird. Beispielhaft wird auf die DE 41 13 305 A1 verwiesen. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Dynamik des verstellbaren Dämpfventils leidet.
Ein alternativer Lösungsansatz bestand bisher darin, dass man die Dämpfventile in Richtung eines weicheren Öffnungs- und Schließverhalten verändert hat. Des Weiteren kann man den Effekt in Grenzen umgehen, indem man ein amplitudenselektives Dämpfventil verwendet, wie z. B. in der DE 10 2004 015 065 A1 offenbart ist. Hochfrequente Anregungen mit kleiner Hubbewegung der Kolbenstange bewirken praktisch keine Druckerhöhung im Arbeitsraum des Schwingungsdämpfers, so dass auch keine Geräusche auftreten. Der gravierende Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass man deutlich in die Dämpfkraftkennlinie des Schwingungsdämpfers eingreift und damit u. U. bei einem betont sportlichen Fahrzeug eine zu weiche Dämpfkrafteinstellung hinnehmen müsste.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es die insbesondere bei hochfrequenter Anregung des Schwingungsdämpfers auftretenden Geräuschprobleme zu beheben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zusätzlich zum Ausgleichsraum ein Funktionselement mit mindestens einem Arbeitsraum verbunden ist, wobei das Funktionselement hochfrequente Schwingungen innerhalb des Dämpfmediums elastisch aufnimmt.
Mit dem Funktionselement wird der Schwingungsdämpfer akustisch abgestimmt. An einer klassischen Dämpfkraft-Geschwindigkeitskennlinie wird man keinen Einfluss der Funktionseinheit feststellen und damit auch nicht aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile in Kauf nehmen.
Das Funktionselement weist zumindest ein Gehäuse mit mindestens zwei durch ein Trennelement voneinander abgedichteten Räumen auf, wobei in einem der Räume Dämpfmedium vorliegt. Baulich kann das Funktionselement wie eine Patrone vorgefertigt sein.
Die Funktionseinheit umfasst eine Drosselstelle, die ein Druckgefälle erzeugt, wobei das durch die Drosselstelle verdrängte Dämpfmedium von einem elastisch gelagerten Trennelement abgestützt wird.
Bevorzugt wird das Trennelement von einer Membran gebildet. Die Membran kann randseitig eingespannt sein. Zusätzlich kann man die Membran kissenförmig ausgeführten, um z. B. eine akustische Bedämpfung auf zwei Anregungsfrequenzen zu erreichen.
Des Weiteren wird die Membran auf der dem Dämpfmedium abgewandten Seite von einer Stützeinrichtung in ihrer Deformation begrenzt, um eine gute Dauerfestigkeit zu erreichen.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Trennelement von einer zum Gehäuse abgedichteten, axial beweglichen Platte gebildet wird.
Zur Abdichtung des Trennelements zum Gehäuse bestehen verschiedene Lösungen. Beispielsweise kann das plattenförmige Trennelement von einem flexiblen Element abgedichtet werden, z. B. gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch von einer Membran.
Man kann jedoch auch einen Faltenbalg verwenden. Ein wesentliches Entscheidungskriterium für eine bestimmte Ausführungsform liegt in der Baugröße der Funktionseinheit und den zu bedämpfenden Frequenzen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung wird das Trennelement von einem Gasdruck in dem dem Dämpfmedium abgewandten Raum des Gehäuses vorgespannt wird. Damit lässt sich ein vom Federweg abhängiges Bedampfen der störenden Geräusche erreichen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Trennelement von einer mechanischen Feder in dem dem Dämpfmedium abgewandten Raum des Gehäuses vorgespannt werden. Es besteht z. B. die Möglichkeit, dass das Trennelement einen ersten Arbeitsweg gegen einen Gasdruck und im weiteren Arbeitsweg zusätzlich gegen eine mechanische Feder ausführt. Mit dieser Methode lassen sich mehrere Frequenzen bedampfen. Des Weiteren kann wenigsten einer der Räume der Funktionseinheit zumindest teilweise mit einem schalldämpfenden Stoff gefüllt sein.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Drosselstelle in ihrer Drosselwirkung verstellbar ist.
Gemäß einem vorteilhaften Unteranspruch ist die Funktionseinheit innerhalb einer Druckanschlussverbindung zwischen den beiden Arbeitsräumen angeordnet. Es soll lediglich der Druck im Arbeitsraum auf die Funktionseinheit übertragen werden. Ein nennenswerter Volumenstrom in die Funktionseinheit ist nicht vorgesehen.
Bei einer ersten Variante ist die Druckanschlussverbindung innerhalb der Baugruppe Kolbenstange-Kolben ausgeführt. Der Vorteil besteht darin, dass mit einer Funktionseinheit bei Arbeitsräume und damit beide Bewegungsrichtungen der Kolbenstange akustisch bedämpft werden können.
Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Druckanschlussverbindung in einem Bypass zu mindestens einem Kolbenventil ausgeführt ist.
Man kann das Funktionselement jedoch auch außerhalb des Schwingungsdämpfers anordnen, wenn z. B. der Bauraum im Schwingungsdämpfer für eine interne Lösung nicht zur Verfügung steht.
Man kann die Funktionseinheit an einen druckvorgespannten Ausgleichsraum anschließen, um eine Abstützung des Trennelements zu erreichen.
Eine weitere Variante zeichnet sich dadurch aus, dass beide Arbeitsräume mit einer Funktionseinheit ausgeführt sind, wobei beide Funktionseinheiten in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und für jeweils einen Arbeitsraum ein separates Trennelement vorliegt, wobei die beiden Trennelemente einen Vorspannraum begrenzen. Dabei besteht die Möglichkeit, dass der Vorspannraum über einem Druckmediumanschluss in seinem Druckniveau einstellbar ist.
Zusätzlich können die beiden Trennelemente eine unterschiedliche elastische Arbeitsbewegung ausführen.
Eine weitere Möglichkeit das Funktionselement im Schwingungsdämpfer zu platzieren besteht darin, dass man es an der Kolbenstange angeordnet.
Das Funktionselement weist eine ringförmige Bauform auf und umschließt damit die Kolbenstange.
Innerhalb des ringförmigen Funktionselements ist mindestens ein gasgefülltes Kissen angeordnet.
Wenn man mindestens eine Mantelfläche des Funktionselements mit mindestens einer Drosselöffnung ausgeführt, kann man die Deckflächen zur axialen Fixierung des Funktionselements an der Kolbenstange nutzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 ; 3 - 5 Schwingungsdämpfer mit Funktionseinheit in verschiedenen Ausführungsbeispielen
Fig. 2 Beispielhafte Ausführung der Funktionseinheit
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Fig. 1 zeigt das Prinzipschaubild eines Schwingungsdämpfers 1 in Zweirohrbauweise. In einem Zylinder 3 ist eine Kolbenstange 5 mit einem Kolben 7 axial beweglich geführt. Der Kolben 7 unterteilt den Zylinder 3 in einen kolbenstangenseitigen und einen kolbenstangenfernen Arbeitsraum 9; 11 , wobei beide Arbeitsräume vollständig mit einem hydraulischen Dämpfmedium gefüllt sind. Im Kolben 7 und in einem Boden 13 sind allgemein bekannte Dämpfventile 15; 17; 19; 21 ausgeführt, die den Dämpfmediumaustausch zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 oder dem kolbenstangenfernen Arbeitsraum 11 und einem Ausgleichsraum 23 drosseln. Der Ausgleichsraum 23 kompensiert das Dämpfmediumvolumen der in den Zylinder 3 aus- und einfahrenden Kolbenstange 5
Bei jeder Anregung, die über den Zylinder 3 bzw. ein den Zylinder einhüllendes Behälterrohr 25 auf die Kolbenstange 5 des Schwingungsdämpfers 1 übertragen wird, wird das Dämpfmedium in einem Arbeitsraum 9; 11 komprimiert. Der Druck wirkt auf alle Flächen des betroffenen Arbeitsraums und öffnet eines der Dämpfventile 15 - 21 im Kolben und/oder im Boden. Während der Öffnungsbewegung des Ventils anstehende Druckgradienten können ein Geräusch verursachen, das auch in einem Fahrzeug deutlich vernehmbar ist. In dem vorliegenden Schwingungsdämpfer 1 ist zusätzlich zum Ausgleichsraum 23 mindestens ein Arbeitsraum 9; 11 mit einer Funktionseinheit 27 verbunden, die hochfrequente Schwingungen innerhalb des Dämpfmediums elastisch aufnimmt.
Die Funktionseinheit 27 kann an verschiedenen Positionen am oder im Schwingungsdämpfer ausgeführt sein und umfasst zumindest ein Gehäuse 45 mit mindestens zwei durch ein Trennelement 37 voneinander abgedichteten Räumen 35; 41 , wobei ein Zwischenraum 35 an einen der Arbeitsräume 9; 11 des Schwingungsdämpfers 1 angeschlossen ist. Beispielsweise kann zwischen den beiden Arbeitsräumen 9; 11 eine Druckanschlussverbindung 29; 31 bestehen, innerhalb der die Funktionseinheit 27 angeordnet ist. In der linken Zeichnungshälfte liegt die Druckanschlussverbindung als eine Bypassleitung zu mindestens einem Kolbenventil 15; 17 außerhalb des Schwingungsdämpfers 1 vor. Alternativ kann die Funktionseinheit auch in einer Wandung des Zylinders 3 oder einer Kolbenstangenführung 46 positioniert sein. Des Weiteren umfasst die Funktionseinheit 27, wie die Fig. 2 zeigt, mindestens eine Drosselstelle 33, die eine Druckdifferenz zwischen einem der Arbeitsräume 9; 11 und dem Zwischenraum 35 innerhalb der Funktionseinheit bewirkt. Die Drosselstelle 33 kann manuelle oder mittels eines nicht dargestellten Aktuators verstellbar sein. Der Zwischenraum wird von einem Trennelement 37, z. B. einer Membran begrenzt und kann eine Betriebsbewegung, z. b. eine elastische Deformationsbewegung, ausführen. Das durch die Drosselstelle 33 verdrängte und von dem Trennelement abgestützte Volumen ist sehr gering und auf einem Dämpfkraft-Geschwindigkeits-Diagramm nicht als Teilbereich der Dämpfkraftkennlinie erkennbar.
Die Membran 37 ist randseitig eingespannt und kann als geschlossene Scheibe oder kissenförmig ausgeführt sein. Auf der dem Dämpfmedium abgewandten Seite wird die Betriebsbewegung des Trennelements bzw. der Membran von einer Stützeinrichtung 43 beschränkt. In der linken Zeichnungshälfte kommt eine ein plattenförmiges Trennelement zur Anwendung, das von einer Vorspannfeder 39 vorgespannt wird. In der rechten Ausführung liegt ein nachgelagerter Druckraum 41 mit einer Gasvorspannung vor. Zusätzlich wird ggf. noch mindestens ein Stützgitter 43 verwendet. Man kann aber auch eine Gasvorspannung und die mechanische Vorspannfeder kombinieren, um mehrere Geräuschfrequenzen zu bedampfen. Zur Abdichtung des plattenförmigen Trennelements zum Gehäuse stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Man kann z. B. eine ringförmige Membran, aber auch einen Faltenbalg 46 verwenden. Die Membran muss keine Eigenelastizität aufweisen, sondern kann auch von einem Gewebe oder einer Folie gebildet werden.
Im Zwischenraum 35 kann zusätzlich ein schalldämpfender Stoff 48 enthalten sein, wie er z. B. zum Verpacken empfindlicher Güter bekannt ist.
Bei einer Kolbenstangenbewegung stützt sich die Dämpfmediumsäule in einem Arbeitsraum an der Drosselstelle 33 ab, wobei in dem Arbeitsraum der Druck p1 vorliegt. Die Drosselstelle 33 bewirkt ein Druckgefälle, so dass in dem Zwischenraum 35 ein im Vergleich zum Druck p1 kleinerer Druck p2 herrscht, der eine Verstell- oder Deformationsbewegung des Trennelements 37 bewirkt. Bei niederfrequenten (< 50 Hz) quasistatischen Dämpferschwingungen sind diese Bewegungen und die damit verursachten Änderungen der Volumina im Funktionseinheit 27 im Vergleich mit Dämpferarbeitsräumen vernachlässig klein, so dass der Funktionseinheit 27 kein Einfluss auf Dämpferschwingungen aufweist.
Bei einer Öffnungs- bzw. Schließbewegung des Dämpfventils im Kolben oder im Bodenventil findet eine hochfrequente (>100 Hz) Anregung der Dämpferstruktur statt. Diese Anregung wird ebenfalls in Form von Druckimpulsen auf die
Funktionseinheit 27 übertragen, die in der Funktionseinheit 27 Verstell- oder
Deformationsbewegung des Trennelements 37 anregen. Die Schwingungsenergie in einem bestimmten Frequenzbereich wird damit aus der Dämpferstruktur eliminiert. Die hochfrequente Schwingungen (Geräusche) werden von der
Funktionseinheit 27 bedämpft.
Die Schwingungsdämpfung kann am Ausführungsbeispiel Funktionseinheit 27 im oberen Dämpferarbeitsraum 9 folgendermaßen erklärt werden.
Für impulsartiges (mit der Beschleunigung) Verdrängen des Öls durch die Drosselstelle ist die notwendige Kraft gleich der Kraft die für die Beschleunigung der Masse des sich in ihr befindenden Öls benötigt wird:
dp_9*FFF - dp_A*FFF = M*W (1 )
mit
FFF - Querschnitt der Drossel 33 (m2) dp_9*FFF - die Kraft dämpferseitig (Arbeitsraum 9) (N) dp_A*FFF - die Kraft im Funktionselement (Zwischenraum 35) (N)
W - Beschleunigung der masse M (m/sec2) M - die Masse des Öles in der Drossel 33 (kg)
M = PP*FFF*LL (2) mit PP (kg/m3) - die Dichte des Öls
Es ist bekannt, dass für die sinusförmigen Schwingungen der Masse M die Trägheitskraft (F_in) ist gleich
F_in = M*W = - (M*Ω2)*dx (3) mit dx - die Schwingungsamplitude des Öles in der Drossel 33 (m) Ω = 2π*Freq - Kreisfrequenz, (R/s)
Man kann auch für den Druckabfall (dp_9 - dp_A) schreiben:
(dp_9 - dp_A) = dp_in = - PP*LL *( M*Ω2)*dx (4)
Volumen, das in den Zwischenraum 35 durch die Drossel 33 strömt, ist gleich
dQ = FFF*dx (5)
mit dem Ersetzen dx von 5 in 4 folgt
(dp_9 - dp_A) = dp_in = - IND*( M*Ω2)* dQ (6)
Die Induktivität (Ind) berechnet sich folgendermaßen
Ind = PP*UFFF (kg/m4) (7)
Das zusätzliche Volumen, das in den Zwischenraum 35 eintritt, vergrößert den Druck im Zwischenraum 35, wirkt über das Trennelement 37 auf das Luftvolumen 41 und/oder die mechanische Feder 39 dp_A = K_A*dQ (8) mit
K_A - ist die volumetrische Steifigkeit des Systems-„Luft - Membran" (PsJm3)
Nach dem Ersetzen (6) in (8) liegt folgende Gleichung vor: dp_9 = (K_a - Ind* Ω2)*dQ = Kdyn'dQ (9)
Auf diese Weise besteht die volle dynamische Steifigkeit des Funktionselements 27 aus positiver (elastischer) Steifigkeit, die nicht von der Frequenz abhängig ist und negativer (Trägheits-) Steifigkeit, die abhängig von Ω2 ist. Auf bestimmte (Resonanz-) Frequenzen kann die Steifigkeit Kdyn durch die Abstimmung K_a und Ind minimiert werden (nah an der Null). Dadurch werden die im Zwischenraum 35 durch Druckschwingungen dp_9 verdrängten Massen sehr groß. Die Änderungen des Ölvolumens im Zwischenraum 35 werden damit vergleichbar mit denen im Arbeitsraum 9 des Dämpfers, was der Wirkung des Funktionselements auf dieser Frequenz bestimmt. Durch die Abstimmung K_a und Ind wird diese Wirkung frequenzselektiv gemacht.
Der Schwingungsdämpfer 1 in Verbindung mit der Funktionseinheit 27 ist mit einer Orgelpfeife vergleichbar, die durch die Anpassung der Wirkung der Drosselstelle 33, der Größe und der Kraftabstützung des Trennelements 37 derart abstimmbar ist, dass bei einer äußeren Anregung kein Geräusch zu hören ist.
In der Ausführung nach Fig. 3 ist die Funktionseinheit 27 in einem Schwingungsdämpfer 1 nach dem Einrohrprinzip dargestellt. Der Fülldruck des Gases im Ausgleichsraum 23 dient als Abstützung des Trennelements 37 in der Funktionseinheit, in dem zwischen dem Ausgleichsraum 23 und dem Gehäuse 45 der Funktionseinheit die Druckanschlussverbindung 29; 31 vorliegt. Bei einem Einrohrschwingungsdämpfer sind im Kolben Dämpfventile 15; 17 für beide Bewegungsrichtungen ausgeführt, so dass das Dämpfmedium jeweils durch die Druckanschlussverbindung 29 im kolbenstangenseitigen Arbeitsraum 9 an die Funktionseinheit 27 gekoppelt ist.
Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Schwingungsdämpfers 1 , bei der beide Arbeitsräume 9; 11 mit einer Funktionseinheit 27a; 27b in einem gemeinsamen
Gehäuse angeordnet sind. Beide Funktionseinheiten 27a; 27b verfügen über ein separates Trennelement 37a; 37b, die einen Vorspannraum 47 begrenzen. Der
Vorspannraum 47 kann über einen Druckmediumanschluss 49 in seinem
Druckniveau eingestellt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die beiden Trennelemente 37a; 37bb bedingt durch abweichende geometrische
Abmessungen und/oder Eigenelastizität eine unterschiedliche Arbeitsbewegung ausführen können.
Die Fig. 5 beschränkt sich in der Darstellung auf einen Ausschnitt der Kolbenstange 5 mit dem Kolben 7. Zwischen dem Kolben 7 und einem axialen
Befestigungsmittel auf der Kolbenstange 5 das Funktionselement 27 in ringförmiger
Bauweise angeordnet. In dem ringförmigen Gehäuse 45 sind Drosselöffnungen 33 ausgeführt. Man kann auch eine Gitterstruktur verwenden. In dem Ringraum zwischen dem Gehäuse und der Kolbenstange, der funktional dem Zwischenraum 35 gemäß der Fig. 2 entspricht, ist mindestens ein gasgefülltes Kissen 41 schwimmend angeordnet. Hinsichtlich der Funktion wird ebenfalls auf die Figur 2 verwiesen. Selbstverständlich kann eine derartige Funktionseinheit für beide
Arbeitsräume 9; 11 jeweils oberhalb und unterhalb des Kolbens 7 an der
Kolbenstange 5 und/oder dem Kolben 7 befestigt sein, wobei die Funktionseinheit für ihre eigene Wirksamkeit nicht befestigt sein müsste. Eine einfache schwimmende Lagerung wäre genauso möglich, doch konnten dann mechanische
Anschlaggeräusche auftreten, denen man abhelfen müsste.

Claims

Ansprüche
1. Schwingungsdämpfer, umfassend einen mit Dämpfmedium gefüllten Zylinder, in dem eine Kolbenstange mit einem Kolben axial beweglich geführt ist, wobei der Kolben den Zylinder in zwei Arbeitsräume unterteilt und das bei einer
Kolbenstangenbewegung verdrängte Volumen durch mindestens ein Dämpfventil strömt und von einem Ausgleichsraum, der mit mindestens einem der Arbeitsräume verbunden ist, kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Ausgleichsraum (23) ein Funktionselement (27) mit mindestens einem Arbeitsraum (9; 11 ) verbunden ist, wobei das Funktionselement (27) hochfrequente Schwingungen innerhalb des Dämpfmediums elastisch aufnimmt.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (27) zumindest ein Gehäuse (45) mit mindestens zwei durch ein Trennelement (37) voneinander abgedichteten Räumen (35; 41), wobei in einem der Räume (35) Dämpfmedium vorliegt.
3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (27) ein Drosselstelle (33) umfasst, die ein Druckgefälle erzeugt, wobei das durch die Drosselstelle (33) verdrängte Dämpfmedium von einem elastisch gelagerten Trennelement (37) abgestützt wird.
4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (37) von einer Membran gebildet wird.
5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (37) von einer zum Gehäuse(45) abgedichteten, axial beweglichen Platte gebildet wird.
6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Trennelement (37) von einem flexiblen Element abgedichtet wird.
7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Trennelement (37) von einer Membran abgedichtet wird.
8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Trennelement (37) von einem Faltenbalg (46) zum Gehäuse abgedichtet wird.
9. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (37) von einem Gasdruck in dem dem Dämpfmedium abgewandten Zwischenraum (35) des Gehäuses (45) vorgespannt wird.
10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (37) von einer mechanischen Feder (39) in dem dem Dämpfmedium abgewandten Zwischenraum (35) des Gehäuses (45) vorgespannt wird.
11. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten einer der Räume (35) der Funktionseinheit (27) zumindest teilweise mit einem schalldämpfenden Stoff (48) gefüllt ist.
12. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (37) kissenförmig ausgeführt ist.
13. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (37) randseitig eingespannt ist.
14. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (37) auf der dem Dämpfmedium abgewandten Seite von einer Stützeinrichtung (43) in ihrer Deformation begrenzt wird.
15. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstelle (37) in ihrer Drosselwirkung verstellbar ist.
16. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (27) innerhalb einer Druckanschlussverbindung (29;
31 ) zwischen den beiden Arbeitsräumen (9; 11 ) angeordnet ist.
17. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckanschlussverbindung (29; 31) innerhalb der Baugruppe
Kolbenstange-Kolben (5; 7) ausgeführt ist.
18. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckanschlussverbindung (29; 31) in einem Bypass zu mindestens einem Kolbenventil (15; 17) ausgeführt ist.
19. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (27) außerhalb des Schwingungsdämpfers (1 ) angeordnet ist.
20. Schwingungsdämpfer nach Anspruch, 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionseinheit (37) an einen druckvorgespannten Ausgleichsraum (23) angeschlossen ist.
21. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass beide Arbeitsräume (9; 11) mit einer Funktionseinheit (27a; 27b) ausgeführt sind, wobei beide Funktionseinheiten (27a; 27b) in einem Gehäuse (45) angeordnet sind und für jeweils einen Arbeitsraum (9; 11 ) ein separates Trennelement (37a; 37b) vorliegt, wobei die beiden Trennelemente (37a; 37b) einen Vorspannraum (47) begrenzen.
22. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorspannraum (47) über einem Druckmediumanschluss (49) in seinem Druckniveau einstellbar ist.
23. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trennelemente (37a; 37b) eine unterschiedliche elastische Arbeitsbewegung ausführen.
24. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (27) an der Kolbenstange (5) angeordnet ist.
25. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionselement (27) eine ringförmige Bauform aufweist.
26. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ringförmigen Funktionselement (27) mindestens ein gasgefülltes Kissen (41 ) angeordnet ist.
27. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mantelfläche des Funktionselements (27) mit mindestens einer Drosselöffnung (33) ausgeführt ist
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