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Schwingungstilger zum Verringern von Körperschall Die Erfindung bezieht
sich auf einen Schwingungstilger zum Verringern von Körperschall mit an Schwingfedern
gelagerten Schwingmassen.
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Zum Verringern unerwUnschten Körperschalis konstanter Frequenz ist
es bekannt, sogenannte Schwingungstilger zu verwenden, die auch dynamische Absorber
genannt werden. Diese bestehen aus einem Feder~Massesystem, das zum Verringern des
Körperschalls auf die diesen verursachende unerwünschte Erregerfrequenz oder, falls
erforderlich, auf ein Vielfaches derselben abgestimmt ist. Die Schwingungstilger
werden mit den den Körperschall hervorrufenden Bauteilen verbunden oder an diesen
befestigt' und erzeugen an den Verbindungsstellen Schwingungsknoten. Sie haben Jedoch
den wesentlichen Nachteil, daß sie frequenzselektiv arbeiten und deshalb nur da
anwendbar sind, wo die den Körperschall verursachende Erregerfrequenz konstant ist.
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Mit der Erfindung wird ein Schwingungstilger zum Verringern von Körperschall
geschaffen, der die vorgenannten Einschränkungen nicht aufweist.
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Die Erfindung erreicht das bei einem Schwingungstilger mit an Schwingfedern
gelagerten Schwingmassen dadurch, daß der Schwingungstilger mit einem oder zwei
Schwingungsaufnehmern ausgestattet ist, daß die Schwingmassen auf den Schwingfedern
mittels eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes verlagbar
sind und daß das Stellglied mittels einer elektrischen Steuerung oder Regelung betätigt
wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger kann das Feder-Massesystem
auf die Jeweilige Erregerfrequenz wahlweise und stufenlos abgestimmt
werden,
so daß über einen gewissen Frequenzbereich die für die Jeweilige Erregerfrequenz
erforderliche Resonanzfrequenz zum Verringern von Körperschall erzeugt wird. Der
neuartige Schwingungstilger ist somit im Gegensatz zu den bekannten Schwingungstilgern
in der lage, überall da Körperschall zu verringern, wo die Übertragung von schalierzeugenden
Schwingungen auf Bauteile, Gehäuse, Triebwerke u.dgl. gemindert werden soll und
sich die Erregerfrequenz zeitlich ändert. Die Erfindung ist beispielsweise an Aufhängungen
von Flugzeugtriebwerken, Befestigungspunkten von Kolbenmaschinen auf Schiffen, Schwinguagsbäuchen
in einer Struktur u.dgl. anwendbar.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der elektrischen Steuerung
oder Regelung ein Frequenzfilter vorgeschaltet ist. Wenn ein Gemisch von Frequenzen
vorliegt, wird mit diesem Filter dieJenige Frequenz ausgesiebt, die zu löschen ist,
d.h. für die Steuerung oder Regelung benötigt wird. Das Frequenzfilter weist eine
Bandbreite auf, die im Regelbereich liegt.
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Eine Anwendungsform der Erfindung besteht darin, daß der elektrischen
Steuerung die Jeweilige Erregerfrequenz zugeführt und daß das Stellglied mittels
der Steuerung so betätigt wird, daß am Schwingungstilger stets die zugehörige Resonanzfrequenz
erzeugt wird und ein Frequenzabgleich stattfindet. Da im allgemeinen die Schwingfedern
eine recht geringe Dämpfung haben und demzufolge der Schwingungstilger eine verhältnismäßig
schmale Resonanzkurve aufweist, werden zweckmäßig bei dieser Anwendungsform Schwingungstilger
verwendet, die mit großer Fertigungsgenautgkeit hergestellt sind und eine hohe Werkstoffkonstanz
- besonders bezüglich des Elastizitätsmoduls - aufweisen.
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Eine weitere Anwendungsform der Erfindung besteht darin, daß der elektrischen
Regelung vom Schwingungsaufnehmer die Amplitude der Erregerfrequenz zugeführt wird
und daß das Stellglied mittels der Regelung solange betätigt wird, bis die Erregeramplitude
einen Kleinstwert aufweist. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise kann auch darin
bestehen, daß der elektrischen Regelung von einem Schwingungsaufnehmer für die Erregerschwingungen
und einem Schwingungsaufnehmer des Schwingungstilgers die Phasenlage der Erreger-
und Systemschwingungen zugeführt und daß das Stellglied mittels
der
Regelung solange betätigt wird, bis die Phasenlage zwischen dem Erreger und dem
Schwingungstilger einen optimalen Wert aufweist.
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Diese Verfahrensweisen bieten den Vorzug, daß bei dem verwendeten
Schwingungstilger an dessen Fertigungstoleranzen und dessen Werkstoffe keine hohen
Anforderungen gestellt zu werden brauchen.
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Ferner gestattet die Erfindung ein kombiniertes Verfahren, das darin
besteht, daß mittels der elektrischen Steuerung ein Frequenzabgleich als Grobeinstellung
und sodann mittels der elektrischen Regelung entweder eine kleinstmögliche Amplitude
der Erregerfrequenz oder die günstigste Phasenlage herbeigeführt wird. Das ist besonders
dann von Vorteil, wenn sich die Erregerfrequenz so schnell ändert, daß das Stellglied
des Schwingungstilgers nicht unmittelbar folgen kann oder wenn die Resonanzfrequenz
des Schwingungstilgers bei dessen Einschalten sich erheblich von der erforderlichen
Resonanzfrequenz unterscheidet und möglicherweise die Regelung allein nicht in der
Lage ist, die optimale Frequenz zu finden. Mit dem bei dieser Verfahrensweise hinzugenommenen
Frequenzabgleich wird gewährleistet, daß die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers
stets in die Nähe der Erregerfrequenz geführt wird.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
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Es zeigen: Abb. 1 ein Diagramm zur Erregeramplitude und Erregerfrequenz
sowie Abstimmfrequenz des Schwingungstilgers, Abb. 2 einen Schwingungstilger mit
auf einer Schwingfeder verlagerbar angeordneten Schwingmassen in perspektivischer
Darstellung, Abb. 9 eine Seitenansicht eines Schwingungstilgers mit einer aus einer
zylindrischen Schraubenfeder bestehenden Schwingfeder, Abb. 4 in schematischer Darstellung
einen mit einer elektrischen Steuerung ausgestatteten Schwingungstilger zum Frequenzabgleich,
Abb.
5 in schematischer Darstellung einen mit einer elektrischen Regelung ausgestatteten
Schwingungstilger zum Einstellen der Erregeramplitude auf einen Kleinstwert, Abb.
6 in schematischer Darstellung einen mit einer elektrischen Regelung ausgestatteten
Schwingungs tilger zum Einstellen auf eine optimale Phasenlage zwischen der Erreger-
und Schwingungstilger amplitude, Abb. 7 in schematischer Darstellung einen mit einer
elektrischen Steuerung und Regelung ausgestatteten Schwingungstilger zum Frequenzabgleich
und zugleich Einstellen entweder der kleinstmöglichen Amplitude der Erregerfrequenz
oder der giinstigsten Phasenlage.
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In dem in der Abb. 1 gezeigten Diagramm ist mit der Kurve 1, 2 beispielsweise
der Verlauf einer Erregeramplitude einer einen Körperschall verursachenden Schwingung
über der Erregerfrequenz und der am Schwingungstilger eingestellten Frequenz aufgezeigt.
Die Frequenz des Schwingungstil gers, die hier mit Systemfrequenz bezeichnet sei,
wird so eingestellt, d.h. abgestimmt, daß sie im Punkt 3 sich in Resonanz mit der
Erregerfrequenz befindet. Die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers erzeugt an
der Stelle, an der der Schwingungstilger mit dem schwingenden Bauteil verbunden
ist, einen den Körperschall verringernden Schwingungsknoten.
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Einen solchen Schwingungsknoten stellt der Punkt 3 im Diagramm in
Abb. 1 dar.
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Der Schwingungstilger nach der Abb. 2 ist zum Verringern von Körperschall
mit an einer Schwingfeder 4 gelagerten Schwingmassen 5, 6 ausgestattet.
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Die Schwingmassen sind auf der Schwingfeder mittels eines elektrischen,
hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes 7 verlagerbar, das seinerseits mittels
einer in der Abb. 2 nicht gezeigten elektrischen Steuerung oder Regelung betätigt
wird.
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Die Schwingfeder 4 ist in einem Lagerbock 8 mittels Schrauben 9 und
zugehörigen Muttern 10 ortsfest gelagert. Der Lagerbock trägt außerdem
einen
Schwingungsaufnehmer 11. Der Schwingungstilger wird mit der als Flansch 8a ausgebildeten
Unterseite des Lagerbockes, die Bohrungen 12 für Befestigungsbolzen aufweist, an
dem Bauteil befestigt, dessen Körperschall verringert werden soll. Zum Einstellen
der jeweiligen Resonanzfrequenz werden die Schwingmassen 5, 6 in der bei den nachfolgend
beschriebenen Ausführungsbeispielen angegebenen Weise in den Richtungen der Doppelpfeile
a, b mittels des Stellgliedes 7 verlagert.
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In der Abb. 3 ist eine andere Ausführungsform eines Schwingungstilgers
zum Verringern von Körperschall gezeigt. Dort ist als Schwingfeder eine zylindrische
Schraubenfeder 13 vorgesehen, die mittels eines Sockels 14, der ein Außengewinde
15 aufweist, in einer Grundplatte 16 gelagert ist.
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Die Schwingfeder trägt eine Schwingmasse 17, die mittels eines elektrischen,
hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes 18 über ein Gestänge 19 auf der Schwingfeder
in den Richtungen des Doppelpfeiles c verlagerbar ist. Auf der Grundplatte 16 ist
ein Schwingungsaufnehmer 20 angeordnet.
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Auch hier wird das Stellglied 18 mit einer nicht gezeichneten elektrischen
Steuerung oder Regelung zum Verlagern der Schwingmasse 17 betätigt, um die Systemfrequenz
zum Verringern von Körperschall an die Erregerfre quenz des Bauteiles; Gehäuses
oder Motors anzugleichen. Der Schwingungstilger ist gleich dem vorbeschriebenen,
in der Abb. 2 gezeigten Schwingungstilger für die nachfolgend an Ausführungsbeispielen
beschriebenen Anwendungsverfahren der Erfindung geeignet.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 4 ist ein eine Schwingfeder
21 aufweisender Schwingungstilger mit auf der Schwingfeder in den Richtungen der
Doppelpfeile d, e verlagerbaren Schwingmassen 22, 23 ausgestattet. Ein Stellglied
24 zum Verlagern der Schwingmassen ist über eine Leitung 25 mit einer elektrischen
Steuerung 26 verbunden. Der Abstand der Schwingmassen 22, 23 vom Stellglied 24 wird
mit einem Gerät 27, beispielsweise mit einem Potentiometer, elektrisch gemessen
und über eine Leitung 28 der elektrischen Steuerung 26 übermittelt. Die Steuerung
beruht darauf, daß zwischen der Lage der Schwingmassen auf der Schwingfeder und
der Resonanzfrequenz eine eindeutige Zuordnung besteht.
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Der Schwingungstilger ist mittels eines Lagerbockes 29 an dem Bauteil,
Motor od.dgl. befestigt, dessen Körperschall verringert werden soll.
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Am Lagerbock 29 ist ein Schwingungsaufnehmer 64 befestigt, der mittels
einer Leitung 65 mit der elektrischen Steuerung 26 verbunden ist. Vom Schwingungsaufnehmer
werden Amplitude, Frequenz oder Phasenlage der Erregerschwingungen gemessen und
der elektrischen Steuerung oder Regelung zugeführt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird vom Schwingungsarlfnehmer 64 die Jeweilige Erregerfrequenz des Bauteiles oder
Motors der elektrischen Steuerung 26 zugeführt. Das Stellglied 24 wird mittels der
Steuerung 26 zum Verlagern der Schwingmassen 22, 23 auf der Schwingfeder 21 so betätigt,
daß am Schwingungstilger stets die zugehörige Resonanzfrequenz erzeugt wird und
ein Frequenzabgleich stattSindet; Die elektrische Steuerung 26 vergleicht dabei
die Sollfrequenz des Schwingungstilgers mit der Stellung der Schwingmassen 22, 23
auf der Schwingfeder 21. Das Gerät 27 gibt der Steuerung 26 die Jeweilige Stellung
der 5¢hsSngnassen 22, 23 auf der Schwingfeder an, damit das Stellglied 24 stets
zum Einstellen der erforderlichen Resonanzfrequenz gesteuert wird.
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Der Schwingungstilger nach der Abb. 5 weist eine Schwingfeder 30 auf,
die mittels eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes 31
in den Richtungen der Doppelpfeile f, g verlagerbare SchwingmasSen 32, 33 trägt.
Das Stellglied ist mittels einer Leitung 34 mit einer elektrischen Regelung 35 verbunden.
Der Regelung ist ein Frequenzfilter 36 vorgeschaltet. An einem die Schwingfeder
30 tragenden a;agerbock 37 ist ein Schwingungsaufnehmer 38 befestigt der mittels
einer Leitung 39 mit der elektrischen Regelung 35 verbunden ist.
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Der Schwingungstilger ist mit dem Lagerbock 37 an dem Bauteil, Motor
od.dgl. befestigt, dessen Körperschall verringert werden soll. Vom Schwingungsaufnehmer
38 wird die Amplitude der Jeweiligen Erregerfrequenz des Bauteiles oder Motors der
elektrischen Regelung 35 zugeführt. Das Stellglied 31 wird sodann mittels der Regelung
solange zum Verlagern der Schwingmassen 32, 33 auf der Schwingfeder 30 betätigt,
bis die im Schwingungsaufnehmer 38 festgestellte Erregeramplitude einen Kleinstwert
aufweist. Beim Einstellen des Schwingungstilgers aüf die Jeweils kleinste Erregeramplitude
sorgt das Frequenzfilter 36 dafür, daß der elektrischen
Regelung
35 aus dem Gemisch von Frequenzen nur die zu löschende Erregerfrequenz bzw. der
entsprechende Erregerfrequenzbereich zugeführt wird.
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Das AusfUhrungsbeispiel für einen Schwingungstilger nach der Abb.
6 zeigt eine in einem Lagerbock 40 gelagerte Schwingfeder 41, die auf dieser in
den Richtungen der Doppelpfeile h, J verlagerbare Schwingmassen 42, 43 trägt. Ein
elektrisches, hydraulisches oder pneumati sches Stellglied 44 ist mittels einer
Leitung 45 mit einer elektrischen Regelung 46 verbunden. Dieser ist ein Frequenzfilter
47 vorgeschaltet. Die elektrische Regelung 46 ist außerdem mittels Leitungen 48,
49 mit einem Schwingungsaufnehmer 50 für die Erregerschwlngungen und einem Schwingungsaufnehmer
51 des Schwingungstilgers verbunden.
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Der Schwingungsaufnehmer 50 ist am Lagerbock 40 befestigt, während
der Schwingungsaufnehmer 51 von der Schwingmasse 43 getragen wird.
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Der Schwingungstilger ist mit dem Lagerbock 40 an dem Bauteil, Gehäuse,
Motor od.dgl. befestigt, dessen Körperschall verringert werden soll. Der elektrischen
Regelung 46 werden von dem Schwingungsaufnehmer 50 für die Erregerschwingungen und
von dem Schwingungsaufnehmer 51 für die Systemschwingungen die Phasenlage der Erreger-
und Systemschwingungen zugeführt. Das Stellglied 44 wird zum Verlagern der Schwingmassen
42, 43 mittels der elektrischen Regelung 46 solange betätigt, bis die Phasenlage
zwischen dem Erreger und dem Schwingungstilger einen optimalen Wert aufweist. Auch
hier wird beim Verringern des Körperschalls mittels des Frequenz filters 47 aus
dem Gemisch von Frequenzen nur die zu löschende Erregerfrequenz der elektrischen
Regelung 46 zugeführt.
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Bei dem Schwingungstilger nach der Abb. 7 ist - wie bei den vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen - eine Schwingfeder 52 mit auf dieser in den Richtungen der
Doppelpfeile k, 1 verlagerbaren Schwingmassen 53, 54 vorgesehen. Ein Stellglied
55 ist mittels einer Leitung 56 mit einer elektrischen Steuerung und Regelung 57
verbunden. Dieser ist ein Frequenzfilter 58 vorgeschaltet. Die Steuerung und Regelung
ist ferner mittels einer Leitung 59 mit einem an einem Lagerbock 60 des Schwingungstilgers
befestigten Schwingungsaufnehmer 61 verbunden. Zur Steuerung und Regelung
rührt
außerdem eine Leitung 62 eines Gerätes 63, beispielsweise eines Potentiometers,
zum Messen des Jeweiligen Abstandes der Schwingmassen 53, 54 vom Stellglied 55.
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Der Schwingungstilger ist mit dem Lagerbock 60. an dem Bauteil, Gehause,
Motor od.dgl. befestigt, dessen Körperschall verringert werden soll.
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Dabei wird vom Schwingungsaufnehmer 61 die Jeweilige Erregerfrequenz
der elektrischen Steuerung und Regelung 57 zugeführt. Diese vergleicht außerdem
die vom Gerät 63 ermittelte Abstandsangabe der Schwingmassen 53, 54 vom Stellglied
55 und betätigt das Stellglied 55 erforderlichenfalls so, daß die Schwingmassen
53, 54 zum Erzeugen der Jeweils erforderlichen Resonanzfrequenz auf der Schwingfeder
52 entsprechend verlagert werden. Es wird also zunächst mit der elektrischen Steuerung
ein Frequenzabgleich als Grobeinstellung herbeigeführt. Sodann führt die elektrische
Regelung entweder eine kleinstmögliche Amplitude der Erregerfrequenz oder die günstigste
Phasenlage herbei. Auch hier wird für die Steuerung und Regelung aus dem gewöhnlich
anfallenden Gemisch von Frequenzen mittels des Frequenzfilters 58 nur die Jeweils
zu löschende Erregerfrequenz ausgesiebt.