DE3615070A1 - Schwingungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwingungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen allgemein bekannten Schwingungssystemen wird die Dämpfung entweder in den Federn selbst durch eine spezielle Werkstoffauswahl der Federn oder durch zu den Federn parallel angeordnete hydraulische Dämpfer erreicht. Diese Dämpfeinrichtungen haben Nachteile hin­ sichtlich Standzeit, Temperaturabhängigkeit und Aufwand. Insbesondere besteht bei derart gedämpften Schwingungssystemen der funktionale Nachteil, daß im überkritischen Frequenz­ bereich die Übertragungssteifigkeit gegenüber nicht oder schwach gedämpften Schwingungssystemen stark er­ höht ist, wodurch die Übertragung von Körperschall be­ günstigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwingungs­ system mit einer Dämpfeinrichtung anzugeben, das bei guten Dämpfwirkungen im Eigenfrequenzbereich keine oder eine nur gering erhöhte Steifigkeit gegenüber einem schwach gedämpften Schwingungssystem im überkritischen Frequenzbereich aufweist.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungssystem schwingt die Zwischenmasse im Eigenfrequenzbereich mit verhältnismäßig großen Amplituden und damit großen Beschleunigungen, die größer sein können als die Erdbeschleunigung. Dadurch werden die Schüttgutteile zu Relativbewegungen zueinander und gegenüber der Wand des Hohlkörpers angeregt, die Reibung der Schüttgutteile untereinander sowie mit der Wand und damit eine Umwandlung von Bewegungs- in Reibungsenergie bewirken. In diesem Frequenzbereich wird also eine gute Dämpfung erreicht. Dagegen schwingt die Zwischenmasse im überkritischen Frequenzbereich, also bei höheren Frequenzen als im Eigenfrequenzbereich, mit nur kleinen Amplituden, die der Zwischenmasse Beschleunigungen kleiner als die Endbeschleunigung aufprägen, so daß sich die Zwischenmasse einschließlich dem Schüttgut wie ein fester Körper verhält und keine Dämpfwirkung erzeugt. Damit weist das erfindungsgemäße Schwingungssystem im überkritischen Frequenzbereich eine ähnlich niedrige Übertragungs­ steifigkeit wie ein entsprechendes Schwingungssystem ohne Dämpfeinrichtung auf, wodurch die Übertragung von Körper­ schall wirksam verhindert wird. Darüber hinaus weist das erfindungsgemäße Schwingungssystem die Vorteile auf, daß für die Dämpfeinrichtung kein zusätzlicher Bedarf an Masse entsteht, daß einfachste Bauformen verwandt werden können, daß hohe Standzeiten erreicht werden und daß die Dämpf­ funktion temperaturunabhängig ist.

Aus der DE-OS 23 13 483 und der DE-OS 25 33 088 sind bereits Stoßdämpfer oder Stoßfänger bekannt, bei denen rieselfähige Körper oder Mahlkörper verwendet werden. Diese können jedoch keine Schwingungen, sondern nur stoßartige Bewegungen dämpfen, indem die rieselfähigen Körper oder Mahlkörper über nachgiebige Wände, beispiels­ weise einen Kolben oder eine Gummiwand, verdrängt werden und dabei Bewegungsenergie durch Reibung und Zerstörung der Mahlkörper in Wärme wandeln. Ein von Schwingungs­ frequenzen abhängiges Verhalten ist bei diesen Stoßdämpfern und Stoßfängern nicht gegeben.

Im Patentanspruch 2 ist eine zweckmäßige Form des Schütt­ gutes angegeben.

Die im Patentanspruch 3 angegebene Art des Schüttgutes gewährleistet eine große Masse der Zwischenmasse bei kleinem Bauvolumen sowie eine gute Abfuhr der Reibungs­ wärme.

Die Ausbildung nach dem Patentanspruch 4 gewährleistet einen ausreichenden Freiraum für die Bewegungen des Schütt­ gutes im Hohlkörper bei einer möglichst großen Masse des Schüttgutes.

Mit der Ausbildung nach dem Patentanspruch 5 wird die Reibung zwischen dem Schüttgut und den Wänden des Hohl­ körpers erhöht und damit die Dämpfwirkung vergrößert.

Bei dem nach dem Patentanspruch 6 ausgebildeten Schwingungs­ system erhält das Schüttgut auch Bewegungskomponenten senkrecht zur Hauptschwingungsrichtung der Zwischenmasse, wodurch der Reibkontakt zwischen den Schüttgutteilen weiter gesteigert wird.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Schwingungssystem anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Aus­ führungsbeispiele näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Schwingungs­ systems mit einer Zwischenmasse,

Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Zwischen­ masse und

Fig. 6 die Übertragungssteifigkeit verschiedener Schwingungssysteme in Abhängigkeit von der Frequenz.

Das erfindungsgemäße Schwingungssystem der Fig. 1 besteht im wesentlichen aus zwei hintereinander geschalteten Federn 1, 2 und einer dazwischen angeordneten Zwischenmasse 3. Dem Schwingungssystem können von einem schwingenden Körper 4, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, der am von der Zwischenmasse 3 abgewandten Ende 5 der Feder 1 angreift, Schwingungen mit der Auslenkung x an diesem Ende 5 auf­ geprägt werden, die zu einer Kraft F am der Zwischenmasse 3 abgewandten Ende 6 der zweiten Feder 2 führen, das an einen mit einer unendlich großen Masse gedachten Körper 7, beispielsweise einem Fahrzeugfahrgestell, angeschlossen ist. Das Verhältnis F/x wird als Übertragungssteifigkeit des Schwingungssystems bezeichnet.

Die Zwischenmasse 3 ist als Hohlkörper 8 ausgeführt, dessen Hohlraum teilweise, vorzugsweise im Bereich von 80%, mit einem Schüttgut 9 gefüllt ist, so daß oberhalb des Schüttgutes 9 ein Freiraum 10 frei bleibt. Die Schütt­ gutteile können ein Granulat oder Kugeln aus einem Material von vorzugsweise großer spezifischer Masse wie Blei oder Stahl sein. Der Hohlkörper 8 kann, wie in den Fig. 2 bis 5 dargestellt, verschiedene Formen annehmen. So stellt die Kugel der Fig. 2 eine einfache Form dar. Die Rotationsform der Fig. 3 weist schräge, gegenüber der Hauptschwingungsrichtung der Zwischenmasse 3 geneigte Wände auf, die den Schüttgutteilen bei einer Bewegung innerhalb des Hohlkörpers 8 auch Bewegungen senkrecht zur Hauptschwingungsrichtung aufzwingen und damit die Reib­ leistung zwischen den Schüttgutteilen sowie zwischen diesen und den Wänden vergrößern. Die Reibleistung kann weiter vergrößert werden, wenn, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt, der Hohlraum durch eine Zwischenwand 11 in mehrere Kammern unterteilt ist. Bei dem rotations­ symmetrischen Hohlkörper 8 der Fig. 4 ist die Wand 11 als Kegel ausgebildet, bei dem quaderförmigen Hohlkörper der Fig. 5 als diagonal eingesetztes Rechteckblech. Die Schrägstellung auch dieser Wände 11 dient der Vergrößerung der Reibleistung.

In Fig. 6 ist für verschiedene Schwingungssysteme die Übertragungssteifigkeit F/x über der Frequenz f dar­ gestellt. Die strichpunktierte Linie stellt die Über­ tragungssteifigkeit eines praktisch ungedämpften Schwingungssystems mit zwei hintereinander geschalteten Federn und einer dazwischen angeordneten in sich starren Zwischenmasse dar. Die Übertragungssteifigkeit erreicht im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz E sehr hohe Werte, es werden also erhebliche Kräfte auf den Körper 7 (Fig. 1) übertragen. Dagegen fällt die Übertragungssteifigkeit im überkritischen, also höherfrequenten Bereich sehr stark ab, so daß die Gefahr der Übertragung von Körperschall gering ist. Die gestrichelte Linie stellt die Übertragungs­ steifigkeit des obigen Schwingungssystems mit einer zu­ sätzlichen herkömmlichen Dämpfung durch hydraulische Dämpfer oder dämpfende Gummifedern dar. Die Übertragungssteifigkeit ist gegenüber derjenigen des ungedämpften Schwingungs­ systems im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz E erheblich gesenkt, dagegen im überkritischen Bereich deutlich an­ gehoben, so daß Körperschall leicht übertragen werden kann. Die durchgezogene Linie stellt die Übertragungssteifigkeit des erfindungsgemäßen Schwingungssystems dar. Im Bereich der Eigenschwingungsfrequenz E ist die Übertragungs­ steifigkeit ähnlich gering wie bei einem auf herkömmliche Weise gut gedämpften Schwingungssystem, da die hier auf­ tretenden hochamplitudigen Schwingungen der Zwischenmasse mit Beschleunigungen größer als der Erdbeschleunigung die Schüttgutteile in der Zwischenmasse zu Bewegungen anregen, die eine starke Dämpfung bewirken. Dagegen ver­ hält sich im überkritischen Frequenzbereich die Zwischen­ masse einschließlich des Schüttgutes wie ein insgesamt starrer Körper, da hier die Zwischenmasse nur Be­ schleunigungen unterhalb der Erdbeschleunigung ausführt, die die Schüttgutteile nicht zu Bewegungen untereinander oder gegenüber den Wänden der Zwischenmasse anregen können. Das erfindungsgemäße Schwingungssystem verhält sich also in diesem überkritischen Frequenzbereich wie ein ungedämpftes Schwingungssystem, bei dem die Gefahr der Übertragung von Körperschall gering ist.

Claims (6)

1. Schwingungssystem mit zwei hintereinander geschalteten Federn, mit einer zwischen den Federn angeordneten Zwischen­ masse und mit einer im Schwingungssystem angeordneten Dämpfeinrichtung zur frequenzabhängigen Dämpfung von Schwingungen im Schwingungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenmasse (3) als mit einem Schüttgut (9) teilweise gefüllter Hohlkörper (8) ausgebildet ist.

2. Schwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (9) aus Granulat oder Kugeln besteht.

3. Schwingungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (9) aus einem Material hoher spezifischer Masse wie Blei oder Stahl besteht.

4. Schwingungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (9) den Hohlkörpern (8) zu etwa 50 bis 97%, vorzugsweise zu etwa 80% ausfüllt.

5. Schwingungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum des Hohlkörpers (8) durch mindestens eine Zwischenwand (11) in mehrere Kammern unterteilt ist.

6. Schwingungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände oder Zwischenwände (11) des Hohl­ körpers (8) gegenüber der Hauptschwingungsrichtung der Zwischenmasse (3) geneigt sind.