DE19957774C1 - Tilger - Google Patents

Abstract

Ein Tilger (1) weist ein entlang einer Hauptachse gestreckt ausgebildetes Befestigungselement (2) auf, an das über eine Federanordnung (3, 4) aus Elastomerwerkstoff (9) eine Tilgermasse (5, 6) elastisch angekoppelt ist. Die Federanordnung (3, 4) weist ihrerseits mindestens zwei Federarme (3 und 4) auf, die sich radial zu der Hauptachse (8) von dem Befestigungselement (2) weg erstrecken und deren minimale Ausdehnung parallel zu der Hauptachse (8) mindestens so groß ist wie ihre radiale Länge (31) zwischen dem Befestigungselement (2) und der Tilgermasse (5, 6). Weiterhin ist die Tilgermasse (5, 6) in mindestens zwei frei voneinander schwingende Teilmassen (5 und 6) unterteilt, wobei jede der Teilmassen (5 und 6) über mindestens einen der radialen Federarme (3 und 4) an das Befestigungselement (2) angekoppelt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tilger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bei handelt es sich um passive Schwingungsdämpfungselemente. Die Schwingungsdämpfung aufgrund des Tilgers tritt im wesentlichen im Bereich der Eigenfrequenz des Tilgers auf. In diesem Fre­ quenzbereich wird der Tilger durch Schwingungen einer Struktur, an der das Befestigungselement des Tilgers starr befestigt ist, zu Schwingungen angeregt. Die Schwingungsenergie dieser Schwin­ gungen wird der anregenden Struktur entzogen. Bei einem Tilger, bei dem die Tilgermasse über eine Federanordnung aus Elastomer­ werkstoff elastisch an das Befestigungselement angekoppelt ist, erfolgt zusätzlich eine Umwandlung von Schwingungsenergie des Tilgers in Wärme, da sich die Federanordnung aus Elastomer­ werkstoff nicht als ideale Feder verhält, sondern jeweils einen gewissen Teil ihrer Verformungsenergie in Wärme umwandelt. Ein Nachteil von einfachen Tilgern ist, daß sie nur zur Dämpfung von Schwingungen der Struktur in einem ganz bestimmten Frequenz­ bereich um die Tilgereigenfrequenz herum geeignet sind. Ent­ sprechend müssen an Strukturen, die verschiedene Resonanz­ frequenzen aufweisen, bei denen eine Schwingungsdämpfung erforderlich ist, mehrere Tilger angeordnet werden. Dabei können Probleme bezüglich eines ausreichenden Platzes für die Anordnung mehrerer Tilger auftreten. Zudem sind die Kosten für mehrere Tilger, sowohl was deren Herstellung als auch deren Anbringung an der Struktur anbelangt, zu berücksichtigen.

Ein Tilger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 26 10 212 A1 bekannt. Hier ist die Tilgermasse in einzelne Teilmassen unterteilt, die zwar über eine gemeinsame Federanordnung aus Elastomerwerkstoff an das Befestigungselement angekoppelt sind, die sich aber in der Größe und der Dicke des zwischen ihnen und dem Befestigungselement angeordneten Teils der Federanordnung unterscheiden. So weisen die einzelnen Teil­ massen bei diesem Tilger leicht unterschiedliche Eigenfrequenzen auf, und damit ist der Tilger zur passiven Schwingungsdämpfung in einem erweiterten Frequenzbereich geeignet. Nachteilig ist aber, daß dieser Frequenzbereich aufgrund der im Vergleich zu der Gesamtmasse des Tilgers relativ kleinen Teilmassen insgesamt sehr hoch liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tilger der ein­ gangs beschriebenen Art aufzuzeigen, der nicht nur zur Schwin­ gungsdämpfung in einem einzigen hohen Frequenzbereich aus ineinander übergehenden Eigenfrequenzbereichen der Teilmassen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Tilger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des neuen Tilgers sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der neue Tilger weist ein Befestigungselement, aber eine Mehr­ zahl von Teilmassen auf, die jeweils über mindestens einen radialen Federarm bestimmter Abmessungen an das Befestigungs­ element angekoppelt sind. Jede der Teilmassen bildet mit ihrem Federarm bzw. ihren Federarmen einen im physikalischen Sinne separaten Tilger aus. Das heißt, der neue Tilger hat die Wirkung von zwei oder mehr einzelnen Tilgern herkömmlicher Bauart. Dabei ist die Aufteilung der Tilgermasse in einzelne Teilmassen nur ein Schritt in Richtung auf den neuen Tilger. Es reicht auch nicht aus, noch dafür Sorge zu tragen, daß die einzelnen Teil­ massen frei voneinander schwingen können. Vielmehr ist auch die Art der Ankopplung der Teilmassen über die Federarme mit ihrer speziellen Ausbildung erforderlich, um eine Wechselwirkung der einzelnen Tilgerfunktionen des neuen Tilgers möglichst zu ver­ meiden. Nur wenn die einzelnen Teilmassen mit ihrer elastischen Ankopplung über ihre jeweiligen Federarme getrennt voneinander mit dem Befestigungselement wechselwirken, kann ein einziger neuer Tilger für die Schwingungsdämpfung in zwei oder mehr getrennten Frequenzbereichen genutzt werden. Bei der Erprobung des neuen Tilgers hat sich herausgestellt, daß dies durch die Ankopplung der Teilmassen über die Befestigungsarme an das grundsätzlich starre Befestigungselement realisiert wird. So konnte festgestellt werden, daß sowohl Schwingungen in der axialen Richtung der Hauptachse als auch in radialen Richtungen zu der Hauptachse gedämpft werden können, weil die Teilmassen des Tilgers in diesen beiden Richtungen ausgeprägte Eigen­ frequenzen aufweisen. Dabei versteht es sich, daß die radiale und die axiale Eigenfrequenz einer elastisch angekoppelten Teilmasse nicht wie die Eigenfrequenzen der einzelnen Teilmassen unabhängig voneinander sind, sondern in Wechselwirkung stehen. Es ist aber realistisch eine der Teilmassen bezüglich einer axialen Schwingungsrichtung und eine andere der Teilmassen unabhängig davon bezüglich einer radialen Schwingungsrichtung abzustimmen.

Durch die Ankopplung der Teilmassen über mindestens zwei Federarme an das Befestigungselement, wobei die Federarme in tangentialer Richtung zu der Hauptachse untereinander beabstan­ det sind, wird auch bei in tangentialer Richtung dünneren Federarmen zuverlässig dafür Sorge getragen, daß diese nicht durchzuknicken drohen.

Dies ist bei einer bevorzugten Ausbildung der Federarme, bei der die minimale Ausdehnung jedes Federarms parallel zu der Haupt­ achse zwei- bis dreimal so groß ist wie seine radiale Länge zwischen dem Befestigungselement und der jeweiligen Teilmasse, besonders wichtig. Weil dies bedeutet, daß die Federarme im wesentlichen die Form von Querrippen zwischen dem Befestigungs­ element und der jeweiligen Teilmasse haben.

Um bei dem neuen Tilger über die Teilmassen unterschiedliche Tilgereigenfrequenzen einzustellen, können die Teilmassen unterschiedlich groß gewählt werden.

Als konkrete Form für die Teilmassen erweist sich beispielsweise die Form von Hohlzylindersegmenten als besonders geeignet, insbesondere wenn deren Zylinderachsen mit der Hauptachse des Befestigungselements zusammenfallen. Dabei können die Innen­ radien und/oder die Außenradien der Hohlzylindersegmente identisch sein. Insgesamt ergibt sich damit eine quasi koaxiale Anordnung der gesamten Tilgermasse um das Befestigungselement.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Hohlzylindersegmente in tangentialer Richtung um die Hauptachse und in axialer Richtung dazu dieselbe Erstreckung aufweisen sowie in tangentialer Rich­ tung nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich, auch bei unterschiedlich großen Teilmassen, ein sehr symmetrischer Aufbau des neuen Tilgers, der für ein gleichermaßen gutes Ansprechen bei allen Tilgereigenfrequenzen Rechnung trägt.

Grundsätzlich können die Teilmassen in Bezug auf die Hauptachse in tangentialer und/oder in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sein. Für eine einfache, kostengünstige Herstellung des neuen Tilgers ist es aber günstig, wenn eine Unterteilung der Teilmassen nur in tangentialer Richtung vorgenommen ist. In diesem Fall kann der Tilger in einer einfachen Form mit nur einer Unterform und einer Oberform hergestellt werden. Bei einer axialen Unterteilung der Tilgermasse in die Teilmassen muß ange­ sichts der radialen und axialen Ausrichtung der Federarme eine mindestens dreiteilige Form verwendet werden, in der der Elasto­ merwerkstoff an das Befestigungselement und die Teilmasse ange­ spritzt und anschließend bis zu einem bestimmten Grad ausvulka­ nisiert wird.

Unterschiedliche Tilgereigenfrequenzen bezüglich der einzelnen Teilmassen können nicht nur durch unterschiedlich große Teil­ massen, sondern auch dadurch erreicht werden, daß die Federarme unterschiedliche Querschnitte aufweisen und/oder aus Elastomer­ werkstoff mit unterschiedlichen Shorehärten ausgebildet sind. Dabei bedeutet Elastomerwerkstoff mit unterschiedlichen Shore­ härten nicht zwingend, daß die Zusammensetzung des Elastomer­ werkstoffs im Bereich der einzelnen Federarme unterschiedlich ist. Es reicht beispielsweise auch ein unterschiedlicher Vulkanisierungsgrad aus.

Das Befestigungselement ist vorzugsweise eine Hülse zur Aufnahme einer Befestigungsschraube oder eine an einem Ende mit einem Gewinde versehene Stange, die dann direkt in eine Gewindebohrung einer Struktur einschraubbar ist, deren Schwingungen gedämpft werden sollen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine axiale Draufsicht auf den neuen Tilger in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Tilger gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine axiale Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des neuen Tilgers und

Fig. 4 eine radiale Seitenansicht einer dritten Ausführungs­ form des neuen Tilgers.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Tilger 1, wobei der Längs­ schnitt gemäß Fig. 2 durch eine Schnittlinie II-II in Fig. 1 angedeutet ist, weist ein Befestigungselement 2, eine Feder­ anordnung 3, 4 und eine Tilgermasse 5, 6 auf. Das Befestigungs­ element 2 wird hier von einer Hülse 7, genauer gesagt eine Rundhülse, ausgebildet und weist eine Hauptachse 8 auf. Bezogen auf diese Hauptachse 8 erstrecken sich Federarme 3 und 4 der aus Elastomerwerkstoff ausgebildeten Federanordnung 3, 4 in radialer Richtung von dem Befestigungselement 2 zu der Tilgermasse 5, 6. Dabei ist die Tilgermasse 5, 6 in zwei Teilmassen 5 und 6 aufge­ teilt, die jeweils durch zwei Federarme 3 bzw. 4 elastisch an das Befestigungselement 2 angekoppelt sind. Die Federarme 3 und 4 weisen ihre maximale Ausdehnung parallel zu der Hauptachse 8 des Befestigungselements 2 auf. In dieser Richtung beträgt ihre minimale Ausdehnung 30 etwa das 2,5-fache ihrer radialen Länge 31, d. h. des radialen Abstands zwischen dem Befestigungselement 2 und der Tilgermasse 5, 6. Der Elastomerwerkstoff 9, aus dem die Federanordnung 3, 4 ausgebildet ist, erstreckt sich als Korro­ sionsschutzüberzug auch über die Teilmassen 5 und 6 hinweg und bis in die Endbereiche der Hülse 7 hinein. Die Teilmassen 5 und 6 sind unterschiedlich groß, wobei die Teilmasse 6 etwa doppelt so groß ist wie die Teilmasse 5. Dabei werden beide Teilmassen 5 und 6 von Hohlzylindersegmenten 10, 11 gebildet, deren Zylin­ derachsen mit der Hauptachse 8 zusammenfallen. Weiterhin sind Innenradien 12 und 13 der beiden Hohlzylindersegmente 10 und 11 identisch, während sich ihre Außenradien 14, 15 unterscheiden. Demgegenüber stimmen ihre Ausdehnungen 16 und 17 in tangentialer Richtung um die Hauptachse 8 wieder überein. So ergibt sich insgesamt ein relativ symmetrischer Aufbau des Tilgers 1 mit den beiden Teilmassen 5 und 6 um die Hauptachse 8. So wird auch beobachtet, daß der jeweils durch eine Teilmasse 5 bzw. 6 und ihre elastische Ankopplung an das Befestigungselement 2 defi­ nierte physikalische Tilger in gleichem Maße wie der jeweils andere physikalische Tilger und unabhängig von dem jeweils anderen physikalischen Tilger auf Schwingungen einer Struktur anspricht, an der der Tilger 1 über das Befestigungselement 2 starr befestigt ist. Dabei weist jede Teilmasse eine ausgeprägte Tilgereigenfrequenz sowohl in axialer Richtung gemäß den Pfeilen 18 als auch in radialer Richtung gemäß den Pfeilen 19 auf. Damit ist der neue Tilger 1 zur Schwingungsdämpfung der Struktur in zwei voneinander unabhängigen Frequenzbereichen, die jeweils einer Teilmasse 5 oder 6 zugeordnet sind, aber auch in zwei unabhängigen Schwingungsrichtungen geeignet. Es versteht sich, daß der hier tangentiale Abstand 20 zwischen den Teilmassen so groß sein muß, daß die Teilmassen 5 und 6 in allen Betriebs­ zuständen des Tilgers 1 frei voneinander schwingen können, damit keine gegenseitigen Störungen der beiden durch die Teilmassen 5 und 6 gebildeten physikalischen Tilger auftreten.

Der in Fig. 3 dargestellte Tilger 1 unterscheidet sich von demjenigen gemäß den Fig. 1 und 2 zum einen dadurch, daß das Befestigungselement 2 hier keine Hülse, sondern eine Stange 21 ist, die an ihrem dem Betrachter zugewandten freien Ende ein Gewinde 22 aufweist, mit dem sie direkt an eine Struktur anschraubbar ist, bis sie an der Struktur über einen Bund 23 aufsitzt. Weiterhin ist gemäß Fig. 3 die eine Teilmasse 5 nur über einen Federarm 3 an das Befestigungselement 2 angekoppelt, während die andere Teilmasse 6 über insgesamt drei Federarme 4 an das Befestigungselement 2 angekoppelt ist. Dies korrespon­ diert damit, daß die tangentiale Ausdehnung 16 der Teilmasse 5 hier deutlich kleiner ist als die tangentiale Ausdehnung 17 der Teilmasse 6. Die Innenradien 12 und 13 sowie die Außenradien 14 und 15 der beiden Teilmassen 5 und 6 sind hier jeweils gleich groß. Der Federarm 3 zwischen dem Befestigungselement 2 und der Teilmasse 5 ist hier dicker gehalten als die drei Federarme 4 zwischen dem Befestigungselement 2 und der Teilmasse 6. Eine weitere Variationsmöglichkeit der jeweiligen Ankopplung an das Befestigungselement 2 ist durch die Shorehärte des Elastomer­ werkstoffs 9 im Bereich der jeweiligen Federarme 3, 4 gegeben. Trotz dieser Unterschiede funktioniert der Tilger 1 gemäß Fig. 3 im wesentlichen identisch zu demjenigen gemäß den Fig. 1 und 2; allerdings besteht eine erhöhte Gefahr, daß es zu einer unerwünschten Drehschwingung der Masse 5 unter Abknicken des zugehörigen Federarms 3 kommt.

Fig. 4 skizziert einen Tilger 1, der im oberen Bereich gemäß den Fig. 1 und 2, d. h. mit zwei Teilmassen 5 und 6, ausgebildet ist, die in tangentialer Richtung um die Hauptachse 8 hinterein­ ander bzw. nebeneinander angeordnet sind. In axialer Richtung der Hauptachse 8 befindet sich eine weitere Teilmasse 24 neben den Teilmassen 5 und 6, die ebenfalls durch hier nicht sichtbare Federarme an das Befestigungselement 2 angekoppelt ist und hier von einem ringförmig um die Hauptachse 8 geschlossenen Hohl­ zylinderabschnitt 25 ausgebildet wird. Hierdurch wird ein zusätzlicher physikalischer Tilger ausgebildet, der ebenfalls in der Richtung des Pfeile 18 und 19 jeweils eine nutzbare Tilger­ eigenfrequenz aufweist. Außerdem ist in Fig. 4 angedeutet, wie mit einer Befestigungsschraube 27, die durch die Befestigungs­ hülse 7 hindurch in eine Gewindebohrung 28 einer Struktur 29 eingreift, nicht nur der Tilger 1 selbst, sondern auch eine Schutzhaube 26 an der Struktur befestigbar ist. Dabei dient die Schutzhaube 26 dazu, die Teilmassen 5, 6 und 24 in dem Fall aufzufangen, daß ihre Federarme zerstört werden oder sie sich sonstwie von dem Befestigungselement 2 loslösen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Tilger

2

Befestigungselement

3

Federarme

4

Federarme

3

,

4

Federanordnung

5

Teilmasse

6

Teilmasse

5

,

6

Tilgermasse

7

Hülse

8

Hauptachse

9

Elastomerwerkstoff

10

Hohlzylindersegment

11

Hohlzylindersegment

12

Innenradius

13

Innenradius

14

Außenradius

15

Außenradius

16

Ausdehnung

17

Ausdehnung

18

Pfeil

19

Pfeil

20

Abstand

21

Stange

22

Gewinde

23

Bund

24

Teilmasse

25

Hohlzylinderabschnitt

26

Schutzhaube

27

Befestigungsschraube

28

Gewindebohrung

29

Struktur

30

Ausdehnung

31

Länge

Claims (10)

1. Tilger mit einem entlang einer Hauptachse gestreckt ausge­ bildeten Befestigungselement, an das über eine Federanordnung aus Elastomerwerkstoff eine in mindestens zwei frei voneinander schwingende Teilmassen unterteilte Tilgermasse elastisch ange­ koppelt ist, wobei die minimale Ausdehnung der Federanordnung parallel zu der Hauptachse mindestens so groß ist wie ihre radiale Länge zwischen dem Befestigungselement und der Tilger­ masse, dadurch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (3, 4) in einzelne Federarme (3 und 4) unterteilt ist, die sich radial zu der Hauptachse (8) von dem Befestigungselement (2) weg er­ strecken, und daß jede der Teilmassen (5 und 6) getrennt von den anderen über mindestens einen der radialen Federarme (3 oder 4) an das Befestigungselement (2) angekoppelt ist, wobei mindestens eine der Teilmassen (5 oder 6) über mindestens zwei Federarme (3 bzw. 4) an das Befestigungselement (2) angekoppelt ist, wobei die mindestens zwei Federarme (3 bzw. 4) in tangentialer Richtung zu der Hauptachse (8) untereinander beabstandet sind.

2. Tilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die minimale Ausdehnung (30) mindestens eines Federarms (3 oder 4) parallel zu der Hauptachse (8) zwei- bis dreimal so groß ist wie seine radiale Länge (31) zwischen dem Befestigungselement (2) und der jeweiligen Teilmasse (5 bzw. 6).

3. Tilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teilmassen (5 oder 6) über mindestens zwei Federarme (3 bzw. 4) an das Befestigungselement (2) angekoppelt sind.

4. Tilger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei der Teilmassen (5 und 6) unter­ schiedlich groß sind.

5. Tilger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine der Teilmassen (5 oder 6) von einem Hohlzylindersegment (10 bzw. 11) ausgebildet wird, dessen Zylinderachse mit der Hauptachse (8) zusammenfällt.

6. Tilger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenradien (12 und 13) und/oder die Außenradien (14 und 15) von mindestens zwei der Hohlzylindersegmente (10 und 11) identisch sind.

7. Tilger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens zwei der Hohlzylindersegmente (10 und 11) in tangentialer Richtung um die Hauptachse (8) und in axialer Richtung dazu dieselbe Erstreckung aufweisen sowie in tangentialer Richtung nebeneinander angeordnet sind.

8. Tilger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Teilmassen (5, 6, 24) in Bezug auf die Haupt­ achse (8) in tangentialer und/oder in axialer Richtung neben­ einander angeordnet sind.

9. Tilger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mindestens zwei der Federarme (3 und 4) unter­ schiedliche Querschnitte aufweisen und/oder aus Elastomerwerk­ stoff (9) mit unterschiedlichen Shorehärten ausgebildet sind.

10. Tilger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Befestigungselement (2) eine Hülse (7) zur Aufnahme einer Befestigungsschraube (27) oder eine an einem Ende mit einem Gewinde (22) versehene Stange (21) ist.