DE102013101544A1

DE102013101544A1 - Adaptiver Schwingungstilger mit einer über Biegebalken an einer Basis gelagerten ringförmigen Tilgermasse

Info

Publication number: DE102013101544A1
Application number: DE201310101544
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr. Elmar Breitbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: DE102013101544B4

Abstract

Bei einem Schwingungstilger (1) zur Dämpfung von Schwingungen (4) eines eine ausgezeichnete Achse (3) aufweisenden Objekts (2) mit einer an dem Objekt (2) festzulegenden Basis (7), einer koaxial zu der Achse (3) ausgerichteten ringförmigen Tilgermasse 8 und die Tilgermasse (8) elastisch an der Basis (7) abstützenden Biegebalken (9), wobei Enden der Biegebalken (9) in ihren Abstützpunkten (10, 11) an der Basis (7) und/oder an der Tilgermasse (8) unter radialer Ausrichtung zu der Achse (3) eingespannt sind und wobei sich die Biegebalken (9) in einer Ausgangslage der Tilgermasse (8) zwischen ihren Abstützpunkten (10, 11) radial zu der Achse (3) erstrecken, ist die Tilgermasse (8) in radialer Richtung zu der Achse (3) durch die Biegebalken (9) an der Basis (7) geführt und sind an der Basis (7) und/oder der Tilgermasse (8) Beaufschlagungsmittel (13) vorgesehen, mit denen zumindest mehrere der Biegebalken (9) in radialer Richtung zu der Achse (3) zwischen der Basis (7) und der Tilgermasse (8) mit einer variablen Druckkraft beaufschlagbar sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungstilger zur Dämpfung von Schwingungen eines eine ausgezeichnete Achse aufweisenden Objekts mit einer an dem Objekt festzulegenden Basis, einer koaxial zu der Achse auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse und die Tilgermasse elastisch an der Basis abstützenden Biegebalken, wobei Enden der Biegebalken in ihren Abstützpunkten an der Basis und/oder an der Tilgermasse unter radialer Ausrichtung zu der Achse eingespannt sind und wobei sich die Biegebalken in einer Ausgangslage der Tilgermasse radial zu der Achse zwischen ihren Abstützpunkten erstrecken.
Ein solcher Schwingungstilger kann insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen des Objekts um die ausgezeichnete Achse vorgesehen sein. Je nach seiner Detailausgestaltung ist er aber auch zur Dämpfung von Schwingungen des Objekts in Richtung der Achse oder von Kippschwingungen gegenüber der ausgezeichneten Achse geeignet. Dabei können dieses Schwingungen jeweils einer Drehbewegung des Objekts um die ausgezeichnete Achse überlagert sein. Diese Drehbewegungen um die ausgezeichnete Achse werden dabei auch von dem Schwingungstilger vollführt.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 199 07 216 C1 ist ein Drehschwingungstilger mit den Merkmalen der eingangs beschriebenen Art bekannt, die dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 entspricht. Eine ringförmige Tilgermasse ist in radialer Richtung zu einer Drehachse über Lagerschalen an einer Basis geführt. In Umfangsrichtung um die Drehachse ist die Tilgermasse durch zwei in einander entgegen gesetzten radialen Richtungen verlaufende Blattfedern an der Basis abgestützt, wobei die beiden Blattfedern in einer Ausgangslage der Tilgermasse unbelastet sind und in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die radial außen liegenden Enden der Blattfedern sind starr an der Tilgermasse eingespannt, während die radial innen liegenden effektiv wirksamen Enden der Blattfedern in Gleitsteinen geführt sind, die in Linearführungen gegenüber der Basis in radialer Richtung zu der Drehachse verschieblich sind. Durch die aufgrund der Drehbewegung um die Drehachse auf die Gleitsteine einwirkende Zentrifugalkraft bewegen sich die Gleitsteine nach außen und verkürzen dabei die effektive Länge der Blattfedern zwischen den Gleitsteinen und der Tilgermasse. Dabei werden die Gleitsteine radial nach innen durch eine Rückstellfeder beaufschlagt, deren Steifigkeit die radiale Lage der Gleitsteine bei einer bestimmten Drehzahl um die Drehachse bestimmt und damit die bei dieser Drehzahl wirksame Länge der Blattfedern. Aufgrund der elastischen Abstützung der Tilgermasse durch die Blattfedern wird so auch die Eigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers bei der Drehzahl festgelegt. Auf diese Weise steigt die Tilgereigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers mit der Drehzahl um die Drehachse an. Es ist jedoch mit erheblichem Abstimmungsaufwand verbunden, diesen Anstieg beispielsweise so zu realisieren, dass die Tilgereigenfrequenz proportional zu der Drehzahl verläuft. Bei kleinen Drehzahlen ist dies grundsätzlich unmöglich, weil die Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers aufgrund der Abstützung der Tilgermasse über die Blattfedern nicht beliebig klein werden kann. Zur Begrenzung der Amplitude von Drehschwingungen der Tigermasse des bekannten Drehschwingungstilgers gegenüber der Basis sind dazwischen wirksame Anschläge vorgesehen.
Aus der DE 10 2009 029 072 B3 ist ein Drehschwingungstilger für einer Drehbewegung um eine Drehachse überlagerte Drehschwingungen bekannt, bei dem mehrere Tilgermassen einzeln über jeweils eine Blattfeder an einer Basis gelagert sind. Die Blattfeder erstreckt sich in ihrem entspannten Zustand in einer radial zu der Drehachse verlaufenden Ebene, wobei ihre Haupterstreckungsrichtung normal zu der Drehachse ausgerichtet ist. Das näher an der Drehachse liegende Ende der Blattfeder ist starr an der Basis eingespannt, und die zugehörige Tilgermasse ist an dem anderen Ende der Blattfeder befestigt und weist dort ihren Masseschwerpunkt auf. Durch die Einwirkungen des Zentrifugalfelds auf die Tilgermasse bildet jede Tilgermasse mit ihrer Blattfeder ein Fliehkraftpendel aus, bei dem die Lage der Tilgermasse gegenüber der Basis bei kleinen Drehzahlen ohne größere Fliehkräfte durch die Blattfeder definiert ist. Bei diesen kleinen Drehzahlen macht sich jedoch die Steifigkeit der Blattfeder auch insoweit bemerkbar, als dass die proportional mit der Drehzahl ansteigende Tilgereigenfrequenz eines Fliehkraftpendels bei kleinen Drehzahlen nicht erreicht wird. Hier bleibt die tatsächliche Tilgereigenfrequenz des bekannten Drehschwingungstilgers größer. Um die Proportionalität der Tilgereigenfrequenz und der Drehzahl auch bei kleineren Drehzahlen zu realisieren, werden daher Einrichtungen zur Reduzierung der Quersteifigkeit der Blattfeder vorgeschlagen. Diese beaufschlagen die Blattfeder mit einer zwischen ihren Enden wirkenden Druckkraft. Diese Druckkraft kann mit zunehmender Drehzahl der Drehbewegung um die Drehachse abnehmen. Konkret sollen die Einrichtungen, die die Blattfeder mit der zwischen ihren Enden wirkenden, mit zunehmender Drehzahl der Drehbewegung um die Drehachse abnehmenden Druckkraft beaufschlagen, ein von der Drehachse beabstandetes Masseelement aufweisen, wobei die Zentrifugalkraft auf das mit der Drehbewegung um die Drehachse umlaufende Masseelement der Druckkraft entgegenwirkt. Die Druckkraft kann dabei beispielsweise durch eine metallische Feder aufgebracht werden, die zwischen den Enden der Blattfeder auf Zug beansprucht ist. Auf diese Feder wirken selbst Zentrifugalkräfte ein, welche ihren Beitrag zur Quersteifigkeit der Blattfeder reduzieren. Statt einer solchen Zugfeder kann auch ein anderes Zugelement vorgesehen sein, um die Druckkraft zwischen den Enden der Blattfeder aufzubringen. Insbesondere soll das Zugelement so ausgebildet bzw. angehängt sein, dass es die Querauslenkung der Blattfeder nicht behindert. Die Bestandteile von Drehschwingungstilgern sind bei hohen Drehzahlen extremen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Diese müssen bei dem bekannten Drehschwingungstilger an jedem der Punkte abgestützt werden, über die sich eine der Tilgermassen an der Basis abstützt.
AUFGABE DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, der einerseits zum Dämpfen von Schwingungen niedriger Frequenz, aber andererseits auch für hohe Drehzahlen um die Achse geeignet ist.
LÖSUNG
Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Schwingungstilger mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bei einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger zur Dämpfung von Schwingungen eines eine ausgezeichnete Achse aufweisenden Objekts mit einer an dem Objekt festzulegenden Basis, einer koaxial zu der Achse auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse und die Tilgermasse elastisch an der Basis abstützenden Biegebalken, wobei Enden der Biegebalken an ihren Abstützpunkten an der Basis und/oder an der Tilgermasse unter radialer Ausrichtung zu der Achse eingespannt sind und wobei sich die Biegebalken in einer Ausgangslage der Tilgermasse zwischen ihren Abstützpunkten radial zu der Achse erstrecken, ist die Tilgermasse in radialer Richtung zu der Achse durch die Biegebalken an der Basis geführt und sind an der Basis und/oder der Tilgermasse Beaufschlagungsmittel vorgesehen, mit denen zumindest mehrere der Biegebalken in radialer Richtung zu der Achse zwischen der Basis und der Tilgermasse mit einer variablen Druckkraft beaufschlagbar sind.
Die geforderte koaxiale Ausrichtung der ringförmigen Tilgermasse zu der ausgezeichneten Achse des Objekts wird typischerweise mit der Festlegung der Basis an dem Objekt erreicht. Das heißt, die Basis ist vorzugsweise so auszubilden, dass ihr Festlegen an dem Objekt automatisch zu der koaxialen Ausrichtung der Tilgermasse führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger stützt die ringförmige Tilgermasse die auf sie einwirkenden Fliehkräfte dadurch ab, dass die Fliehkräfte ebenso wie die Tilgermasse selbst um die Achse herum in alle Richtungen gleich verteilt sind. Das heißt, der erfindungsgemäße Schwingungstilger basiert nicht auf dem Prinzip eines Fliehkraftpendelns.
Die ringförmig geschlossene Tilgermasse wird bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger genutzt, die Druckkraft abzustützen, mit der nicht notwendigerweise alle aber doch mehrere der Biegebalken in radialer Richtung zu der Achse zwischen der Basis und der Tilgermasse beaufschlagbar sind. Diese Druckkraft reduziert einerseits die Quersteifigkeit der Biegebalken und erlaubt es damit, sehr niedrige Tilgereigenfrequenzen mit dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger zu erreichen. Die Druckkraft versteift aber auch die radiale Führung der Tilgermasse über die Biegebalken an der Basis. Letzterer Effekt kann insbesondere bei hohen Drehzahlen um die Achse genutzt werden, um Unwuchten der Tilgermasse zu vermeiden.
Die Beaufschlagungsmittel des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers können Federelemente aufweisen, die die Biegebalken mit einer elastischen radialen Druckvorspannung beaufschlagen. Diese Druckvorspannung wird von den Federelementen zwar nicht vollständig, aber doch zumindest teilweise über Biegeverformungen der Biegebalken hinweg aufrechterhalten, die mit Auslenkungen der Tilgermasse aus ihrer Ausgangslage einhergehen. Durch die koaxiale Anordnung der Tilgermasse zu der Achse und auch der Basis vergrößert sich der Abstand der Abstützpunkte der Biegebalken an der Basis und der Tilgermasse bei diesen Auslenkungen. Die Biegebalken werden daher ab einer gewissen Amplitude der Auslenkungen auf Zug beansprucht. Gegenüber dieser Zugbeanspruchung weisen die Biegebalken in der Regel eine hohe Steifigkeit auf. Diese kann bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger gezielt zur Begrenzung der Schwingungsamplitude der Tilgermasse gegenüber der Basis genutzt werden. Zusätzliche Anschläge zwischen der Tilgermasse und der Basis müssen hierfür nicht vorgesehen werden.
Wenn die Beaufschlagungsmittel des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers an einem Hauptkörper der Tilgermasse geführte Fliehmassen aufweisen, die mit ihrer Zentrifugalkraft in einem Zentrifugalfeld um die Achse die radiale Druckvorspannung reduzieren, wird bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger, auch wenn er nicht als Fliehkraftpendel arbeitet, eine mit einer Drehzahl um die Achse ansteigende Tilgereigenfrequenz erreicht.
Die Beaufschlagungsmittel des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers können insbesondere auf Lager für Enden der Biegebalken einwirken, die an einem Hauptkörper der Tilgermasse in radialer Richtung zu der Achse linear geführt sind. In den Lagern selbst kann das jeweilige Ende des Biegebalkens starr eingespannt oder auch gelenkig abgestützt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger sind typischerweise alle Biegebalken drehsymmetrisch um die Achse angeordnet. Insbesondere werden mit den Beaufschlagungsmitteln solche Biegebalken mit der variablen Druckkraft beaufschlagt, die auch dann, wenn es sich nur um eine Teilmenge aller Biegebalken handelt, ebenfalls drehsymmetrisch um die Achse angeordnet sind.
Die bereits angesprochene Wirkung der mit den Beaufschlagungsmitteln aufgebrachten Druckkraft, die koaxiale Ausrichtung der Tilgermasse zu der Basis zu unterstützen, wird maximal erreicht, wenn alle beaufschlagten Biegebalken jeweils mit der gleichen Druckkraft beaufschlagt werden.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers weisen die Beaufschlagungsmittel elektrisch-mechanische Wandler auf, die auf eine Längenänderung in radialer Richtung zu der Achse ansteuerbar sind. Diese Längenänderung führt in Verbindung mit der Eigensteifigkeit der Wandler und insbesondere der radialen Eigensteifigkeit der Biegebalken zu der erfindungsgemäßen Beaufschlagung mit einer durch die Ansteuerung variablen Druckkraft.
Eine Steuerung zur Ansteuerung der elektrisch-mechanischen Wandler kann in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Objekts um die Achse arbeiten. Dies ist dann sinnvoll, wenn sich die Frequenzen der zu dämpfenden Schwingungen des Objekts mit der Drehzahl des Objekts ändern. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger ist aber nicht nur für sich proportional mit der Drehzahl ändernde Frequenzen der Schwingungen, sondern für beliebige Abhängigkeiten geeignet.
Eine Steuerung für die elektrisch-mechanischen Wandler kann auch in Abhängigkeit von einer Amplitude von Schwingungen der Tilgermasse gegenüber der Basis arbeiten. Dabei kann diese Amplitude beispielsweise grundsätzlich maximiert werden, weil eine maximale Amplitude der Tilgermasse für eine unter den gegebenen Umständen maximale Tilgerwirkung, d. h. Dämpfung, spricht. Es ist aber bevorzugt, die Amplitude auf einen Maximalwert zu begrenzen, um den erfindungsgemäßen Schwingungstilger nicht zu überlasten. Der Steueralgorithmus kann dann so ausgelegt werden, dass eine bestimmte Amplitude angestrebt wird, um den Drehschwingungstilger in den Grenzen seine Belastbarkeit immer maximal auszunutzen.
Um die Amplitude von Schwingungen der Tilgermasse gegenüber der Basis zu beobachten, kann es ausreichend sein, die elektrisch-mechanischen Wandler bezüglich ihrer Reaktionen auf die Auslenkung der Tilgermasse gegenüber der Basis zu beobachten. Es kann aber beispielsweise auch ein separater Winkelsensor für einen Drehwinkel der Tilgermasse gegenüber der Basis um die Achse vorgesehen sein. Ein solcher Winkelsensor kann als Hallsensor ausgebildet sein.
Der Drehwinkel der Tilgermasse gegenüber der Basis um die Achse ist besonders dann von Interesse, wenn der erfindungsgemäße Schwingungstilger zumindest primär als Drehschwingungstilger ausgelegt ist. Zur Auslegung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers als Drehschwingungstilger können die Biegebalken Blattfedern sein, die sich in der Ausgangslage der Tilgermasse radial und parallel zu der Achse zwischen ihren Abstützpunkten erstrecken.
Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers zur Dämpfung von Axialschwingungen längs der Achse oder Kippschwingungen gegenüber der Achse sind die Biegebalken vorzugsweise Blattfedern, die sich in der Ausgangslage der Tilgermasse radial zu der Achse und in Umfangsrichtung um die Achse zwischen ihren Abstützpunkten erstrecken. Um in diesen Fällen eine Amplitude der Schwingungen der Tilgermasse gegenüber der Basis zu erfassen, kann ein Winkelsensor für einen Kippwinkel der Tilgermasse gegenüber der Basis relativ zu der Achse oder ein Wegsensor für eine Verschiebung der Tilgermasse gegenüber der Basis längs der Achse vorgesehen sein.
Grundsätzlich muss der erfindungsgemäße Schwingungstilger von seinem Aufbau her noch nicht dafür spezifiziert sein, ob er Drehschwingungen, Kippschwingungen oder Axialschwingungen dämpfen soll. Diese Anpassung kann vielmehr durch Adaption der Tilgereigenfrequenz an die Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen vorgenommen werden. Dabei versteht es sich, dass ein erfindungsgemäßer Schwingungstilger unterschiedliche Tilgereigenfrequenzen für seine Eigenformen aufweist, in denen er beim Dämpfen von Drehschwingungen, Kippschwingungen oder Axialschwingungen schwingt. Ein zunächst unspezifischer Schwingungstilger kann elastische Rundstäbe als Biegebalken aufweisen.
Wenn der erfindungsgemäße Schwingungstilger größere Amplituden der Schwingung der Tilgermasse gegenüber der Basis zulassen soll, kann es vorteilhaft sein, wenn die Biegebalken teleskopierbar sind oder einen mäandernden Verlauf aufweisen, um die mit der Amplitude der Auslenkung der Tilgermasse gegenüber der Basis einhergehende Vergrößerung des Abstands der Abstützpunkte der Biegebalken an der Basis und der Tilgermasse aufzufangen. Durch die radiale Grundausrichtung der Biegebalken mindestens an der Basis oder der Tilgermasse gehen die Rückstellkräfte auf die Tilgermasse in ihre Ausgangslage auch bei teleskopierbaren Biegebalken nicht verloren. Zur Teleskopierbarkeit der Biegebalken zählt hier auch die bereits angesprochene Möglichkeit, in radialer Richtung linear verschiebliche Lager für die Biegebalken an der Tilgermasse oder auch der Basis vorzusehen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.
Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
1 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers für Drehschwingungen mit axialer Blickrichtung.
2 zeigt an einem einzelnen Biegebalken einer anderen Ausführungsform von Beaufschlagungsmitteln als in 1.
3 zeigt auch an einem einzelnen Biegebalken noch eine andere Ausführungsform der Beaufschlagungsmittel.
4 illustriert mit einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger dämpfbare Axialschwingungen.
5 illustriert mit einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger dämpfbare Kippschwingungen, und
6 illustriert eine auf die Dämpfung von Axialschwingungen oder Kippschwingungen gemäß 4 bzw. 5 spezialisierte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers, jedoch ohne Detaildarstellung seiner Beaufschlagungsmittel.
FIGURENBESCHREIBUNG
Ein in 1 dargestellter Schwingungstilger 1 für Schwingungen eines Objekts 2, das eine ausgezeichnete Achse 3 aufweist, ist als Drehschwingungstilger für mit einem Doppelpfeil angedeutete Drehschwingungen 4 einer Welle 5 ausgebildet. Die Drehschwingungen 4 sind einer Drehbewegung 6 der Welle 5 um die Achse 3, die in 1 durch einen Drehpfeil angedeutet ist, überlagert. Der Schwingungstilger 1 vollführt diese Drehbewegung 6 zusammen mit der Welle 5. Eine hier hülsen- oder nabenförmige Basis 7 des Schwingungstilgers 1 ist an der Welle 5 festgelegt. An der Basis 7 ist eine geschlossen ringförmige Tilgermasse 8 über Biegebalken 9 gelagert. Diese Lagerung ist in Umfangsrichtung um die Achse 3 elastisch. D. h. eine Relativverdrehung der Tilgermasse 8 gegenüber de Basis 7 in Umfangsrichtung ist gegen elastische Rückstellkräfte der Biegebalken 9 möglich. Die Rückstellkräfte der Biegebalken 9 führen die Tilgermasse 8 in ihre in 1 dargestellte Ausganglage gegenüber der Basis 7 zurück. In dieser Ausgangslage verlaufen die Biegebalken 9 radial zu der Achse 3 von einem Abstützpunkt 10 an der Basis zu einem Abstützpunkt 11 an der Tilgermasse. Die in rotationssymmetrischer Anordnung um die Achse 3 vorgesehenen Biegebalken 9 führen dabei die Tilgermasse 8 in radialer Richtung gegenüber der Basis 7. Das heißt, eine koaxiale Ausrichtung der ringförmigen Tilgermasse 8 zu der Achse 3 wird bei passender Ausrichtung der Basis 7 gegenüber der Welle 5 durch die Biegebalken 9 bewirkt; und es ist keine andere Führung zwischen der Tilgermasse 8 und der Basis 7 vorgesehen. In ihren Abstützpunkten 10 an der Basis 7 sind die Biegebalken starr eingespannt und radial zu der Achse 3 ausgerichtet. In ihren Abstützpunkten 11 sind die Biegebalken 9 in einem Lager 12 einspannt, das gegenüber einem Hauptkörper der Tilgermasse in radialer Richtung zu der Achse 3 verschieblich gelagert ist. In Richtung radial nach außen wird das jeweilige Lager 12 durch einen Piezo-Aktuator 13, der als Stapelaktuator ausgebildet ist, abgestützt. Durch Ansteuern der Piezo-Aktuatoren 13 auf eine Längenveränderung, d. h. eine Vergrößerung ihrer radialen Länge, werden die Lager 12 und damit die Biegebalken 9 zwischen der Tilgermasse 8 und der Basis 7 in radialer Richtung zu der Achse 3 mit einer Druckkraft beaufschlagt. In der Ausgangslage der Tilgermasse 8 gemäß 1 erhöht diese Druckkraft die Steifigkeit der radialen Führung der Tilgermasse 3 über die Biegebalken 9 an der Basis 7. Zugleich reduziert die Druckkraft die Quersteifigkeit der Biegebalken 9. Anders gesagt stellt die Druckkraft für Auslenkungen der Tilgermasse 8 aus ihrer Ausgangslage gemäß 1 in Umfangsrichtung um die Achse 3 eine negative Steifigkeit bereit, die der positiven Quersteifigkeit der Biegebalken 9 überlagert ist. Hierdurch kann die die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 1 für die Drehschwingungen 4 bestimmende Steifigkeit der Biegebalken 9 und damit die Tilgereigenfrequenz selbst weit reduziert werden. So können mit dem Schwingungstilger 1 gemäß 1 auch sehr niederfrequente Drehschwingungen 4 effektiv gedämpft werden.
Die Biegebalken 9 gemäß 1 sind Blattfedern 14, die sich in der Ausgangslage der Tilgermasse 8 gemäß 1 radial und parallel zu der Achse 3 erstrecken und die aufgrund ihrer Formsteifigkeit die Tilgermasse 8 auch in axialer Richtung und gegenüber Kippbewegungen relativ zu der Achse 3 abstützen. Weiter ist 1 ein Winkelsensor 15 zu entnehmen, der als Hallsensor angedeutet ist und der einen Drehwinkel der Tilgermasse 8 gegenüber der Basis 7 um die Achse 3 erfasst. Diese Drehwinkelinformation kann bei der Ansteuerung der Piezo-Aktuatoren 13 genutzt werden, um die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 1 auf die Frequenz der aktuell auftretenden Drehschwingungen 4 der Welle 5 abzustimmen. Bei korrekter Abstimmung tritt eine maximale Amplitude der mit dem Winkelsensor 15 erfassten Drehwinkel auf.
2 skizziert eine andere Ausführungsform von Beaufschlagungsmitteln für die Biegebalken 9. Hier umfassen die Beaufschlagungsmittel Federelemente 16 in Form von Tellerfedern 17, die das Lager 12 mit einer Druckvorspannung beaufschlagen. Weiterhin ist eine Fliehmasse 18 vorgesehen, die mit ihrer Zentrifugalkraft in einem Zentripetalfeld die radiale Druckvorspannung der Federelemente 16 reduziert, so dass mit zunehmender Drehzahl der Welle 5 gemäß 1 um die Achse 3 die Quersteifigkeit der Biegebalken 9 weniger reduziert wird und entsprechend die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 1 ansteigt.
In 3 sind erneut andere Beaufschlagungsmittel für die Biegebalken 9 skizziert. Hier ist das Lager 12 für das Ende des Biegebalkens 9 in dem Abstützpunkt 11 als Schwenklager 19 mit einer parallel zu der Achse 3 verlaufenden Schwenkachse ausgebildet, und dieses Schwenklager 19 ist über eine Ausziehhülse 20 in radialer Richtung zu der Achse 3 linear verschieblich in dem Hauptkörper der Tilgermasse 8 gelagert. In der Ausziehhülse 20 ist der Piezo-Aktuator 13 angeordnet, mit dem auf das Schwenklager 19 und damit den Biegebalken 9 eine Druckkraft aufbringbar ist.
Die bisherigen Figuren betrafen den Fall eines Schwingungstilgers für Drehschwingungen 4 gemäß 1 um die Achse 3. 4 skizziert einen Schwingungstilger 1, der als Tilger für axiale Schwingungen 21 ausgebildet ist, die durch einen Doppelpfeil auf der Achse 3 angedeutet sind. Dabei kann auch dieser Schwingungstilger 1 mit dem Objekt 2, dessen axiale Schwingungen 21 zu dämpfen sind, um die Achse 3 umlaufen.
Häufiger ist dies im Falle eines in 5 illustrierten Schwingungstilgers 1 für durch Drehpfeile angedeutete Kippschwingungen 22 relativ zu der Achse 3 der Fall. Hier kann das Objekt 2 wie in 1 eine Welle 5 sein, die jedoch nicht zu Drehschwingungen, sondern zu Kippschwingungen 22 neigt.
6 ist eine axiale Draufsicht auf einen Schwingungstilger 1 für die Anwendungsfälle gemäß 4 und 5. Die Biegebalken 9 sind auch hier Blattfedern 23; doch diese sind nicht radial und parallel zu der Achse 3 ausgerichtet, sondern radial und in Umfangsrichtung. Die Blattfedern 23 stützen so die Tilgermasse 8 radial und in Umfangsrichtung um die Achse 3 steif an der Basis 7 ab, lassen aber Auslenkungen, insbesondere Schwingungen der Tilgermasse 8 gegenüber der Basis 7 in Richtung der Achse 3 und in Form von Kippbewegungen gegenüber der Achse 3 zu. Auch bei dem Schwingungstilger 1 gemäß 6 sind Beaufschlagungsmittel vorgesehen, wie sie anhand der 1 bis 3 bereits erläutert wurden.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungstilger
2: Objekt
3: Achse
4: Drehschwingung
5: Welle
6: Drehbewegung
7: Basis
8: Tilgermasse
9: Biegebalken
10: Abstützpunkt
11: Abstützpunkt
12: Lager
13: Piezo-Aktuator
14: Blattfeder
15: Winkelsensor
16: Federelement
17: Tellerfeder
18: Fliehmasse
19: Schwenklager
20: Ausziehhülse
21: Axialschwingung
22: Kippschwingung
23: Blattfeder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19907216 C1 [0003]
DE 102009029072 B3 [0004]

Claims

Schwingungstilger (1) zur Dämpfung von Schwingungen (4, 21, 22) eines eine ausgezeichnete Achse (3) aufweisenden Objekts (2) mit – einer an dem Objekt (2) festzulegenden Basis (7), – einer koaxial zu der Achse (3) auszurichtenden ringförmigen Tilgermasse (8) und – die Tilgermasse (8) elastisch an der Basis (7) abstützenden Biegebalken (9), – wobei Enden der Biegebalken (9) in ihren Abstützpunkten (10, 11) an der Basis (7) und/oder an der Tilgermasse (8) unter radialer Ausrichtung zu der Achse (3) eingespannt sind und – wobei sich die Biegebalken (9) in einer Ausgangslage der Tilgermasse (8) zwischen ihren Abstützpunkten (10, 11) radial zu der Achse (3) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tilgermasse (8) in radialer Richtung zu der Achse (3) durch die Biegebalken (9) an der Basis (7) geführt ist und – dass an der Basis (7) und/oder der Tilgermasse (8) Beaufschlagungsmittel vorgesehen sind, mit denen zumindest mehrere der Biegebalken (9) in radialer Richtung zu der Achse (3) zwischen der Basis (7) und der Tilgermasse (8) mit einer variablen Druckkraft beaufschlagbar sind.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsmittel Federelemente (16) aufweisen, die die Biegebalken (9) mit einer elastischen radialen Druckvorspannung beaufschlagen.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsmittel an einem Hauptkörper der Tilgermasse (8) geführte Fliehmassen (18) aufweisen, die mit ihrer Zentrifugalkraft in einem Zentripetalfeld um die Achse (3) die radiale Druckvorspannung reduzieren.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsmittel auf Lager (12) für die Enden der Biegebalken (9) einwirken, die an einem Hauptkörper der Tilgermasse (8) in radialer Richtung zu der Achse (3) linear geführt sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Beaufschlagungsmitteln Biegebalken (9) in einer drehsymmetrischen Anordnung um die Achse (3) mit der variablen Druckkraft beaufschlagbar sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Beaufschlagungsmitteln alle Biegebalken (9) mit der gleichen variablen Druckkraft beaufschlagbar sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagungsmittel elektrisch-mechanische Wandler aufweisen, die auf eine Längenänderung in radialer Richtung zu der Achse (3) ansteuerbar sind.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die elektrisch-mechanischen Wandler in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Objekts (2) um die Achse (3) ansteuert.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung vorgesehen ist, die die elektrisch-mechanischen Wandler in Abhängigkeit von einer Amplitude von Schwingungen der Tilgermasse (8) gegenüber der Basis (7) um die Achse (3) ansteuert.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelsensor (15) für einen Drehwinkel der Tilgermasse (8) gegenüber der Basis (7) um die Achse (3) vorgesehen ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebalken (9) Blattfedern (14) sind, die sich in der Ausgangslage der Tilgermasse (8) radial und parallel zu der Achse (3) zwischen ihren Abstützpunkten (10, 11) erstrecken.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebalken (9) Blattfedern (14) sind, die sich in der Ausgangslage der Tilgermasse (8) radial zu der Achse (3) und in Umfangsrichtung um die Achse (3) zwischen ihren Abstützpunkten (10, 11) erstrecken.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkelsensor (15) für einen Kippwinkel der Tilgermasse (8) gegenüber der Basis (7) relativ zu der Achse (3) oder ein Wegsensor für eine Verschiebung der Tilgermasse (8) gegenüber der Basis (7) längs der Achse (3) vorgesehen ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebalken (9) elastische Rundstäbe sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegebalken (9) teleskopierbar sind und/oder einen mäandernden Verlauf aufweisen.