DE19641763C2 - Schwingungstilger - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungstilger mit veränderlicher Resonanzfrequenz für ein dynamisch erregtes Bauteil, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 5.

Schwingungstilger dieser Art können überall dort eingesetzt werden, wo eine periodische Erregung eines Bauteils kompensiert werden soll, insbe­ sondere bei Hubschraubern, um Vibrationserscheinungen an Hubschrauber-, z. B. Cockpitteilen, die vom Rotorsystem des Hubschraubers mit der Rotor­ drehfrequenz dynamisch erregt werden, entgegenzuwirken.

Für moderne Hubschrauber, die mit einer variablen Rotordrehzahl betrieben werden, sind Schwingungstilger mit veränderlicher Resonanzfrequenz er­ forderlich. Zu diesem Zweck ist es bekannt, an der außenliegenden schwin­ genden Trägheitsmasse eines Blattfeder-Massesystems mittels eines elektromotorisch gesteuerten Stellantriebs Differentialmassen in Längsrichtung der Blattfeder­ anordnung zu verschieben, um dadurch die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers fortlaufend an die Erregerfrequenz des Rotorsystems anzupassen. Ein derartiger Frequenzverstellmecha­ nismus im schwingenden Teil des Feder-Masse-Systems ist jedoch mit einem relativ großen Bauaufwand verbunden und unterliegt hohen Beschleunigungen bei großen Lastwechselzah­ len, so dass Lebensdauerprobleme auftreten können.

Bei dem Stoßdämpfer nach der DE 31 51 983 A1 ist die Trägheitsmasse fest mit dem freien Blattfederende verbunden, während die Blattfeder in Längsrichtung verstellbar mit der Grund­ platte verbunden ist. Zur Änderung der Resonanzfrequenz muss eine Schraubverbindung an der Einspannstelle der Blattfeder gelöst, die Blattfeder neu positioniert werden, um dann die Schraubverbindung wieder festzuziehen. Das ist in der Handhabung umständlich und gestat­ tet keine kontinuierliche Anpassung der Resonanzfrequenz an eine sich im Betrieb laufend verändernde Erregerfrequenz.

Die DE OS 20 36 979 betrifft einen Schwingungstilger zum Verringern von Körperschall mit an Schwingfedern gelagerten Schwingmassen. Der dortige Schwingungstilger ist mit einem oder zwei Schwingungsaufnehmern ausgestattet, wobei die Schwingmassen auf den Schwingfe­ dern mittels eines elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Stellgliedes verlagerbar sind und das Stellglied mittels einer elektrischen Steuerung oder Regelung betätigbar ist. Die Verlagerung der Schwingmassen erfordert einen relativ hohen baulichen Aufwand.

Die DE-OS 14 78 110 betrachtet eine Verstellmöglichkeit im schwingenden Bereich des Fe­ der-Masse-Systems, indem einzelne Federn, die in Anordnung neben einer Blattfederanord­ nung sind und deren Brechen verhindern sollen, manuell entfernbar sind. Dadurch ist eine sprunghafte Veränderung der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems möglich. Die Lösung hat den Nachteil, dass eine Verstellung der Eigenfrequenz nicht während des laufenden Be­ triebes möglich ist und dass die Verstellung sprunghaft ist.

Die DE-PS 879 774 entspricht einem Stand der Technik von dem die Erfindung ausgeht. Die­ ser Stand der Technik lehrt eine Verstellung im nicht schwingenden Bereich eines Feder- Masse-Systems. Um eine Anpassung an eine variable Erregerfrequenz zu ermöglichen, muss der Schwingungstilger außer Betrieb gesetzt werden, um dann eine manuelle Verstellung der Einspanngeometrie für die Blattfeder zu machen. Das ist nachteilig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, der über eine baulich einfache und störunanfällige Resonanzfrequenzverstellung im nicht schwingenden Bereich des Feder-Masse-Systems verfügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 bzw. 5 gekennzeichne­ ten Schwingungstilger gelöst.

Erfindungsgemäß wird aufgrund der beanspruchten, zwischen Gehäuse und Blattfederanord­ nung wirksamen Abstützung mit variabel einstellbarer Einspanngeometrie bzw. Federsteifig­ keit erreicht, dass sich die Biegeelastizität der Federanordnung und damit die Resonanzfre­ quenz des Schwingungstilgers allein durch einen gehäuseseitigen, also im nicht schwingen­ den Bereich des Feder-Masse-Systems angeordneten Stellmechanismus verändern lässt und somit baulich komplizierte und dynamisch hoch belastete Massen-Verschiebeantriebe, die in den schwingenden Teil des Systems integriert sind, in Fortfall geraten.

In weiterer, besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Einspanngeometrie der Abstützung gemäß Anspruch 2 dadurch verändert, daß die Blattfederanordnung mindestens zwei übereinanderliegende, auf seiten der Trägheitsmasse fest miteinander verbundene Einzelfedern enthält, deren gegenseitiger Abstand an der Einspannstelle mittels der Abstützung quer zur Flächenerstreckung der Blattfederanordnung veränderlich ein­ stellbar ist. Durch eine solche abstandsvariable Abstützung der Doppel­ blattfeder läßt sich auf dem Wege über das Biegewiderstandsmoment die Biegesteifigkeit und damit die Resonanzfrequenz des Feder-Massesystems auf baulich besonders einfache Weise durch gehäuseseitige Steuereingriffe beeinflussen.

Gemäß einer weiteren, nach Anspruch 3 bevorzugten Ausgestaltung der Er­ findung, die auch für Schwingungstilger mit einer Einzelblattfeder ver­ wenbar ist, wird die wirksame Blattfederlänge und damit Resonanzfrequenz durch eine längenvariable Einspanngeometrie in der Weise beeinflußt, daß die gehäuseseitige Abstützung der Blattfeder zwei je an einer Blattfederseite mit veränderlicher Einspannlänge anliegende Druckstücke enthält, die in baulich zweckmäßiger Ausgestaltung nach Anspruch 4 jeweils aus einer in Richtung der Blattfederanordnung konvex gebogenen, in einer längenver­ änderlichen Kontaktzone an die Blattfederanordnung angedrückten Spann­ feder bestehen.

Bei der zweiten Variante der Erfindung enthält die federnde Abstützung gemäß Anspruch 6 aus Gründen einer baulichen Vereinfachung vorzugs­ weise jeweils mechanische Druckfedern mit nicht linearer Federkennlinie und veränderlich einstellbarer Federvorspannung, wobei als Stützfedern an­ stelle von Schraubenfedern selbstverständlich auch nichtmetallische Feder­ elemente, etwa Gasfedern mit veränderlich einstellbarer Federhärte verwen­ det werden können.

Im Hinblick auf eine einfache Gestaltung des Verstellmechanismus zur Änderung der Einspanngeometrie bzw. Federsteifigkeit besteht dieser gemäß Anspruch 7 vorzugsweise aus einer drehbar am Gehäuse gelagerten Verstellspindel und zwei, bei einer Drehlagenänderung der Spindel gegen­ sinnig zueinander quer zur Flächenerstreckung der Blattfederanordnung verstellbaren Stützgliedern.

Nach Anspruch 8 ist der Schwingungstilger vorzugsweise mit einer Steuer­ einheit versehen, durch die die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers adaptiv den Änderungen der Erregerfrequenz nachgesteuert wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Ver­ bindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schema­ tisierter Darstellung:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines passiven Schwingungs­ tilgers mit einer längenvariablen Blattfedereinspannung,

Fig. 2 das Funktionsprinzip eines zweiten Ausführungsbeispieles mit einer Doppelblattfeder und einer hinsichtlich des Biegewider­ standsmoment variablen Blatteinspannung;

Fig. 3 eine detailliertere Darstellung der Ausführungsform gemäß Fig. 2; und

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung eines dritten Aus­ führungsbeispieles der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein passiver Schwingungstilger 2 mit seinem Gehäuse 4 fest mit einem in Pfeilrichtung A periodisch erregten Bauteil 6, etwa dem Instrumentenpanel eines Hubschrauber-Cockpits, welches vom Rotorsystem mit der Rotordrehfrequenz zu Schwingungen angeregt wird, verbunden und enthält eine am Gehäuse 4 eingespannte Blattfeder 8, an deren freien Enden jeweils eine in Pfeilrichtung A schwingungsfähige Trägheitsmasse 10 befestigt ist. Das aus einem Blattfederarm und einer Trägheitsmasse 10 bestehende Feder-Massesystem 12 wird durch die auf das Bauteil 6 einwirkenden Erregerkräfte in Schwingungen versetzt und zur Tilgung der Erregerkräfte ist es erforderlich, daß die Resonanzfrequenz des Feder- Massesystems 12 mit der Erregerfrequenz übereinstimmt, d. h. für frequenz­ variable Bauteilerregungen, also etwa für Hubschrauber, deren Rotorsystem mit veränderlicher Drehzahl betrieben wird, muß die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers 2 nach Maßgabe der Erregerfrequenz verändert werden.

Zu diesem Zweck ist die Blattfeder 8 am Gehäuse 4 mittels einer insgesamt mit 14 bezeichneten Abstützung eingespannt, welche eine veränderlich ein­ stellbare Einspanngeometrie besitzt. Im einzelnen besteht die Abstützung 14 aus einer drehbar am Gehäuse 4 gelagerten Verstellspindel 16, mit der zwei jeweils auf einer Blattfederseite angeordnete, axial verschieblich, aber drehfest am Gehäuse 4 geführte Stützglieder 18 über gegenläufige Einstell­ gewinde verschraubt sind. Bei einer Drehung der Verstellspindel 16 werden folglich die beiden Stützglieder 18 quer und symmetrisch zur Flächen­ erstreckung der Blattfeder 8 auf diese zu- oder von dieser fortbewegt. Ein­ gespannt ist die Blattfeder 8 zwischen ebenfalls blattfederartigen, konvex in Richtung der Blattfeder 8 gewölbten Druckstücken 20, die im mittleren Bereich mit der Blattfeder 8 und dem Gehäuse 4 verschraubt und an ihren Enden längsverschieblich an den Stützgliedern 18 gelagert sind. Wird die Verstellspindel 16 verdreht, so werden die Druckstücke 20 über die Stütz­ glieder 18 - je nach Drehrichtung der Verstellspindel 16 - stärker oder schwächer an die Blattfeder 8 angedrückt, und dementsprechend ändert sich die Länge des Kontakt- und Einspannbereiches zwischen Druckstücken 20 und Blattfeder 8, mit der Folge, daß sich die freie Blattfederlänge und damit auch die für die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers maßgebliche Biegesteifigkeit der Blattfeder 8 entsprechend verringert oder erhöht.

Zur fortlaufenden Anpassung der Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers 2 an die Erregerfrequenz ist eine Steuereinheit 22 mit einem die Erregerfrequenz aufnehmenden Sensor und einem Elektromotor 24 vorge­ sehen, der die Verstellspindel 16 nach Maßgabe der von der Steuereinheit 22 erzeugten Stellsignale drehpositioniert.

Bei dem Schwingungstilger nach den Fig. 2 und 3, wo die dem ersten Aus­ führungsbeispiel funktionsgleichen Bauteile durch das gleiche Bezugs­ zeichen gekennzeichnet sind, besteht die Blattfeder 8 aus zwei überein­ anderliegenden, auf seiten der Trägheitsmasse 10 fest miteinander verbundenen Einzelfedern 8.1 und 8.2, deren gegenseitiger Abstand an der ge­ häuseseitigen Einspannstelle mittels der verstellbaren, aus Spindel 16 und Stützgliedern 18 bestehenden Abstützung 14 quer zur Flächenerstreckung der Blattfedern 8 veränderlich einstellbar ist. Bei einer Änderung des Federabstandes an der Einspannstelle ändert sich das Biegewiderstands­ moment und dadurch wiederum die Biegesteifigkeit der Doppelblattfeder 8 und somit die Resonanzfrequenz des Feder-Massesystems 12. Wie Fig. 3 im einzelnen zeigt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel die Stützglieder 18 jeweils zweiteilig aus unter Zwischenlage des Blattfederelements 8.1 bzw. 8.2 miteinander verschraubten, plattenförmigen Stützelementen ausgebildet und werden durch Tellerfeder 26 in spielfreiem Gewindekontakt mit der Verstellspindel 16 gehalten sowie mit Hilfe von Sicherungsstiften 28 axial verschieblich, aber verdrehsicher am Gehäuse 4 geführt. Im übrigen ent­ spricht die Bau- und Funktionsweise des Schwingungstilgers 2 nach den Fig. 2 und 3 der des ersten Ausführungsbeispieles.

Bei dem Schwingungstilger nach Fig. 4, wo wiederum die den vorherigen Ausführungsbeispielen funktionsgleichen Bauteile durch das gleiche Be­ zugszeichen gekennzeichnet sind, ist die Blattfeder 8 mit unveränderlicher Einspanngeometrie am Gehäuse 4 festgespannt. Zur Resonanzverstellung des Schwingungstilgers 2 ist zusätzlich zur Einspannstelle und im Abstand von dieser eine federnde Abstützung 30 für jeden Blattfederarm vorgesehen. Die Abstützung 30 enthält auf jeder Seite der Blattfeder 8 eine zwischen dieser und dem jochförmigen Stützglied 18 wirkende Stützfeder 32, die - wie durch die sich ändernde Wandhöhe der einzelnen Federwindungen angedeutet - eine nicht-lineare Federkennlinie besitzt. Werden die Stützglieder 18 durch Drehung der Verstellspindel 16 in gleicher Weise wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen gegensinnig zueinander axial verstellt, so ändert sich die Vorspannung der Stützfedern 32 und somit auch deren Federsteifigkeit. Hierdurch erhöht oder verringert sich die Steifigkeit des Gesamtfedersystems 8, 32 und folglich auch die Resonanz­ frequenz des Schwingungstilgers 2.

Zur adaptiven Anpassung des Schwingungstilgers 2 an die momentane Er­ regerfrequenz ist wiederum eine Steuereinheit 22 mit einem motorischen Antrieb 24 zur Drehpositionierung der Verstellspindel 16 vorgesehen. Im übrigen ist die Bau- und Funktionsweise des Schwingungstilgers 2 nach Fig. 4 die gleiche wie bei den ersten beiden Ausführungsbeispielen.

Claims (8)

1. Schwingungstilger mit veränderlicher Resonanzfrequenz für ein dynamisch erregtes Bauteil, mit einem schwingungsfest mit dem Bauteil verbundenen Gehäuse und einem in Richtung der Bauteilerregung schwingungsfähigen Feder-Masse-System, bestehend aus einer einerseits gehäusefest eingespannten, in Längsrichtung unverschiebbaren und andererseits am freien Federende mit einer Trägheitsmasse versehenen Blattfe­ deranordnung, die beidseitig am Gehäuse angeordnet ist, wobei die Trägheitsmasse fest mit dem freien Blattfederende verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Resonanzfrequenz im Bereich der Einspannstelle zwischen Gehäu­ se (4) und Blattfederanordnung (8) eine Abstützung (14) mit einer im eingespannten Zustand der Blattfederanordnung im laufenden Betrieb veränderlich einstellbaren Blattfeder-Einspanngeometrie angeordnet ist.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederanordnung (8) mindestens zwei übereinanderliegende, auf seiten der Trägheitsmasse (10) fest miteinander verbundene Ein­ zelfedern (8.1, 8.2) enthält, deren gegenseitiger Abstand an der Ein­ spannstelle mittels der Abstützung (14) quer zur Flächenerstreckung der Blattfederanordnung veränderlich einstellbar ist.

3. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützung (14) zur Einspannung der Blattfederanordnung (8) zwei jeweils auf einer Blattfederseite an dieser anliegende, unter Änderung der wirksamen Blattfeder-Einspannlänge verstellbare Druckstücke (20) enthält.

4. Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Druckstücke einander unter Zwischenlage der Blattfederanordnung (8) konvex zugekehrte, mittels der Abstützung (14) in einer längenvariablen Kontaktzone an die Blattfederanordnung angedrückte Spannfederelemente (20) vorgesehen sind.

5. Schwingungstilger mit veränderlicher Resonanzfrequenz für ein dyna­ misch erregtes Bauteil, mit einem schwingungsfest mit dem Bauteil verbundenen Gehäuse und einem in Richtung der Bauteilerregung schwingungsfähigen Feder-Massesystem, bestehend aus einer einerseits gehäusefest eingespannten und andererseits am freien Federende mit einer Trägheitsmasse versehenen Blattfederanordnung, wobei die Trägheitsmasse fest mit dem freien Blattfederende verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Resonanzfrequenz eine im Abstand zur Einspannstelle quer zur Flächenerstreckung der Blattfederanordnung (8) auf diese einwirkende, federnde Ab­ stützung (30) mit einer im laufenden Betrieb veränderlich einstellbaren Federsteifig­ keit angeordnet ist.

6. Schwingungstilger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (30) jeweils von entgegengesetzten Seiten auf die Blattfederanordnung (8) einwirkende Stützfedern (32) mit nicht linearer Federkennlinie und veränderlich einstellbarer Federvorspannung enthält.

7. Schwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (14, 30) einen Verstellmechanismus mit einer drehbar am Gehäuse (4) gelagerten Verstellspindel (16) und zwei bei einer Drehlagenänderung der Spindel ge­ gensinnig zueinander quer zur Flächenerstreckung der Blattfederanordnung (8) ver­ stellten Stützgliedern (18) enthält.

8. Schwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine die Abstützung (14, 30) kontinuierlich nach Maßgabe der Bauteil-Erregerfrequenz verstellende Steuereinheit (22, 24).