DE3615070A1

DE3615070A1 - Vibration system

Info

Publication number: DE3615070A1
Application number: DE19863615070
Authority: DE
Inventors: Elmar Dipl Ing David; Horst Denneler; Francis Doncker; Rolf Dr Helber; Helmut Rees; Helmut Dipl Ing Roehrig
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1986-05-03
Filing date: 1986-05-03
Publication date: 1987-10-01

Abstract

A description is given of a vibration system with two springs connected one behind the other, with an intermediate mass arranged between the said springs and with a damping device arranged in the vibration system for the frequency-dependent and acceleration-dependent damping of vibrations. To achieve, for example, good damping and good structure-borne sound insulation in the supercritical frequency range for the mounting of internal-combustion engines in motor vehicles around the natural oscillation frequency of the bearings concerned, the intermediate mass is designed as a hollow body partially filled with a loose material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwingungssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a vibration system according to the preamble of claim 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.In such well-known vibration systems the damping is done either in the springs themselves a special material selection of the springs or by hydraulic dampers arranged parallel to the springs reached. These damping devices have disadvantages Visible service life, temperature dependency and effort. In particular, there is vibration systems damped in this way the functional disadvantage that in supercritical frequency range compared to the transmission stiffness or weakly damped vibration systems is high, which causes the transmission of structure-borne noise is favored.

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. The invention has for its object a vibration specify system with a damping device, which at good damping effects in the natural frequency range none or a slightly increased stiffness compared to one weakly damped vibration system in the supercritical Frequency range.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The task is according to the invention by the characteristic Features of claim 1 solved.

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. In the oscillation system according to the invention, the oscillates Intermediate mass in the natural frequency range with relative large amplitudes and thus large accelerations that can be greater than the acceleration due to gravity. This will the bulk material parts relative to each other and excited against the wall of the hollow body, the friction the bulk material parts with each other as well as with the wall and thus a conversion from kinetic energy into frictional energy cause. So in this frequency range it will be a good one Attenuation achieved. In contrast, the intermediate mass vibrates in the supercritical frequency range, i.e. at higher ones Frequencies than in the natural frequency range, with only small ones Amplitudes that the intermediate mass accelerations smaller than the final acceleration so that the Intermediate mass including the bulk like a solid Body behaves and produces no damping effect. So points the vibration system according to the invention in the supercritical Frequency range a similarly low transmission stiffness like a corresponding vibration system without Damping device on, causing the transfer of body is effectively prevented. In addition, the Vibration system according to the invention have the advantages that no additional mass requirements for the damping device the result is that the simplest designs can be used, that long service lives are achieved and that the damping function is independent of temperature.

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.From DE-OS 23 13 483 and DE-OS 25 33 088 are already known shock absorbers or bumpers in which free-flowing bodies or grinding media can be used. However, these cannot vibrate, only dampen jerky movements by the free-flowing Bodies or grinding media over flexible walls, for example as a piston or a rubber wall, are displaced and thereby kinetic energy through friction and destruction convert the grinding media to heat. One of vibrational Frequency-dependent behavior is with these shock absorbers and bumpers not given.

Im Patentanspruch 2 ist eine zweckmäßige Form des Schütt gutes angegeben.In claim 2 is a convenient form of the bulk good stated.

Die im Patentanspruch 3 angegebene Art des Schüttgutes gewährleistet eine große Masse der Zwischenmasse bei kleinem Bauvolumen sowie eine gute Abfuhr der Reibungs wärme.The type of bulk material specified in claim 3 ensures a large mass of the intermediate mass small construction volume and good dissipation of friction warmth.

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.The training according to claim 4 guaranteed sufficient space for the movements of the bulk good in the hollow body with the largest possible mass of Bulk goods.

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. With the training according to claim 5 Friction between the bulk material and the walls of the hollow body increases and thus increases the damping effect.

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.In the trained according to claim 6 vibration system, the bulk material also receives movement components perpendicular to the main vibration direction of the intermediate mass, whereby the frictional contact between the bulk material parts continues is increased.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Schwingungssystem anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Aus führungsbeispiele näher erläutert.In the following the vibration system according to the invention based on several Aus shown in the drawing examples of management explained in more detail.

Dabei zeigt:It shows:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau des Schwingungs systems mit einer Zwischenmasse, Fig. 1 shows the basic structure of the vibration system having an intermediate mass,

Fig. 2 bis 5 verschiedene Ausführungsformen der Zwischen masse und Fig. 2 to 5 different embodiments of the intermediate mass and

Fig. 6 die Übertragungssteifigkeit verschiedener Schwingungssysteme in Abhängigkeit von der Frequenz. Fig. 6 shows the transmission stiffness of different vibration systems depending on the frequency.

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.The vibration system of FIG invention. 1 consists essentially of two series-connected springs 1, 2 and an interposed intermediate compound 3. The vibration system can be embossed by a vibrating body 4 , for example an internal combustion engine, which acts on the end 5 of the spring 1 facing away from the intermediate mass 3 , with the deflection x at this end 5 , which avert a force F on the intermediate mass 3 Guide end 6 of the second spring 2 , which is connected to a body 7 with an infinitely large mass, for example a vehicle chassis. The ratio F / x is called the transmission stiffness of the vibration system.

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.The intermediate mass 3 is designed as a hollow body 8 , the cavity of which is partially, preferably in the range of 80%, filled with a bulk material 9 , so that a free space 10 remains above the bulk material 9 . The bulk good parts can be a granulate or spheres made of a material of preferably large specific mass such as lead or steel. The hollow body 8 can, as shown in FIGS. 2 to 5, take various forms. Thus, the ball of FIG. 2 represents a simple shape. The rotary shape of FIG. 3 has inclined walls inclined with respect to the main direction of vibration of the intermediate mass 3 , which force the bulk material parts to move perpendicularly to the main direction of vibration when moving within the hollow body 8 and thus increase the frictional performance between the bulk solids and between them and the walls. The friction power can be further increased if, as shown in FIGS. 3 and 4, the cavity is divided into a plurality of chambers by an intermediate wall 11 . In the rotationally symmetrical hollow body 8 of FIG. 4, the wall 11 is designed as a cone, in the cuboid hollow body of FIG. 5 as a diagonally inserted rectangular sheet. The inclination of these walls 11 also serves to increase the friction.

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.In Fig. 6, the transmission stiffness F / x is shown above the frequency f for various vibration systems. The dash-dotted line represents the transmission stiffness of a practically undamped vibration system with two springs connected in series and a rigid intermediate mass arranged between them. The transmission stiffness reaches very high values in the region of the natural vibration frequency E , so considerable forces are exerted on the body 7 ( FIG. 1) transferred. In contrast, the transmission stiffness drops very sharply in the supercritical, that is, the higher-frequency range, so that the risk of transmission of structure-borne noise is low. The dashed line represents the transmission stiffness of the above vibration system with an additional conventional damping by hydraulic dampers or damping rubber springs. The transmission stiffness is significantly reduced compared to that of the undamped vibration system in the area of the natural vibration frequency E , but significantly increased in the supercritical area, so that structure-borne noise can be easily transmitted. The solid line represents the transmission stiffness of the vibration system according to the invention. In the area of the natural vibration frequency E , the transmission stiffness is similarly low as in a vibration system that is well damped in a conventional manner, since the high-amplitude vibrations of the intermediate mass occurring here with accelerations greater than the gravitational acceleration cause the bulk material parts in of the intermediate mass to stimulate movements that cause a strong damping. On the other hand, in the supercritical frequency range, the intermediate mass including the bulk material behaves like an overall rigid body, since here the intermediate mass only accelerates below the acceleration due to gravity, which the bulk material parts cannot stimulate to move among themselves or against the walls of the intermediate mass. The vibration system according to the invention thus behaves in this supercritical frequency range like an undamped vibration system in which the risk of transmission of structure-borne noise is low.

Claims

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.1. Vibration system with two springs connected in series, with an intermediate mass arranged between the springs and with a damping device arranged in the vibration system for frequency-dependent damping of vibrations in the vibration system, characterized in that the intermediate mass ( 3 ) is partially filled with a bulk material ( 9 ) Hollow body ( 8 ) is formed.

2. Schwingungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (9) aus Granulat oder Kugeln besteht.2. Vibration system according to claim 1, characterized in that the bulk material ( 9 ) consists of granules or balls.

3. Schwingungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (9) aus einem Material hoher spezifischer Masse wie Blei oder Stahl besteht.3. Vibration system according to claim 1 or 2, characterized in that the bulk material ( 9 ) consists of a material of high specific mass such as lead or steel.

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. 4. Vibration system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bulk material ( 9 ) fills the hollow bodies ( 8 ) to about 50 to 97%, preferably to about 80%.

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.5. Vibration system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cavity of the hollow body ( 8 ) by at least one partition ( 11 ) is divided into several chambers.

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.6. Vibration system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the side walls or partitions ( 11 ) of the hollow body ( 8 ) with respect to the main direction of vibration of the intermediate mass ( 3 ) are inclined.