DE69720923T2

DE69720923T2 - Schwingungsdämpfer mit Masse bewegbar durch Flüssigkeitsdruckänderung in einem Arbeitsraum

Info

Publication number: DE69720923T2
Application number: DE69720923T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Hagino; Atsushi Muramatsu; Masahiko Nagasawa
Original assignee: Tokai Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 1996-12-06
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2017-12-06
Also published as: US5941512A; JPH10169705A; EP0846885A3; JP3879156B2; EP0846885A2; EP0846885B1; DE69720923D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht im allgemeinen auf einen Schwingungsdämpfer, der an einem Objektelement angebracht ist, um die Schwingungen des Objektelements zu dämpfen, und genauer gesagt auf einen derartigen Schwingungsdämpfer der Aktivsteuerart, der an ein aktives oder zwangsweises Dämpfen der Schwingungen angepasst ist.

Erörterung des Standes der Technik

Ein dynamischer Dämpfer ist weitgehend als Einrichtung zum Dämpfen von Schwingungen eines Objektelements bekannt, bei dem Schwingungen wahrscheinlich auftreten, wie beispielweise eine Karosserie eines Kraftfahrzeugs. Unlängst sind Schwingungsdämpfer der Aktivsteuerart vorgeschlagen worden, die bei einem Versuch zum Erhalten eines verbesserten Dämpfungseffekts an ein zwangsweises Dämpfen oder Steuern der Schwingungen des Objektelements durch ein Anlegen von Schwingungen an dem Objektelement angepasst sind. Beispiele von derartigen Schwingungsdämpfern der Aktivsteuerart sind in den Druckschriften JP-A-3-292 219 und JP-A-6-235 438 offenbart, bei denen ein Masseelement über ein Federelement mit einem Befestigungselement verbunden ist, das an dem Objektelement angebracht ist, so dass das Masseelement, das Federelement und das Befestigungselement zusammenwirken, um ein Schwingungssystem zu bilden. Die in diesen Veröffentlichungen offenbarten Schwingungsdämpfer haben einen elektromagnetischen Antriebsmechanismus zum Aufbringen einer Schwingungskraft an dem Masseelement des Schwingungssystems, um dadurch eine große Schwingungskraft an dem Objektelement über das Schwingungssystem aufzubringen.
Jedoch leiden derartige herkömmliche Schwingungsdämpfer an einer zwangsweise erfolgenden Zunahme der Größe und des Gewichts auf Grund des Vorsehens des elektromagnetischen Antriebsmechanismus.
Der elektromagnetische Antriebsmechanismus erfordert nicht nur eine Spule und einen Magneten, sondern er leidet auch an Problemen eines komplizierten Aufbaus und einer schwierigen und kostspieligen Herstellung auf Grund eines Bedarfs eines Positionierens jener Spule und jenes Magneten mit einer hohen Genauigkeit, um eine hohe Stabilität der erzeugten Antriebskraft sicherzustellen.
Des weiteren sind die den elektromagnetischen Antriebsmechanismus verwendenden herkömmlichen Schwingungsdämpfer nicht im Hinblick auf die Betriebszuverlässigkeit und Haltbarkeit auf Grund des komplizierten Aufbaus zufriedenstellend, und sie neigen dazu, Schwierigkeiten bei der Handhabung von Fehlern aufzuzeigen, die auftreten können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen kleinen Schwingungsdämpfer mit einem geringen Gewicht zu schaffen, der einen einfachen Aufbau mit einer verringerten Anzahl an Bauteilen hat und der einen Schwingungsmechanismus hat, der eine effektive Schwingungskraft auf das Masseelement des Schwingungssystems aufbringen kann.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau bei einer geringeren Anzahl an Bauteilen hat und die dazu in der Lage ist, in verschiedenen Richtungen aufgenommene Schwingungen wirkungsvoll zu dämpfen oder zu steuern.
Die vorstehend aufgezeigte Aufgabe kann gemäß einem Aspekt dieser Erfindung gelöst werden, der einen Schwingungsdämpfer vorsieht, der mit folgendem ausgestattet ist: (a) einem Befestigungselement, das an einem Objektelement befestigt ist, dessen Schwingungen durch den Schwingungsdämpfer gedämpft werden; (b) einem Masseelement, das derart angeordnet ist, dass das Masseelement relativ zu dem Befestigungselement in einer Schwingungseingaberichtung verschiebbar ist, in der die Schwingungen aufgenommen werden; (c) einer elastischen Verbindung, die das Masseelement mit dem Befestigungselement elastisch verbindet, wobei das Masseelement und die elastische Verbindung zumindest teilweise eine Arbeitskammer definieren; und (d) einer Einrichtung zum Definieren eines Fluidkanals, der mit der Arbeitskammer in Verbindung steht, um einen Druck eines Fluids in der Arbeitskammer zu ändern, um dadurch zu bewirken, dass das Masseelement relativ zu dem Befestigungselement in der Schwingungseingaberichtung verschoben wird.
Bei dem gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauten Schwingungsdämpfer ist das Masseelement elastisch mit dem Befestigungselement durch die elastische Verbindung verbunden und gestützt, und das Masseelement und die elastische Verbindung bilden ein Schwingungssystem. Das Masseelement von diesem Schwingungssystem wird in der Schwingungseingaberichtung durch eine periodische Änderung des Drucks von dem Fluids in der Arbeitskammer verschoben oder in Schwingung versetzt, wobei diese periodische Änderung bewirkt wird durch ein Ändern des Drucks von dem Fluids, das zu der Arbeitskammer durch den Fluidkanal geliefert wird.
In dem Schwingungsdämpfer der vorliegenden Erfindung ist keinerlei Betätigungseinrichtung eingebaut, die das Masseelement in Schwingung versetzt, sondern er hat einen einfachen Aufbau, der eine Arbeitskammer definiert, die mit einer externen Fluiddruckquelle verbunden ist. Demgemäß hat der Schwingungsdämpfer einen einfacheren Aufbau bei einer geringeren Anzahl an Bauteilen und daher ist der Aufbau einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung der Aktivsteuerart einfacher, die zu einem Aufzeigen einer hohen Schwingungsdämpfungswirkung in der Lage ist.
Die verringerte Anzahl an Bauteilen des Schwingungsdämpfers verringert die erforderliche Positioniergenauigkeit und Dimensioniergenauigkeit der Bauteile, was das Herstellen des Schwingungsdämpfers erleichtert, und was zu verringerten Kosten bei der Herstellung des Schwingungsdämpfers führt.
Die elastische Verbindung kann ein elastischer Körper sein, der aus einem geeigneten Gummimaterial ausgebildet ist. Das verwendete Fluid ist vorzugsweise Luft, deren Druck in geeigneter Weise so gesteuert wird, dass er sich zwischen zwei verschiedenen Höhen ändert. Diese beiden Höhen können sowohl niedriger als der Umgebungsdruck als auch höher als der Umgebungsdruck sein. Alternativ können die beiden Höhen eine der folgenden Kombinationen sein: Ein Unterdruck oder verringerter Druck und der Umgebungsdruck; ein Unterdruck oder verringerter Druck und ein Überdruck; und der Umgebungsdruck und ein Überdruck.
Der Fluidkanal ist vorzugsweise durch ein Element gebildet, das an dem zu dämpfenden Objektelement befestigt ist. Beispielsweise ist der Fluidkanal vorzugsweise durch das Befestigungselement ausgebildet. In diesem Fall dient das Befestigungselement als die Einrichtung zum Definieren des Fluidkanals.
Bei einer bevorzugten Form dieser Erfindung hat der Schwingungsdämpfer des weiteren eine Führungseinrichtung, die das Masseelement führt, das relativ zu dem Befestigungselement in der Schwingungseingaberichtung verschoben wird, um so eine relative Verschiebung des Masseelements und des Befestigungselements in einer senkrecht zu der Schwingungseingaberichtung stehenden Richtung zu verhindern. Bei dieser Form des Schwingungsdämpfers wird verhindert, dass das Masseelement durch die Führungseinrichtung in einer anderen Richtung als die Schwingungseingaberichtung verschoben wird. Die Führungseinrichtung ermöglicht ein beabsichtigtes In-Schwingung- Versetzen des Masseelements relativ zu dem Befestigungselement in der Schwingungseingaberichtung, was eine leichtere und genauere Steuerung der Schwingung des Masseelements sicherstellt.
Die Führungseinrichtung kann eine Führungsstange haben, die sich von entweder dem Befestigungselement oder dem Masseelement in der Schwingungseingaberichtung erstreckt und die mit einem Führungsloch in Eingriff steht, das in dem anderen Element, d. h. in dem Masseelement oder dem Befestigungselement ausgebildet ist.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorstehend dargelegten bevorzugten Form der Erfindung hat das Befestigungselement die Führungsstange, während das Masseelement das Führungsloch hat, und das Befestigungselement hat des weiteren einen Befestigungsabschnitt, an dem das Befestigungselement an dem Objektelement befestigt ist. Bei diesem Aufbau erstreckt sich die elastische Verbindung von dem Befestigungsabschnitt des Befestigungselements in einer Richtung, die im wesentlichen senkrecht zu der Schwingungseingaberichtung ist, und das Masseelement ist von dem Befestigungsabschnitt des Befestigungselements in der Schwingungseingaberichtung beabstandet und ist an einem radial äußeren Abschnitt der elastischen Verbindung derart gesichert, dass die Arbeitskammer, die zumindest teilweise durch die elastische Verbindung und das Masseelement definiert ist, sich zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Masseelement befindet. Die Führungsstange des Befestigungselements erstreckt sich durch die Arbeitskammer in das Führungsloch des Masseelements.
Bei einer anderen bevorzugten Form dieser Erfindung ist der Fluidkanal an einem seiner entgegengesetzten Enden mit einer externen Luftdruckquelle verbunden und die Arbeitskammer besteht aus einer einzelnen Luftkammer, die zumindest teilweise durch die elastische Verbindung und das Masseelement definiert ist und die mit dem anderen Ende der entgegengesetzten Enden des Fluidkanals in Verbindung steht.
Die vorstehend dargelegte Form des Schwingungsdämpfers hat eine einzelne Luftkammer, die mit der externen Luftdruckquelle über den Fluidkanal verbunden ist, hat einen äußerst einfachen Aufbau und ist besonders leicht herzustellen. Demgemäß ist der Schwingungsdämpfer weiter vereinfacht und kann unter verringerten Kosten hergestellt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Form dieser Erfindung ist der Fluidkanal an einem seiner entgegengesetzten Enden mit einer externen Luftdruckquelle verbunden und der Schwingungsdämpfer hat des weiteren eine flexible Membran, die die Arbeitskammer in eine Flüssigkeitskammer, die mit einem nicht zusammendrückbaren Fluid gefüllt ist, an einer Seite der flexiblen Membran und eine Luftkammer an der anderen Seite der flexiblen Membran fluiddicht teilt. Die Arbeitskammer steht mit dem anderen Ende der entgegengesetzten Enden des Fluidkanals in Verbindung.
Bei der vorstehend beschriebenen Form des Schwingungsdämpfers, bei dem die Arbeitskammer aus der Luftkammer und der Flüssigkeitskammer besteht, kann das Volumen der Arbeitskammer gering gestaltet werden, wodurch eine Verbesserung eines Verschiebungsansprechens des Masseelements gegenüber der Änderung des Luftdrucks ermöglicht ist.
Bei einem vorteilhaften Aufbau der vorstehend beschriebenen bevorzugten Form des Schwingungsdämpfers ist die Flüssigkeitskammer durch die flexible Membran, die elastische Verbindung und das Masseelement definiert, und ein Bereich einer Fläche der flexiblen Membran, die teilweise die Luftkammer definiert, ist gegenüber einem Gesamtbereich der Flächen der elastischen Verbindung und des Masseelements verschieden, die teilweise die Flüssigkeitskammer definieren.
Bei dem vorstehend beschriebenen vorteilhaften Aufbau wird der Luftdruck in der Luftkammer durch die flexible Membran auf die Flüssigkeitskammer aufgebracht, und der Flüssigkeitsdruck in der Flüssigkeitskammer wird teilweise direkt auf das Masseelement und teilweise indirekt über die elastische Verbindung auf das Masseelement aufgebracht. Die Differenz oder das Verhältnis des Oberflächenbereichs der flexiblen Membran und des Gesamtflächenbereichs der elastischen Verbindung und des Masseelements ist geeignet so gewählt, dass ermöglicht wird, dass das Masseelement über eine geeignete Entfernung mit einer geeigneten Kraft auf Grund des Aufbringens des Luftdrucks von der Luftkammer auf das Masseelement durch die Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer in Schwingung versetzt wird.
Wenn der Gesamtflächenbereich der elastischen Verbindung und des Masseelements geringer als der Flächenbereich der flexiblen Membran ist, kann die Schwingungsentfernung des Masseelements relativ groß gestaltet werden. Wenn der Gesamtflächenbereich der elastischen Verbindung und des Masseelements größer als der Flächenbereich der flexiblen Membran ist, kann die Kraft für das In-Schwingung-Versetzen des Masseelements wirkungsvoll erzielt werden.
Bei einer wiederum weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung besteht die Arbeitskammer aus zwei Luftkammern, die an entgegengesetzten Seiten des Masseelements ausgebildet sind, die zueinander entgegengesetzt ii der Schwingungseingaberichtung sind. In diesem Fall sind die beiden Luftkammern mit jeweils zwei voneinander unabhängigen Luftkanälen verbunden, die mit einer externen Luftdruckquelle verbunden sind, so dass die Luftdrücke in den beiden Kammern periodisch geändert werden.
Bei der vorstehend dargelegten bevorzugten Form des Schwingungsdämpfers bewirken beide Luftkammern, dass das Masseelement in Schwingung versetzt wird, wobei eine relativ große Kraft vorgesehen werden kann, um das Masseelement in Schwingung zu versetzen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Schwingungsdämpfer kann das Masseelement bei Bedarf sogar dann in Schwingung versetzt werden, wenn lediglich ein verringerter Druck oder Unterdruck oder lediglich ein Überdruck verwendet wird. D. h. der Unterdruck oder der Überdruck werden abwechselnd auf die beiden Luftkammern an den entgegengesetzten Seiten des Masseelements aufgebracht, um das Masseelement in Schwingung zu versetzen.
Das In-Schwingung-Versetzen des Masseelements kann in geeigneter Weise eingestellt werden, indem die auf die beiden Luftkammern aufzubringenden Luftdrücke eingestellt werden.
Bei einem vorteilhaften Aufbau der vorstehend beschriebenen bevorzugten Form des Schwingungsdämpfers mit den beiden Luftkammern sind die beiden Luftkanäle mit der externen Luftdruckquelle über jeweils zwei Schaltventile verbunden, die gesteuert werden, um periodisch die Luftdrücke in den beiden Luftkammern synchron zu einer Frequenz der Schwingungen des zu dämpfenden Objektelements zu ändern, und derart, dass der Luftdruck in einer der beiden Luftkammern verringert wird, während der Luftdruck in der anderen der beiden Kammern erhöht wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Schwingungsdämpfer werden die Luftdrücke in den beiden Luftkammern an den entgegengesetzten Seiten des Masseelements derart gesteuert, dass eine Phase der. Druckänderung in einer der beiden Luftkammern um 180º gegenüber derjenigen der Druckänderung in der anderen Luftkammer verschieden ist, so dass die Drücke in den beiden Luftkammern zusammenwirken, um das Masseelement in Schwingung zu versetzen. Die Luftdrücke in den Luftkammern können entlang von Sinuskurven mit einer Phasendifferenz von 180º geändert werden.
Bei einer wiederum weiteren bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung ist der Luftkanal mit einer externen Luftdruckquelle über ein Schaltventil verbunden, das gesteuert wird, um periodisch einen Luftdruck zu ändern, der auf die Arbeitskammer durch den Fluidkanal aufgebracht wird, wobei dies synchron zu einer Frequenz von den Schwingungen des zu dämpfenden Objektelements geschieht. In diesem Fall können die Schwingungen des Objektelements wirkungsvoll gedämpft werden, indem das Schaltventil aktiv gesteuert wird.
Die vorstehend aufgeführte zweite Aufgabe kann gemäß einem zweiten Aspekt dieser Erfindung gelöst werden, die eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung schafft, die folgendes aufweist: eine Vielzahl an Schwingungsdämpfern, die jeweils gemäß dem vorstehend erörterten ersten Aspekt der Erfindung aufgebaut sind, und eine Halterung, die die Vielzahl an Schwingungsdämpfern derart stützt, dass die Verschiebungsrichtungen der Masseelemente der Schwingungsdämpfer relativ zu den Befestigungselementen voneinander verschieden sind.
Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist dazu in der Lage, die in verschiedenen Richtungen aufgenommenen Schwingungen des Objektelements durch die Schwingungsverschiebungen der Masseelemente der zwei oder mehr Schwingungsdämpfer zu dämpfen oder zu steuern. Beispielsweise besteht die Vielzahl an Schwingungsdämpfern aus zwei oder drei Schwingungsdämpfern, die an der Halterung derart angebracht sind, dass die Verschiebungsrichtungen der Masseelemente von diesen Schwingungsdämpfern zueinander senkrecht sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehend dargelegten und wahlweisen Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung der vorliegenden Anmeldung sind durch die nachstehend aufgeführte detaillierte Beschreibung der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt von einem Schwingungsdämpfer, der einen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung aufgebauten Schwingungsdämpfer hat.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt von einem Schwingungsdämpfer gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt von einem Schwingungsdämpfer gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt von einem Schwingungsdämpfer gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht im Querschnitt von einem Schwingungsdämpfer gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Zunächst ist unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Schwingungsdämpfer 10 gezeigt, der gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Dieser Schwingungsdämpfer 10 hat ein Befestigungselement 14, an dem der Dämpfer 10 mit einem Objektelement oder Schwingungselement 12 angebracht ist, um dessen Schwingungen zu dämpfen. An dem Befestigungselement 14 ist ein Masseelement 16 durch eine elastische Verbindung in der Form eines elastischen Körpers 18 elastisch verbunden. Das Befestigungselement 14, das Masseelement 16 und der elastische Körper 18 wirken zusammen, um ein Schwingungssystem zu bilden, bei dem das Masseelement 16 als eine Masse dient, während der elastische Körper 18 als eine Feder dient. Der Schwingungsdämpfer 10 ist daran angepasst, dass er die Schwingungen des Schwingungselements 12 aktiv dämpft, indem er eine Schwingungskraft des Schwingungssystems auf das Schwingungselement 12 durch das Befestigungselement 14 aufbringt. Der Schwingungsdämpfer 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist so aufgebaut, dass er eine beabsichtigte Schwingungswirkung im Hinblick auf die Schwingungen des Schwingungselements 12 vorsieht, die in der vertikalen Richtung der Betrachtung in Fig. 1 aufgenommen werden. Diese Bezeichnung ist als "Schwingungseingaberichtung" dort bezeichnet, wo dies geeignet ist.
Genauer gesagt nimmt das Befestigungselement 14 die Form einer Stange mit einer kreisartigen Querschnittsform und einem relativ geringen Durchmesser ein. Das Befestigungselement 14 hat einen mit einem Gewinde versehenen axialen oberen Endabschnitt 20 (siehe Fig. 1), der als eine Schraube wirkt. In dem Befestigungselement 14 ist ein Luftkanal 22 durch den mit dem Gewinde versehenen axialen oberen Endabschnitt 20 so ausgebildet, dass er sich nach unten zu einer axialen mittleren Position über eine vorbestimmte Länge in der axialen Richtung, d. h. in der Schwingungseingaberichtung erstreckt. Der Luftkanal 22 ist an seinem Ende entfernt, von dem Ende des oberen Endabschnitts 20 an der Umfangsfläche des Befestigungselements 14 offen. Das Befestigungselement 14 hat einen einstückig ausgebildeten Stutzen 26, der sich axial nach oben von der Endfläche des mit dem Gewinde versehenen oberen Endabschnitts 20 erstreckt. Eine Luftleitung 24 ist mit diesem Stutzen 26 zum Zwecke der Verbindung mit dem Luftkanal 22 verbunden.
Das Masseelement 16 hat einen kreisartigen scheibenartigen Körper 28, der aus einem eisenhaltigen oder anderen metallischen Material mit einem relativ großen spezifischen Gewicht ausgebildet ist, und eine dünnwandige zylindrische Abdeckung 30, die aus einem metallischen Material ausgebildet ist. Die zylindrische Abdeckung 30 ist an ihrem einen axialen Ende geschlossen und an dem anderen axialen Ende offen. Der Körper 28 ist in die Abdeckung 30 durch ihr offenes axiales Ende eingeführt und ist innerhalb der Abdeckung 30 fixiert. Der Körper 30 hat ein Führungsloch 32, das durch dieses hindurch entlang seiner Achse über die gesamte axiale Länge ausgebildet ist. Eines der axial entgegengesetzten offenen Enden des Führungsloches 32 ist durch die Bodenwand der zylindrischen Abdeckung 30 geschlossen, in der der Körper 28 untergebracht ist. Der offene Endabschnitt der Abdeckung 30 dient als ein verstemmter Abschnitt 34, der sich axial nach außen von der entsprechenden Endfläche des Körpers 28 erstreckt.
Der axial untere Abschnitt des Befestigungselements 14 entfernt von dem mit dem Gewindeversehenen axial oberen Endabschnitt 20 ist in das Führungsloch 32 des Masseelements 16 eingeführt, wodurch das Masseelement 16 koaxial zu dem Befestigungselement 14 angeordnet ist. Dieser axial untere Abschnitt des Befestigungselements 14 wird als eine Führungsstange erachtet, während der mit dem Gewinde versehene axiale obere Endabschnitt 20 als ein Befestigungsabschnitt erachtet wird. Das Führungsloch 32 mit einem Durchmesser, der geringfügig größer als der Außendurchmesser des Befestigungselements 14 ist, so dass ein bestimmter Spielbetrag zwischen der Innenfläche des Führungslochs 32 und der Außenumfangsfläche des Befestigungselements 14 vorhanden ist. Dieser Aufbau ermöglicht eine Relativbewegung des Masseelements 16 und des Befestigungselements 14.
Das Masseelement 16 hat des weiteren eine Führungshülse 36, die feststehend in dem unteren Endabschnitt des Führungslochs 32 aufgenommen ist, das durch die Abdeckung 30 geschlossen ist. Der untere Endabschnitt des Befestigungselements 14 ist axial gleitfähig durch diese Führungshülse 36 bei einem geringfügigen Reibungsbetrag zwischen ihnen geführt, um so einen Anlagekontakt des unteren Endabschnitts des Befestigungselements 14 mit der Innenfläche des Körpers 28 zu verringern oder zu verhindern, der auf Grund der Relativverschiebung zwischen dem Befestigungselement 14 und dem Masseelement 16 in der radialen Richtung stattfinden würde.
Der elastische Körper 18, der das Befestigungselement 14 und das Masseelement 16 elastisch verbindet, ist ein im allgemeinen ringartiges Element mit einer relativ geringen Dicke oder axialer Abmessung. Eine metallische Hülse 38 und ein Metallverbindungselement 40 werden mit der Innenumfangsfläche und dem radial äußeren Abschnitt des elastischen Körpers 18 bei dem Vulkanisierprozess eines Gummimaterials zum Ausbilden des elastischen Körpers 18 verbunden. Die metallische Hülse 38 sitzt feststehend an einem relativ oberen Abschnitt des Befestigungselements 14, so dass der elastische Körper 18 an dem Befestigungselement 14 derart gesichert ist, dass sich der elastische Körper 18 radial von dem Befestigungselement 14 nach außen erstreckt. Die metallische Hülse 38 ist relativ zu dem Befestigungselement 14 derart positioniert, dass das untere Ende der metallischen Hülse 38 von dem axial inneren offenen Ende des Luftkanals 22 entfernt von dem mit dem Gewinde versehenen axial oberen Endabschnitt 20 beabstandet ist, um so zu verhindern, dass die metallische Hülse 38 die Öffnungen des Luftkanals 22 an der Außenumfangsfläche des Befestigungselements 14 schließt. Die metallische Hülse 38 sitzt an dem Befestigungselement 14 so, dass ein ausreichender Grad an Fluiddichtheit zwischen ihnen sichergestellt ist.
Das Metallverbindungselement 40 ist ein im allgemeinen zylindrisches Element mit einem oberen und einem unteren Flansch 42 und 44, die so einstückig ausgebildet sind, dass sie sich an den jeweils axial entgegengesetzten Enden radial nach außen erstrecken. Das Metallverbindungselement 40 ist fast gänzlich in dem radial äußeren Abschnitt des elastischen Körpers 18 eingebettet, so dass lediglich der Endabschnitt des unteren Flansches 44 freigelegt ist, wobei er radial von der Außenumfangsfläche des elastischen Körpers 18 nach außen vorsteht. Das Mässeelement 16 ist an dem elastischen Körper 18 gesichert, wobei der verstemmte Abschnitt 34 der Abdeckung an dem freigelegten Endabschnitt des unteren Flansches 44 des Metallverbindungselements 40 derart verstemmt ist, dass der untere Flansch 44 durch den verstemmten Abschnitt 34 und die obere Endfläche des Köpers 28 sandwichartig angeordnet ist und sich zwischen diesen befindet, wobei eine Abdichtgummilage 46 zwischen dem unteren Flansch 44 und dem Körper 28 angeordnet ist, um die Fluiddichtheit zwischen ihnen sicherzustellen.
Somit ist das Masseelement 16 mit dem Befestigungselement 14 durch den elastischen Körper 18 derart elastisch verbunden und gestützt, dass der elastische Körper 18 an seinem Innenumfang an dem Befestigungselement 14 und an seinem radial äußeren Abschnitt an dem Masseelement 16 fixiert ist. Darüber hinaus wirken das Befestigungselement 14, das Masseelement 16 und der elastische Körper 18 zusammen, um eine Arbeitskammer in der Form einer Luftkammer 48 zu definieren, die mit dem Luftkanal 33 und dem ringartigen Zwischenraum zwischen dem Befestigungselement 14 und dem Körper 28 des Masseelements 16 in Verbindung steht. Die Luftkammer 48 kann als den vorstehend aufgeführten ringartigen Zwischenraum umfassend erachtet werden.
Das durch den vorliegenden Schwingungsdämpfer 10 zu dämpfende Schwingungselement 12 hat ein Fixierloch 50 für den Einbau des Schwingungsdämpfers 10. Das heisst das Befestigungselement 14 erstreckt sich durch das Fixierloch 50 derart, dass der mit dem Gewinde versehene axial obere Endabschnitt 20 sich oberhalb des Schwingungselements 12 befindet. Eine Mutter 52 ist an dem an dem oberen Endabschnitt 30 ausgebildeten Gewinde geschraubt, so dass das Schwingungselement 12 zwischen der Mutter 52 und der metallischen Hülse 38 gehalten wird, die an dem Befestigungselement 14 fixiert ist. Somit ist der Schwingungsdämpfer 10 an dem Schwingungselement 12 befestigt, wobei das Befestigungselement 14 an dem Schwingungselement 12 angeschraubt ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem das Masseelement 16 relativ zu dem Befestigungselement 14 in der Schwingungseingangsrichtung d. h. in der axialen Richtung des Befestigungselements 14 verschiebbar ist, können die Schwingungen des Schwingungselements 12 in der axialen Richtung des Befestigungselements 14 durch den Schwingungsdämpfer 10 wirkungsvoll gedämpft werden.
Die Luftleitung 24, von der ein Ende mit dem Stutzen 26 verbunden ist, der mit der Luftkammer 48 durch den Luftkanal 22 in Verbindung steht, ist an dem anderen Ende mit einem Unterdruckbehälter 54 verbunden, der wiederum mit einer geeigneten Unterdruckquelle wie beispielsweise einer Unterdruckpumpe oder ein Einlasssystem oder Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors verbunden ist. Die Luftleitung 24 ist außerdem mit einem Schaltventil 56 zwischen dem Stutzen 26 und dem Unterdruckbehälter 54 verbunden. Das Schaltventil 56 hat eine offene Position für eine Verbindung der Luftleitung 24 mit der Umgebung und eine geschlossene Position, bei der die Luftleitung 24 von der Umgebung getrennt ist. Das Schaltventil 56 wird durch eine Steuereinrichtung 58 gesteuert. Indem das Schaltventil 56 wahlweise zu der geschlossenen und zu der offenen Position betätigt wird, wird die Luftkammer 48 wahlweise mit dem Unterdruckbehälter 54 und der Umgebung in Verbindung gebracht. Das heisst, der in der Luftkammer 48 befindliche Druck kann zwischen dem Umgebungsdruck und einem verringerten Druck geändert werden, der niedriger als der Umgebungsdruck ist. Das Schaltventil 56 ist vorzugsweise ein per Solenoid betätigtes Ventil, das bei einer relativ hohen Geschwindigkeit zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position geschaltet werden kann.
Die Leitung 24, der Unterdruckbehälter 54 und das Schaltventil 56 wirken mit dem Schwingungsdämpfer 10 zusammen, um eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung zu bilden, wobei das Schaltventil 56 in geeigneter Weise gesteuert wird, um abwechselnd den verringerten Druck und den Umgebungsdruck auf die Luftkammer 48 aufzubringen, so dass das Masseelement 16 einer schwingenden Kraft unterworfen wird, die als ein Ergebnis einer periodischen Änderung des Drucks in der Luftkammer 48 erzeugt wird, so dass die schwingende Kraft auf das Masseelement 16 abwechselnd in die entgegengesetzten axialen Richtungen des Befestigungselements 14 wirkt, wodurch das Masseelement 16 relativ zu dem Befestigungselement 14 in den axialen Richtungen in Schwingung versetzt wird. In dieser Hinsicht ist zu beachten, dass der an dem Befestigungselement 14 durch die metallische Hülse 38 befestigte elastische Körper 18 elastisch verformt wird bei Aufbringen des verringerten Drucks auf die Luftkammer 48, die teilweise durch den elastischen Körper 18 definiert ist, so dass das an dem elastischen Körper 18 fixierte Masseelement 16 in axialer Richtung zudem Befestigungselement 14 in der zu dem Schwingungselement 12 hinweisenden Richtung bewegt wird.
Das Masseelement 16 wird relativ zu dem Befestigungselement 14 in den entgegengesetzten axialen Richtungen bei der Betätigungsfrequenz des Schaltventils 56, d. h. bei der Frequenz verschoben, bei der das Schaltventil 56 zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position in Übereinstimmung mit einem Steuerbefehl von der Steuereinrichtung 58 geschaltet wird. Demgemäß kann das Schwingungssystem, das aus dem Masseelement 16 und dem elastischen Körper 18 besteht, bei einer erwünschten Frequenz in Schwingung versetzt werden, indem in geeigneter Weise die Betätigungsfrequenz des Schaltventils 56 eingestellt wird. Des weiteren kann die Amplitude der Schwingung des Schwingungssystems 16, 18 verändert werden, indem die Höhe des verringerten Drucks, der auf die Luftkammer 48 aufgebracht wird, d. h. der Druck in dem Unterdruckbehälter 54 eingestellt wird.
Um die Schwingungen des Schwingungselements 12 wirkungsvoll zu dämpfen, wird der durch die Unterdruckquelle erzeugte und in dem Luftbehälter 54 gespeicherte verringerte Druck in Abhängigkeit von der Amplitude der Schwingungen des Schwingungselements 12 eingestellt und die Betätigungsfrequenz des Schaltventils 56 wird durch die Steuereinrichtung 58 in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwingungen gesteuert, so dass das aus dem Masseelement 16 und dem elastischen Körper 18 bestehende Schwingungssystem in Schwingung versetzt wird, um eine geeignete Schwingungskraft auf das Schwingungselement 12 aufzubringen, umso wirkungsvoll die Schwingungen des Schwingungselements 12 zu dämpfen oder zu steuern. Wenn das Schwingungssystem 16, 18 bei seiner Resonanzfrequenz oder bei einer Frequenz, die nahe bei der Resonanzfrequenz ist, in Schwingung versetzt wird, kann eine relativ große Schwingungskraft wirkungsvoll auf das Schwingungselement 12 aufgebracht werden, wodurch die durch die Schwingungsdämpfungsvorrichtung aufgezeigte Dämpfungswirkung weiter verbessert werden kann.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass der Schwingungsdämpfer 10, in dem kein Elektromagnet oder eine andere Art an Betätigungsglied zum Erzeugen einer Schwingungskraft eingebaut ist, im Hinblick auf seinen Aufbau bei verringertem Gewicht und verringerter Größe vereinfacht ist und ökonomisch herzustellen ist. Des weiteren führt dieser einfache Aufbau zu einer Zunahme der Betriebszuverlässigkeit und Haltbarkeit des Schwingungsdämpfers 10 und seine Wartung im Hinblick auf die beabsichtigte Leistung ist vereinfacht.
Wenn die vorliegende Schwingungsdämpfungsvorrichtung bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor verwendet wird, kann der verringerte Druck bei dem Einlasssystem des Motors wirkungsvoll durch den Schwingungsdämpfer 10 genutzt werden, um das Masseelement 16 in Schwingung zu versetzen. In diesem Fall erfordert der Schwingungsdämpfer 10 keinerlei Einrichtung, die ausschließlich zum Erzeugen einer Energie zum In-Schwingung- Versetzen des Masseelements 16 erzeugt wird d. h. zum Erzeugen des verringerten Drucks. Wenn die Dämpfungsvorrichtung bei einer Umgebung verwendet wird, bei der Druckluft ohne weiteres erhältlich ist, kann der verringerte Druck oder Unterdruck durch einen Überdruck von dieser Druckluft ersetzt werden, um das Masseelement 16 in Schwingung zu versetzen.
Nachstehend ist unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Schwingungsdämpfer 60 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 sind auch in Fig. 2 verwendet worden, um die im Hinblick auf die Funktion entsprechenden Elemente zu bezeichnen und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente unterbleibt.
Bei dem Schwingungsdämpfer 60 hat das Masseelement 16 einen kreisförmigen scheibenartigen Körper 62 mit einer relativ großen Dicke und eine dünnwandige zylindrische Abdeckung 64, in der der Körper 62 feststehend untergebracht ist. Zwei Befestigungselemente 14, 14 sind an den jeweils axial entgegengesetzten Seiten des Masseelements 16 derart angeordnet, dass das Masseelement 16 mit den Befestigungselementen 14, 14 durch zwei jeweilige elastische Körper 18, 18 elastisch verbunden ist. Das Masseelement 16 ist an dem radial äußeren Abschnitt von jedem elastischen Körper 18 derart befestigt, dass der radial äußere Abschnitt des unteren Flansches 44 des zylindrischen Metallverbindungselements 40, das mit dem radial äußeren Abschnitt des elastischen Körpers 18 verbunden ist, zwischen der entsprechenden Endfläche des Körpers 62 und einem verstemmten Abschnitt 65 erhalten wird, der an dem entsprechenden offenen Ende der Abdeckung 64 ausgebildet ist.
Der Körper 62 des Masseelements 16 hat zwei Führungslöcher 66, 66, die an ihren axial entgegengesetzten Endflächen offen sind. Jedes Führungsloch 66 hat eine Länge, die nicht größer als die Hälfte der axialen Abmessung des Körpers 62 ist. Eine Führungshülse 36 ist feststehend in jedem der beiden Führungslöcher 66 untergebracht, so dass die Befestiungselemente 14, 14, die teilweise in die Führungslöcher 66 eingeführt sind, durch die Führungshülsen 36 geführt werden, so dass ermöglicht wird, dass das Masseelement 16 (und der Körper 62) relativ zu den Befestigungselementen 14 in der axialen Richtung, d. h. in der Schwingungseingaberichtung verschoben wird.
Der Schwingungsdämpfer 60 ist an dem Schwingungselement 12 über eine im allgemeinen U-förmige Halterung 70 fixiert, die an dem Schwingungselement 12 durch Schrauben 68 gesichert ist, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, indem die Befestigungselemente 14, 14 an der Halterung 70 derart angebracht sind, dass die Achsen der Befestigungselemente 14, 14 zueinander in der Schwingungseingaberichtung ausgerichtet sind, in der die Schwingungen des Schwingungselements 12 auf den Schwingungsdämpfer 60 aufgebracht werden.
Bei dem vorliegenden Schwingungsdämpfer 60 sind zwei Luftkammern 48a, 48b an den axial entgegengesetzten Seiten des Masseelements 16 ausgebildet. Jede Luftkammer 48 ist durch den entsprechenden elastischen Körper 18 und dem Befestigungselement 14 und der entsprechenden Endfläche des Körpers 62 definiert. Die in Fig. 24 gezeigte Luftleitung 24 ist mit dem Stutzen 26 von jedem Befestigungselement 14 verbunden, so dass die Drücke in den Luftkammern 48a, 48b unabhängig voneinander durch die beiden Schaltventile 56 geändert werden können, die durch die Steuereinrichtung 58 gesteuert werden.
Bei dem Schwingungsdämpfer 60 von Fig. 2 wird das Masseelement 16 durch die periodischen Druckänderungen in den beiden Luftkammern 48a, 48b in Schwingung versetzt, um so eine wirkungsvolle Schwingungskraft auf das Schwingungselement 12 aufzubringen. Somit hat der Schwingungsdämpfer 60 im wesentlichen die gleichen Vorteile wie der Schwingungsdämpfer 10 von dem ersten Ausführungsbeispiel.
Es sollte beachtet werden, dass die Richtung der Verschiebung des Masseelements 16 durch das Aufbringen des verringerten Drucks auf die Luftkammer 48a entgegengesetzt zu derjenigen durch das Aufbringen des verringerten Drucks auf die Luftkammer 48b ist. Dies trifft ebenfalls auf den Fall zu, bei dem ein Überdruck auf die Luftkammern 48a und 48b aufgebracht wird. Obwohl die verringerten Drücke und die Überdrücke gleichzeitig auf die eine und die andere der beiden Luftkammern 48a und 48b aufgebracht werden, kann auch lediglich der verringerte Druck oder der Überdruck abwechselnd auf die beiden Luftkammern 48a und 48b aufgebracht werden. Auch in diesem Fall kann das Masseelement 16 in wirkungsvoller Weise in den entgegengesetzten Richtungen mit einer hohen Genauigkeit im Hinblick auf die Steuerung der Schwingung in Schwingung versetzt werden.
Wenn die verringerten Drücke und die Überdrücke gleichzeitig auf die eine und die andere der beiden Luftkammern 48a und 48b derart aufgebracht werden, dass die verringerten Drücke und die Überdrücke abwechselnd auf jede der Kammern 48a und 48b aufgebracht werden, kann die auf das Masseelement 16 aufgebrachte Schwingungskraft bei Zunahme des Volumens von jeder Luftkammer 48a und 48b erhöht werden, d. h. während des Beibehaltens eines hohen Ansprechverhaltens der Verschiebung des Masseelements 16 gegenüber den Druckänderungen in den Luftkammern 48.
Ein Schwingungsdämpfer 74 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt. In der nachfolgend dargelegten Beschreibung bei Bezugnahme auf Fig. 3 sollen verschiedene Ausdrücke wie beispielsweise "untere Fläche" und "axial nach oben weisende Richtung", die sich auf die vertikale Richtung beziehen, in Bezug auf die vertikale Richtung unter Betrachtung von Fig. 3 interpretiert werden.
Der Schwingungsdämpfer 74 hat ein Befestigungselement 76 in der Form eines umgekehrten Tellers, der an seinem Bodenabschnitt an der unteren Fläche eines Schwingungselements 80 in Übereinanderlage angeordnet ist. Das Befestigungselement 76 ist an dem Schwingungselement 80 durch eine Fixierschraube 78 fixiert, die sich von einem mittleren Abschnitt der Bodenwand des Befestigungselements 76 durch das Schwingungselement 80 in der axial nach oben weisenden Richtung erstreckt.
Der Schwingungsdämpfer 74 hat des weiteren ein kreisförmiges scheibenartiges Masseelement 82, das aus einem metallischen Material hergestellt ist, und eine elastische Verbindung in der Form eines im allgemeinen ringartigen elastischen Körpers 84, der an seiner Innenumfangsfläche mit dem axial oberen Abschnitt des Masseelements 82 bei dem Vulkanisierprozess eines Gummimaterials zum Ausbilden des elastischen Körpers 84 derart verbunden wird, dass der ringartige elastische Körper 84 sich in einer im wesentlichen radialen nach außen weisenden Richtung von der Außenumfangsfläche des Masseelements 82 erstreckt. Der elastische Körper 84 ist an seiner Außenumfangsfläche mit einem zylindrischen Metallverbindungselement 86 verbunden, das radial nach außen von dem Masseelement 82 angeordnet ist, wobei ein vorbestimmter radialer Abstand derart vorhanden ist, dass das Metallverbindungselement 86 koaxial zu dem Masseelement 82 und geringfügig versetzt von dem Masseelement 82 in der axial nach oben weisenden Richtung ist. Das Metallverbindungselement 86 ist an seinem unteren Endabschnitt mit dem elastischen Körper 84 verbunden bzw. an diesen geklebt und hat einen einstückig ausgebildeten verstemmten oberen Endabschnitts 88.
Das Befestigungselement 76 und das Masseelement 82 sind voneinander um einen vorbestimmten Abstand in der axialen oder vertikalen Richtung derart beabstandet, dass diese Elemente 76 und 82 zueinander in der axialen Richtung entgegengesetzt sind. Der verstemmte obere Endabschnitt 88 des Metallverbindungselements 86 ist an dem radial äußeren Abschnitt des Befestigungselements 76 verstemmt, wodurch das Masseelement 82 mit dem Befestigungselement 76 durch den elastischen Körper 84 elastisch verbunden ist. Bei dem vorliegenden Aufbau ist eine Arbeitskammer 90 zwischen dem Befestigungselement 76 und dem Masseelement 82 derart ausgebildet, dass die Arbeitskammer 90 teilweise durch den elastischen Körper 84 definiert ist.
Die Arbeitskammer 90 ist durch eine flexible Membran in der Form eines Gummielements 92 in eine Flüssigkeitskammer 98 zwischen dem Gummielement 92 und dem Masseelement 82 und eine Luftkammer 100 zwischen dem Gummielement 92 und dem Befestigungselement 76 fluiddicht geteilt. Das Gummielement 92 ist eine aus einem Gummimaterial ausgebildete dünnwandige kreisartige Platte. Eine relativ dünne kreisartige Begrenzungsplatte 94, die aus einem metallischen oder einem anderen harten Material ausgebildet ist, ist an einen mittleren Abschnitt des Gummielements 92 geklebt bzw. mit diesem verbunden. Ein zylindrisches Metallstützelement 96 ist an dem Außenumfang des Gummielements 92 bei dem Vulkanisierprozess des Gummimaterials des Gummielements 92 verbunden. Der obere Endabschnitt des Metallstützelements 96 ist zwischen dem Befestigungselement 76 und dem Metallverbindungselement 86 gehalten, wobei der verstemmte Abschnitt 88 an dem Befestigungselement 76 verstemmt ist, wie dies vorstehend beschrieben ist. Somit ist das Gummielement 92 an dem Metallverbindungselement 86 derart fixiert, dass das Gummielement 92 zwischen dem Befestigungselement 76 und dem Masseelement 82 angeordnet ist. Die Flüssigkeitskammer 98 ist mit einem nicht zusammendrückbaren Fluid wie beispielsweise Wasser oder Alkylenglycol gefüllt.
Die Luftkammer 100 ist über eine Röhre 101 mit einer geeigneten Unterdruckquelle, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, oder mit einer geeigneten Druckluftquelle verbunden, so dass der Druck in der Kammer 100 periodisch verändert wird.
Bei dem wie vorstehend beschrieben aufgebauten vorliegenden Schwingungsdämpfer 84 wird ein abwechselndes Aufbringen von beispielsweise einem verringerten Druck und dem Umgebungsdruck auf die Luftkammer 100 bei einer geeigneten Frequenz eine elastische Verformung und Verschiebung des Gummielements 92 auf der Grundlage einer periodischen Druckänderung in der Luftkammer 100, was wiederum eine periodische Druckänderung in der Flüssigkeitskammer 98 bewirkt, so dass das Mässeelement 82 in den entgegengesetzten axialen Richtungen zu dem Befestigungselement hin und von diesem weg verschoben wird, d. h. das Masseelement 82 wird in der axialen Richtung bei einer Frequenz in Schwingung versetzt, die der Frequenz der abwechselnden Aufbringung des verringerten Drucks und des Umgebungsdrucks d. h. der Betriebsfrequenz des Schalters 56 entspricht, der durch die Steuereinrichtung 58 gesteuert wird, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Indem das Masseelement 82 in der vorstehend beschriebenen Weise in Schwingung versetzt wird, wird eine Schwingungskraft auf das Schwingungselement 80 so aufgebracht, dass die Schwingungen des Schwingungselements 80 gedämpft oder gesteuert werden, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Bei dem vorliegenden Schwingungsdämpfer 74, bei dem die Arbeitskammer 90 aus der Flüssigkeitskammer 98 und der Luftkammer 100 besteht, kann das Volumen der Luftkammer 100 minimal gestaltet werden, während das Volumen der Arbeitskammer 100, das zum Erzielen von zulässigen Verschiebungsbeträgen des Masseelements 82 und 84 erforderlich ist, sichergestellt ist, so dass das Ansprechverhalten der Verschiebung des Masseelements 82 und das Ansprechverhalten der Schwingungskraft, die auf das Schwingungselement 80 aufgebracht wird, in Bezug auf die Druckänderung in der Luftkammer 100 verbessert sind.
Es sollte außerdem beachtet werden, dass der wirksame Durchmesser R2 des elastischen Körpers 84, durch den der Druck von der Flüssigkeitskammer 98 auf das Masseelement 82 aufgebracht wird, größer als ein Durchmesser R1 des Gummielements 92 ist, durch das der Druck von der Luftkammer 100 zu der Flüssigkeitskammer 98 aufgebracht wird, so dass der Luftdruck in der Luftkammer 100 wirkungsvoll auf die Flüssigkeitskammer 98 und auf das Masseelement 82 und den elastischen Körper 84 aufgebracht wird, womit eine verbesserte Stabilität des In-Schwingung-Versetzens des Masseelements 82 ermöglicht wird.
Die Begrenzungsplatte 94 verhindert eine örtliche Verformung des mittleren Abschnitts des Gummielements 92, was ein wirksames Druckaufbringen zwischen der Luftkammer und der Flüssigkeitskammer 100 und 98 ermöglicht und ein Minimieren eines möglichen örtlichen Anlagekontaktes des Gummielements 92 mit dem Befestigungselement 76 und dem Masseelement 82 ermöglicht, was zu einer verbesserten Haltbarkeit des Gummielements 92 führt. Des weiteren sind die gegenüberliegenden Flächen der Begrenzungsplatte 84 und des Masseelements 82 durch jeweilige dünnwandige Gummilagen 102 und 104 bedeckt, und ein ringartiger Gummipuffer 106 ist an der anderen Fläche der Begrenzungsplatte 94 vorgesehen, die dem Befestigungselement 76 zugewandt ist. Diese Gummilagen 102 und 104 und der Puffer 106 bewirken ein Verhindern oder Minimieren von Geräusch und Stoß bei einem Anlagekontakt der Begrenzungsplatte 94 mit dem Befestigungselement 76 und dem Masseelement 82.
Nachstehend wird auf Fig. 4 verwiesen, in der ein Schwingungsdämpfer 110 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung gezeigt ist. Die gleichen Bezugszeichen, die bei Fig. 3 verwendet worden sind, sind in Fig. 4 zum Identifizieren der im Hinblick auf die Funktion entsprechenden Element verwendet worden sind und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente ist nicht vorgesehen.
Bei dem Schwingungsdämpfer 110 von Fig. 4 hat das zylindrische Metallverbindungselement 82 einen ringartigen Stützabschnitt 112, der einstückig an seinem unteren Ende so ausgebildet ist, dass er sich in der radial nach innen weisenden Richtung erstreckt. Der elastische Körper 84 ist zwischen dem Innenumfang des ringartiges Stützabschnitts 112 und dem Masseelement 82 angeordnet. Der elastische Körper 82 ist ein im allgemeinen zylindrisches Element, dessen Durchmesser geringer als der Innendurchmesser des ringartigen Stützabschnitts 112 des metallischen Verbindungselements 86 ist. Das Masseelement 82 ist an seinem oberen Endabschnitt mit dem elastischen Körper 84 verbunden und ist an seinem unteren Endabschnitt mit einem ringartigen HilfsMasseelement 114 mit einer relativ großen axialen Abmessung oder Wanddicke fixiert. Das HilfsMasseelement 114 sitzt feststehend an dem Masseelement 82 und wirkt mit dem Masseelement 82 zusammen, um eine Massenstruktur 116 zu bilden.
Beim vorliegenden Schwingungsdämpfer 110 hat der elastische Körper 84 einen relativ geringen wirksamen Außendurchmesser R3 bei Vorhandensein des ringartigen Stützabschnitts 112, so dass der Durchmesser R3 geringer als der Durchmesser R1 des Gummielements 92 ist, durch das der Druck von der Luftkammer 100 auf die Flüssigkeitskammer 98 aufgebracht wird.
Bei dem vorliegenden Schwingungsdämpfer 110 bewirkt die Luftdruckänderung in der Luftkammer 100 eine in zwei Richtungen sich vollziehende axiale Verschiebung der Massenstruktur 116 durch die Flüssigkeitskammer 98 wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3. Da der wirksame Durchmesser R3 des elastischen Körpers 84 geringer als der Durchmesser des Gummielements 92 ist, ist der Betrag der axialen Verschiebung des Masseelements 82 größer als der Betrag der Verschiebung des Gummielements 92 auf der Grundlage der Druckänderung in der Luftkammer 100, was die Erhöhung des Betrags der Verschiebung der Massenstruktur 116 pro Volumeneinheit der Luftströmung in die Luftkammer 100 und aus der Luftkammer 100 ermöglicht.
Der Schwingungsdämpfer 110 nutzt eine Schraubenfeder 118, die in der Luftkammer 100 zwischen dem Befestigungselement 76 und der Begrenzungsplatte 94 angeordnet ist, um so die Begrenzungsplatte 94 in der von dem Befestigungselement 76 wegweisenden Richtung vorzuspannen. Das Vorsehen der Schraubenfeder 118 bewirkt eine Zunahme der Stabilität der Stellung der Begrenzungsplatte 94 und der Stellung des Gummielements 92. Die Schraubenfeder 118 bewirkt außerdem, dass dem Gummielement 92 ermöglicht wird, dass es einen ausreichenden Elastizitätsgrad eine längere Zeitspanne lang beibehält. Das heisst, wenn der Druck in der Luftkammer 100 sich von dem verringerten Druck auf den Umgebungsdruck ändert, kehrt das Gummielement 92 von der oberen Position zu der Ausgangsposition nicht nur durch seine eigene Elastizität sondern auch durch die Vorspannkraft der Schraubenfeder 118 zurück. Demgemäß verringert die Schraubenfeder 118 die Ermüdung des Gummielements 92, die durch das abwechselnde Aufbringen des verringerten Drucks und des Umgebungsdrucks auf die Luftkammer 100 bewirkt wird, und verhindert ein frühzeitiges Verschlechtern oder eine Änderung der Schwingungscharakteristik der Massenstruktur 116.
Das HilfsMasseelement 114 hat einen Anschlagabschnitt 120, der einstückig an seinem Außenumfang so ausgebildet ist, dass er sich in der axial nach oben weisenden Richtung derart erstreckt, dass der Anschlagabschnitt 120 zu dem ringartigen Stützabschnitt 112 des Metallverbindungselements 83 in der axialen Richtung bei einem dazwischen befindlichen vorbestimmten axialen Abstand gegenübersteht. Der Betrag der axialen Verschiebung der Massenstruktur 116 zu dem Befestigungselement 76 hin ist durch einen Anlagekontakt des Anschlagabschnitts 120 mit dem ringartigen Stützabschnitt 112 durch einen ringartigen Gummipuffer 122 begrenzt, der an dem ringartigen Stützabschnitt 112 ausgebildet ist.
Nachfolgend wird auf Fig. 5 Bezug genommen, wobei eine Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 beschrieben ist, die gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel dieser Erfindung aufgebaut ist und die drei Schwingungsdämpfer verwendet, die in Fig. 1 gezeigt sind. Die gleichen Bezugszeichen wie bei Fig. 1 sind in Fig. 5 verwendet worden, um die im Hinblick auf die Funktion entsprechenden Elemente zu identifizieren, und eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente ist nicht vorgesehen.
Die Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 hat eine Halterung 134 mit drei Befestigungsplattenabschnitten 132a, 132b und 132c, die senkrecht zueinander sind. Ein erster Schwingungsdämpfer 10a, ein zweiter Schwingungsdämpfer 10b und ein dritter Schwingungsdämpfer 10c sind an den jeweiligen Befestigungsplattenabschnitten 132a, 132b bzw. 132c angebracht. Jeder dieser Befestigungsplattenabschnitte 132a, 132b und 132c hat das Fixierloch 50 und jeder Schwingungsdämpfer 10 ist an dem Befestigungsplattenabschnitt 132 mit der Mutter 52 befestigt, die an dem mit dem Gewinde versehenen oberen Endabschnitt 20 des Befestigungselements 14 verschraubt ist, das sich durch das Fixierloch 50 erstreckt, wobei dies in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 der Fall ist.
Bei der vorliegenden Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 sind die Richtung des In-Schwingung-Versetzens der Masseelemente 16 der drei Schwingungsdämpfer 10a, 10b und 10c senkrecht zueinander, so dass Schwingungskräfte auf das Schwingungselement 12 in den drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen aufbringbar sind.
Die Halterung 134 ist an dem Schwingungselement 12 durch Schrauben 136 befestigt, so dass die Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 an dem Schwingungselement 12 befestigt ist. Der Stutzen 26 des Befestigungselements 14 von jedem Schwingungsdämpfer 10a, 10b und 10c ist mit der Luftleitung 24 verbunden, die in Fig. 1 gezeigt ist, so dass der verringerte Druck und der Umgebungsdruck abwechselnd auf die Luftkammern 48 der drei Schwingungsdämpfer 10a, 10b und 10c aufgebracht werden, indem die Schaltventile 56 für die drei Schwingungsdämpfer unabhängig voneinander und in einer koordinierten Weise unter der Steuerung der Steuereinrichtung 58 gesteuert werden.
Somit kann die in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 Schwingungskräfte auf das Schwingungselement 12 in den drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen aufbringen, um dadurch wirkungsvoll die Schwingungen des Schwingungselements 12 in jenen drei Richtungen und in verschiedenen anderen Richtungen, die die resultierenden aus diesen drei Richtungen sind, dämpfen oder steuern. Da in den drei Schwingungsdämpfern 10a, 10b und 10c keinerlei Betätigungsglieder zum In-Schwingung-Versetzen der Masseelemente 16 eingebaut sind, wird die Größe und das Gewicht der Schwingungsdämpfungsbaugruppe 130 verringert, und eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, die die Baugruppe 130 hat, die eine hohe Dämpfungswirkung in den drei oder mehr Richtungen aufzeigen kann, ist bei relativ geringen Kosten erhältlich.
Während die verschiedenen gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispiele dieser Erfindung vorstehend lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben worden sind, sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten jener dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern diese mit verschiedenen Änderungen, Wandlungen und Verbesserungen ausgeführt werden kann.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind derart aufgegriffen worden, dass der Druck in der Luftkammer 48, 100 geändert wird, um das Masseelement 16, 82 oder die Massenstruktur 116 in Schwingung zu versetzen, um die Schwingungen des Schwingungselements 12 aktiv oder in zwangsweise erfolgender Weise zu dämpfen. Jedoch kann der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Schwingungsdämpfer als ein dynamischer Dämpfer einer Passivsteuerart verwendet werden. In diesem Fall wird die Luftkammer 48, 100 bei einem vorbestimmten Unterdruck oder einem vorbestimmten Überdruck so gehalten, dass eine erwünschte Federkonstante vorgesehen wird, durch die das Masseelement 26, 83 oder die Massenstruktur 116 durch das Befestigungselement 14, 76 so elastisch gestützt ist, dass die Resonanzfrequenz des Sekundärschwingungssystems, das das Masseelement oder die Massenstruktur hat, in geeigneter Weise in Abhängigkeit von dem Druck in der Luftkammer eingestellt wird. Anders ausgedrückt wird der konstante Druck in der Luftkammer bei dem vorliegenden Schwingungsdämpfer in Abhängigkeit von der Frequenz der Eingabeschwingungen des zu dämpfenden Objektelements bestimmt, um einen optimalen Dämpfungseffekt aufzuzeigen.
Des weiteren kann das Volumen der Luftkammer 48, 100 und die Steifigkeit oder Härte der die Luftkammer definierenden Wände in geeigneter Weise so bestimmt werden, dass ein Resonanzphänomen auf der Grundlage der Verdichtung der Luft in der Luftkammer genutzt wird, die als eine Kompressionsfeder zum wirksamen Erhöhen der Schwingungskraft fungiert, die auf das Objektelement aufzubringen ist.
Bei dem fünften Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sind die drei Schwingungsdämpfer 10a, 10b und 10c relativ zueinander derart positioniert, dass die Masseelemente 16 von diesen drei Schwingungsdämpfern in den zueinander senkrecht stehenden drei Richtungen verschoben werden. Jedoch können die drei Schwingungsdämpfer in geeigneter Weise bestimmt werden, d. h., die Richtungen der Verschiebung der entsprechenden drei Masseelemente können in geeigneter Weise bestimmt werden. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung kann zwei Schwingungsdämpfer oder vier oder mehr Schwingungsdämpfer haben.
Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann zumindest einen Schwingungsdämpfer, der jeweils daran angepasst ist, dass er als ein dynamischer Dämpfer der Passivsteuerart arbeitet, und zumindest einen Schwingungsdämpfer haben, der jeweils daran angepasst ist, dass er als ein Dämpfer der Aktivsteuerart arbeitet.
Es sollte verständlich sein, dass die vorliegende Erfindung mit verschiedenen anderen Änderungen, Abwandlungen und Verbesserungen ausgeführt werden kann, auf die Fachleute kommen können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Schwingungsdämpfer (10, 10a, 10b, 10c, 60, 74, 100) mit:

(a) einem Befestigungselement (14, 76), das an einem Objektelement (12) befestigt ist, dessen Schwingungen durch den Schwingungsdämpfer gedämpft werden;

(b) einem Masseelement (16, 82, 116), das derart angeordnet ist, dass das Masseelement relativ zu dem Befestigungselement in einer Schwingungseingaberichtung verschiebbar ist, in der die Schwingungen aufgenommen werden;

(c) einer elastischen Verbindung (18, 84), die das Masseelement mit dem Befestigungselement elastisch verbindet, wobei das Masseelement und die elastische Verbindung zumindest teilweise eine Arbeitskammer (48, 48a, 48b, 90) definieren; und

(d) einer Einrichtung zum Definieren eines Fluidkanals (22, 26, 101), der mit der Arbeitskammer in Verbindung steht, um einen Druck eines Fluids in der Arbeitskammer zu ändern, um dadurch zu bewirken, dass das Masseelement relativ zu dem Befestigungselement in der Schwingungseingaberichtung verschoben wird.

2. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 1, wobei das Befestigungselement (14, 76) den Fluidkanal (22, 26, 101) hat, der mit der Arbeitskammer (48, 48a, 48b, 90) in Verbindung steht, und als die Einrichtung zum Definieren des Fluidkanals dient.

3. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei er des weiteren eine Führungseinrichtung (32, 36, 66) aufweist, die das Masseelement (16) führt, das relativ zu dem Befestigungselement (14) in der Schwingungseingaberichtung verschoben wird, um so eine relative Verschiebung des Masseelements und des Befestigungselements in einer senkrecht zu der Schwingungseingaberichtung stehenden Richtung zu verhindern.

4. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 3, wobei entweder das Befestigungselement oder das Masseelement ein Führungsloch (32, 66) hat, das sich in der Schwingungseingaberichtung erstreckt, und die Führungseinrichtung eine Führungsstange (14) hat, die sich von dem anderen Element das heisst dem Masseelement oder dem Befestigungselement so erstreckt, dass sie sich in der Schwingungseingaberichtung erstreckt, und wobei sie mit dem Führungsloch in Eingriff steht.

5. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 4, wobei das Befestigungselement (14) die Führungsstange (14) hat, während das Masseelement (16) das Führungsloch (32, 66) hat, wobei das Befestigungselement des weiteren einen Befestigungsabschnitt (20) hat, an dem das Befestigungselement an dem Objektelement (12) befestigt ist, wobei die elastische Verbindung (18) sich von dem Befestigungsabschnitt des Befestigungselements (14) in einer im wesentlichen senkrecht zu der Schwingungseingaberichtung stehenden Richtung erstreckt, wobei das Masseelement (16) von dem Befestigungsabschnitt des Befestigungselements in der Schwingungseingaberichtung beabstandet ist und an einem radial äußeren Abschnitt der elastischen Verbindung derart gesichert ist, dass die Arbeitskammer (48, 48a, 48b), die zumindest teilweise durch die elastische Verbindung und das Masseelement definiert ist, sich zwischen dem Befestigungsabschnitt und dem Masseelement befindet, wobei die Führungsstange sich durch die Arbeitskammer in das Führungsloch erstreckt.

6. Schwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fluidkanal (22, 26) an einem seiner entgegengesetzten Enden mit einer Luftdruckquelle (54) verbunden ist, und die Arbeitskammer aus einer einzelnen Luftkammer (48) besteht, die zumindest teilweise durch die elastische Verbindung (18) und das Masseelement (16) definiert ist und die mit dem anderen Ende der entgegengesetzten Enden des Fluidkanals (22, 26, 101) in Verbindung steht.

7. Schwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fluidkanal (101) an einem seiner entgegengesetzten Enden mit einer externen Luftdruckquelle (54) verbunden ist, wobei der Schwingungsdämpfer (74, 110) des weiteren eine flexible Membran (92) aufweist, die die Arbeitskammer (20) in eine Flüssigkeitskammer (98), die mit einem nicht zusammendrückbaren Fluid gefüllt ist, an einer Seite der flexiblen Membran und eine Luftkammer (100) an der anderen Seite der flexiblen Membran fluiddicht teilt, wobei die Luftkammer mit dem anderen Ende der entgegengesetzten Enden des Fluidkanals in Verbindung steht.

8. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 7, wobei die Flüssigkeitskammer (98) durch die flexible Membran, die elastische Verbindung (84) und das Masseelement (82) definiert ist, und ein Bereich einer Fläche der flexiblen Membran (92), die teilweise die Luftkammer (100) definiert, sich von einem Gesamtbereich an Flächen der elastischen Verbindung und des Masseelements unterscheidet, die teilweise die Flüssigkeitskammer definieren.

9. Schwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Arbeitskammer aus zwei Luftkammern (48a, 48b) besteht, die an entgegengesetzten Seiten des Masseelements (16) ausgebildet sind, die zueinander in der Schwingungseingaberichtung entgegengesetzt sind, wobei die beiden Luftkammern mit jeweils zwei zueinander unabhängigen Luftkanälen (22, 26) verbunden sind, die mit einer externen Luftdruckquelle (54) verbunden sind, so dass Luftdrücke in den beiden Luftkammern periodisch geändert werden.

10. Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 9, wobei die Luftkanäle (22, 26) mit der externen Luftdruckquelle (54) durch jeweils zwei Schaltventile (56) verbunden sind, die gesteuert werden, um periodisch die Luftdrücke in den beiden Luftkammern (48a, 48b) synchron zu einer Frequenz der Schwingungen des zu dämpfenden Objektelements (12) zu ändern, und derart, dass der Luftdruck in einer der beiden Luftkammern verringert wird, während der Luftdruck in der anderen der beiden Kammern erhöht wird.

11. Schwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Luftkanal (22, 26, 101) mit einer externen Luftdruckquelle (54) durch ein Schaltventil (56) verbunden ist, das so gesteuert wird, dass periodisch ein Luftdruck geändert wird, der auf die Arbeitskammer (48, 90) durch den Fluidkanal synchron zu einer Frequenz der Schwingungen des zu dämpfenden Objektelements (12) aufzubringen ist.

12. Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit zumindest einem Schwingungsdämpfer (10, 10a, 10b, 10c, 60, 74, 100), der jeweils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufgebaut ist, wobei die Vorrichtung des weiteren folgendes aufweist:

eine Unterdruckquelle (54) zum Erzeugen eines Unterdrucks;

eine Fluidleitung (24), die an einem ihrer entgegengesetzten Enden mit der Unterdruckquelle verbunden ist und mit dem anderen Ende mit dem Fluidkanal (22, 26, 101) verbunden ist;

ein Schaltventil (56) mit einer offenen Position für eine Verbindung der Fluidleitung mit der Umgebung und einer geschlossenen Position, bei der die Fluidleitung von der Umgebung getrennt ist; und

eine Steuereinrichtung (58) zum Steuern des Schaltventils derart, dass das Schaltventil abwechselnd in der offenen Position und in der geschlossenen Position bei einer vorbestimmten Frequenz angeordnet wird.

13. Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit einer Vielzahl an Schwingungsdämpfern (10a, 10b, 10c), die jeweils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 aufgebaut sind, wobei die Schwingungsdämpfungsvorrichtung des weiteren eine Halterung (130) aufweist, die die Vielzahl an Schwingungsdämpfern derart stützt, dass die Richtungen der Verschiebung der Masseelemente (16) der Schwingungsdämpfer relativ zu den Befestigungselementen (14) voneinander verschieden sind.