[0001] Die Erfindung betrifft einen Resonanzabsorber zur Dämpfung von Körperschallschwingungen
mit einer Anzahl von freischwingenden Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen,
wobei die Zungen an einer gemeinsamen, mit einem zu bedämpfenden Körper verbindbaren
Basis angeordnet sind.
[0002] Resonanzabsorber der oben genannten Art sind z.B. aus der DE 1 071 364 oder der DE-OS
2 163 798 bekannt. Bei diesen Schwingungsabsorbern sind die einzelnen Zungen bzgl.
ihrer Resonanzfrequenz auf die Schwingungen des zu bedämpfenden Körpers abgestimmt.
Die so zu Resonanzschwingungen angeregten Zungen entziehen damit dem zu bedämpfenden
Körper Schwingungsenergie, welche durch geeignete Dämpfung der Zungen letztlich in
Wärme umgesetzt wird.
[0003] Zur Steigerung der schwingungsdämpfenden Wirkung ist es aus der EP 0 020 284 B1 bekannt,
plattenförmige Zungen übereinander zu stapeln, wobei zwischen den Zungen Lagen aus
einem Dämpfungsmaterial angeordnet sind. Die einzelnen Zungen und das Dämpfungsmaterial
sind so aufeinander abgestimmt, daß die einzelnen Platten gegeneinander schwingen
und dabei das Dämpfungsmaterial komprimieren bzw. entspannen. Bei einem derartigen
Resonanzabsorber müssen die Zwischenlagen aus Dämpfungsmaterial relativ dick und weich
sein, damit keine all zu große Kopplung zwischen den einzelnen Zungen zustande kommt,
wodurch das gesamte Schwingungsverhalten verändert würde.
[0004] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Resonanzabsorber der o.g. Art zu
schaffen, welcher bei gleicher Wirkung eine kompaktere Bauweise ermöglicht, auf einen
möglichst breiten Frequenzbereich abstimmbar ist und mit geringeren Mengen an Dämpfungsmaterial
als bisher auskommt.
[0005] Diese Aufgabe wird durch einen Resonanzabsorber mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst. Der erfindungsgemäße Schwingungsabsorber weist zum einen freischwingende
Zungen auf, die als Doppelzungen ausgebildet sind, die jedoch schwingungsmäßig nicht
an benachbarte Doppelzungen gekoppelt sind und somit ein definiertes Schwingungsverhalten
zeigen. Zum anderen wird zur Erhöhung der Dämpfung jeweils einer Doppelzunge eine
Technologie verwandt, die als "eingezwängter Belag" zur Dämpfung von Biegeschwingungen
dünner Bleche an sich bekannt ist. Hierbei wird die Dämpfungsschicht nicht durch Kompression
bzw. Entspannung verformt, sondern durch Scherung, so daß die Dämpfungsschichten extrem
dünn sein können.
[0006] Die Zungen können entweder in einer Lage nebeneinander, wie z.B. entsprechend der
DE 2 163 798 angeordnet sein oder übereinander, wie z.B. entsprechend der DE 1 071
364 bzw. EP 0 020 284 B1. In besonders kompakter Weise werden mehrere Lagen mit deckungsgleichem
Außenumfang übereinander gestapelt, so daß ein Block aus zeilen- und spaltenförmig
angeordneten, freischwingenden Doppelzungen entsteht.
[0007] Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind dem in der Figur teilweise schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
[0008] Der in der Figur dargestellte Resonanzabsorber besteht aus sieben Lagen (1 bis 7)
von Doppelzungen (1.1, 1.2, 1.3 ...), wobei jede Lage aus zwei deckungsgleichen Metallplatten
gleicher Dicke hergestellt ist. Die Platten sind auf zwei gegenüberliegenden Seiten
A und B kammartig eingeschnitten, wobei ein schräg über die Plattenfläche verlaufender
Basisstreifen der Breite b uneingeschnitten verbleibt. Längs dieses Basisstreifens
sind zwischen den einzelnen Lagen deckungsgleich verlaufende Distanzstücke 10 bis
15 eingelegt, über die eine akustische Kopplung der einzelnen Platten im Bereich der
Basisstreifen erfolgt, wobei die Lagen und die Distanzstücke durch eine Basisplatte
8 und eine sog. Adapterplatte 9 mittels Spannschrauben 9.1 bis 9.7 zusammengehalten
werden. Die Distanzstücke können insbesondere bei der Herstellung großer Stückzahlen
von Absorbern auch direkt mit den Platten integriert sein, z.B. durch entsprechende
Gußformen für die Platten oder durch Präge- oder Fräsbearbeitung ebener Platten.Der
Resonanzabsorber wird über die Basisplatte 8 kraft- und momentschlüssig mit einem
zu dämpfenden Körper verbunden.
[0009] Zwischen die beiden Platten einer Lage (1 bis 7) wird vor dem Aufeinanderstapeln
und Schneiden eine Dämpfungsschicht aufgebracht, so daß eine sandwichartige Struktur
entsteht. Nach dem Schneiden der Platten entstehen so Doppelzungen 1.1, 1.2, ...1.7,
welche aus jeweils zwei metallischen Zungenelementen, z.B. 1.11 und 1.12, mit dazwischen
eingezwängtem Belag, z.B. 1.13, bestehen.
[0010] Wenn, wie im gezeigten Beispiel, der Basisstreifen asymmetrisch über die Plattenebene
verläuft, so entstehen pro Lage 2 x 7 Doppelzungen mit jeweils unterschiedlicher Länge
und somit unterschiedlicher Resonanzfrequenz.
[0011] Wenn, wie im Ausführungsbeispiel ebenfalls gezeigt ist, die Schichtdicke der einzelnen
Plattenelemente von Lage zu Lage (von 1 nach 7) zunimmt, multipliziert sich die Anzahl
der Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen um die Zahl der Lagen.
[0012] Für die Berechnung der Resonanzfrequenzen der Doppelzungen mit konstantem Querschnittsverlauf
kann folgende Beziehung angesetzt werden:

[0013] Dabei bedeuten
- sn
- : Eigenfrequenz-Beiwert l : Zungenlänge
- I
- : Flächenträgneitsmoment
- A
- : Zungenquerschnittsfläche
- E
- : Elastizitätsmodul
- ρ
- :Dichte
[0014] Die Eigenfrequenz-Beiwerte sind von der Art der Einspannung der Zunge und der Ordnungszahl
der Eigenschwingung abhängig. In "Technische Akustik" von IVAR VEIT, Verlag: Vogel
Fachbuch, 4. Aufl., 1988 sind für einen einseitig eingespannten Stab, der mit der
erfindungsgemäßen Absorberzunge als äquivalent angesehen werden kann, folgende Beiwerte
für die Grundschwingung und die ersten 4 Oberschwingungen angegeben:
- s₁
- = 1.875 (Grundschwingung)
- s₂
- = 4,694 (1. Oberschwingung)
- s₃
- = 7,855 (2. " )
- s₄
- = 10,996 (3. " )
- s₅
- = 14,137 (4. " )
[0015] Durch die Verbindurg zweier Zungenelemente zu einer Doppelzunge mittels einer Dämpfungsschicht
muß bzgl. der Resonanzfrequenzermittlung einer derartigen Doppelzunge ein Kopplungsfaktor
berücksichtigt werden. Somit gilt:
[0016] Hierbei bedeutet
- fnD
- : Eigenfrequenz der Doppelzunge
- K
- : Kopplungsfaktor.
[0017] Der Kopplungsfaktor bewegt sich je nach Material zwischen den Werten 1 und 2. Bei
einer sehr weichen Dämpfungsmasse erhöht sich die Eigenfrequenz der Doppelzunge nur
unwesentlich, bei einer sehr harten Dämpfungsmasse erhält man nahezu den Kopplungsfaktor
2, also eine Frequenzverdoppelung.
[0018] Besonders vorteilhaft ist eine Abstufung der Zungen nach folgender Regel:

[0019] Hierbei bedeuten
mit
- ln
- = Länge der n-ten Zunge
- lO
- = Länge der längsten Zunge
- n
- = Laufindex zwischen O und N-1
- N
- = Gesamtzahl der verschiedenen Zungenlängen
- f₁
- = erste Resonanzfrequenz der längsten Zunge
- f₂
- = zweite Resonanzfrequenz der längsten Zunge.
[0020] Die Möglichkeit, die Doppelzungen mit unterschiedlichen Dämpfungsschichten zu versehen,
führt zu einer Temperaturbereichsarweiterung für den Schwingungsabsorber.
1. Resonanzabsorber zur Dämpfung von Körperschallschwingungen mit einer Anzahl von freischwingenden
Zungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzenen, wobei die Zungen an einer gemeinsamen,
mit einem zu bedämpfenden Körper verbindbaren Basis angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zungen als Doppelzungen (1.1, 1.2, ...) mit einem jeweils zwischen den beiden
Zungenelementen (1.11, 1.12; ...) eingezwängtem Dämpfungsbelag (1.13; ...) ausgebildet
sind.
2. Resonanzabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zungenelemente (1.11, 1.12; ...) deckungsgleich sind.
3. Resonanzabsorber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Doppelzungen (1.1, 2.1, ...) mit gegenseitigen Abständen übereinander
gestapelt sind, wobei die Basisflächen zur Einleitung von Körperschallschwingungen
in Kontakt miteinander stehen
4. Resonanzabsorber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelzungen (1.1, 2.1, ...) eines Stapels deckungsgleich sind, jedoch unterschiedliche
Dicken aufweisen.
5. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Doppelzungen (1.11, 1.12, 1.13, ...) unterschiedlicher Länge nebeneinander
an einer gemeinsamen Basis angeordnet sind.
6. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lage (1) von Doppelzungen (1.1, 1.2, ...) unterschiedlicher Länge durch
kammartiges Einschneiden zweier deckungsgleicher, rechteckiger oder quadratischer
Platten an zwei gegenüberliegenden Selten (A, B) unter Beibehaltung eines zentralen,
schräg über die Plattenfläche verlaufenden Basisstreifens abgebildet wird.
7. Resonanzabsorber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lagen (1, 2, 3 ...) von Doppelzungen (1.1, 1.2, ...; 2.1, 2.2,....; ...)
mit unterschiedlichen Dicken und deckungsgleichen Basisstreifen übereinander gestapelt
sind, wobei die Enden der Doppelzungen freistehend sind, die Basisstreifen jedoch
in Kontakt zueinander stehen.
8. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (1.13, ...) innerhalb eines Stapels von Doppelzungen von
Lage zu Lage unterschiedlich ist.
9. Resonanzabsorber nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Doppelzungen nach folgender Beziehung abgestuft sind:

mit
ln = Länge der n-ten Zunge
lO = Lange der längsten Zunge
n = Laufzahl zwischen O und N-1
N = Gesamtzahl der verschiedenen Zungen
f₁ = erste Resonanzfrequenz der längsten Zunge
f₂ = zweite Resonanzfrequenz der längsten Zunge.