DE1918747A1

DE1918747A1 - Schwingungsreduktion durch Anti-Schwinger

Info

Publication number: DE1918747A1
Application number: DE19691918747
Authority: DE
Inventors: Bschorr Dr Oskar
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1969-04-14
Filing date: 1969-04-14
Publication date: 1970-10-15
Also published as: GB1260457A; FR2043232A5

Description

Dr.rer.nat. Oskar Bschorr 8 München- 60 Kirschäckerweg 2

München, den I3. April I969

An das

Deutsche Patentamt, München

mein Zeichen:

Anti-Schwinger

Hiermit meldet

Dr. rer. nat. Oskar Bschorr 8 München 60 Kirschäckerweg 2

die in den Anlagen beschriebene Erfindung an und beantragt die Erteilung eines Patentes.

Die Bezeichnung lautet:

Schwingungsreduktion durch Anti-Schwinger

Anlagen:

weiteres Stück dieses Antrages

gleichlautende Beschreibungen mit 5 Seiten vorbereitete Empfangsbescheinigung

009842/0937

Dr. rer. nat. Oskar Bschorr 13·- April 19« 9

Schwingungsreduktion durch Anti-Scliwinger

Es besteht das Problem, Schwingungen und Vibrationen von Maschinen und Bauteilen herabzusetzen.

Die konventionelle Metnode benutzt für die SciiwingungsredüKLioii Dämmungs- und Dämpfuiigsmechanismen. Dämmung und Dampfung aber sxnd passive Mittel. Sie sind vergleichbar den passiven Elementen Spule und Ohm¹scher Widerstand. Die Leistungsfähigkeit der Elektronik aber wird hauptsächlich durch die aktiven Elemente wie z.B. Röhren, Transistoren usw. ermöglicht. In Analogie hierfc zu werden zur Schwingungsreduktion ebenfalls aktive Mittel herangezogen.

Der Schwingungszustand eines beliebigen Körpers, z.B. einer Maschine, sei durch den Verschiebungsvektor s (r, t) gegeben. Damit bedeutet s die von dem Körperort r und der Zeit t abhängige Auslenkung gegenüber der Ruhelage. Um die Schwingungsauslenkung s an einem beliebigen Ort r des Körpers zu unterdrücken, müßte man nach der passiven Methode dort mit einer "unendlich" großen Masse abdämmen. Nach der aktiven Methode wird an diesem Punkt r eine gesteuerte Kraft eingeleitet, die der Schwingungsbewegung s entgegenwirkt. - Zweckmäßigerweise wird die gesteuerte Kraft möglichst an den Punkten eingeleitet, an denen die schwingungs-, erzeugende Störkraft einwirkt, um damit den Weg von Kraft und Gegenkraft zu verkürzen.

Im folgenden sollen diese Elemente, die eine gesteuerte Kraft zui· Unterdrückung einer Körperschwingung erzeugen, mit AntiSchwinger bezeichnet werden.

Aufgabe der Erfindung sind Anti-Schwinger zur Reduktion und Auslöschung von Körperschwingungen. Im besonderen sollen diese AntiSchwinger zur Verminderung der Schallabstrahluiig von Maschinen und zur Verbesserung der SchaLldämmung von Wänden geeignet sein.

Der Grundaufbau eines Anti-Schwingers besteht im wesentlichen aus einer seismischen Masse und einem steuerbaren, krafterzeugenden Element. Die Trägheit der seismischen Masse wird dabei benützt, um die in den Körper einzuleitende Kraft abzustützen. Die Steuerung der Kraft erfolgt über einen Schwiiigungssensor, z.U.

009842/0937

Beschleunigungsaufnehmer, DMS-Streifen usw., der an der Stelle des Körpers augesetzt ist, an der die Schwingung unterbunden werden soll. Die Kraft des Anti-Schwingers wird so gesteuert, daß die Schwingungsamplitude zu Null wird. Eine solche Steuerung ist eine bekannte Aufgabe der Regelungstechnik, für die es eine Reihe von Steuermechanismen gibt.

Bei flächenhaften Körpern ist es ausreichend, wenn mehrere, benachbarte Anti-Schwinger von einem Schwingungssensor aus gesteuert werden.

2- und 3-dimensionale Schwingungen werden zweckmäßigerweise mit integrierten linearen Anti-Schwingern abgedämmt.

Eine einfache Ausführungsform eines Anti-Schwingers ergibt sich bei elektrodynamischer Krafterzeugung mit einem Spule/Magnet-System» Zweckmäßigerweise wird dabei die Schwingspule, starr an dem zu dämpfenden Körper befestigt, während der Magnet als seismische Masse nicht-starr angekoppelt wird. Der Schwingungssensor, z.B. der Beschleunigungsaufnehmer, ist dabei mit der Schwingspule integriert.

Bei kleinen Schwingungsamplituden ist es möglich, als krafterzeugende Elemente in an sich bekannter Weise magnetostriktive oder elektrostriktive Mittel einzusetzen. Zur Abstützung der Kraft wird wieder· eine seismische Masse vorgesehen.

Um große, relativ tieffrequente Schwingungen abzudämmen, werden zweckmäßigerweise hydraulische oder pneumatische Kraftgeber verwendet. Dabei wird z.B. ein Membrankolben zwischen Körper und seismischer Masse zwischengeschaltet. Die Kolbenkraft wird in an sich bekannter Weise über ein Ventil gesteuert.

Eine weitere Ausführungsform, vorzugsweise für flächenhafte Kraftübertragung, ermöglicht der bekannte Luftkisseneffekt. Dabei wird zwischen Körper und seismischer Masse Luft eingeblasen, wobt i der Luftdruck durch ein Ventil gesteuert wird. Luftzuführung und Ventil sind zweckmäßigerweise in der seismischen Masse untergebracht. Die dem Körper zugewandte Seite der seismischen Masse ist dabei der Körperoberfläche augepaßt.

Um die Schalldämmung von Doppelfenstern vor allem im unteren Frequenzbereich zu erhöhen, befindet sich in dem abgeschlossenen Zwischenraum ein dünner, elektrisch leitender Draht. Durch elektrische Auiheizung des Drahtes kann die Luft erwärmt und so der Druck in dem Zwi schenraum übf;r eine Stromsteuerung gesteuert worden. An rlor inneren Soiic· befindet sich ein SchwlugmigSBeneor,

009842/0937

BAD ORIGINAL

der den Druck so steuert, daß an dieser die Vibration gleich Null wird.

Bei der Schwingungsreduktion an Platten und Wänden kann in erster Näherung ein mehr oder weniger engmaschiges Netz von Anti-Schwingern benützt werden. Eine direkte Flächenkraft läßt sich errei- chen, wenn die seismische Masse ebenfalls als Platte ausgeführt ist und der Zwischenraum z.B. mit Hydraulikflüssigkeit oder Druckluft ausgefüllt ist und der Druck durch ein Regelventil gesteuert wird.

Bei den oben beschriebenen Ausführungen war jeweils eine seismische Masse zur Abstützung der Steuerkraft notwendig. In Sonderfällen kann auf einen anderen Abstutzungsmechanxsmus zurückgegriffen werden.

Bei bewegten Körpern, z.B. bei einem Flugzeug, können, um die Vibrationsschwingungen der Beplankung herabzusetzen, die an der Beplankung angreifenden Luftkräfte ausgenützt werden. Z.B. gelingt es, durch Grenzschichtbeeinflussung Auftriebs- und Widerstandskraft zu steuern. Auf einfache Weise kann dies durch Grenzschichtabsaugung oder -abblasung geschehen. Bei tieferfrequenten Schwingungen kann ein Spoilermechanismus eingesetzt werden.

Bei einem weiteren Sonderfall kann das Magnetfeld der Erde zur Kraftabstützung herangezogen werden. Zur Abschirmung relativ schwacher Störgeräusche werden über die Ab&chirmflache Stromleiter gelegt. Bei Stromfluß entsteht eine Kraft, die senkrecht zur Stromrichtung und Feldrichtung steht. Durch Regelung des Stromes kann so eine gesteuerte Kraft auf die Abschirmfläche ausgeübt werden.

Durch eine Umkehrung des Regelmechanismuses des Anti-Schwingers ist es möglich, eine Platte reflexionsfrei zu machen. Befindet sich vor der Platte ein Mikrofon, dessen Signal die mit AntiSchwingern bestückte Platte so steuert, daß die Platte konphas mit der Schallwelle schwingt, so wird die auf die Platte auftreffende Wolle nicht reflektiert. Durch Zusammenstellung mehrerer solcher Plattenelemente läßt sich auf diese Weise ein reflexionsfreier Kaum realisieren. Wird dagegen die Platte von einem Schwiiigungsseiisor auf Schwingungsunterdrückung gesteuert, so erhalt man damit einen schallharten Raum. Durch vollständige oder teilweise Umschaltung läßt sich so die Akustik eines Raumes einstellen.

009842/0937

Claims

Schutzansprüche A Q-J Q Π Α Π

Schwingungsreduktxon an Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines oder mehrerer Anti-Schwinger, bestehend aus einem steuerbaren, krafterzeugenden Element und einer seismischen Masse, auf den Körper Gegenkräfte eingeleitet werden, die von einem Schwingungssensor, z.B. einem Beschleunigungsaufnehmer, in an sich bekannter Weise so gesteuert werden, daß die Körperschwingung an einer geforderten Körperstelle aufgehoben wird. 2. Schwingungsreduktxon an Körpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anti-Schwinger an oder nahe an der Stelle angesetzt werden, an der die schwingungserregenden Störkräfte auf den Körper einwirken.

3· Schwingungsreduktxon an Körpern, nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere benachbarte Anti-Schwinger von einem Sensor aus gesteuert werden.

¹I. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekeimzeichnet, daß als krafterzeugendes tlement ein Spule/Magnet-System verwendet wird, wobex die Spule starr mit dem zu dämpfenden Körper verbunden ist, während der Magnet als seismische Masse nicht-starr angekoppelt xst.

5·. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis Λ, dadurch gekennzeichnet, daß als krafterzeugendes Element ein magnetostriktives oder elektrostriktives Element zwischen Körper und seismischer Masse wirkt.

6. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als krafterzeugendes Element ein hydraulisch oder pneumatisch betriebener Membrankolben durch ein Ventil gesteuert wird und sich der Membrankolben zwischen Körper und seismischer Masse befindet.

7» Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Prinzip des Luftkisseneffektes zwischen Körper und seismischer Masse Luft eingeblaaen wird, deren Druck durch ein Ventil gesteuert wird.

8. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß bei Schwingungereduktion Von Flächenelemente!! die ••!•■lache Ma··· ebenfalls als Fläche auegebildet ist, .9. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis B, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schalldämmung von Doppelfenstern eich in dem abgeschlossenen Zwischenraum elektrisch beheizbare Drähte be-

009842/0937 . bad oi3iqinal

finden, deren Heizleistung und damit Luftausdehnung und -druck über den Heizstrom gesteuert wird.

10. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß bei bewegten Körpern die an dem Körper angreifenden dynamischen Luftkräfte durch Grenzschichtabsaugung, -abblasung oder Spoiler gesteuert werden.

11. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschirmung von Störgeräuschen Abschirmflächen mit einem Stromleitersystem versehen werden, mit dem unter dem Einfluß des erdmagnetischen Feldes durch Stromsteuerung eine gesteuerte Kraft erzeugt wird.

12. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung schallreflexionsfreier Plattenflächen diese durch ein Mikrofon auf der Schallauftreffseite so gesteuert wird, daß die Platte konphas mit der Schallwelle schwingt.

13. Anti-Schwinger nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekeimzeichnet, daß zur wahlweisen Herstellung schallreflexionsfreier und schallreflektierender Plattenflächen diese mit Anti-Schwingern bestückt werden, die einmal auf konphases Mitschwingen und zum anderen auf Schwingungsunterdrückung geschaltet werden.

009842/0937

BAD ORIGINAL