DE19548467A1 - Mechanical oscillation damper for e.g. maintaining accuracy of optical fibre sensors - Google Patents

Mechanical oscillation damper for e.g. maintaining accuracy of optical fibre sensors

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DE19548467A1
DE19548467A1 DE1995148467 DE19548467A DE19548467A1 DE 19548467 A1 DE19548467 A1 DE 19548467A1 DE 1995148467 DE1995148467 DE 1995148467 DE 19548467 A DE19548467 A DE 19548467A DE 19548467 A1 DE19548467 A1 DE 19548467A1
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Philippe Gabus
Mathias Dr Ingold
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Abstract

The oscillation damper unit includes a side (S1) for force application, mechanically connected by a spring (4) with a carrier (1). In the unit, on a second side, there is a second spring (5) connected to the carrier. The springs are opposed, and on moving the unit, one is compressed, the other expands. Preferably, the damping constants of the springs differ by <= 20% from each other. A further spring (D2) may be added in parallel, subjected purely to compression. This is preferably of silicone foam, precompressed to a degree exceeding any expected deflection. The device is a cylindrical transducer, especially a piezoelectric, fibre optic stress sensor, and is fully encapsulated in silicone foam.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem schwingungsgedämpften Apparat nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention is based on one vibration-damped apparatus according to the generic term of Claim 1.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE 30 10 294 C2 bekannt ist. Dort sind Stromrichter über Isolatoren an einem Joch aufgehängt, welches mit 2 in vertikaler Richtung federnden und dämpfenden Elementen in Wirkverbindung steht. Alternativ dazu kann die Bodenseite der Stromrichter über schräg nach unten verlaufende elektrische Isolatoren in Reihe zu Dämpfungselementen mit dem Boden verspannt sein, um eine erdbebenfeste Aufhängung der Stromrichter zu gewährleisten.With the preamble of claim 1, the invention takes to a prior art reference, as it is from DE 30 10 294 C2 is known. There are converters over isolators on one Yoke suspended, which with 2 resilient in the vertical direction and damping elements is in operative connection. Alternatively to do this, the bottom of the power converter can be slanted over electrical insulators running in series Damping elements to be clamped to the floor to a to ensure earthquake-proof suspension of the converter.

Aus der DE 36 36 009 A1 ist es bekannt, einen Hochspannungsschalter über einen Schwingungsdämpfer an einer Kugel eines Kugellagers aufzuhängen, welches an einem Tragbalken angebracht ist. Der Schwingungsdämpfer hat einen mit Flüssigkeit gefüllten Zylinder, in welchem ein nicht ganz dicht schließender Kolben beweglich und durch eine Druckfeder abgestützt ist.DE 36 36 009 A1 discloses a High voltage switch via a vibration damper on one Hang up the ball of a ball bearing, which on a Support beam is attached. The vibration damper has one with Liquid filled cylinder, in which a not quite tight closing piston movable and by a compression spring is supported.

Nachteilig in beiden bekannten Fällen ist es, daß sich der schwingungsgedämpfte Apparat beim Auftreten einer von außen kommenden mechanischen Schwingung deformiert, insbesondere in seiner Längsrichtung, da nur von einer Seite eine Kraft auf ihn einwirkt.It is disadvantageous in both known cases that the Vibration-dampened apparatus when an outside occurs coming mechanical vibration deformed, especially in  its longitudinal direction, since only one side exerts a force on it acts.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE 43 42 410 A1 verwiesen, aus der eine Strommeßeinrichtung mit einem magnetooptischen Stromsensor bekannt ist, für den die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfung ebenfalls besonders geeignet ist.The relevant prior art is also in DE 43 42 410 A1, from which a current measuring device with a magneto-optical current sensor is known for which the Vibration damping according to the invention is also special suitable is.

Aus der Veröffentlichung von K. Bohnert und J. Nehring, Appl. Opt. 27 (1988), S. 4814-4818, ist eine faseroptische Spannungsmeßeinrichtung bekannt, bei der diese Schwingungsdämpfung anwendbar ist.From the publication by K. Bohnert and J. Nehring, Appl. Opt. 27 (1988), pp. 4814-4818, is a fiber optic Known voltage measuring device in which this Vibration damping is applicable.

Insbesondere bei Meßsensoren, die zum Auslösen von Schutzmaßnahmen eingesetzt werden, können schwingungsbedingte Fehlanzeigen bzw. -auslösungen nicht toleriert werden. Mechanische Kräfte parallel zur Quarzzylinderachse eines solchen Sensors bewirken über die Poisson′sche Querdehnung des Quarzes eine Faserdehnung, die zu einem Störsignal führt.Especially with measuring sensors that trigger Protective measures can be used due to vibration False displays or triggers cannot be tolerated. Mechanical forces parallel to a quartz cylinder axis such sensors cause over the Poisson's transverse expansion of the Quartz is a fiber stretch that leads to an interference signal.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen schwingungsgedämpften Apparat der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich bei von außen einwirkenden mechanischen Erschütterungen die resultierenden Längenänderungen des Apparates wenigstens annähernd gegenseitig aufheben.The invention as defined in claim 1 solves the task of a vibration-dampened apparatus of the beginning mentioned type to develop in such a way that from outside mechanical shocks the resulting Changes in length of the apparatus at least approximately mutually cancel.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.Advantageous embodiments of the invention are in the dependent claims defined.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß funktionsstörende Auswirkungen auf den Apparat durch eine spezielle Aufhängung reduziert oder vermieden werden. An advantage of the invention is that malfunctioning Effects on the device through a special suspension be reduced or avoided.  

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können schwingungsbedingte Dehnungen von optischen Spannungssensoren kompensiert werden, so daß insgesamt keine schwingungsbedingte Meßwertverfälschung resultiert. Bei einem Faser-Spannungssensor macht man sich dabei die Tatsache zunutze, daß die Faser nur die über die Faserlänge gemittelte Querdehnung des Quarzes mißt.According to an advantageous embodiment of the invention Vibration-related strains of optical tension sensors can be compensated so that overall no vibration-related Falsification of measurement results. With a fiber tension sensor one takes advantage of the fact that the fiber only the transverse elongation of the quartz averaged over the fiber length measures.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to embodiments play explained. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines endseitig schwingungsgedämpften faseroptischen Spannungssensors mit Federelementen, die nur auf Druck und solchen, die auf Zug und Druck beanspruchbar sind, Fig. 1 is a schematic diagram of a vibration-damped end fiber-optic voltage sensor with spring elements, which, only under pressure and those which are loadable on train and pressure

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines endseitig schwingungsgedämpften faseroptischen Spannungssensors mit Federelementen, die nur auf Druck beanspruchbar sind, Fig. 2 is a schematic diagram of a vibration-damped end fiber-optic voltage sensor with spring elements, which are loadable only under pressure,

Fig. 3 einen kreiszylindrischen, schwingungsgedämpften faseroptischen Spannungssensor mit seitlichen und endseitigen Federelementen, die nur auf Druck beanspruchbar sind, Fig. 3 is a circular cylindrical vibration-damped fiber-optic voltage sensor with lateral and end-side spring elements, which are loadable only under pressure,

Fig. 4 einen kegelstumpfförmigen faseroptischen Spannungssensor und Fig. 4 is a frustoconical fiber optic voltage sensor and

Fig. 5 einen Plattenkondensator, der zur Schwingungsdämpfung in einen Silikonschaumstoff eingegossen ist. Fig. 5 shows a plate capacitor which is cast in a silicone foam for vibration damping.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, the same parts have the same reference numerals featured.

Fig. 1 zeigt einen kreiszylindrischen Apparat bzw. Meßwandler bzw. piezoelektrischen, faseroptischen Spannungssensor (2) aus Quarz der Länge (1), der mit einer seiner Hauptachsen vertikal ausgerichtet ist, mit einer auf seinem Zylinderumfang enganliegenden und gleichmäßig aufgewickelten optischen Faser (3). Fig. 1 shows a circular cylindrical apparatus or transducer or piezoelectric, fiber optic voltage sensor ( 2 ) made of quartz of length ( 1 ), which is aligned vertically with one of its main axes, with an optical fiber ( 3 ) which is tight and evenly wound on its cylinder circumference. .

Im elektrischen Feld erfährt der Quarzzylinder (2) eine Umfangsänderung, welche durch die resultierende Längenänderung der Glasfaser interferometrisch gemessen wird. Eine Deformation des Quarzkörpers (2) infolge von Erschütterungen ist unerwünscht und kann zu einer fehlerhaften Änderung der Faserlänge der optischen Faser (3) führen. Um solche Fehler zu verhindern, muß eine Verlängerung oder Dehnung der optischen Faser (3) in einem Bereich des Quarzkörpers (2) durch eine ebensolange Verkürzung in einem anderen Bereich ausgeglichen werden, so daß die Summe aller mechanisch bedingten Längenänderungen der aufgewickelten optischen Faser (3) = 0 ist. Um dies zu erreichen, wird der faseroptische Spannungssensor (2) an seinen ebenen Endflächen bzw. 1. und 2. Kraftangriffsseiten (S1, S2) über je mindestens ein elastisches Medium "schwimmend" in einem Gehäuse oder in einer Dämpfungseinrichtung oder Trageinrichtung (1) gelagert. Aus dielektrischen Gründen ist der Quarz (2) z. B. von SF₆-Gas umgeben.In the electrical field, the quartz cylinder ( 2 ) experiences a change in circumference, which is measured interferometrically by the resulting change in length of the glass fiber. A deformation of the quartz body ( 2 ) due to vibrations is undesirable and can lead to an incorrect change in the fiber length of the optical fiber ( 3 ). In order to prevent such errors, an extension or extension of the optical fiber ( 3 ) in one area of the quartz body ( 2 ) must be compensated for by an equally long shortening in another area, so that the sum of all mechanically caused changes in length of the wound optical fiber ( 3 ) = 0. To achieve this, the fiber-optic voltage sensor (2) at its flat end faces and the 1st and 2nd force engagement faces (S1, S2) each have at least one elastic medium "floats" in a housing or in a damping means or carrying means (1) stored. For dielectric reasons, the quartz ( 2 ) z. B. surrounded by SF₆ gas.

Die obere 1. Kraftangriffsseite (S1) des faseroptischen Spannungssensors (2) ist über ein 1. auf Druck und Zug beanspruchbares Dämpfungselement bzw. Federelement (4) in Reihe mit einem vorgespannten, nur auf Druck beanspruchbaren Federelement bzw. Dämpfungselement bzw. Druckfederelement (D1) an der Oberseite der Trageinrichtung (1) abgestützt. Die untere 2. Kraftangriffsseite (S2) des faseroptischen Spannungssensors (2) ist über ein 2. auf Druck und Zug beanspruchbares Dämpfungselement bzw. Federelement (5) parallel zu einem vorgespannten, ringförmigen, nur auf Druck beanspruchbaren Federelement bzw. Dämpfungselement bzw. Druckfederelement (D2) an der Bodenseite der Trageinrichtung (1) abgestützt. Es versteht sich, daß an der 2. Kraftangriffsseite (S2) die gleiche Dämpfungsanordnung (4, D1) wie an der 1. Kraftangriffsseite (S1) vorgesehen sein könnte und umgekehrt.The upper first force application side (S1) of the fiber-optic voltage sensor (2) is a 1st-duty to pressure and train damping element or spring element in series with a biased, claimable only compression spring element or damping element or compression spring element (D1 (4) ) supported on the top of the carrying device ( 1 ). The lower second force application side (S2) of the fiber-optic tension sensor ( 2 ) is parallel to a pre-stressed, ring-shaped, only compressible spring element or damping element or compression spring element ( 2 ) via a second damping element or spring element ( 5 ) that can be subjected to pressure and tension ( D2) supported on the bottom side of the carrying device ( 1 ). It goes without saying that the same damping arrangement ( 4 , D1) as on the first force application side (S1) could be provided on the second force application side (S2) and vice versa.

Als Federelemente (4, 5) sind metallische Federn, mit im Auslenkungsbereich linearer Charakteristik mit oder ohne Vorspannung anwendbar, die jedoch nur schwach gedämpft sind. Als Druckfederelemente (D1, D2) eignen sich Schaumstoffe, vorzugsweise Silikonschaumstoffe, die so stark vorgespannt sein müssen, daß sie bei einer maximal zu erwartenden Auslenkung des faseroptischen Spannungssensors (2) nicht einseitig abheben; im Auslenkungsbereich müssen sie wenigstens näherungsweise linear sein, d. h., ihre Federkraft ist proportional zur Auslenkung und ihre Reibungskraft proportional zur Geschwindigkeit der Auslenkungsbewegung.Metallic springs with linear characteristics in the deflection range with or without pretension can be used as spring elements ( 4 , 5 ), but are only weakly damped. Suitable compression spring elements (D1, D2) are foams, preferably silicone foams, which have to be pre-stressed to such an extent that they do not lift off on one side when the fiber-optic tension sensor ( 2 ) is expected to deflect to a maximum; in the deflection range they must be at least approximately linear, ie their spring force is proportional to the deflection and their frictional force is proportional to the speed of the deflection movement.

Die Dämpfungskonstanten des oberen Dämpfungsgliedes (4, D1) und des unteren Dämpfungsgliedes (5, D2) sollen einander gleich sein oder höchstens um 20% voneinander abweichen. Das Gleiche gilt für die Federkonstanten dieser beiden Dämpfungsglieder.The damping constants of the upper damping element ( 4 , D1) and the lower damping element ( 5 , D2) should be the same as one another or should differ by at most 20%. The same applies to the spring constants of these two attenuators.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt einen faseroptischen Spannungssensor (2) gemäß Fig. 1 mit endseitig angebrachten oberen bzw. unteren Flanschen bzw. Kraftangriffselementen (6, 7), welche jeweils an der ganzen Endfläche (S1, S2) aufliegen und sich zumindest im Abstützbereich von ringförmigen, nur auf Druck beanspruchbaren Druckfederelementen (D11-D14) aus Silikonschaumstoff waagerecht ausgerichtet sind. Vorzugsweise nicht vorgespannte Druckfederelemente (D11, D13) sind zwischen der Oberseite des Kraftangriffselementes (6) bzw. (7) und der Trageinrichtung (1) anliegend angeordnet und vorzugsweise nicht vorgespannte Druckfederelemente (D12, D14) zwischen der Unterseite des Kraftangriffselementes (6) bzw. (7) und der Trageinrichtung (1). Wichtig ist, daß die Kraft möglichst gleichmäßig auf die Quarzzylinderachse (A) wirkt. Insbesondere können die Kontaktflächen der Kraftangriffselemente (6, 7) ringförmig sein. FIG. 2 shows in cross section a fiber optic tension sensor ( 2 ) according to FIG. 1 with upper or lower flanges or force application elements ( 6 , 7 ) attached at the ends, which each rest on the entire end surface (S1, S2) and are at least in the support area of ring-shaped pressure spring elements (D11-D14) made of silicone foam that can only be subjected to pressure. Preferably non-prestressed compression spring elements (D11, D13) are arranged adjacent to the top of the force application element ( 6 ) or ( 7 ) and the support device ( 1 ) and preferably non-prestressed compression spring elements (D12, D14) between the underside of the force application element ( 6 ) or . ( 7 ) and the carrying device ( 1 ). It is important that the force acts as evenly as possible on the quartz cylinder axis (A). In particular, the contact surfaces of the force application elements ( 6 , 7 ) can be annular.

Wenn auf den faseroptischen Spannungssensor (2) gleichgerichtete und gleich große äußere Kräfte (F1, F2) einwirken, so bewirken sie auf der 1. Kraftangriffsseite (S1) einen Zug und auf der 2. Kraftangriffsseite (S2) einen gleich großen Druck. Eine in Fig. 2 nicht dargestellte optische Faser (3), vgl. Fig. 1, wird im oberen Bereich des Quarzkörpers (2) gestaucht und in dessen unterem Bereich gedehnt, so daß deren Längenänderung insgesamt = 0 ist, mit der Wirkung, daß keine Längenänderung der optische Faser (3) resultiert. Die äußeren Kräfte (F1, F2) wirken parallel zu einer Zylinderachse (A) des faseroptischen Spannungssensors (2) auf die Zylinderenden (S1, S2). Eine typische Krafteinwirkung erfolgt über das starre Gehäuse (1) auf den darin "schwimmend" gelagerten faseroptischen Spannungssensor (2).If external forces (F1, F2) act in the same direction and of the same size on the fiber optic tension sensor ( 2 ), they cause a tension on the 1st force application side (S1) and an equal pressure on the 2nd force application side (S2). An optical fiber ( 3 ), not shown in FIG. 2, cf. Fig. 1, is compressed in the upper region of the quartz body ( 2 ) and stretched in its lower region, so that their total change in length = 0, with the effect that no change in length of the optical fiber ( 3 ) results. The external forces (F1, F2) act parallel to a cylinder axis (A) of the fiber optic tension sensor ( 2 ) on the cylinder ends (S1, S2). A typical force is exerted on the rigid housing ( 1 ) on the fiber-optic voltage sensor ( 2 ) which is "floating" in it.

Alle Federelemente (4, D1; 5, D2; D11-D14) verhalten sich in ihrem Anwendungsbereich weitgehend linear. Die transversale und axiale (über die Poisson′sche Querdehnung) Quarzdeformation findet im linear elastischen Bereich statt. Die kristallographische x-Achse des Quarzes (2) liegt parallel zu dessen Zylinderachse (A); die kristallographischen y- und z- Achsen sind senkrecht zur Zylinderachse (A) und zueinander orientiert.All spring elements ( 4 , D1; 5 , D2; D11-D14) behave largely linearly in their area of application. The transverse and axial (via Poisson's transverse strain) quartz deformation takes place in the linear elastic range. The crystallographic x-axis of the quartz ( 2 ) lies parallel to its cylinder axis (A); the crystallographic y and z axes are oriented perpendicular to the cylinder axis (A) and to each other.

Für nicht vorgespannte Druckfederelemente (D11-D14) muß gelten: die Dämpfungs- und Federkonstanten für die Druckfederelemente (D11) und (D13) sind einander auf ± 20% gleich, ebenso sind die Druckfederelemente (D12) und (D14) einander auf ± 20% gleich. Ein Vorteil dieser Ausführung ist, daß die Druckfederelemente (D11-D14) in unbelastetem Zustand langsamer altern als vorgespannte.For non-preloaded compression spring elements (D11-D14) must apply: the damping and spring constants for the Compression spring elements (D11) and (D13) are mutually at ± 20% the same, as are the compression spring elements (D12) and (D14) equal to each other to ± 20%. An advantage of this version is that the compression spring elements (D11-D14) in the unloaded state age more slowly than pre-stressed ones.

Mit vorgespannten Druckfederelementen (D11-D14) sollen die Summe der Dämpfungskonstanten der oberen Druckfederelemente (D11, D12) und die Summe der Dämpfungskonstanten der unteren Druckfederelemente (D13, D14) einander gleich sein oder höchstens um 20% voneinander abweichen. Das Gleiche gilt für die Federkonstanten dieser oberen und unteren Druckfederelemente. Vorzugsweise soll die Einfederung aller Druckfederelemente (D11-D14) in mm gleich groß sein. Dies wird durch Verwendung von Druckfederelementen (D11-D14) aus Silikonschaumstoff erreicht, welche gleiche Auflageflächen, Dicke und Dichte besitzen. Anstelle von Schaumstoff kann vorteilhaft auch eine Epoxivergußmasse verwendet werden. Ein Vorteil dieser Ausführungen besteht darin, daß sich sogar die Druckfederelemente (D11-D14) mit nichtlinearer Charakteristik in ihrer Summenwirkung auch bei größeren Auslenkungen näherungsweise linear verhalten.With preloaded compression spring elements (D11-D14), the Sum of the damping constants of the upper compression spring elements (D11, D12) and the sum of the damping constants of the lower one Compression spring elements (D13, D14) be the same as each other or deviate from each other by a maximum of 20%. The same applies the spring constants of these upper and lower  Compression spring elements. Preferably, the deflection of all Compression spring elements (D11-D14) must be the same size in mm. This is characterized by the use of compression spring elements (D11-D14) Achieved silicone foam, which has the same contact surfaces, Have thickness and density. Instead of foam can an epoxy casting compound can also advantageously be used. On The advantage of this is that even the Compression spring elements (D11-D14) with non-linear characteristics in their total effect even with larger deflections behave approximately linearly.

Fig. 3 zeigt in einem Querschnitt eine Dämpfungseinrichtung (1) mit einem faseroptischen Spannungssensor (2) gemäß Fig. 2. Das obere waagerechte Kraftangriffselement (6) ist über einen kreiszylindrischen Kraftkoppler (8) mit der gesamten oberen Fläche (S1) des faseroptischen Spannungssensors (2) kraftschlüssig verbunden. Die gesamte untere Fläche (S2) des faseroptischen Spannungssensors (2) ist kraftschlüssig mit einem kreiszylindrischen Kraftkoppler (9) verbunden, welcher gegenüber der Bodenfläche der Dämpfungseinrichtung (1) durch ein 5. Druckfederelement (D5) gedämpft ist. Fig. 3 shows a cross section of a damping device ( 1 ) with a fiber optic voltage sensor ( 2 ) according to Fig. 2. The upper horizontal force application element ( 6 ) is via a circular cylindrical force coupler ( 8 ) with the entire upper surface (S1) of the fiber optic voltage sensor ( 2 ) non-positively connected. The entire lower surface (S2) of the fiber optic tension sensor ( 2 ) is non-positively connected to a circular cylindrical force coupler ( 9 ) which is damped by a 5th compression spring element (D5) against the bottom surface of the damping device ( 1 ).

Randseitig bzw. um den Zylinderumfang der Kraftkoppler (8, 9) sind vorgespannte, ringförmige Druckfederelemente (D3) bzw. (D4) vorgesehen, welche mit Seitenwänden der Dämpfungseinrichtung (1) in Wirkverbindung stehen und horizontale Schwingungen dämpfen.Prestressed, annular compression spring elements (D3) or (D4) are provided on the edge side or around the cylinder circumference of the force couplers ( 8 , 9 ), which are in operative connection with the side walls of the damping device ( 1 ) and dampen horizontal vibrations.

Mit (10) sind Stahlfedern bezeichnet, durch welche für die Druckfederelemente (D11-D14) eine vorgebbare Vorspannung eingestellt werden kann. Die Bezugszeichen (11) und (12) bezeichnen Beryllium-Kupfer-Federn zur elektrischen Kontaktierung des Kraftkopplers (8) und damit des Spannungssensors (2), welche ebenfalls horizontale Schwingungen abfedern.Steel springs are designated by ( 10 ), by means of which a presettable prestress can be set for the compression spring elements (D11-D14). The reference numerals ( 11 ) and ( 12 ) denote beryllium-copper springs for electrical contacting of the force coupler ( 8 ) and thus of the voltage sensor ( 2 ), which also cushion horizontal vibrations.

Wichtig ist, daß die Druckfederelemente (D11, D12, D5) so stark vorgespannt sind, daß sie in ihrem vorgesehenen Auslenkungsbereich nicht spannungslos werden, daß die Summe der Dämpfungskonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Dämpfungskonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweicht, daß die Summe der Federkonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Federkonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweicht, oder daß die Druckfederelemente (D11, D12, D5) nicht vorgespannt sind und daß dann sowohl die Dämpfungs- und Federkonstanten des 1. Druckfederelementes (D11) als auch des 2. Druckfederelementes (D12) höchstens um 20% von der Dämpfungs- und Federkonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweichen.It is important that the compression spring elements (D11, D12, D5) are so strong are biased that they are in their intended  Deflection range will not be without tension that the sum of the Damping constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) at most by 20% of the damping constant of the 5th Compression spring element (D5) deviates that the sum of the Spring constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) at most by 20% of the spring constant of the 5th Compression spring element (D5) deviates, or that the compression spring elements (D11, D12, D5) are not preloaded are and that then both the damping and spring constants of the 1st compression spring element (D11) as well as the 2nd Compression spring element (D12) at most by 20% of the Damping and spring constants of the 5th compression spring element (D5) differ.

Es versteht sich, daß der faseroptische Spannungssensor (2) nicht kreiszylindrisch sein muß, wie in den Fig. 1-3 dargestellt, sondern z. B. ovalen Querschnitt haben kann (nicht dargestellt) oder kegelstumpfförmig gestaltet sein kann, wie in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen (2′) dargestellt. Mit (d1) ist der kleinste und mit (d2) der größte Durchmesser des faseroptischen Spannungssensors (2′) bezeichnet. Eine eng um den Kegelstumpf des faseroptischen Spannungssensors (2′) gewickelte optische Faser (3′) weist eine Wicklungsdichte auf, die proportional zum jeweiligen Durchmesser dieses Kegelstumpfes ist, so daß sich vom faseroptischen Spannungssensor (2′) auf die optische Faser (3′) übertragene mechanische Schwingungen in der Summe zu 0 addieren und somit kein optisches Signal erzeugen.It is understood that the fiber optic voltage sensor ( 2 ) need not be circular cylindrical, as shown in Figs. 1-3, but z. B. may have an oval cross-section (not shown) or frustoconical, as shown in Fig. 4 with the reference numeral ( 2 '). With (d1) is the smallest and (d2) the largest diameter of the fiber optic voltage sensor ( 2 '). An optical fiber ( 3 ') wound tightly around the truncated cone of the fiber-optic tension sensor ( 2 ') has a winding density which is proportional to the respective diameter of this truncated cone, so that the fiber-optic tension sensor ( 2 ') extends onto the optical fiber ( 3 ' ) add mechanical vibrations total to 0 and therefore do not generate an optical signal.

Fig. 5 zeigt als Apparat (2) einen schwingungsgedämpften Plattenkondensator (C), der allseitig von einem nur auf Druck beanspruchbaren, vorgespannten Schaumstoff (D6) umgeben, vorzugsweise in einen Silikonschaumstoff eingebettet ist. Auch durch diese Dämpfungsmaßnahme wird erreicht, daß die Kapazität des Plattenkondensators (C) bei Einwirkung mechanischer Schwingungen auf das ihn umgebende Gehäuse (1) konstant bleibt und damit Meßgrößen, die von der Kapazität abhängen, unbeeinflußt bleiben. Fig. 5 shows an apparatus (2) comprises a vibration-damped plate capacitor (C), of the claimable on all sides by a pressure only on prestressed foam (D6) surround it, is preferably embedded in a silicone foam. This damping measure also ensures that the capacitance of the plate capacitor (C) remains constant under the action of mechanical vibrations on the housing ( 1 ) surrounding it, and thus measurement variables which depend on the capacitance remain uninfluenced.

BezugszeichenlisteReference list

1 Trageinrichtung, Gehäuse, Dämpfungseinrichtung
2, 2′ Apparat, Meßwandler, piezoelektrischer, faseroptischer Spannungssensor
3, 3′ optische Fasern
4, 5 auf Druck und Zug beanspruchbare Federelemente bzw. Dämpfungselemente
6, 7 Kraftangriffselemente, Flansche
8, 9 Kraftkoppler
10 Stahlfedern
11, 12 Beryllium-Kupfer-Federn
A Zylinderachse, Richtung
C Plattenkondensator
d1, d2 kleinster bzw. größter Durchmesser von 2′
D1-D6; D11-D14; nur auf Druck beanspruchbare Federelemente bzw. Dämpfungselemente, Druckfederelemente
F1, F2 Kräfte an 2
1 Länge von 2
S1, S2 Kraftangriffsseiten, obere bzw. untere Querschnittsflächen von 2, 2′. 1 support device, housing, damping device
2 , 2 ' apparatus, transducer, piezoelectric, fiber optic voltage sensor
3 , 3 ′ optical fibers
4 , 5 spring elements or damping elements that can be subjected to pressure and tension
6 , 7 force application elements, flanges
8 , 9 power coupler
10 steel springs
11 , 12 beryllium copper springs
A cylinder axis, direction
C plate capacitor
d1, d2 smallest or largest diameter of 2 ′
D1-D6; D11-D14; only spring elements or damping elements that can be subjected to pressure, compression spring elements
F1, F2 forces on 2
1 length of 2
S1, S2 force application sides, upper and lower cross-sectional areas of 2 , 2 '.

Claims (10)

1. Schwingungsgedämpfter Apparat
  • a) der mit einer 1. Kraftangriffsseite (S1) über mindestens ein 1. Federelement (4, D1; D11, D12; D6) mit einer Trageinrichtung (1) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
  • b) daß der Apparat (2) mit mindestens einer 2. Kraftangriffsseite (52) über mindestens ein 2. Federelement (5, D2; D13, D14; D5) mit dieser Trageinrichtung (1) in Wirkverbindung steht,
  • c) daß diese 1. und 2. Federelemente (4, D1; D11, D12; 5, D2; D13, D14; D5) entgegengesetzt wirkend so angeordnet sind, daß eine Bewegung des Apparates (2) in einer vorgebbaren Richtung (A) das 1. Federelement (4, D1; D11, D12; D6) zusammendrückt und gleichzeitig das 2. Federelement (5, D2; D13, D14; D5) entlastet oder dehnt, und
  • d) daß die Federkonstanten des 1. Federelementes (4, D1; D11, D12; D6) und des 2. Federelementes (5, D2; D13, D14; D5) höchstens um 20% voneinander abweichen.
1. Vibration-damped apparatus
  • a) which is in operative connection with a 1st force application side (S1) via at least one 1st spring element ( 4 , D1; D11, D12; D6) with a carrying device ( 1 ), characterized in that
  • b) that the apparatus (2) with a second force application side (52) via a second spring element (5, D2 least a minimum; D13, D14; D5)) is connected to said supporting means (1 in operative connection,
  • c) that these 1st and 2nd spring elements ( 4 , D1; D11, D12; 5, D2; D13, D14; D5) are arranged in opposite directions so that movement of the apparatus ( 2 ) in a predeterminable direction (A) compresses the 1st spring element ( 4 , D1; D11, D12; D6) and simultaneously relieves or stretches the 2nd spring element ( 5 , D2; D13, D14; D5), and
  • d) that the spring constants of the 1st spring element ( 4 , D1; D11, D12; D6) and the 2nd spring element ( 5 , D2; D13, D14; D5) deviate from each other by a maximum of 20%.
2. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskonstanten des 1. Federelementes (4, D1; D11, D12; D6) und des 2. Federelementes (5, D2; D13, D14; D5) höchstens um 20% voneinander abweichen.2. Vibration-damped apparatus according to claim 1, characterized in that the damping constants of the 1st spring element ( 4 , D1; D11, D12; D6) and the 2nd spring element ( 5 , D2; D13, D14; D5) are at most 20% apart differ. 3. Schwingungsgedämpfter Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu mindestens einem Federelement (5) mindestens ein vorgespanntes Druckfederelement (D2) kraftschlüssig angeordnet ist, welches nur auf Druck beanspruchbar ist.3. Vibration-damped apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that parallel to at least one spring element ( 5 ) at least one prestressed compression spring element (D2) is non-positively arranged, which can only be subjected to pressure. 4. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (D11-D14; D5, D6) nur auf Druck beanspruchbar sind. 4. Vibration-damped apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the spring elements (D11-D14; D5, D6) can only be subjected to pressure.   5. Schwingungsgedämpfter Apparat nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß die nur auf Druck beanspruchbaren Federelemente (D1, D2; D11-D14; D5, D6) aus Schaumstoff,
  • b) insbesondere aus Silikonschaumstoffbestehen und
  • c) stärker vorgespannt sind, als es einer vorgebbaren, maximal zu erwartenden Auslenkung entspricht.
5. Vibration-damped apparatus according to one of claims 3 or 4, characterized in that
  • a) that the spring elements (D1, D2; D11-D14; D5, D6) can only be subjected to pressure, made of foam,
  • b) consist in particular of silicone foam and
  • c) are biased more than a predefinable, maximum expected deflection.
6. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Apparat (2) mit einer seiner Hauptachsen vertikal ausgerichtet ist,
  • b) daß der Apparat (2) mindestens an einer seiner Kraftangriffsseiten (S1, S2) mit mindestens einem flanschförmigen Kraftangriffselement (6, 7) in Wirkverbindung steht,
  • c) daß das mindestens eine Kraftangriffselement (6, 7) mit mindestens 2 Federelementen (D11-D14; D5) gegenüber der Trageinrichtung (1) abgestützt ist,
  • d) wovon mindestens ein Federelement (D11, D13) oberhalb und mindestens ein Federelement (D12, D14) unterhalb dieses mindestens einen Kraftangriffselementes (6, 7) angebracht ist,
  • e) insbesondere, daß das 2. Federelement ein 5. Druckfederelement (D5) ist,
  • f) daß alle Druckfederelemente (D11, D12, D5) so stark vorgespannt sind, daß sie in ihrem vorgesehenen Auslenkungsbereich nicht spannungslos werden,
  • g) daß die Summe der Dämpfungskonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Dämpfungskonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweicht,
  • h) daß die Summe der Federkonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Federkonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweicht, oder
  • i) daß die Druckfederelemente (D11, D12, D5) nicht vorgespannt sind und
  • j) daß dann sowohl die Dämpfungs- und Federkonstanten des 1. Druckfederelementes (D11) als auch des 2. Druckfederelementes (D12) höchstens um 20% von der Dämpfungs- und Federkonstanten des 5. Druckfederelementes (D5) abweichen.
6. Vibration-damped apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that
  • a) that the apparatus ( 2 ) is aligned vertically with one of its main axes,
  • b) that the apparatus ( 2 ) is operatively connected to at least one of its force application sides (S1, S2) with at least one flange-shaped force application element ( 6 , 7 ),
  • c) that the at least one force application element ( 6 , 7 ) is supported with at least 2 spring elements (D11-D14; D5) with respect to the support device ( 1 ),
  • d) at least one spring element (D11, D13) above and at least one spring element (D12, D14) below this at least one force application element ( 6 , 7 ),
  • e) in particular that the 2nd spring element is a 5th compression spring element (D5),
  • f) that all compression spring elements (D11, D12, D5) are preloaded to such an extent that they do not become dead in their intended range of deflection,
  • g) that the sum of the damping constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) deviates by at most 20% from the damping constant of the 5th compression spring element (D5),
  • h) that the sum of the spring constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) deviates by at most 20% from the spring constant of the 5th compression spring element (D5), or
  • i) that the compression spring elements (D11, D12, D5) are not preloaded and
  • j) that then both the damping and spring constants of the 1st compression spring element (D11) and the 2nd compression spring element (D12) deviate by at most 20% from the damping and spring constants of the 5th compression spring element (D5).
7. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Apparat (2) mit einer seiner Hauptachsen vertikal ausgerichtet ist,
  • b) daß der Apparat (2) an einer 1. Kraftangriffsseite (51) mit mindestens einem 1. flanschförmigen Kraftangriffselement (6) und an einer 2. Kraftangriffsseite (52) mit mindestens einem 2. flanschförmigen Kraftangriffselement (7) in Wirkverbindung steht,
  • c) daß das 1. Kraftangriffselement (6) mit einem 1. Druckfederelement (D11) oberhalb des 1. Kraftangriffselementes (6) und mit einem 2. Druckfederelement (D12) unterhalb des 1. Kraftangriffselementes (6) gegenüber der Trageinrichtung (1) abgestützt ist,
  • d) daß das 2. Kraftangriffselement (7) mit einem 3. Druckfederelement (D13) oberhalb des 2. Kraftangriffselementes (7) und mit einem 4. Druckfederelement (D14) unterhalb des 2. Kraftangriffselementes (7) gegenüber der Trageinrichtung (1) abgestützt ist,
  • e) daß alle Druckfederelemente (D11, D12, D5) so stark vorgespannt sind, daß sie in ihrem vorgesehenen Auslenkungsbereich nicht spannungslos werden,
  • f) daß die Summe der Dämpfungskonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Summe der Dämpfungskonstanten der 3. und 4. Druckfederelemente (D13, D14) abweichen,
  • g) daß die Summe der Federkonstanten der 1. und 2. Druckfederelemente (D11, D12) höchstens um 20% von der Summe der Federkonstanten der 3. und 4. Druckfederelemente (D13, D14) abweichen, oder
  • h) daß die Druckfederelemente (D11-D14) nicht vorgespannt sind und
  • i) daß dann die Dämpfungs- und Federkonstanten des 1. Druckfederelementes (D11) höchstens um 20% von der Dämpfungs- und Federkonstanten des 3. Druckfederelementes (D13) abweichen und
  • j) daß die Dämpfungs- und Federkonstanten des 2. Druckfederelementes (D12) höchstens um 20% von der Dämpfungs- und Federkonstanten des 4. Druckfederelementes (D14) abweichen.
7. Vibration-damped apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that
  • a) that the apparatus ( 2 ) is aligned vertically with one of its main axes,
  • b) that the apparatus ( 2 ) is operatively connected on a first force application side ( 51 ) to at least a first flange-shaped force application element ( 6 ) and on a second force application side ( 52 ) with at least a second flange-shaped force application element ( 7 ),
  • c) that the 1st force application element ( 6 ) is supported with a 1st pressure spring element (D11) above the 1st force application element ( 6 ) and with a 2nd pressure spring element (D12) below the 1st force application element ( 6 ) relative to the support device ( 1 ) is
  • d) that the 2nd force application element ( 7 ) is supported with a 3rd pressure spring element (D13) above the 2nd force application element ( 7 ) and with a 4th pressure spring element (D14) below the 2nd force application element ( 7 ) relative to the support device ( 1 ) is
  • e) that all compression spring elements (D11, D12, D5) are preloaded to such an extent that they do not become dead in their intended range of deflection,
  • f) that the sum of the damping constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) deviate by a maximum of 20% from the sum of the damping constants of the 3rd and 4th compression spring elements (D13, D14),
  • g) that the sum of the spring constants of the 1st and 2nd compression spring elements (D11, D12) deviate by a maximum of 20% from the sum of the spring constants of the 3rd and 4th compression spring elements (D13, D14), or
  • h) that the compression spring elements (D11-D14) are not biased and
  • i) that the damping and spring constants of the 1st compression spring element (D11) then deviate by a maximum of 20% from the damping and spring constants of the 3rd compression spring element (D13) and
  • j) that the damping and spring constants of the 2nd compression spring element (D12) deviate by a maximum of 20% from the damping and spring constants of the 4th compression spring element (D14).
8. Schwingungsgedämpfter Apparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Apparat ein zylindrischer Meßwandler,
  • b) insbesondere ein piezoelektrischer, faseroptischer Spannungssensor (2) ist.
8. Vibration-damped apparatus according to one of the preceding claims, characterized in that
  • a) that the apparatus is a cylindrical transducer,
  • b) is in particular a piezoelectric, fiber-optic voltage sensor ( 2 ).
9. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der faseroptische Spannungssensor (2) eine auf seinem Zylinderumfang aufgewickelte optische Faser (3) aufweist, deren Wicklungsdichte proportional zum jeweiligen Durchmesser (d1, d2) des Zylinders des faseroptischen Spannungssensors (2) ist.9. Vibration-damped apparatus according to claim 8, characterized in that the fiber optic voltage sensor ( 2 ) has an optical fiber ( 3 ) wound on its cylinder circumference, the winding density of which is proportional to the respective diameter (d1, d2) of the cylinder of the fiber optic voltage sensor ( 2 ) . 10. Schwingungsgedämpfter Apparat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß der Apparat (C) allseitig in einen Schaumstoff (D6),
  • b) insbesondere in einen Silikonschaumstoff eingebettet ist.
10. Vibration-damped apparatus according to claim 1 or 2, characterized in
  • a) that the apparatus (C) on all sides in a foam (D6),
  • b) is embedded in particular in a silicone foam.
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