DE2804865C2

DE2804865C2 - Vorrichtung zum aktiven Dämpfen von Schwingungen einer von Federn getragenen Masse

Info

Publication number: DE2804865C2
Application number: DE2804865A
Authority: DE
Inventors: Helmut Vernon Habermann
Original assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Current assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Priority date: 1977-02-04
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1986-01-23
Also published as: DE2804865A1; JPS60579B2; JPS5399178A; FR2379732A1; SE437187B; GB1601096A; FR2379732B1; US4244629A; CA1110345A; SE7801245L

Description

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stems, das aus einer Masse M, z. B. einer Platte 2 (F i g. 3) Ober Leitungen 66, 76 die Signale der Wicklungen 64a,

und sie tragenden, sich auf den Boden 1 abstützenden 74a der Fühler 64, 74 zugeführt Im Regler 11 werden

Federn 3, 4, 5 besteht, als Funktion der Frequenz f. In diese Signale zur Steuerung der Ströme verwendet, die

Abwesenheit anderer Dämpfungsvorrichtungen hat die den Wicklungen 63a, 73a über Leitungen 65 bzw. 75

Steifigkeit K einen konstanten, der Steifigkeit der Fe- 5 zugeführt werden. Ober die Spulen 63a und 73a werden

dem 3,4,5 entsprechenden Wert Ko bis zu einem Punkt somit auf die Kerne 63c bzw. 73c Kräfte ausgeübt, die

A, der ungefähr der Resonanzfrequenz f, des Systems den Signalen der Beschleunigungsvorrichtungen 8,9,10

entspricht und z. B. in der Größenordnung von einigen und der Fühler 64 bzw. 74 entsprechen und die vom

Hertz liegen kann. Bei Überschreitung des Punktes A Erdboden entkoppelt sind.

wächst die Steifigkeit K schnell an; sie entspricht dann io Die von den Beschleunigungsmessern 8,9 und 10 geim wesentlichen der Steifigkeit der Platte von der Masse sandten Signale Y\, Y^ und X werden im Regler 11 auf M in der Nähe der Frequenz Fz, die den in Industriege- Schaltungen gegeben, die eine zweifache Integration so bieten hauptsächlich auftretenden Schwingungen ent- vornehmen, daß sie Signale liefern, die die Verlagerung spricht und bei etwa 25,50 oder 100 Hertz liegen kann. der Platte 2 zeigen, wobei die Signale Y\ und Ϋ2 außer-Hierbei ist die Steifigkeit K so groß, daß das System für 15 dem auf eine Komparator-Schaltung gegeben werden. Schwingungen in der Größenordnung von /2 sehr un- die mit einem Zweifachintegrator verbunden ist, so daß empfindlich ist Die in F i g. 2 dargestellte Kurve zeigt in sie ein differenziertes Signal liefert üäs es erlaubt, Drehgleicher Weise die Steifigkeit K des Systems in Abhän- bewegungen der Platte in einer horizontalen Ebene zu gigkeit von der Frequenz f, wenn dem System eine berücksichtigen.

Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung zugefügt 20 Für den Frequenzbereich der Be^leunigungsmesser

ist oder eines in dem Regler 11 vorgeseher-en Filters über-

Die Dämpfungsvorrichtung umfaßt Elemente 6 und 7, tragen die Magnetlager 63 und 73 vom Erdboden 1

die elektromagnetische Lager bilden. Jedes dieser EIe- unabhängige Kräfte, die dem System eine räumliche

mente 6 und 7 umfaßt ein festes, mit dem Boden 1 ver- Starrheit geben, dessen Masse groß sein, beispielsweise

bundenes Gehäuse 61 bzw. 71, die unterhalb eines Stük- 25 mehre e Tonnen betragen kann. Im Gegensatz zu hy-

kes 62 bzw. 72 der Platte 2 liegen, die an einander gegen- draulischen und pneumatischen Lagern, die die Vibra-

überliegenden Enden 21, 22 der Platte 2 befestigt sind. tionen des Gehäuses 61, 71 auf die Platte 2 übertragen

Jedes der elektromagnetischen Lager 63, 73 besitzt ei- würden, wirken die elektromagnetischen Lager 63,73 in

nen Ring 63c bzw. 73c aus Eisenblechen, der an einem an dem begrenzten Frequenzband ohne Einwirkung von

dem Stück 62 bzw. 72 befestigten Zylinderstück 62a 30 Reibung oder Erdeinfiuß.

bzw. 72a befestigt ist, als Anker für eine Anzahl ihn mit F i g. 2 zeigt die Wirkung der Einschaltung der erfineinem Abstand umgebender, an dem Gehäuse 61 bzw. dungsgemäßen Vorrichtung. Bei sehr niedrigen Fre-71 befestigter zum Zylinderstück 62a bzw. 72a radialer quenzen, z. B. solchen, die erheblich unter 1 Hertz lie-Wicklungen mit Eisenkernen 63a bzw. 73a und Wicklun- gen, bei denen die Anwendung von Beschleunigungsgen 630 bzw. 736. Der Zwischenraum zwischen dem 35 messern zu Meßfehlern führen würde, hat die Steifigkeit Ring 63c bzw. 73c und den Eisenkernen 63a bzw. 73a den durch die Federn 3 bis 5 bestimmten konstanten kann verhältnismäßig groß sein. An jedem der Lager 63, Wert Ko, wie dies der erste bis zum Punkt A' reichende 73 kann eine Fühlvorrichtung 64 bzw. 74 vorgesehen Teil der Kurve (b) zeigt. In dem Frequenzbertich der sein zur Ennittlung der Lage des Eisenblechrings 63c beabsichtigten Anwendung, der die Resonanzfrequenz bzw. 73c gegenüber den Spulenkernen 63a bzw. 73a. Die 40 f\ des Systems 2,3,4,5 einschließt, und möglichst bis in Sensoren 64,74 bestehen — ähnlich wie die Teile 63a bis die Nähe der vorerwähnten Frequenz f₂ reicht, nämlich 63c des Lagers 63 — aus einem auf dem Zylinderstück in den Bereich zwischen den Punkten B und C, ergibt 62a bzw. 72a sitzenden Eisenblechring 64c, 74c und einer sich eine räumlich erhöhte Steifigkeit, dank der mittels Anzahl diesen Ring mit einem Abstand umgebenden, an der Beschleunigungsmesser gesteuerten Magnetlager, dem Gebluse 61 bzw. 71 befestigten Eisenkernen 64a 45 Oberhalb des Punktes C der Kurve (b) wird die Steifig- bzw. 74a, die je von einer Wicklung 64Z> bzw. 74b umge- keit des Systems wieder — wie im Falle der F i g. 1 — ben sind. Grundsätzlich können die Sensoren 64,74 von von den Elementen 2,3,4 und 5 abhängig und entspricht beliebiger Konstruktion sein. z. B. in dem Bereich zwischen den Punkten C und D der

Auf der Platte sitzen drei Beschleunigungsmesser 8,9, Steifigkeit der Platte 2 selbst. Die erfindungsgemäße

10, durch die die Beschleunigungen festgestellt werden 50 Stabilisierungsvorrichtung ermöglicht somit dem Sy-

können, denen die Platte 1 bei Schwingungen unterwor- stern im Bereich einer begrenzten Zeit für ein begrepz-

fen ist. Die Beschleunigungsmesser 8,9,10 können von tes Frequenzband eine erhöhte Steifigkeit zu verleihen,

irgendeiner bekannten Art sein. Sie sind dazu vorgese- Ec isi natürlich möglich, für den ganzen Frequenzbe-

hen, innerhalb eines Frequenzbandes zu arbeiten, das reich k bis F₂ oder einen Teil desselben eine räumliche

von einer Frequenz, die nur wenig unter /Ί, z. B. bei 55 Dämpfung einzuführen, indem man außerdem die von

einigen zehntel oder hundertstel Hertz liegt, bis zu einer den Beschleunigungsmessern 8 bis 10 stammenden Si-

Frequenz reicht, die bei einer Größenordnung von f₂, gnale einfachen Integratorschaltungen der Steuerschal-

z. B. um 100 Hertz liegt Die Beschleunigungsmesser 8 tungen 11 derart zuführt, daß die von dem Regler Ii

und 10 sind in der Nähe der Enden 21, 22 der Platte 2 gelieferten Signale außerdem eine Dämpfungskompo-

angebracht und sind empfindlich für Beschleunigungen 60 nente aufweisen.

Yu Y₂ in Richtung Y, in der die an der Platte 2 ange- Die Sensoren 64 und 74, die aus einer Viekahl von

brachten Stücke 62,72 liegen. Der Beschleunigungsmes- Fühlerelementen zusammengesetzt sein können, senden

ser 9 ist so angeordnet, daß er Beschleunigungen X in Signale Dr\ und Dr₂ aus, die eine Funktion der Lage

einer horizontalen, gegenüber der Richtung Y recht- ihrer Teile 64c, 74c gegenüber ihren Teilen 64a bzw. 74a

winkligen Richtung .Vermittelt. 65 sind und der Lage der Teile 63c und 73c der elektroma-

Die von den Beschleunigungsmessern 8, 9, 10 gelie- gnetischen Lager 63 bzw. 73 entsprechen. Diese Senso-

ferten Signale werden über Leitungen 81,91,101 einem ren haben nur die Aufgabe, eine Korrektur der Lage der

Regler 11 zugeführt; ebenso werden dem Regler 11 elektromagnetischen Lager zu ermöglichen, wenn sie zu

große Schwingungsweiten zeigen. Die Signale Dn und Dr₂ werden nur berücksichtigt, wenn innerhalb des Frequenzbandes A bis /j eine vorbestimmte Amplitude überschritten wird Die Signale Dn und Dr₂ werden in der Steuerschaltung 11 auf Trägerschaltungen gegeben, deren Ausgangssignale üblichen Überwachungsschaltungen zugeführt werden, deren Ausgangssignale auf die Wicklungen 63a, 73a gegeben werden können. Die Fühler 64 und 74 sollen überdies nur für Frequenzen unterhalb /Ό benutzt werden, um den Lagern eine Starr- to heit zu geben, die die Starrheit Ao der Federn 3 bis 5 vergrößert.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur räumlichen Stabilisierung einer Masse angewendet werden, die nicht von Federn getragen wird; die vorerwähn- te Anordnung kann dann durch eine entsprechende vertikale Stabilisierung derart vervollständigt werden, daß

des im Raum gehalten und nach sechs Freiheitsgraden stabilisiert werden (nämlich drei Freiheitsgrade einer linearen Bewegung in drei senkrecht zueinanderstehendcn Achsen und drei Freiheitsgrade einer Rotation um diese drei Achsen).

Bei einer solchen Ausführung weist die zu stabilisierende Masse mindestens zwei elektromagnetisch wir- kende Lager und drei Beschleunigungsmesser in der oben anhand der Zeichnung 3 erläuterten Weise auf und überdies mindestens ein elektromagnetisch wirkendes Lager in einer vertikalen Achse. Ferner ist mindestens ein vierter Beschleunigungsmesser zur Ermittlung der in vertikaler Richtung auftretenden Schwingungen vorzusehen. Um Rotationen der Masse um die senkrechten und die horizontalen Achsen auszugleichen, empfiehlt es sich, einen fünften und einen sechsten Beschleunigungsmesser vorzusehen, die auf der Masse in entspre- chenden Abständen von dem zweiten bzw. vierten Beschleunigungsmesser anzubringen sind, um die Schwingungen in den Richtungen parallel zu den Achsen zu ermitteln, die dem zweiten und vierten Beschleunigungsmesser entsprechen. Durch Kombination der Si- gnale der Beschleunigungsmesser lassen sich alle Bewegungen in Richtung der Achsen und um die Achsen ausgleichen.

Bei einem System, daß in horizontaler und vertikaler Richtung zu stabilisieren ist und die Masse durch keine Feder gehalten wird, empfiehlt es sich, mechanische Mittel zum Ausgleich der konstanten vertikalen Belastung infolge der Schwerkraft der Masse vorzusehen. Ein solcher Ausgleich kann mittels eines Luftkissens verwirklicht wenien. Auf diese Weise gibt es keine mechanischen Stützmittel als Hindernis dafür, daß die Masse für einen vorbestimmten Frequenzbereich im Raum nach sechs Freiheitsgraden stabilisiert wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnu^en

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Claims

1 2 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum aktiven Patentansprüche: Dämpfen von innerhalb eines vorbestimmten Frequenz bandes auftretenden Schwingungen einer von Federn

1. Vorrichtung zum aktiven Dampfen von inner- getragenen, in einer horizontalen Ebene frei beweglihalb eines vorbestimmten Frequenzbandes auftre- 5 chen Masse. Es ist bekannt, bei einer solchen Vorrichtenden Schwingungen einer von Federn getragenen, tung zwei elektromagnetische Lager vorzusehen, deren in einer horizontalen Ebene frei beweglichen Masse Felder von einem durch die Schwingungen beeinflußten unter Verwendung von mindestens zwei elektroma- Regler steuerbar sind (DE-OS 24 57 772).
gnetischen Lagern, deren Felder von einem durch Aufgabe der Erfindung ist, eine Dämpfungsvorrichdie Schwingungen beeinflußten Regler steuerbar io tung der vorgenannten Art zu schaffen, durch die die sind, gekennzeichnet durch die Koinbina- Masse von Schwingungen auch sehr niedriger Frequenz tion folgender Merkmale: befreit wird, insbesondere Schwingungen im Bereich einiger hundertstel oder zehntel Hertz bis etwa

a) Jedes von zwei in der horizontalen Ebene wir- 100 Hertz.

kenden elektromagnetischen Lagern (63, 73) 15 Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die

enthält Wicklungen (636,73b) auf einem gegen- Kombination folgender Merkmale gelöst:

über der Masse (2) stationären Anker (63a, 73a)

und einen Ringanker (63c, 73c) mit vertikaler a) Jedes von zwei in der horizontalen Ebene wirken-

Achsc welcher mit einem Ende (21, 22) der den elektromagnetischen Lagern enthält Wicklun-

Masse{2) fest verbunden ist: 20 gen auf einem gegenüber der Masse stationären

b) Ein erster und ein zweiter Beschleunigungsrnes- Anker und einen Ringanker mit vertikaler Achse, ser (8,9) sind zur Steuerung des Reglers (11) auf welcher mit einem Ende der Masse fest verbunden der Masse (2) vorgesehen, um die innerhalb des ist;

genannten Frequenzbereichs auftretenden b) Ein erster und ein zweiter Beschleunigungsmesser

Schwingungen der Masse in einer ersten und 25 sind zur Steuerung des Reglers auf der Masse vor-

einer zweiten unterschiedlichen horizontalen gesehen, um die innerhalb des genannten Fre-

Richtung zu ermitteln; quenzbereichs auftretenden Schwingungen der

c) Im Regler (11) sind Schaltungen zur Aufnahme Masse in einer ersten und einer zweiten unterder vom ersten und zweiten Beschleunigungs- schiedlichen horizontalen Richtung zu ermitteln;
messer (g, 9) gesandten Signale {y% und x) vorge- 30 c) Im Regler sums Schaltungen zur Aufnahme der vom sehen, die eine solche zweifache Integration der ersten und zweiten Beschleunigungsmesser ge-Signale vornehmen, da£ die erzeugten Signale sandten Signale vorgesehen, die eine solche zweifa- (y\ und x^die Verlagerung der Masse anzeigen. ehe Integration der Signale vornehmen, daß die

erzeugten Signale die Verlagerung der Masse an-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 35 zeigen,
zeichnet, daß auf der Masse (2) ein dritter Beschleunigungsmesser (10) vorgesehen ist, der im Abstand Vorzugsweise ist auf der Masse noch ein dritter Bevon dem ersten Beschleunigungsmesser (8) die in- schleunigungsmesser vorgesehen, der im Abstand von nerhalb des genannten Frequenzbereichs in der er- dem ersten Beschleunigungsmesser die innerhalb des sten horizontalen Richtung auftretenden Schwin- 40 genannten Frequenzbereichs in der ersten horizontalen gungen der Masse (2) ermittelt, und daß die von dem Richtung auftretenden Schwingungen der Masse ermitersten und dritten Beschleunigungsmesser (8,10) ge- telt, wobei die von dem ersten und dritten Beschleunisandten Signale (γ\, γι) in dem Regler (11) auf eine gungsmesser gesandten Signale in dem Regler auf eine Komparator-Schaltung gegeben werden, die mit ei- Komparator-Schaltung gegeben werden, die mit dem nem Zweifachintegrator verbunden ist, so daß ein 45 Zweifachintegrator verbunden ist, so daß ein differendifferenziertes Signal lieferbar ist, das es erlaubt, ziertes Signal lieferbar ist, das es erlaubt, Drehbewegun-Drehbewegungen der Masse (2) in horizontaler Ebe- gen der Masse in horizontaler Ebene zu berücksichtine zu berücksichtigen. gen. Vorzugsweise ist weiter an jedem der elektroma-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gnetischen Lager ein Sensor zur Ermittlung der Lage gekennzeichnet, daß die Grenzen des genannten 50 des Ringankers gegenüber dem stationären Anker vorFrequenzbereichs bei höchstens einerseits einigen gesehen, wobei die Ausgänge der Sensoren mit in dem zehntel oder hundertstel Hertz und andererseits bei Regler vorgesehenen Stufenschaltungen verbunden etwa 100 Hertz liegen. sind, durch die der Regler zusätzlich zu den von den

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, Zweifachintegrator-Schaltungen gelieferten Signalen dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der elektro- 55 gesteuert wird, wenn die von den Sensoren abgegebemagnetischen Lager (6, 7) ein Sensor (64, 74) zur nen Signale eine vorbestimmte Amplitude überschrei-Ermittlung der Lage des Ringankers (63c, 73c) ge- ten.

genüber dem stationären Anker (63a, 73a) vorgese- Die Erfindung wird in der Zeichnung erläutert,

hen ist, und daß die Ausgänge der Sensoren (64,74) F i g. 1 zeigt ein Diagramm der Steifigkeit einer von

mit in dem Regler (11) vorgesehenen Stufenschal· 60 Federn getragenen Platte in Abhängigkeit von der Fre-

tungen verbunden sind, durch die der Regler (11) quenz.

zusätzlich zu den von den Zweifachintegrator-Schal- F i g. 2 zeigt ein entsprechendes Diagramm für den tungen gelieferten Signalen (y\, x_u yi) gesteuert wird, Fall, daß dies aus Platte und Federn bestehende System wenn die von den Sensoren (64, 74) abgegebenen mit einer Vorrichtung zur horizontalen Stabilisierung Signale (Dr\, Dr₂) eine vorbestimmte Amplitude 65 gegenüber Schwingungen versehen ist.
überschreiten. F i g. 3 zeigt in einem vertikalen Schnitt eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.
F i g. 1 zeigt die Kurve (a) der Steifigkeit K eines Sy-