DE4011367A1 - Hybrider schwingungsisolator - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Schwingungsisolator zur Dämmung von Schwingungen.

Solche Schwingungsisolatoren sind in den verschiedensten Aus­ führungsformen bekannt, beispielsweise als Federpakete, silent blocks, Gummipuffer, Gummimatten, Motorlager. Unabhängig von der Ausführungsform können diese Systeme durch ihre komplexe Feder­ konstante charakterisiert werden, wobei der Realteil die eigent­ liche Federkonstante und der Imaginärteil die Dämpfung be­ schreibt. Im allgemeinen Fall ist die Federkonstante unabhängig von der Vorlast und von der Anregungsfrequenz. Ein Isolatorele­ ment mit lastabhängiger Federkonstante ist die Tellerfeder. Da der Elastizitätsmodul von Gummi mit der Frequenz ansteigt, haben Schwingungsisolatoren aus Gummi eine mehr oder weniger frequenz­ progressive Federung. - Zum Stand der Technik zählen auch die aktiv elektronisch geregelten Isolatorsysteme, zu deren Betrieb aber ein Reglersystem mit Sensor und Aktuator notwendig ist.

Die passiven Schwingungsisolatoren sind einfache und bewährte Bauelemente. Ihr prinzipieller Nachteil läßt sich an dem Ausle­ gungskonflikt aufzeigen: Die Schwingungsdämmung (= Isolierung) ist umso größer, je kleiner die Federkonstante ist. Aus Stabi­ litätsgründen kann jedoch eine Mindestfederhärte nicht unter­ schritten werden. Je weicher die Federung, desto größer ist die statische Einfederung und desto mehr hebt und senkt sich das Höhenniveau einer Maschine bei Änderung der statischen Vorlast. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß die Isolatorfeder zusam­ men mit der Maschinenmasse ein Schwingsystem bildet. Im Bereich der Schwingresonanz kommt es zu einer Verschlechterung der Iso­ lierwirkung.

Aufgabe der Erfindung ist ein Schwingungsisolator, der unabhän­ gig von seiner Vorlast eine geringe Federsteifigkeit und damit hohe Isolierwirkung aufweist und doch statisch stabil ist.

• 1) Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung werden 2 Federplat­ ten, eine mit positivem und eine mit negativem Bereich der Federsteifigkeit hintereinander geschaltet und deren gegensei­ tige Verspannung lastabhängig über einen Verstellmechanismus gesteuert. Gleichzeitig wird damit auch eine lastunabhängige Höhennivellierung und damit statische Stabilität erreicht.
• 2) Es gibt Situationen, wo es nur zwei oder eine begrenzte Anzahl von Vorbelastungen gibt. In diesem Fall sind nach einem weiteren Erfindungsmerkmal nur ebensoviele Verspannungsniveaus fest einprogrammiert und werden je nach Lastfall eingeschaltet.
• 3) Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung treiben die Schwingbewegungen einen Stromgenerator an, dessen abgegebene, elektrische Leistung in einem Akku gespeichert wird, um damit die zwischen den beiden Tellerfedern wirkende Verspannung einzu­ stellen.
• 4) Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird parallel zum Verstellmechanismus eine Feder geschaltet, die einen großen Teil der Verstellkräfte aufnehmen kann. Ein ebenfalls im Parallel­ kreis befindlicher Dämpfer reduziert im besonderen die hochfre­ quenten Kraftspitzen.

Der Erfindungsgegenstand ist anhand mehrerer Ausführungsbei­ spiele dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 Grundaufbau eines hybriden Schwingungsisolators.

Fig. 2 Verstellmechanismus mit Schraubengelenk.

Fig. 3 Verstellmechanismus mit Schraubengewinde.

Fig. 4 Verstellmechanismus mit elektro- bzw. magnetostriktiven Translatoren.

Fig. 5 Hybrider Schwingungsisolator mit Hydraulik-Verstellung.

In Fig. 1 ist der Grundaufbau eines hybriden Schwingungsisola­ tors 10 dargestellt. Wesentlicher Bestandteil sind 2 Feder­ platten 11 und 12 , die nach den Vorschriften einer Teller­ feder bzw. eines Silators eine Vorwölbung und damit eine geo­ metrisch nichtlineare Federkennlinie besitzen. Im besonderen hat die Federplatte 12 einen Bereich mit negativer Federsteifig­ keit. Die Federsteifigkeit der Federplatte 11 dagegen ist in diesem Bereich positiv, so daß die Parallelschaltung beider Fe­ derplatten 11 und 12 eine minimale, aber positive Gesamt­ federsteifigkeit besitzt. Ändert sich die Vorlast, so daß der Arbeitspunkt aus dem Federminimum herauswandert, so werden die beiden Federplatten 11 und 12 durch einen Verstellme­ chanismus, hier durch einen Hubmagneten 13 gegeneinander wieder in das Federminimum verschoben. Gesteuert wird der Hub­ magnet 13 durch einen Wegmesser 14. Um die Kräfte am Hub­ magneten 13 zu verkleinern, befindet sich parallel zu ihm eine Feder 16, die die Hauptkräfte aufbringt. Um die Bela­ stung im Hubmagneten 13 weiter zu senken, befindet sich zwi­ schen den beiden Federplatten 11 und 12 ein zusätzlicher Dämpfer 17. Schließlich sind die Federplatten 11 und 12 durch ringförmige Gummischeiben 18 gegeneinander fixiert. Die abzudämmende Maschine sitzt auf dem Auflager 15. Der Name "hybrider Schwingungsisolator′ erklärt sich aus dem Wirkungs­ prinzip. Die Schwingungsdämmung resultiert passiv aus der mini­ malen Gesamtfederung. Ein Regelmechanismus, bestehend aus Weg­ geber 14 und Verstellmechanismus 13 hat aktiv nur den Arbeitspunkt mit Federminimum nachzuregeln.

Anstelle des Hubmagneten 14 zur Änderung der Vorspannung zwischen den beiden Federplatten 11 und 12 gibt es ver­ schiedene, in den Fig. 2 bis 4 dargestellte Realisierungen. In Fig. 2 ist ein Schraubengelenk 24 zur Verstellung der beiden Federplatten 21 und 22. Diese haben dieselben Eigenschaf­ ten wie die Federplatten 11 und 12. Auch in den übrigen Komponenten stimmen die Ausführungsbeispiele von Fig. 1 mit denen von Fig. 2 bis 4 überein. In Fig. 3 werden die Federplat­ ten 31 und 32 durch ein Schraubengewinde 34 gegeneinan­ der verstellt. In Fig. 4 erfolgt die Verstellung der Federplat­ ten 41 und 42 durch einen elektro- bzw. magnetostriktiven Translator 44.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 schließlich befindet sich zwischen den beiden Federplatten 51 und 52 eine Flüssig­ keit 59, z. B. Öl. Über einen Hydraulikkolben 54 kann der Plattenabstand verstellt werden.

Um die Tragfähigkeit zu vergrößern, ist es zweckmäßig, die Fe­ derplatten (11-51 und 12-52) aus zwei oder mehreren Einzelfederplatten zusammenzusetzen. Durch Einbringung eines viskosen Dämpfungsstoffes zwischen den einzelnen Lagen der Federplatten läßt sich damit auch eine Dämpfung realisieren.

Claims (5)

1. Hybrider Schwingungsisolator mit Höhennivellierung und ge­ ringer Federkonstante, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Fe­ derplatten, z. B. als Tellerfedern oder Silatorfedern aus­ gebildet, parallel geschaltet sind, wobei die eine Feder­ platte im Arbeitsbereich eine positive und die andere eine negative Federkonstante aufweist, so daß die Parallel­ schaltung eine schwach positive Federkonstante hat und daß die Federplatten durch einen mechanischen, elektrischen und/oder hydraulischen Verstellmechanismus gegeneinander verstellt werden, so daß jeweils unabhängig von der stati­ schen Vorlast jeweils minimale Federkonstante und Höhen­ nivellierung gegeben ist und die Verstellung durch einen statischen Wegmesser gesteuert wird.

2. Hybrider Schwingungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß bei Lastfällen mit vorgegebenen festen statischen Vorlasten die zugeordnete Verstellung der Federplatten fest einpro­ grammiert ist.

3. Hybrider Schwingungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Tauchspulsystems die Schwingungsbewegung in elektrische Energie umgesetzt, im Akkumulator gespeichert und zur Steuerung und Verstellung des Schwingungsisolators verwendet wird.

4. Hybrider Schwingungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Verstellmechanismus eine Feder und ein Dämp­ fungsglied geschaltet werden mit einer Federkonstanten, so daß nur kleine Verstellkräfte notwendig sind.

5. Hybrider Schwingungsisolator, dadurch gekennzeichnet, daß die Federplatten mit positiver und negativer Federkonstante je durch eine Lage von Einzelplatten realisiert werden.