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Dokumentenidentifikation DE3737934A1 19.01.1989
Titel Schwingungsisolator
Anmelder Aeroflex International, Inc., Plainview, N.Y., US
Erfinder Gilbert, Chester L., Forest Hills, N.Y., US;
LeKuch, Herbert W., New York, N.Y., US;
Snaith, Raymond E., Jericho, N.Y., US;
Ferri, Andrew R., Smithtown, N.Y., US
Vertreter Eisenführ, G., Dipl.-Ing.; Speiser, D., Dipl.-Ing.; Rabus, W., Dr.-Ing.; Maiwald, W., Dipl.-Chem. Dr.; Brügge, J., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 2800 Bremen
DE-Anmeldedatum 07.11.1987
DE-Aktenzeichen 3737934
Offenlegungstag 19.01.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.1989
IPC-Hauptklasse F16F 7/14
Zusammenfassung Ein verbesserter Schwingungsisolator umfaßt längliche Haltestäbe, die auf einer Stützfläche festlegbar sind, und einen länglichen Tragstab, der die Last abstützt, welche mittels zweier bogenförmiger Biegungs-Stützvorrichtungen mit den Haltestäben verbunden und über diesen abgestützt werden. Jede Stützvorrichtung besteht aus einer Serie einzelner Biegeelemente. Die Biegeelemente sind unter spitzen Winkeln bezüglich der Horizontalen geneigt, wobei eine erste Gruppe von Biegeelementen unter einem Winkel geneigt ist, der dem der zweiten Gruppe entgegengesetzt ist. Die Erfindung zeigt ein symmetrischeres Ansprechverhalten verglichen mit einem äquivalenten herkömmlichen Schwingungsisolator und gestattet außerdem die Einstellung des Isolatorverhaltens unter Berücksichtigung von Belastungsgegebenheiten.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsisolator zur Isolierung und Dämpfung von Vibrationen und Stößen. Der Zweck solch eines Isolators ist es, die Einwirkungen von Vibrationen und Stößen zwischen einer getragenen Masse und einer Tragstruktur aufzufangen.

Isolatoren und insbesondere Isolatoren mit Drahtseilelementen oder äquivalenten Einrichtungen als aktiven Stützteilen sind wohlbekannt und werden in einer Mehrzahl von industriellen und militärischen Einrichtungen verwendet. Obwohl solche Isolatoren dafür bestimmt sind, das abgestützte Objekt vor Stößen und Vibrationen zu schützen, welche entlang aller drei räumlichen Dimensionen oder Achsen auftreten, führt in der Praxis der Aufbau des Isolators zu wesentlich größerer Steifheit und Dämpfungswirkung entlang einer Achse. Versuche, das Verhalten des Isolators in Richtung irgendeiner der Achsen zu modifizieren, führen zu erheblichen Abänderungen des Verhaltens in Richtung der anderen Achsen, was den Fachmann daran hindert, das gewünschte optimale Verhalten in allen drei Achsen zu erreichen. Dementsprechend muß eine Wahl getroffen werden, welcher Vibrationstyp vorrangig zu beachten ist, wobei aber das Verhalten entlang den anderen Achsen in erheblichem Umfang preisgegeben wird.

Entsprechend ist es eine vorrangige Aufgabe der Erfindung, einen neuen und verbesserten Isolator zu schaffen, der eine verbesserte Kontrolle des Verhaltens entlang aller drei zueinander orthogonalen Achsen gestattet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Isolators, bei dem das Verhalten des Isolators in Richtung jeder der drei zueinander orthogonalen Achsen mit größerer Annäherung unabhängig ist als bei herkömmlichen Isolatoren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Schaffung eines Isolators, bei dem ein gleichartiges Verhalten entlang der drei Achsen erreicht werden kann.

In Übereinstimmung mit diesen und anderen Aufgaben und Merkmalen umfaßt der erfindungsgemäße Schwingungsisolator ein Paar länglicher, eine Grundlage bildender Haltestäbe, die zur Anbringung an einer Stützfläche ausgelegt sind, sowie einen länglichen Tragstab, der zur Stützung der Last ausgelegt ist. Die Haltestäbe und der Tragstab werden durch ein Paar bogenartig gekrümmter Biegungs-Stützvorrichtungen verbunden, wobei jede Biegungs-Stützvorrichtung von einer Serie einzelner Biegeelemente gebildet wird, die sich zwischen einem Haltestab und dem Tragstab erstrecken. Die einzelnen Biegeelemente der beiden Biegungs-Stützvorrichtungen sind gegenüber der Horizontalen unter einem spitzen Neigungswinkel angeordnet, wobei die erste Gruppe von Biegeelementen unter einem Winkel geneigt ist, der dem der zweiten Gruppe entgegengesetzt ist.

Zusätzlich werden die einzelnen Biegeelemente so gehalten, daß sie von den Haltestäben unter einem zweiten spitzen Vortrittswinkel auswärts vortreten. Die Haltestäbe sind geteilt, so daß Neigung und Vortrittswinkel der Biegeelemente verstellbar sind. Bei einem solchen Aufbau wird eine stabile Bogenkontur erhalten, die ein symmetrischeres Verhalten bezüglich Stößen und Vibrationen entlang aller drei Achsen zeigt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß das Verhalten je nach den jeweiligen Vibrations- und Stoßbedingungen in anderer Weise eingestellt werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung durch die folgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei die Bezugnahme auf die Ausführungsform nur der Veranschaulichung der Erfindung dient. In den Figuren zeigen

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schwingungsisolator;

Fig. 2 eine seitliche Ansicht des Schwingungsisolators;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht des Isolators;

Fig. 4 eine Endansicht des Schwingungsisolators, die in durchbrochenen Linien ein Verfahren zu dessen Herstellung veranschaulicht;

Fig. 5 eine Ansicht eines typischen herkömmlichen Schwingungsisolators; und

Fig. 6 mehrere Kurven, die das verbesserte Verhalten des erfindungsgemäßen Isolators gegenüber dem in Fig. 5 gezeigten bekannten Schwingungsisolators veranschaulichen.

Wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, umfaßt ein Schwingungsisolator 10 ein Paar paralleler länglicher, eine Basis bildender Haltestäbe 12, 14, von denen jeder die Form eines individuellen Paares kolinearer Stabelemente 12a, 12b und 14a, 14b aufweisen kann, die auf einer Grundplatte 16 angebracht werden können, welche an dem vibrierenden Gegenstand befestigt ist. Kolinear mit und über den Haltestäben 12, 14 ist ein länglicher, lasttragender Tragstab 18 angeordnet. Der Tragstab 18 ist mit geeignet dimensionierten durchgehenden Bohrungen 20 versehen, die dazu ausgelegt sind Befestigungselemente aufzunehmen, um den Stab an der zu isolierenden schwingungsempfindlichen Last festzulegen.

Biegungs-Stützvorrichtungen 22, 24 stützen den Tragstab 18 über den Haltestäben 12, 14 ab und dienen zum Abfangen von Schwingungen und Stößen. Die erste Biegungs-Stützvorrichtung 22 stützt ein erstes Ende des Tragstabs 18 oberhalb eines ersten Endes der Haltestäbe 12, 14 und verläuft insbesondere zwischen dem Tragstab 18 und den Stabelementen 12a und 14a. Die erste Biegungs-Stützvorrichtung 22 besteht aus einer Serie von einzelnen Biegeelementpaaren 26a, 26b, 28a, 28b und 30a, 30b. Wie man sieht, erstreckt sich ein Einzelelement jedes Biegeelementpaares zwischen dem ersten Stabelement und dem Tragstab 18, während sich ein zweites Einzelelement des Biegeelementpaares zwischen dem zweiten Stabelement und dem Tragstab 18 erstreckt.

In gleicher Weise besteht die zweite Biegungs-Stützvorrichtung 24 aus einzelnen Biegeelementpaaren 32a, 32b, 34a, 34b und 36a, 36b, die sich zwischen den Stabelementen 12b, 14b und dem Tragstab 18 erstrecken.

Die einzelnen Biegeelementpaare 26, 28 und 30 der ersten Biegungs-Stützvorrichtung 22 sind jeweils in einer Serie von Ebenen angeordnet, die all unter spitzen Winkeln im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Horizontalen geneigt sind, welche durch die Ebene der Grundplatte 16 und Haltestäbe 12, 14 definiert ist. Wie Fig. 2 zeigt, können diese Ebenen im wesentlichen parallel zueinander liegen, in welchem Fall sie jeweils einen gleichen Neigungswinkel R gegenüber der Horizontalen bilden. Die Einzelelemente jedes Biegeelementpaares sind in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet. Die einzelnen Biegeelementpaare 32, 34 und 36 der zweiten Biegungs-Stützvorrichtung 24 sind ähnlich in einer Serie von Ebenen ausgerichtet, wobei die Ebenen gegenüber der Horizontalen im gleichen Neigungswinkel geneigt sind wie die entsprechenden Biegeelemente der ersten Biegungs-Stützvorrichtung 22, jedoch im Uhrzeigersinn bezüglich der Horizontalen. Dementsprechend sind die Biegungs-Stützvorrichtungen 22, 24 in gleicher, aber entgegengesetzter Weise geneigt. Wie die Figuren zeigen, liegen die Biegeelemente 32, 34 und 36 jeweils unter dem gleichen Winkel in Uhrzeigerrichtung. Die Neigungswinkel betragen vorzugsweise zwischen 50 und 70°, können aber über diesen Bereich hinausgehen. Die einzelnen Biegeelementpaare 26 bis 26 können jeweils die Form eines einzelnen länglichen Biegeelementes aufweisen, welches sich ununterbrochen durch den Tragstab 18 erstreckt und in einem Paar gegenüberliegender Endbereiche endet, welche an den gegenüberliegenden Haltestäben 12 und 14 befestigt sind. Alternativ kann jedes einzelne Biegeelement aus Einzelelementen bestehen, wobei dann ein erstes Ende des Einzelelementes an einem Haltestab und ein zweites Ende am Tragstab 18 befestigt ist.

Wie am besten in Fig. 4 erkennbar ist, kann jedes Stabelement 12a, 12b, 14a und 14b die Form einer winkeligen Anordnung 38 mit im wesentlichen fünfeckigem Querschnitt haben, die zur Auflage auf der Grundplatte 16 ausgelegt ist und eine einwärts und aufwärts gerichtete Oberfläche 40 unter einem Winkel Φ bezüglich der Horizontalen aufweist. Die jeweiligen Biegeelemente, die die Form von mehrsträngigen Drahtseilen aufweisen können, werden zwischen der Anordnung 38 mit fünfeckigem Querschnitt und einem im Querschnitt rechteckigen Kappenteil 42 in einer Reihe halbkreisförmiger Bohrungen 44 in den einander gegenüberliegenden Flächen so eingeklemmt, daß die Endbereiche der Biegeelemente 26 bis 36 in den Haltestäben 12, 14 eingebettet sind und sich senkrecht zur Horizontalen daraus erstrecken.

Zusätzlich können die Biegeelementpaare unterschiedliche Charakteristiken zeigen. Beispielsweise können die Paare 26 und 36 aus einem Drahtseil mit einem ersten Durchmesser gebildet sein, während die Paare 28 und 34 sowie 30 und 32 aus einem Drahtseil mit anderem Durchmesser gebildet sind, abhängig von dem Gesamtverhalten, das der Isolator zeigen soll. Vorzugsweise werden die Biegungs-Stützvorrichtungen 22 und 24 symmetrisch zueinander ausgebildet. Geeignete Befestigungsmittel (nicht gezeigt) halten die Teile der Haltestäbe um die Biegeelementenden zusammen. Der Winkel Φ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 35 und 55°, kann sich aber auch über diesen Bereich hinaus erstrecken. Obwohl vorzugsweise der Winkel Φ für jedes Biegeelement konstant sein soll, kann er zwischen verschiedenen Biegeelementpaaren abwechseln, um das Verhalten des Isolators zu modifizieren. Die Winkel sollten bezüglich der beiden Biegungs-Stützvorrichtungen 22 und 24 symmetrisch sein.

Der Tragstab 18 kann aus einem oberen und einem unteren Plattenteil 46 und 48 bestehen, welche gegenüberliegende halbkreisförmige Bohrungen 50 aufweisen, die es gestatten, die Biegeelemente im Tragstab 18 einzubetten und zu halten. Geeignete Befestigungsmittel wie Schraubbolzen 52 werden verwendet, um die Plattenteile 46, 48 zusammenzuhalten.

Die Konstruktion des Schwingungsisolators 10 mit den in den Figuren gezeigten Drahtseil-Biegeelementen kann in üblicher Weise durchgeführt werden. Wie Fig. 4 zeigt, werden die Kappenteile 42 der Stabelemente 12a, 12b, 14a und 14b sowie das untere Plattenteil 48 des Tragstabs 18 in der gewünschten Ausrichtung zueinander mittels Paßstücken 56 auf einem drehbaren Dorn 54 angeordnet. Der Dorn und die Paßstücke weisen eine Größe auf, die der gewünschten Beziehung zwischen den Stabelementen entspricht.

Ein Drahtseil aus einem Stück größerer Länge wird zunächst in einer halbkreisförmigen Bohrung 44 im Kappenteil 42 eingeklemmt. Nachfolgend wird der Dorn gedreht und das Seilstück durch die entsprechende halbkreisförmige Bohrung im unteren Plattenteil 48 und die entsprechende halbkreisförmige Bohrung 44 im gegenüberliegenden Kappenteil 42 geführt, was dem Element eine Vorspannung aufprägt. Nachfolgend wird das Drahtseil in der erhaltenen Stellung festgeklemmt und abgeschnitten. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis sich alle Biegeelemente, die die fertigen Biegungs- Stützvorrichtungen bilden, an ihrer Stelle befinden. Nachfolgend werden das obere Plattenteil 46 des Tragstabs 18 und die unteren Teile 38 der Stabelemente 12a, 12b, 14a und 14b zusammen mit der Grundplatte 16 an den entsprechenden, auf dem Dorn angeordneten Teilen festgelegt. Nachdem die Festlegung durchgeführt ist, werden die Drahtseilelemente auf ihre endgültige Länge gebracht. Jetzt kann der vollständige Schwingungsisolator vom Dorn abgezogen werden.

Ein erfindungsgemäßer Schwingungsisolator zeigt eine verbesserte und einheitlichere Reaktion auf Schwingungen im Vergleich mit einem ansonsten äquivalenten Isolator herkömmlicher Bauweise. Fig. 6 zeigt mehrere Kurven, die das Verhalten eines erfindungsgemäßen Isolators mit sechs Schlingen gemäß den Fig. 1 bis 4 und das Verhalten eines herkömmlichen gewendelten Isolators mit sechs Schleifen äquivalenter Größe gemäß Fig. 5 veranschaulichen. Bei beiden Vorrichtungen sind die Biegeelemente aus einem CRES 6×19 Kabel mit einem Durchmesser von 2,8 cm (1,125 Inch) gebildet. Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsisolator beträgt der Winkel R 60° und der Winkel Φ 45°.

Wie ersichtlich, liegen die Federungsraten hinsichtlich Kompression und Roll-/Scherverhalten (Kurven 58 und 60) bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsisolator wesentlich näher beieinander als die Kurven 62 und 64, die das Kompressionsverhalten sowie das Roll-/ Scherverhalten des bekannten Isolators zeigen. Kompression, Roll- und Scherverhalten entsprechen den drei hauptsächlichen zueinander normalen Raumrichtungen. Zusätzlich zeigen die Resonanzfrequenzen für Kompression und Roll-/Scherverhalten beim erfindungsgemäßen Schwingungsisolator erheblich weniger Divergenz als beim bekannten Isolator. Beide Faktoren veranschaulichen ein symmetrischeres Ansprechverhalten beim erfindungsgemäßen Isolator. Zusätzlich kann das Ansprechverhalten durch Einstellung der Winkel R und Φ wie gewünscht weiter abgestimmt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Schwingungsisolator mit

    einem Paar paralleler Haltestäbe (12, 14), die mit einer Grundplatte (16) zur Festlegung des Isolators an einer Vibrationen und Stößen ausgesetzten Struktur befestigt sind;

    einem Tragstab (18) parallel zu den Haltestäben (12, 14), zur Festlegung des Isolators an einer gegen Vibrationen zu isolierenden Struktur; und

    ersten und zweiten Biegungs-Stützvorrichtungen (22, 24), welche den Tragstab (18) in einer Kräftedämpfungs-Beziehung oberhalb der Haltestäbe (12, 14) abstützen, wobei jede Biegungs-Stützvorrichtung (22, 24) eine Gruppe von Biegeelementen (26, 28, 30; 32, 34, 36) umfaßt und die Biegeelemente (26, 28, 30 bzw. 32, 34, 36) der ersten und zweiten Biegungs-Stützvorrichtung (22 bzw. 24) versetzt in Ebenen angeordnet sind, die unter spitzen Neigungswinkeln R gegenüber der Horizontalen geneigt sind, welche durch die Haltestäbe (12, 14) definiert ist, wobei die Neigung der Biegeelemente (26, 28, 30) der ersten Gruppe (der Biegungs-Stützvorrichtung 22) gleich aber entgegengesetzt derjenigen der Biegeelemente (32, 34, 36) der zweiten Gruppe (der Biegungs-Stützvorrichtung 24) ist.
  2. 2. Schwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) jeweils von Biegeelement-Paaren (26a, b, 28a, b, 30a, b; 32a, b, 34a, b, 36a, b) gebildet werden, wobei jedes Biegeelement-Paar ein erstes Einzelelement (26a, 28a, 30a; 32a, 34a, 36a) umfaßt, das mit einem ersten Endbereich an einem ersten Haltestab (14) und mit einem zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt ist, und ein zweites Einzelelement (26b, 28b, 30b; 32b, 34b, 36b) aufweist, das mit einem ersten Endbereich an einem zweiten Haltestab (12) und mit einem zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt ist.
  3. 3. Schwingungsisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestäbe (12, 14) jeweils erste und zweite kolineare Stabelemente (12a, b; 14a, b) aufweisen, wobei die Biegungs-Stützvorrichtungen (22, 24) an zugeordneten Stabelementen (12a, 14a; 12b, 14b) befestigt sind.
  4. 4. Schwingungsisolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Stabelement (12a, b; 14a, b) einzeln in wählbarer Position auf der Grundplatte (16) angeordnet werden kann.
  5. 5. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) aus Drahtseil gebildet sind.
  6. 6. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (26, 28, 30; 32, 34, 36) aus einem einstückigen Drahtseilsegment gebildet ist.
  7. 7. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) unter spitzen Vortrittswinkeln bezüglich der Horizontalen auswärts von den Haltestäben (12, 14) hervortreten.
  8. 8. Schwingungsisolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vortrittswinkel im Bereich zwischen 35 und 55° liegen.
  9. 9. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel R im Bereich zwischen 50 und 70° liegen.
  10. 10. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle Neigungswinkel R von gleicher Größe sind.
  11. 11. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Vortrittswinkel von gleicher Größe sind.






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