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Dokumentenidentifikation DE3737934C2 25.01.1990
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 der Patenterteilung 25.01.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.01.1990
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 mit einer Grundplatte, wenigstens einem mit dieser verbundenen Befestigungsstab sowie ersten und zweiten Dämpfungseinrichtungen, die jeweils mehrere elastische Biegeelemente umfassen, welche gestaffelt einerseits am Befestigungsstab und andererseits an einem oberhalb des Befestigungsstabs parallel zu diesem angeordneten Tragstab befestigt sind und jeweils in einer Ebene liegen, die unter einem spitzen Neigungswinkel gegenüber der durch den Befestigungsstab definierten Horizontalen geneigt ist, wobei die Neigung der Biegeelemente der ersten Dämpfungseinrichtung gleich, aber entgegengesetzt der Neigung der Biegeelemente der zweiten Dämpfungseinrichtung ist.

Der Zweck solch eines Isolators ist es, die Einwirkungen von Vibrationen und Stößen zwischen einer getragenen Masse und einer Tragstruktur aufzufangen.

Ein solcher Isolator ist beispielsweise aus der EP-A1 00 59 134 bekannt. Bei diesem bekannten Isolator werden die Dämpfungseinrichtungen jeweils von einem Kabel gebildet, dessen einzelne Schlaufen die Biegeelemente bilden. Diese Kabel sind durch einen als Tragstab dienenden oberen Stab geführt und außerdem durch einen einzigen unteren Stab, der als Befestigungsstab dient.

Dieser bekannte Schwingungsisolator hat jedoch den Nachteil, daß sein Dämpfungsverhalten bei Beanspruchung in seitlicher Richtung gegenüber dem Dämpfungsverhalten bei axialer bzw. Kompressionseinwirkung unzureichend ist. Zwar wird bei dem bekannten Schwingungsisolator versucht, dies durch am unteren Stab vorgesehene Stützvorrichtungen zu kompensieren. Jedoch gelingt dies nur unzureichend. Ferner führen Versuche, das Verhalten des Isolators in Richtung irgendeiner seiner Achsen zu modifizieren, in unerwünschter Weise zu erheblichen Abhänderungen des Verhaltens in Richtung der anderen Achsen, was den Fachmann daran hindert, das gewünschte optimale Verhalten in allen drei Achsen gleichermaßen zu erreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsisolator der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich eine verbesserte Kontrolle des Verhaltens entlang aller drei zueinander orthogonalen Achsen ergibt und dabei insbesondere ein möglichst gleichartiges Dämpfungsverhalten entlang aller Achsen erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei parallele Befestigungsstäbe vorgesehen sind und die Biegeelemente als einzelne, voneinander getrennte Teile ausgebildet sind, die jeweils mit wenigstens einem Endbereich an einem Befestigungsstab befestigt sind.

Erfindungsgemäß werden die Dämpfungseinrichtungen jeweils von mehreren einzelnen, voneinander getrennten Biegeelementen gebildet, und es sind zwei parallele Befestigungsstäbe vorgesehen, an denen jeweils ein Ende jedes Biegeelementes befestigt ist. Dadurch ergibt sich eine Befestigung jedes Biegeelementes in seinem unteren Bereich an zwei Punkten, nämlich an den beiden parallelen Befestigungsstäben. Auf diese Weise werden die Dämpfungseigenschaften bei seitlicher Beanspruchung erheblich verbessert, ohne daß gleichzeitig die Eigenschaften entlang den anderen Achsen beeinträchtigt werden. Zusätzlich ergeben sich weitere Vorteile, nämlich die Möglichkeit, durch unterschiedliche Beabstandung der Befestigungsstäbe das Biegeverhalten der einzelnen Biegeelemente einzustellen. Weiterhin lassen sich die Winkel zur Einstellung der Dämpfungseigenschaften wählen, unter denen die Biegeelemente von den Befestigungsstäben gehalten werden. Es ist auch denkbar, die einzelnen, voneinander getrennten Teile der Biegeelemente voneinander verschieden zu gestalten, beispielsweise durch unterschiedliche Materialwahl. Dann läßt sich gezielt ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten entlang verschiedener Achsen erzeugen, wenn dies im Bedarfsfall gewünscht ist.

Wenn jedes Biegeelement von einem durchgehenden Teil gebildet wird, beispielsweise einem Drahtseilabschnitt, dann ist auch das andere Ende an einem (dem anderen) Befestigungsstab befestigt. Alternativ hierzu kann jedes Biegeelement auch aus zwei Einzelelementen bestehen, die mit ihrem einen Ende an einem der Befestigungsstäbe und mit ihrem anderen Ende am Tragstab befestigt sind.

Zusätzlich werden die einzelnen Biegeelemente so gehalten, daß sie von den Befestigungsstäben unter einem spitzen Winkel auswärts vortreten. Die Befestigungsstäbe sind geteilt, so daß Neigung und Winkel 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.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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 zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Schwingungsisolator;

Fig. 2 eine seitliche Ansicht eines Schwingungsisolators;

Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines 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 Befestigungsstäbe 12, 14, von denen jeder die Form eines individuellen Paares kolinearer Befestigungsstabelemente 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.

Dämpfungseinrichtungen 22, 24 stützen den Tragstab 18 über den Befestigungsstäben 12, 14 ab und dienen zum Abfangen von Schwingungen und Stößen. Die erste Dämpfungseinrichtung 22 sützt ein erstes Ende des Tragstabs 18 oberhalb eines ersten Endes der Befestigungsstäbe 12, 14 und verläuft insbesondere zwischen dem Tragstab 18 und den Befestigungsstabelementen 12a und 14a. Die erste Dämpfungseinrichtung 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 Befestigungsstabelement und dem Tragstab 18, während sich ein zweites Einzelelement des Biegeelementpaares zwischen dem zweiten Befestigungsstabelement und dem Tragstab 18 erstreckt.

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

Die einzelnen Biegeelementpaare 26, 28 und 30 der ersten Dämpfungseinrichtung 22 sind jeweils in einer Serie von Ebenen angeordnet, die alle unter spitzen Winkeln im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Horizontalen geneigt sind, welche durch die Ebene der Grundplatte 16 und Befestigungsstäbe 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 Dämpfungseinrichtung 24 sind ähnlich in einer Serie von Ebenen ausgerichtet, wobei die Ebenen gegenüber der Horizontalen im gleichen Neigungswinkel geneigt sind wie die entsprechenden Biegelemente der ersten Dämpfungseinrichtung 22, jedoch im Uhrzeigersinn bezüglich der Horizontalen. Dementsprechend sind die Dämpfungseinrichtungen 22, 24 in gleicher, aber entgegengesetzter Weise geneigt. Wie die Figuren zeigen, liegen die Biegelemente 32, 34 jeweils unter dem gleichen Winkel in Uhrzeigerrichtung. Die Neigungswinkel R 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 Befestigungsstäben 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 Befestigungsstab 18 befestigt ist.

Wie am besten in Fig. 4 erkennbar ist, kann jedes Befestigungselement 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 einandner gegenüberliegenden Flächen so eingeklemmt, daß die Endbereiche der Biegeelemente 26 bis 36 in den Befestigungsstäben 12, 14 eingebettet sind und sich unter dem Winkel Φ 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 Dämpfungseinrichtungen 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 Dämpfungseinrichtungen 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 Befestigungsstabelemente 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 Befestigungsstabelementen 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 Dämpfungseinrichtungen bilden, an ihrer Stelle befinden.

Nachfolgend werden das obere Plattenteil 46 des Tragstabs 18 und die unteren Teile 38 der Befestigungsstabelemente 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 äuqivalenten 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 6×19-Drahtseil mit einem Durchmesser von 2,8 cm 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 einer Grundplatte (16), wenigstens einem mit dieser verbundenen Befestigungsstab (12, 14) sowie ersten und zweiten Dämpfungseinrichtungen (22, 24), die jeweils mehrere elastische Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) umfassen, welche gestaffelt einerseits am Befestigungsstab (12, 14) und andererseits an einem oberhalb des Befestigungsstabs (12, 14) parallel zu diesem angeordneten Tragstab (18) befestigt sind und jeweils in einer Ebene liegen, die unter einem spitzen Neigungswinkel (R) gegenüber der durch den Befestigungsstab (12, 14) definierten Horizontalen geneigt ist, wobei die Neigung der Biegeelemente (26, 28, 30) der ersten Dämpfungseinrichtung (22) gleich, aber entgegengesetzt der Neigung der Biegeelemente (32, 34, 36) der zweiten Dämpfungseinrichtung (24) ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Befestigungsstäbe (12, 14) vorgesehen sind und die Beigeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) als einzelne, voneinander getrennte Teile ausgebildet sind, die jeweils mit wenigstens einem Endbereich an einem Befestigungsstab (12, 14) befestigt sind.
  2. 2. Schwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (26, 28, 30; 32, 34, 36) ein erstes Einzelelement (26a, 28a, 30a; 32a, 34a, 36a) umfaßt, das mit einem ersten Endbereich am ersten Befestigungsstab (14) und mit einem zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt ist, sowie ein zweites Einzelelement (26b, 28b, 30b; 32b, 34b, 36b) aufweist, das mit einem ersten Endbereich am zweiten Befestigungsstab (12) und mit einem zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt ist.
  3. 3. Schwingungsisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstäbe (12, 14) jeweils von ersten und zweiten kolinearen Befestigungsstabelementen (12a, b; 14a, b) gebildet werden und die Dämpfungseinrichtungen (22, 24) an den zugeordneten Befestigungsstabelementen (12a, 14a; 12b, 14b) befestigt sind.
  4. 4. Schwingungsisolator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Befestigungsstabelement (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 besteht.
  7. 7. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) unter spitzen Winkeln (Φ) bezüglich der Horizontalen auswärts von den Haltestäben (12, 14) vortreten.
  8. 8. Schwingungsisolator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spitzen Winkel (Φ) im Bereich zwischen 35 und 55° liegen und ggf. alle von gleicher Größe sind.
  9. 9. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel (R) im Bereich zwischen 50 und 70° liegen und ggf. alle von gleicher Größe sind.






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