Vorrichtung zur Dämpfung ungewollter Schwingungen Es ist oft erforderlich, die übertragung von Schwingungen von einem Teil auf ein anderes zu verhindern, gewöhnlich von einem tragenden Teil, beispielsweise von einem Flugzeug, auf ein Gerät wie z. B. ein empfindliches Instrument, manchmal jedoch auch in umgekehrter Richtung, das heisst von einem schwingenden Gerät auf dessen Träger.
Die meisten der bisher bekannten Lagerungen dieser Art wirken hauptsächlich in einer einzigen Richtung, so dass ihre Anwendungsmöglichkeit sehr begrenzt ist. Die wenigen bekannten, in mehreren Richtungen wirksamen Lagerungen sind sehr umfang reich, wobei ihre Abmessungen in den drei Dimen sionen annähernd gleich sind, und sie sind nicht in allen Richtungen gleich wirksam.
Die Ziele der vorliegenden Erfindung liegen in der Schaffung einer schwingungsdämpfenden Vorrich tung, welche in allen Richtungen wirksam ist, einen geringen Raum einnimmt, wobei deren Abmessungen in einer Dimension sehr viel geringer als in den ande ren beiden sein können, so dass sie in einen Raum begrenzter Höhe oder Weite passt, welche eine nicht lineare Kraft-Weg-Kennlinie besitzt, wobei sich die Federkonstante mit wachsender Belastung erhöht, so dass ein Amplitudenanstieg bei der Resonanzfrequenz verhindert wird, welche gleich gut in liegender, ste hender oder hängender Lage angebracht werden kann und die in gleicher Weise zur Verwendung für leichte oder schwere Gegenstände ausgeführt werden kann.
Erfindungsgemäss ist die schwingungsdämpfende Vorrichtung gekennzeichnet durch zwei Lagerteile, welche an einem tragenden Teil bzw. an einem von diesem getragenen Gegenstand zur Anlage kommen, und durch eine Anzahl von Stäben, welche an dem einen Lagerteil angebracht sind, während das andere Lagerteil gleitbar von den Stäben getragen wird, wobei die Stäbe quer zueinander verlaufen, so dass eine Gleitbewegung an einem Stab entlang eine Durchbiegung eines anderen Stabes hervorruft.
Zweckmässigerweise ist die Befestigung des Stabes an dem einen Lagerteil an den beiden Enden des Stabes bewerkstelligt, während die gleitbare Ver bindung des anderen Lagerteils in der Mitte zwischen den beiden Enden des Stabes besteht. Die Verbin dung zwischen dem Ende des Stabes und dem einen Lagerteil ist vorteilhaft so ausgeführt, dass sie eine Neigung des Stabendes bei einer Biegung des Stabes zulässt. Zweckmässigerweise ist an dem genannten Lagerteil eine Anzahl von Stäben angebracht, welche wenigstens annähernd in der gleichen Ebene liegen, jedoch zueinander schräg stehen, damit Schwingun gen in jeder beliebigen Richtung elastisch aufge nommen und gedämpft werden.
Es kann zwar jede beliebige Anzahl von Stäben in nichtparalleler An ordnung Verwendung finden; jedoch sind vorzugs weise drei Stäbe im Dreieck angeordnet.
Beispielsweise Ausführungen der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt. Darin sind: Fig. 1 eine Oberansicht der Vorrichtung, in der einige Teile im Schnitt und andere Teile abgebrochen dargestellt sind, Fig.2 ein Schnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Darstellung, Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 zur Darstellung einer abgeänderten Ausführungsart, Fig.5 ein Schnitt entlang der Linie 5-5 von Fig. 1,
Fig.6 eine Seitenansicht zur Darstellung einer Anwendungsmöglichkeit, Fig. 7 eine perspektivische Darstellung mit einigen abgebrochen dargestellten Teilen, in welcher eine abgeänderte Lagerung und eine andere Anwendungs möglichkeit gezeigt werden, Fig.8 eine Oberansicht einer weiteren Aus führungsart und Fig.9 ein Schnitt entlang der Linie 9-9 von Fig. B.
Die in Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorrichtung besitzt einen dreieckigen Sockel 1, welcher aus drei im Quer schnitt U-förmigen Teilen hergestellt ist, die an den Ecken so miteinander verbunden sind, dass ihre offe nen Seiten nach innen weisen. Mit den Kanten der U-förmigen Teile sind durch Hartlötung dreieckige Eckstücke 2 verbunden, die Öffnungen 3 zur Be festigung des Sockels an einem tragenden Teil auf weisen. In den U-förmigen Teilen verlaufen in der Längsrichtung Stäbe 4, deren Enden von Lagern 6 getragen werden, die starr mit den Enden der U- förmigen Teile verbunden sind.
Bei der dargestellten Ausführungsart besitzen die Stäbe einen rechteckigen Querschnitt, und die Öffnungen in den Lagern 6 haben gleichfalls einen rechteckigen Querschnitt, wobei die Innenflächen der Lager in der Längsrich tung der Stäbe gerundet sind.
Die Lager können elastisch, z. B. aus Stahlbügeln oder Nylon, hergestellt sein, oder zwischen den Stä ben und den Lagern kann ein geringer Spielraum vorgesehen sein, um eine freie Neigung der Stäbe bei einer Durchbiegung zuzulassen. In den Ecken des Sockels sind Gummikissen 7 angeordnet, in welche die Enden der Stäbe eingebettet sind, um ,eine we sentliche Längsbewegung der Stäbe zu verhindern. An den Innenwandungen der U-förmigen Teile des Sockels 1 sind Puffer 8, zweckmässigerweise aus Nylon oder Hartgummi, befestigt, um die Schwin gungsamplitude der Stäbe 4 zu begrenzen.
Im Inneren des Sockels ist ,ein dreieckiges Auf lager 11 angebracht, welches an seiner Oberseite mit Versteifungsrippen 12 und mit einem senkrechten, pfostenförmigen Teil 13 versehen ist. Der Mittelteil 13 weist .ein Loch 14 zur Aufnahme eines Zapfens auf, welcher an dem Gegenstand A, beispielsweise einem elektronischen Instrument, angebracht ist. An den Ecken des Auflagers 11 sind Lager 16 ange bracht, welche mittels Hülsen 17 gleitbar mit den Stäben 4 verbunden sind. Die Stäbe 4 sind zweck mässigerweise aus Stahl hergestellt, während die Hülsen 17 aus Nylon oder einem anderen für einen Reibungsbelag geeigneten Material bestehen.
Bei der in Fig.4 dargestellten Ausführungsart sind die Lager 6 weggelassen, und die Enden der Stäbe sind in Gummikissen 7 mittels Hülsen 21 gelagert, welche starr mit dem Gummi verbunden sind und auf den Stäben gleiten.
Die Vorrichtung kann dazu dienen, den Gegen stand A gegen eine Schwingung des tragenden Teils zu isolieren, auf welchem der Sockel 1 befestigt ist, oder sie kann zur Verhinderung der Übertragung einer Schwingung von .einer schwingenden Vorrich tung auf das tragende Teil Verwendung finden. In beiden Fällen wird die Schwingung in weitgehendem Masse durch die Biegung der Stäbe aufgenommen und durch die auf den Stäben gleitenden Lager 16 gedämpft, wobei die Puffer 8 als Stossdämpfer wirken.
Fig. 6 zeigt eine Anwendung von Vorrichtungen der in Fig. 1 bis 3 dargestellten Art zur Lagerung eines zylindrischen Gegenstandes A mit halbkugel förmigen Enden. An den halbkugelförmigen Enden sind Vorsprünge 22 angeschweisst oder angeschraubt, welche mit den Sockeln mittels Schrauben verbunden sind, die durch die Öffnungen 3 (Fig. 1) der Sockel ragen und in die Vorsprünge eingeschraubt sind. Die Mittelteile 13 können beliebig an einem oder mehreren tragenden Teilen befestigt werden. Da durch, dass die Vorrichtungen in schräg zueinander stehenden Ebenen angeordnet sind, ist der Schutz des Gegenstandes A gegen Schwingungen in allen Richtungen wirksamer.
Die in Fig. 7 dargestellte Ausführungsart unter scheidet sich darin, dass das dreieckige Auflager 11 mit den Rippen 12 und dem Teil 13 nach Fig. 1 durch die drei Streben 24 und das Mittelteil 23 er setzt ist. Die Streben erstrecken sich schräg von den Stäben 4 zum Mittelteil. Die Sockel 1 sind in den Ecken eines Trägers T angebracht, wobei sich die Ecken des rechteckigen Gegenstands A durch die Sockel erstrecken und in Vertiefungen am inneren Ende der Mittelteile ruhen.
Wie aus der Darstellung zu sehen ist, greifen die Ecken des Gegenstands A nur in die Vertiefungen an den inneren Enden der Mittelteile .ein, während der Träger nur die Scheitel punkte jedes Sockels 1 berührt, wobei die drei Scheitelpunkte gleiche Abstände von einer Ecke des Gegenstands A besitzen. Bei dieser Ausführung brau chen die Vorrichtungen weder an dem Gegenstand A noch an dem Träger T befestigt zu sein, da die unteren Ecken des Gegenstands in den inneren Enden der Teile 23 und die Scheitel der Sockel 1 an den Seiten und dem Boden des Trägers T festsitzen. Auch hier sind die vier Vorrichtungen in Ebenen angeord net, welche zueinander schräg stehen, wodurch die Schwingungen unabhängig von der Bewegungsrich tung wirksam gedämpft werden.
Darüber hinaus nehmen die Vorrichtungen sehr wenig Raum ein, und sie benötigen nur einen geringen Zwischenraum zwischen dem Gegenstand und dem Träger bzw. einem anderen Auflager.
Bei der in Fig.8 und 9 dargestellten Ausfüh rungsart weisen die Sockel der Vorrichtungen vier Seitenteile 31, 32 anstatt drei Teile auf, wobei die beiden Teile 31 in einer senkrechten und die beiden Teile 32 in einer waagrechten Ebene liegen. Die vier Teile haben eine gleiche Länge und sind an den Ecken wie bei der vorhergehenden Ausführungsart miteinander starr verbunden. Die Mittelteile 33, welche den Teilen 13 von Fig. 1 bis 3 und 23 von Fig.7 entsprechen, sind so geformt, dass sie in die Kanten eines Trägers T passen, und sie sind mit den von den Sockelteilen 31 und 32 umschlossenen Stäben 4 über Streben 34 verbunden.
Die in Fig. 8 und 9 dargestellte Anwendungsart ergibt eine Lage rung für einen rechteckigen Gegenstand A in einem Träger T an jeder der vier Seiten des Gegenstands, wobei eine Befestigung der Vorrichtungen weder an dem Träger noch an dem Gegenstand erforderlich ist. Es ist jedoch zu bemerken, dass bei jeder der vorher gehenden Ausführungsarten die Vorrichtungen ent weder an dem Gegenstand oder an dem Träger oder auch an beiden befestigt sein können. Es ist ferner zu bemerken, dass die Sockel der Vorrichtungen ent weder an dem gegen Schwingungen zu schützenden Gegenstand oder an dem tragenden Teil befestigt sein können.
Beispielsweise liegt der gegen Schwingungen zu schützende Gegenstand A bei den Ausführungs arten nach Fig. 2 und 7 an den Mittelteilen an, wäh rend bei den Ausführungsarten nach Fig. 6, 8 und 9 der gegen Schwingungen zu schützende Gegen stand an den Sockeln der Vorrichtungen anliegt.
Die beschriebenen Vorrichtungen ergeben eine nichtlineare Kraft-Weg-Kennlinie, wobei sich die Federkonstante mit wachsender Last vergrössert. Darin liegt eine sehr erwünschte Eigenschaft, welche Amplitudenerhöhungen bei der Resonanzfrequenz verhindert und zur einwandfreien Vernichtung von Stossbelastungen beiträgt. Die grundsätzliche Nicht- linearität wird in der Ebene des Sockels dadurch erzeugt, dass die übertragungspunkte bei einer Durch biegung unter Belastung in irgendeiner Richtung an den Stäben .entlang in eine dezentrierte Stellung glei ten.
Da die Federstäbe im wesentlichen einfach ge lagerte Balken sind, erhöht sich ihre Federhärte bei einer Bewegung der Last aus dem Mittelpunkt. Jeder erwünschte zusätzliche Grad von Nichtlinearität kann durch die Puffer 8 erzielt werden, welche bei einer bestimmten Durchbiegung der Stäbe mit diesen in Berührung kommen. Diese Berührung erhöht die Federhärte, indem sie die wirksame Länge der Federstäbe verringert.
Die Reibungsdämpfung, welche dadurch ,erzielt wird, dass die Reibungshülsen 17 an den Stäben ent lang gleiten, hat die Eigenschaft, dass die Reibungs kraft eine Funktion der Schwingungsamplitude ist. Die Normalkraft zwischen den Reibungshülsen und den Stäben wächst nämlich bei wachsender Belastung, wodurch ,eine grössere Reibung hervorgerufen wird. Die Normalkraft unter statischer Belastung kann durch eine Federbelastung der Reibungshülsen er höht werden, durch welche der Normaldruck ver grössert wird. Wichtig ist, dass die Stäbe quer zu einander verlaufen, so dass eine gleitende Bewegung an einem Stab entlang eine Durchbiegung eines ande ren Stabs hervorruft.
So können unter Bezugnahme auf Fig. 1 beispielsweise Stösse das Auflager 11 par allel zur Ebene des Sockels 1 in verschiedenen Rich tungen bewegen. Wenn diese Bewegung senkrecht zu einem der Stäbe erfolgt, so gleitet das Auflager 11 auf den anderen beiden Stäben, während sich alle drei Stäbe in dieser Ebene durchbiegen. Wenn die Bewegung in einer Richtung erfolgt, welche nicht senkrecht zu einem der Stäbe liegt, so gleitet das Auflager auf allen drei Stäben, während sie sich in dieser Ebene durchbiegen.
Wenn der Stoss schräg zu dieser Ebene erfolgt, so biegen sich alle drei Stäbe durch und das Auflager gleitet auf den Stäben in Richtungen, welche von dem Auftreffwinkel des Stosses abhängen.
Weiter ist wichtig, dass keine Kopplung zwischen linearen Bewegungen und Drehbewegungen der Vor richtung besteht. Eine in irgendeiner Richtung auf den Belastungspunkt ausgeübte Kraft ruft nur eine translatorische Verschiebung ohne gleichzeitige Ver- schwenkung der Belastungsachse hervor. Die Feder härte wird nur durch das Material, den Querschnitt und die Länge der Federstäbe bestimmt. Die Vor richtung kann ohne entsprechende Vergrösserung der Abmessungen sehr schwere Lasten tragen. Sie kann ebenso auch für hohe Beschleunigungen ausgelegt werden.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass der Sok- kel 1 ein Lagerteil darstellt, welches auf einem Tisch oder einem anderen tragenden Teil ruhen kann, während das Auflager 11 ein Lagerteil für ein emp findliches Instrument oder einen anderen, gegen Schwingungen zu schützenden Gegenstand darstellt. Das gleiche gilt auch umgekehrt.
Ferner geht aus vorstehenden Ausführungen her vor, dass eine in vielen Richtungen wirksame Schwin gungsabsorption in einer flachen Vorrichtung bewirkt wird, das heisst in einer Vorrichtung, welche in einer Dimension nur eine verhältnismässig geringe Aus dehnung besitzt. Die in vielen Richtungen wirkende Vorrichtung ist weder auf hohe Eigenfrequenzen be schränkt, noch ist sie hinsichtlich der Grösse der Belastung begrenzt, welche sie in wirksamer Weise tragen kann. Sie ist in gleicher Weise für eine lie gende, stehende oder hängende Anbringung geeignet.
Eines der wichtigsten Merkmale der Vorrichtung be ruht in der Verwendung von einfach gelagerten Federstäben in Verbindung mit gleitenden Lastüber- tragungspunkten. Dieses Merkmal ergibt zusammen mit der geometrischen Anordnung die grundsätzliche Eigenschaft einer in jeder Richtung wirksamen Federhärte.