CN101713225A - 减振方法和水平作用的减振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助水平作用的弹簧一质量系统减振的方法和一种相应的水平作用的减振器。依此借助减振器的由于其惯性在其振动位置中相对于作用到目标上的振动相位偏移地来回运动的减振器质量减小在要保护的目标上产生的振动。相应的减振器构成为弹簧-质量系统，该弹簧-质量系统包括一个振动质量(1)、多个弹簧(2、2′)和多个支承(3、3′，4，8、8′，9、9′)。振动质量(1)能水平运动地保持在至少两个设置在振动质量(1)上的、水平作用的、与要保护的目标相连接的弹簧(2、2′)之间。按照本发明，振动质量(1)的静态自重至少部分地通过磁力承受，为此承受该自重的支承(3、3′，4，8、8′)中的至少一个构成为磁性支承(3、3′，4)。

Description

减振方法和水平作用的减振器

技术领域

本发明涉及一种用于借助水平作用的弹簧-质量系统减振的方法和一种相应的水平作用的减振器。关于减振器，本发明就此涉及一种布置结构或一种装置，借助于它利用由于其惯性在其振动位置相对于作用到要保护的目标上的振动相位偏移地来回运动的减振器质量或振动质量来减小在要保护的目标例如房屋、建筑物如桥梁或在设备上产生的振动。

背景技术

所述型式的减振器长久以来以不同的构成形式是已知的。与相应具体的构成形式无关，它们基本上包括上述的以适当的方式能振动地与要保护的目标相连接的质量(振动质量)和必要时多个阻尼器。为了构成无阻尼的减振器，已知将振动质量夹紧在压力弹簧或拉力弹簧之间，它们的远离振动质量的端部固定在要保护的目标的面上并因此在那里找到支座。

如果要以这样的减振器保护的目标遭受高频率的振动，该振动传递到夹紧在压力弹簧或拉力弹簧之间的振动质量上，则各弹簧由于其刚度能一起支承振动质量的静态自重。但当很低的频率作用到减振器上时，这就不再发生。对于这样的使用情况，否则通过弹簧提供的刚度可以由摆动作用替代。为此或者实际地使用摆，或者使用类似于摆起作用的布置结构，在该布置结构中将用于减振的质量支承在滑动支承或滚动支承上。该摆或类似于摆的布置结构支承振动质量的静重并且同时总是引起该振动质量从偏转的位置的复位。

具有摆的布置结构具有这样的缺点，即，为了它的安装需要较大的结构空间，在许多情况下在相应要保护的装置上并不提供这样的结构空间。这例如对于桥梁或类似无支柱的建筑物尤其如此，为了建造它们经常采用具有高弹性的钢的钢筋混凝土。在此，还要考虑这种状况，即为了建筑物的安全性必要时将需要的减振器通常集成到建筑物的内部结构中，以便不损害外观或建筑构造的外貌。但在另一方面，振动质量支承在多个滑动支承或滚动支承上的装置由于在尽可能低摩擦的在支承上的支承方面提出的高要求是比较昂贵的。此外，这样的支承遭受磨损，从而它们至少必须经常保养并且在必要时有时必须替代。此外，尽管低摩擦的支承但仍存在的摩擦不仅对频率而且对减振器的阻尼并且从而对减振器的效率产生不利影响。

发明内容

因此，本发明的目的是，借助于水平作用的减振器提供一种替代的用于减振的解决方案，它避免了上述缺点。为此要构成的减振器也应能以仅很小的结构空间装入装置中并且在效率好的同时在很大程度上能无磨损和经济地实现。

所述目的通过一种具有主权利要求的特征的方法来实现。一种按照该方法实现所述目的的、水平作用的减振器的特征在于第一产品权利要求。该减振器的有利的构型或改进方案通过诸从属权利要求给出。

按照为实现所述目的而提出的方法，借助于按已知的方式工作的水平作用的弹簧-质量系统实现对在要保护的目标上产生的振动的减振。据此，将作用到要保护的目标如房屋或其他建筑物上的振动传递到保持在各弹簧之间的惯性振动质量上，并且通过由于其惯性相对于作用的振动相位偏移地沿水平方向在振动运动中来回运动的振动质量对所述振动减振。按照本发明，振动质量的静态自重在此至少部分地通过磁力承受，该磁力在减振器的为此以特别的方式构成的元件之间起作用。

相应的水平作用的减振器构成为弹簧-质量系统，该弹簧-质量系统由一个振动质量、多个弹簧和多个支承组成。振动质量能水平运动地保持在至少两个在振动质量上优选相互对置地设置的、水平作用的或水平设置的、并且与要保护的目标相连接的弹簧之间。在此，减振器的支承承受振动质量的静态自重。如上所述，水平作用的各弹簧与要保护的目标相连接。它们为此与涉及的目标的面或壁相连接，该面或壁起用于弹簧的支座的作用。关于特别是在房屋或其他建筑物中经常希望的、减振器到内部结构中的集成，振动质量优选设置在为此构成在要保护的目标中的容纳腔内，其中各弹簧分别在该容纳腔的内壁之一上找到上述的支座。用于承受振动质量的静态自重的所述支承在此构成在振动质量与容纳腔的其他内壁之间。

按照本发明，不同于现有技术的已知的解决方案，将承受振动质量的静态自重的所述支承中的至少一个构成为磁性支承。按照第一构成形式，该相应的磁性支承由一磁铁对组成，该磁铁对具有一个设置在振动质量的下侧上的第一磁铁和一个在该第一磁铁下方和在振动质量下方设置在要保护的目标的面上、优选在用于振动质量的容纳腔的壁上的第二磁铁。将该磁铁对的各磁铁设置成，使各磁铁的相同的、亦即相互排斥的极关于垂直方向相互对置。由于各磁铁的所述的布置结构，在各磁铁之间产生的排斥力克服振动质量的重力并因此承受其静态自重的至少一部分。磁铁对的布置结构据此如减重的、但绝对无摩擦的支承那样起作用。

在本发明的另一基本的构成形式中，这样的磁性支承由设置在振动质量上方(优选在腔壁上)的磁铁和振动体的设置在该磁铁下方的磁性材料组成，其中或者整个振动质量或者仅振动质量的直接设置在磁铁下方的部分由相应的磁性材料构成。在该方案中，振动质量被相应的磁铁吸引，从而由于磁铁设置在振动质量上方，所以克服振动质量自重的磁力施加到振动质量上。在这里据此也类似于机械支承地通过相应的磁铁布置结构承受至少一部分自重，该磁铁布置结构就此同样起无摩擦地工作的支承的作用。

按照本发明的减振器的上述两个构成形式必要时也可以相互组合。也就是说，不仅基于相互排斥的磁铁起作用的磁性支承，而且这样的、利用直接作用到振动质量上的、克服重力向上吸引该振动质量的磁力的磁性支承都可以构成在减振器上。不过在这样的磁性支承的组合中困难的是，根据相应的要求正确地对这些磁性支承确定尺寸或设计。特别是在设计基于吸引的磁性支承时要注意稍后还要说明的边界条件时，尤其如此。就此而言，本发明的各构成形式具有优点，其中或者使用利用排斥原理的磁性支承，或者使用吸引力直接作用到振动质量上的磁性支承。为此以下要描述实践合理的构成形式。

根据按照本发明的减振器的这样的实践合理的构成形式，减振器的振动质量构成为立方形的并且在两个相互对置的垂直的侧面上设置在水平作用的弹簧之间。弹簧是螺旋弹簧，它们或者起拉力弹簧或者起压力弹簧的作用。在振动质量的另两个的、未与弹簧相连接的垂直的侧面上分别构成至少一个导向支承，通过该导向支承侧向地优选在要保护的目标的、容纳振动质量的腔中引导该振动质量。有关的导向支承可以例如涉及低摩擦的滚动支承或滑动支承。在振动质量下方、优选在用于振动质量的容纳腔的底部上设置有至少一个第一磁铁，该第一磁铁的一个极面向振动质量。与该第一磁铁对置地，在振动质量本身上设置有以相同的极朝向第一磁铁的方向定向的另一磁铁。通过该磁铁对构成的磁性支承的作用基于所述至少两个相互对置的磁铁的排斥。

当然，在振动质量的下侧上或下方可以设置有其他的相应的磁铁对。为了控制在各磁铁对的磁铁之间作用的排斥力和避免振动质量横向于为减振作用所希望的定向的来回运动的运动，振动质量借助于上述的侧向的导向支承引导。

根据按照本发明的减振器的另一可能的构成形式，所述一个或各所述磁性支承构成在振动质量的上侧上。为此，在振动质量上方、例如在容纳减振器或其振动质量的腔的上部的内壁上设置有至少一个磁铁。振动质量完全或至少在它的上侧的垂直地设置在该磁铁下方的区段中由钢构成。在此，将所述一个或各所述磁铁的尺寸确定成，使其虽然通过其吸引平衡振动质量的自重的绝大部分，但不承受振动质量的完全的自重。借此避免，振动质量被完全吸引到所述一个或各所述磁铁上并且因此不再能水平地来回振动。为了就此承受振动质量的剩余的通过各磁性支承未平衡的自重，在该构成形式中在振动质量下方设置有以滚动支承或滑动支承形式的支座。

对于本发明的上述的构成形式，多个实施方案也是可能的。按照具有立方体形状的振动质量的第一方案，振动质量以两个相互对置的垂直的侧面保持在水平作用的弹簧(拉力弹簧或压力弹簧)之间。在该振动质量上方设置有所述至少一个磁性支承，而在该振动质量下方或在其下侧上构成至少一个支座。在该实施方案中，在立方形振动质量的两个未与弹簧相连接的垂直的侧面上优选设置有附加的侧向的导向支承。在这里也可以涉及滚动支承或滑动支承。第二可能的实施方案这样产生，即立方形的振动质量在所有四个垂直的侧面上保持在相应的弹簧之间并因此关于水平平面可以沿所有方向运动。在该最后描述的实施方案的变型中，振动质量也可以构成为圆盘形的体，其中在它的圆形的圆周上设置有多个在圆周上分布设置的弹簧元件。

在具有一个或多个设置在振动质量上方的磁性支承的构成形式中，如上所述，振动质量的至少一部分、即振动质量的相应设置在磁铁下方的区段，或者整个振动质量由钢构成。该相应的构成形式就此有利地这样改进，即振动质量的相应的部分或整个振动质量为了防腐蚀是热镀锌的或涂漆的。

按照本发明的减振器也可以构成为阻尼的减振器，其中在各弹簧旁，更准确地说与这些弹簧平行作用地设置有附加的粘弹性的阻尼器。通过各弹簧的相应的尺寸确定或设计和振动质量的参数确定，关于相应存在的要求给出整个系统的好的可调整性。

在抛开减振器的就此比较简单的结构的情况下，也有可能借助于磁铁进行调整。当作为磁铁，另外优选的是，不是采用永久磁铁、而是采用电磁铁时，这尤其是可能的。在这里，系统便可以通过电磁铁的相应的通电匹配于相应的振动情况，其中当将各电磁铁包括到相应的电子控制装置中时，系统作为主动减振器可以甚至动态地匹配于变化的振动情况。

附图说明

以下要借助附图和各实施例再次更详细地说明本发明。在附图中：

图1示出按照本发明的减振器的原理图；

图2a以侧视图示出减振器的第一可能的实践重要的构成形式；

图2b以沿线A-A截取的剖视图示出按图2a的实施形式；

图2c以俯视图示出按图2a的实施形式；

图3以侧视图示出另一可能的实践合理的构成形式。

具体实施方式

图1涉及一示意图，用于再次说明本发明的基本原理。据此，按照本发明的水平作用的减振器基本上包括一惯性振动质量1，该振动质量保持在例如两个相互对置设置的、作为拉力弹簧或压力弹簧工作的弹簧2、2′之间，其中弹簧2、2′在容纳减振器的、构成在要保护的目标中的、未更详细示出的腔的各一个壁上具有支座。振动质量1的静态自重在低频振动时不再能通过弹簧2、2′的刚度来支撑，其按照本发明至少部分地通过磁性支承3、3′承受。这些磁性支承在所示的原理图中构成或设置在振动质量1的下侧上。当前的两个磁性支承3、3′分别由一磁铁对组成，该磁铁对具有一个直接设置在振动质量1的下侧上的永久磁铁5、5′和另一个与第一磁铁5、5′对置地设置在容纳腔的底部上的永久磁铁6、6′。一个磁铁对的两个永久磁铁5、6，5′、6′分别相互定向成，使得磁铁5、6，5′、6′的相同的、相互排斥的极关于垂直方向v相互对置。因此，通过磁性支承3、3′克服振动质量1的重力或自重在一定程度上将振动质量1保持于悬浮状态。在此，两磁铁对的磁铁5、6，5′、6′为了汇聚作用在它们之间的磁场的场力线分别以它们的彼此远离的极设置在一钢制的面区段上或由一钢框架容纳。

图2a以侧视图示出本发明的第一可能的实践合理的构成形式，其中在这里也涉及示意图。在该减振器中，磁性支承3、3′也设置在振动质量1的下侧上。磁性支承3、3′通过两个以到振动质量的相互对置的纵向侧面的小的距离设置在振动质量的下侧上的条形的永久磁铁5、5′构成，与这些永久磁铁对置地同样两个条形的永久磁铁6、6′设置在底部上。振动质量1在它的两个对置的垂直的侧面上分别由两个弹簧2、2′保持。此外，在该实例中所示的减振器构成为阻尼的减振器，为此平行于各弹簧在振动质量1的相应的侧面上设置有粘弹性的阻尼器10、10′。在这里，分别在一个侧面上构成或设置的悬臂在粘弹性的阻尼物质中运动，该阻尼物质容纳于设置在底部上的罐中。在振动质量1的各纵向侧面上构成有用于侧向引导质量的导向支承9、9′。例如构成为滚动支承的导向支承9、9′在图2b和2c中可再次更好地看出，这些图以沿线A-A截取的剖视图或俯视图再次示出该构成形式。

图3同样以示意图示例性示出本发明的基本的第二构成形式的实践合理的转变方案的侧视图。在这里，所述一个或各所述磁性支承4构成在振动质量1的上侧上。为此，在振动质量上方、在容纳减振器系统的、构成在要保护的目标中的(这里未更详细示出的)腔的壁或盖上设置有至少一个条形的永久磁铁7。振动质量1的与该永久磁铁对置的上侧11由钢、亦即被永久磁铁7吸引的材料构成。永久磁铁7或各永久磁铁设计成，使其通过克服重力的磁力承受振动重量1的约90％的静态自重。为了使振动质量1不是完全地被磁铁或各磁铁7吸引并且不是不再能运动或能振动，振动质量1的自重的剩余的10％的部分由传统的设置在其下侧上的滚动或滑动支承8、8′承受。遵循水平减振的原理，振动质量1由两个设置在相互对置的垂直的侧面上的水平作用的弹簧2、2′保持。在图3中所示的构成形式也构成为阻尼的减振器，从而在这里也平行于弹簧2、2′地分别设有一粘弹性的阻尼器10、10′。

附图标记列表

1     振动质量

2、2′弹簧(螺旋弹簧)

3、3′  磁性支承

4       磁性支承

5、5′  磁铁、优选永久磁铁

6、6′  磁铁、优选永久磁铁

7       磁铁、优选永久磁铁

8、8′  支承、支座

9、9′  支承、导向支承

10、10′粘弹性的阻尼器

11      上侧

v       垂直方向

Claims (14)

1.用于借助于水平作用的弹簧-质量系统减振的方法，按照该方法将作用到要保护的目标上的振动传递到保持在弹簧(2、2′)之间的惯性振动质量(1)上，并通过由于它的惯性相对于在目标上产生的振动相位偏移地沿水平方向在振动运动中来回运动的振动质量(1)对所述振动减振，其特征在于，振动质量(1)的静态自重至少部分地通过在减振器的元件之间起作用的磁力承受。

2.水平作用的减振器，构成为由一个振动质量(1)、多个弹簧(2、2′)和多个支承(3、3′，4，8、8′，9、9′)组成的弹簧-质量系统，在该弹簧-质量系统中振动质量(1)能水平运动地保持在至少两个在振动质量(1)上相互对置地设置的、水平作用的并且与借助于减振器要保护的目标相连接的弹簧(2、2′)之间，其中支承(3、3′，4，8、8′)承受振动质量(1)的静态自重，其特征在于，承受振动质量的静态自重的所述支承(3、3′，4，8、8′)中的至少一个构成为磁性支承(3、3′，4)，其中至少一个磁性支承(3、3′)由一磁铁对组成，该磁铁对具有一个设置在振动质量(1)的下侧上的第一磁铁(5、5′)和一个在第一磁铁(5、5′)下方和振动质量(1)下方设置的第二磁铁(6、6′)，它们关于垂直方向(v)以相同的并且因此排斥的极相互对置地设置，或/和至少一个磁性支承(4)由设置在振动质量(1)上方的磁铁(7)和设置在该磁铁(7)下方的、磁性的、构成整个振动质量(1)或该振动质量的一部分的材料组成。

3.按照权利要求2所述的水平作用的减振器，具有立方形的振动质量(1)，其特征在于，振动质量(1)在两个相互对置的垂直的侧面上能水平运动地保持在作为拉力弹簧或压力弹簧工作的螺旋弹簧(2、2′)之间，振动质量(1)的自重的一部分由在振动质量(1)的下侧上作为磁铁对构成的至少一个磁性支承(3、3′)承受，并且在振动质量(1)的另两个未与螺旋弹簧(2、2′)相连接的垂直的侧面中的每一个上分别构成至少一个滚动支承或滑动支承(9、9′)作为导向支承，其中所述至少一个磁性支承(3、3′)的磁铁(5、5′，6、6′)以它们的彼此远离的极设置在钢制的面区段上或由钢框架容纳。

4.按照权利要求2所述的水平作用的减振器，其特征在于，振动质量(1)的自重的一部分由在振动质量(1)的上侧上构成的至少一个磁性支承(4)承受，并且在振动质量(1)下方设置有至少一个通过滚动支承或滑动支承构成的支座(8、8′)，其中所述至少一个磁性支承(4)通过设置在振动质量上方的磁铁(7)和在振动质量的上侧(11)上至少在与所述磁铁(7)对置的区段内由钢构成的振动质量(1)形成。

5.按照权利要求4所述的水平作用的减振器，其特征在于，所述减振器的振动质量(1)完全由钢构成。

6.按照权利要求4或5所述的水平作用的减振器，具有立方形的振动质量(1)，其特征在于，振动质量(1)在两个相互对置的垂直的侧面上能水平运动地保持在作为拉力弹簧或压力弹簧工作为螺旋弹簧(2、2′)之间。

7.按照权利要求6所述的水平作用的减振器，其特征在于，在振动质量(1)的另两个未与螺旋弹簧(2、2′)相连接的垂直的侧面中的每一个上分别构成至少一个滚动支承或滑动支承作为导向支承(9、9′)。

8.按照权利要求4或5所述的水平作用的减振器，具有立方形的振动质量(1)，其特征在于，振动质量(1)在四个垂直的侧面上能水平运动地分别保持在相互对置的作为拉力弹簧或压力弹簧工作的螺旋弹簧(2、2′)之间。

9.按照权利要求4或5所述的水平作用的减振器，其特征在于，振动质量(1)构成为圆盘形的体，该圆盘形的体保持在分布设置在它的圆周上的弹簧(2、2′)之间。

10.按照权利要求4至9之一项所述的水平作用的减振器，其特征在于，振动质量(1)的由钢构成的部分通过热镀锌或涂漆设有防腐蚀层。

11.按照权利要求1至10之一项所述的水平作用的减振器，其特征在于，所述减振器构成为阻尼的减振器，并且为此具有至少两个粘弹性的阻尼器(10、10′)，所述阻尼器与振动质量(1)连接成，使得两个相互对置的水平作用的弹簧(2、2′)或弹簧组分别配设有至少一个平行作用的粘弹性的阻尼器(10、10′)。

12.按照权利要求1至11之一项所述的水平作用的减振器，其特征在于，磁铁(5、5′，6、6′，7)是永久磁铁，其中减振器的振动质量(1)的振动特性能经由弹簧(2、2′)的弹簧刚度(Federrate)调整。

13.按照权利要求1至11之一项所述的水平作用的减振器，其特征在于，磁铁(5、5′，6、6′，7)是电磁铁，其中减振器的振动质量(1)的振动特性能通过电磁铁的相应的通电调整。

14.按照权利要求13所述的水平作用的减振器，其特征在于，所述减振器的振动质量(1)的振动特性能动态地改变，其中所述电磁铁包括到调节电路中，借助于该调节电路能使所述电磁铁的相应的磁力匹配于相应作用到要保护的目标上的振动的频率。

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