DE10026119A1 - Elastische Anordnung - Google Patents

Abstract

Ein elastisches Konstruktionselement (1) weist ein erstes in sich starres Anschlußteil (2), ein zweites in sich starres Anschlußteil (3) und mindestens drei endseitig an den beiden Anschlußteilen (2 und 3) gelagerte und zwischen diesen verlaufende formveränderliche Verbindungsteile (4) auf, die Torsionskräfte und/oder -bewegungen um eine Hauptachse (5) des Konstruktionselements (1) zwischen den Anschlußteilen (2 und 3) vermitteln, wobei die Verbindungsteile (4) rotationssymmetrisch zu der Hauptachse (5) angeordnet sind und, zumindest in einer Mehrzahl von Funktionsstellungen des Konstruktionselements (1), zwischen den beiden Anschlußteilen (2 und 3) einen helikal um die Hauptachse (5) herum gekrümmten Verlauf mit veränderlicher Steigung aufweisen. In einer erfindungsgemäßen elastischen Anordnung ist an dem zweiten Anschlußteil (3) des einen elastischen Konstruktionselements (1) ein Bauteil (19) befestigt, das weiterhin an einem zweiten Anschlußteil (3) eines zweiten Konstruktionselements (1) befestigt ist, wobei die beiden Konstruktionselemente spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu ihrer gemeinsamen Hauptachse (5) verläuft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Anordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Insbesondere geht es um solche elastischen Anordnungen mit Konstruktions­ elementen, die torsionsweich sind. Es geht aber auch um auf eine Torsion der Konstruktionselemente aktiv ansteuerbare oder bezüg­ lich einer solchen Torsion sensorisch überwachbare elastische Anordnungen.

Eine elastische Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit genau einem elastischen Konstruktionselement ist aus der DE-AS 20 51 573 bekannt und dient zur Erzeugung einer Hub-/Dreh­ schwingung aus einer linearen Krafteinleitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elastische Anordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, die zur Entkopplung eines Bauteils von Drehschwingungen eines anderen Bauteils bzw. zur feinfühligen Registrierung rela­ tiver Torsionsschwingungen zwischen zwei Bauteilen geeignet ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die elastische Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben.

Bei der neuen elastischen Anordnung sind die zwei Konstruktions­ elemente so gegeneinander gerichtet, daß sie eine Verdrehung des an ihren zweiten Anschlußteilen befestigten Bauteils ermöglichen bewirken, ohne daß es zu einer sonstigen Lageveränderung des Bauteils beispielsweise in Richtung der gemeinsamen Hauptachse der beiden Konstruktionselemente kommt. Dabei weisen die Verbindungsteile der beiden Konstruktionselemente immer gegenläufige helikale Krümmungen auf.

Zur Realisation verschiedener Rotationsfreiheitsgrade für das an den Anschlußteilen befestigte Bauteil können senkrecht zueeinan­ der angeordnete Paare von jeweils zwei Konstruktionselementen in Reihe geschaltet werden, wobei zwischen jeweils zwei solcher Paare ein Rahmen als weiteres Bauteil vorzusehen ist. Bei einer realisierten großen Weichheit der Konstruktionselemente auch gegenüber anderen als Torsionsbeanspruchungen können die Paare von Konstruktionselementen aber auch parallel geschaltet werden, wobei ihre räumliche Orientierung genau dieselbe wie im Fall der Reihenschaltung sein kann.

Das Besondere an den Konstruktionselementen der neuen elasti­ schen Anordnung sind die Verbindungsteile mit dem helikalen Verlauf um die Hauptachse der Konstruktionselemente. Normaler­ weise weisen die Verbindungsteile diesen helikalen Verlauf in jeder Funktionsstellung der Konstruktionselemente auf. Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß es eine Funktionsstellung der Konstruktionselemente gibt, in der sich die Verbindungsteile mit ihrer Haupterstreckungsrichtung ohne tangentiale Komponente um die Hauptachse zwischen den beiden Anschlußteilen erstrecken. In dieser speziellen Funktionsstellung der Konstruktionselemente weisen die Verbindungsteile dann aber zumindest eine Beulung auf, die in der Regel von der Hauptachse weg gerichtet ist, aber auch auf diese zu gerichtet sein kann. Das heißt, die Verbin­ dungsteile sind niemals geradlinig gestreckt parallel zu der Hauptachse der Konstruktionselemente ausgerichtet, so daß niemals eine strukturelle Aussteifung der Konstruktionselemente durch die Verbindungsteile gegeben ist. Die Beulung können die Verbindungsteile auch in anderen Funktionsstellungen aufweisen, wobei die Beulung neben der Steigung die wesentlich andere Formvariable der Verbindungsteile bei den Konstruktionselementen ist.

Die Steigung der helikalen Verbindungsteile um die Hauptachse der Konstruktionselemente ist über den gesamten Bereich zwischen den beiden Anschlußteilen typischerweise konstant. Zumindest weist die Steigung der Verbindungsteile einen stetigen Verlauf auf. Die Anbindung der Verbindungsteile an die Anschlußteile erfolgt dazu über Gelenke, die als klassische mehrteilige Gelenke aber auch als Festkörpergelenke ausgebildet sein können.

Die Konstruktionselemente sind grundsätzlich durch verschiedene Verformungen beanspruchbar, wie sie sich durch eine lineare Verschiebung der Anschlußteile längs der Hauptachse, eine relative Verdrehung der Anschlußteile um die Hauptachse und relative Verkippungen um alle senkrecht zu der Hauptachse verlaufende Kippachsen der beiden Anschlußteile ergeben. Es ist aber auch möglich, einzelne Relativbewegungen der Anschlußteile gezielt zu unterbinden, um nur die verbleibenden Relativ­ bewegungsmöglichkeiten zu nutzen. So kann für das zweite Anschlußteil ein gegenüber dem ersten Anschlußteil ortsfestes Drehlager vorgesehen sein. Dann sind nur noch relative Ver­ drehung der beiden Anschlußteile um die Hauptachse möglich.

Die bisherigen Ausführungen betrafen die Konstruktionselemente der neuen elastischen Anordnung sowohl in passiver als auch in aktiver, d. h. in aktiv ansteuerbarer Ausführung. Eine solche aktiv ansteuerbar Ausführung wird beispielsweise erreicht, wenn mindestens ein ansteuerbarer Aktuator vorgesehen ist, der bei seiner Ansteuerung die Form mindestens eines der Verbindungs­ teile verändert. Dabei kann die Art der Veränderung der Form der Verbindungsteile sehr unterschiedlich sein. Ändern kann sich beispielsweise ihre absolute Länge, die Steigung ihres helikalen Verlaufs und ihre Ausbeulung relativ zur Hauptachse. Häufig sind diese Formvariablen nicht getrennt voneinander ansteuerbar, sondern stehen in ausgeprägter Wechselwirkung zueinander.

Es ist aber nicht nur so, daß bei der neuen elastischen Anordnung eine zielgerichtete Verformung mindestens eines Verbindungsteils genutzt werden kann, um die Relativlage der Anschlußteile in irgendeiner Art und Weise zu verändern oder irgendwelche Kräfte zwischen den Anschlußteilen aufzubringen. Vielmehr ist es auch möglich, derartige Relativlageveränderungen bzw. Kräfte zu registrieren, indem mindestens ein ein Signal abgebender Sensor vorgesehen wird, dessen Signal sich mit Formveränderungen mindestens eines der Verbindungsteile ändert. Unter anderem ist es damit möglich, hochauflösende Winkel­ sensoren auszubilden.

Bei einer aktiv ausgebildeten neuen elastischen Anordnung mit einer Regelschleife für die Kontrolle dar angestrebten Relativ­ lageveränderung müssen aber nicht sowohl Aktuatoren als auch Sensoren an den Verbindungsteilen angeordnet werden. Es ist durchaus realisierbar, ein einziges Bauteil sowohl als Aktuator als auch als Sensor zu verwenden. Dieses Vorgehen weist beacht­ liche Vorteile auf, wenn das neue Konstruktionselement unter beengten Raumverhältnissen mit beengten Anschlußmöglichkeiten eingesetzt wird.

Es ist möglich, bei der neuen elastischen Anordnung bekannte lineare Aktuatoren bzw. Sensoren, so wie piezoelektrische oder magnetostriktive Aktuatoren/Sensoren oder Linearmotoren/ -generatoren, einzusetzen. Beispielsweise können solche Aktuatoren bzw. Sensoren endseitig an verschiedenen Verbindungs­ teilen angreifen und damit Relativlageveränderungen hervorrufen bzw. registrieren.

In einer besonders interessanten Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung die linearen Aktuatoren bzw. Sensoren jedoch längs der Verbindungsteile angeordnet. Das heißt, sie weisen denselben helikalen Verlauf wie die Verbindungsteile auf. Bei einseitig an den Verbindungsteilen angeordneten Aktuatoren kann mit den Aktuatoren vornehmlich die Beulung der Verbin­ dungsteile beeinflußt werden. Bei beidseitig angeordneten Aktuatoren ist eine Beeinflussung der Länge und damit direkt oder indirekt zusammenhängender Variablen möglich.

Es ist auch denkbar, daß die linearen Aktuatoren bzw. Sensoren so angeordnet sind, daß sie mindestens eines der helikal verlaufenden Verbindungsteile tordieren bzw. dessen Torsion registrieren. Dabei können die Verbindungsteile selbst als Mehrfachhelix ausgebildet sein, deren einzelnen Materialstränge einen feinskaligen helikalen Verlauf aufweisen, dem der gröber­ skalige helikale Verlauf der Verbindungsteile überlagert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht einer ersten Aus­ führungsform eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht einer zweiten Aus­ führungsform eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 3 eine perspektivische Seitenansicht einer dritten Aus­ führungsform eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 4 verschiedenen Anordnungsmöglichkeiten von Aktuatoren und/oder Sensoren an den Verbindungsteilen eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 5 verschiedene Aufbauten der Verbindungsteile eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 6 einen weiteren möglichen Aufbau dar Verbindungsteile eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 7 verschiedene Lager für die Verbindungsteile an den Anschlußteilen eines Konstruktionselements für die neue elastische Anordnung,

Fig. 8 ein erste Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung mit einem Paar von Konstruktionselementen,

Fig. 9 eine zweite Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Paaren von Konstruktionselementen,

Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung mit zwei senkrecht zueinander angeordneten Paaren von Konstruktionselementen,

Fig. 11 eine Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung mit drei senkrecht zueinander ausgerichteten Paaren von Konstruktionselementen,

Fig. 12 eine aktiven angesteuerte Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung mit zwei Paaren von Konstruk­ tionselementen in der Anordnung gemäß Fig. 9,

Fig. 13 eine Ausführungsform eines Konstruktionselement mit negativer Torsionssteifigkeit für die neue elastische Anordnung und

Fig. 14 Federkennlinien zu dem Konstruktionselement gemäß Fig. 13 sowie zu einer konventionellen Torsionsfeder und zu einer Kombination dieser beiden Torsionsfedern.

Wichtigster Bestandteil der neuen elastischen Anordnung welche anhand der Fig. 10 bis 14 konkret beschrieben werden wird, sind elastische Konstruktionselemente 1, die zunächst als solche erläutert werden sollen. Alle dabei angesprochenen Ausführungs­ formen können bei der neuen elastischen Anordnung zur Anwendung kommen.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Konstruktionselement 1 weist zwei Anschlußteile 2 und 3 auf, die jeweils in sich starr ausgebildet sind. Die Anschlußteile 2 und 3 dienen zur endseitigen Befesti­ gung des Konstruktionselements 1 an weiteren, typischerweise anders ausgebildeten Konstruktionselementen. Dabei kann das Konstruktionselement 1 beispielsweise eine elastische mechani­ sche Schnittstelle zwischen zwei verschiedenen Strukturbereichen einer Gesamtstruktur ausbilden. Zwischen den beiden Anschlußtei­ len 2 und 3 erstrecken sich Verbindungsteile 4. Die Verbindungs­ teile 4 weisen jeweils einen helikal gekrümmten Verlauf um eine Hauptachse 5 des Konstruktionselement 1 auf. Dabei sind die Verbindungsteile 4, von denen hier drei vorgesehen sind, rotationssymmetrisch um eine Hauptachse 5 des Konstruktions­ elements 1 herum angeordnet. Die Anzahl der Verbindungsteile 4 kann auch größer als drei sein, aber nicht kleiner. Die Verbindungsteile 4 sind jeweils formveränderlich, d. h. genauer elastisch verformbar. Da hier die beiden Anschlußteile 2 und 3 nicht durch weitere Bauteile als durch die Verbindungsteile 4 miteinander verbunden sind, ist es möglich, den Abstand der Anschlußteile 2 und 3 in Richtung der Hauptachse 5 zu verändern, die Anschlußteile 2 und 3 um die Hauptachse 5 gegeneinander zu verdrehen und die Anschlußteile 2 und 3 um senkrecht zu der Hauptachse 5 verlaufenden Kippachsen gegeneinander zu verkippen.

Bai diesen Relativbewegungen der Anschlußteile 2 und 3 verändern sich die Formen der Verbindungsteile 4, wobei die wesentlichen Formvariablen ihre Steigung um die Hauptachse 5 und eine in der Regel von der Hauptachse 5 weg gerichtete, in Fig. 1 nicht dargestellte Beulung der Verbindungsteile 4 sind.

Bei der Ausführung des Konstruktionselements 1 gemäß Fig. 2 sind zusätzlich zu der Ausführungsform gemäß Fig. 1 lineare Aktuatoren 6 zwischen den Verbindungsteilen vorgesehen. Die Aktuatoren 6 greifen mit ihren beiden Enden an den Verbindungs­ teilen an und verlaufen dabei etwa senkrecht zum Verlauf der Verbindungsteile. Mit den Aktuatoren 6 kann durch eine Formveränderung der Verbindungsteile 4 eine Relativlage­ verschiebung der Anschlußteile 2 und 3 hervorgerufen wird, oder es können zumindest entsprechende Kräfte erregt werden.

Bei der Ausführungsform des Konstruktionselements 1 gemäß Fig. 3 sind auf drei Ebenen zwischen den Anschlußteilen 2 und 3 Aktuatoren 7 vorgesehen, die jeweils in Form eines gleich­ schenkligen Dreiecks angeordnet sind und endseitig an den Verbindungsteilen 4 angreifen. Bei dieser Anordnung der Aktuatoren 7 kann unmittelbar die Beulung der Verbindungsteile 4 von der Hauptachse 5 weg beeinflußt werden. mit der lineare Bewegungen und Drehbewegungen zwischen den Anschlußteilen 2 und 3 hervorrufbar sind. Die Aktuatoren 7 gemäß Fig. 3 könnten ebenso wie die Aktuatoren 6 gemäß Fig. 2 auch als Sensoren ausgebildet sein, mit denen durch äußere Einwirkungen hervorgerufene Formveränderungen der Verbindungsteile 4 registriert werden. Hieraus kann dann auf die erfolgte Relativ­ lageverschiebung der Anschlußteile 2 und 3 rückgeschlossen werden.

Fig. 4 skizziert an den drei Verbindungsteilen 4 drei ver­ schiedene Varianten der Formveränderung durch direkt an den Verbindungsteilen 4 angreifende Aktuatoren 8, 9 und 10. Der Aktuator 8 ist einseitig außen an dem zugehörigen Verbindungs­ teil 4 angeordnet und verändert dessen Krümmung und Beulung nach Art eines Bimetalls. Die Aktuatoren 9 sind bezogen auf die Hauptachse 5 innen und außen längs des zugehörigen Verbindungs­ teils 4 angeordnet und verändern bei abgestimmt synchroner Ansteuerung dessen Länge. Die Aktuatoren 10 sind um das zuge­ hörige Verbindungsteil 4 herum gewickelt und führen zu einer Torsion des Verbindungsteils 4 um seine lokale Längser­ streckungsrichtung. Bei den Aktuatoren 8 bis 10 handelt es sich um Aktuatoren auf der Basis von piezoelektrischem Material, das mit einer Spannungsquelle 11 angesteuert wird. Derartige Aktuatoren können auch als Sensoren verwendet werden, um die Verformung der Verbindungsteile 4 und damit letztlich jede Relativlageverschiebung der Anschlußteile 2 und 3 nachzuvoll­ ziehen. Besonders interessant ist die gleichzeitige Verwendung derselben piezoelektrischen Bauteile sowohl als Aktuatoren als auch als Sensoren.

Der Aufbau der Verbindungsteile 4 kann sehr unterschiedlich sein. Entscheidend ist ihr helikaler Verlauf um die Hauptachse 5 des Konstruktionselements 1. Fig. 5 skizziert links, daß jedes Verbindungsteil 4 seinerseits als Mehrfachhelix aufgebaut sein kann, wobei einzelne Materialstränge 12 einen feinskaligen helikalen Verlauf um die lokale Längserstreckungsrichtung des jeweiligen Verbindungsteils 4 aufweisen, dem der gröberskalige helikale Verlauf des jeweiligen Verbindungsteils 4 überlagert ist. Die Materialstränge 12 können ihrerseits durch Verstei­ fungsstreben 13 untereinander verbunden sein. Auch diese Ver­ steifungsstreben 13 können durch aktiv ansteuerbare Aktuatoren oder Sensoren ersetzt werden. Links in Fig. 5 sind verschiedene Querschnittsformen 14 der Verbindungsteile 4 skizziert. Die Querschnittsform ist auf den jeweiligen Anwendungszweck abzustimmen. In einer konkreten Ausführungsform des Konstruktionselements 1 bestehen die Verbindungsteile 4 aus Abschnitten von schmalem Federstahlflachband.

Fig. 6 skizziert, daß die Verbindungsteile 4 des Konstruktions­ elements 1 nicht notwendigerweise einen konstanten Querschnitt über ihre gesamte Erstreckung zwischen den Anschlußteilen 2 und 3 aufweisen müssen. Vielmehr können sich die Querschnitte auch mehr oder weniger stark über diese Erstreckung hinweg ändern.

Fig. 7 skizziert verschiedene Ausführungsformen einer Anbindung der Verbindungsteile 4 an die Anschlußteile 2 und 3. Jede dieser Ausführungsformen bildet ein Gelenk aus. Jegliche besondere Materialbeanspruchung im Bereich der Verbindung zwischen den Anschlußteilen 2 und 3 und den Verbindungsteilen 4 wird durch ein Kugelgelenk 15 vermieden. Ein Scharniergelenk 16, dessen Scharnierachse 17 senkrecht zu der Hauptachse 5 des Konstruk­ tionselements 1 ausgerichtet ist, verhindert schon die wesent­ lichen Materialbelastungen im Anschlußbereich. Ein Festkörper­ gelenk 18 ist mit besonders geringem Aufwand realisierbar und kann bei geeigneter Materialauswahl ebenfalls die notwendigen Standfestigkeiten des Konstruktionselements 1 gegenüber Ermüdungsbrüchen im Bereich der Anbindung der Verbindungsteile 4 an die Anschlußteile 2 und 3 gewährleisten.

Die in Fig. 8 skizzierte neue elastische Anordnung dient beispielsweise zu Drehschwingungsisolierung eines Bauteils 19 gegenüber einer Basis 20. Dabei können die Konstruktionselement 1 als passives Federelemente aber auch als aktiv ansteuerbare Aktuatorelemente oder auch als Sensorelemente oder auch als kombinierte Aktuator- und Sensorelemente ausgebildet sein. Konkret ist gemäß Fig. 8 ein Paar von Konstruktionselementen 1 vorgesehen, die in spiegelsymmetrischer Anordnung zu einer senkrecht zu ihren Hauptachsen 5 verlaufenden Symmetrieebene 20 angeordnet sind. So kann das Bauteil 19 relativ zu der Basis 20 um die gemeinsame Hauptachse 5 der Konstruktionselemente 1 verdreht werden, ohne daß es gleichzeitig zu einer Relativ­ verschiebung in Richtung der Hauptachse 5 kommt. Dies gilt für den passiven Fall und auch dann, wenn beide Konstruktions­ elemente 1 gelichsinnig auf eine Formveränderung ihrer Verbin­ dungsteile 4 angesteuert werden. Durch gegenläufige aktive Ansteuerung ist es auch möglich, die Masse 19 längs der Hauptachse 5 zu verschieben, ohne sie dabei gleichzeitig zu verdrehen.

Fig. 9 zeigt die Anordnung von zwei Paaren von Konstruktions­ elementen 1 gemäß Fig. 8, wobei die beiden gemeinsamen Hauptachsen der Paare 5 senkrecht aufeinander stehen und wobei zwischen den basisseitigen Konstruktionselementen 1 und den bauteilseitigen Konstruktionselementen 1 ein Rahmen 22 angeordnet ist. So ist der Rahmen 22 mit den basisseitigen Konstruktionselementen 1 um die hier horizontale Achse verschwenkbar bzw. in Richtung dieser Achse verschiebbar, während mit den bauteilseitigen Konstruktionselementen 1 das Bauteil 19 gegenüber dem Rahmen um die hier vertikale Achse verdrehbar bzw. in dieser Richtung verschiebbar ist.

Während Fig. 9 eine echte Reihenschaltung von zueinander senkrechten Paaren von Konstruktionselementen 1 zeigt, betrifft Fig. 10 eine neue elastischen Anordnung, bei der zwei Paare von senkrecht zueinander ausgerichteten Konstruktionselementen 1 parallel geschaltet sind. Das heißt, alle Konstruktionselemente 1 greifen einerseits an der Basis 20 und andererseits an dem Bauteil 19 an. Damit ist zwar keine in idealer Weise unabhängige Relativlageveränderung des Bauteils 19 gegenüber der Basis 20 um und in Richtung der beiden gemeinsamen Hauptachsen 5 jeweils eines Paars von Konstruktionselementen 1 möglich. Doch stellen die Konstruktionselemente 1 des jeweils einen Paars beispiels­ weise einer Schwenkbewegung des Bauteils 19 um die gemeinsame Hauptachse der Konstruktionselemente 1 des jeweils anderen Paars nur geringe Steifigkeiten entgegen. So ist auch mit der Anordnung gemäß Fig. 10 eine relativunabhängige Verschwenkung des Bauteils 19 gegenüber der Basis 20 um die beiden gemeinsamen Hauptachsen 5 jeweils eines Paars von Konstruktionselementen 1 möglich.

In Fig. 11 ist skizziert, daß das Bauteil 19 bei einer weiteren Ausführungsform der neuen elastischen Anordnung durch insgesamt drei zueinander senkrecht ausgerichtete Paare von Konstruktions­ elementen 1 gegenüber der Basis 20 geführt ist, wobei gegenüber Fig. 10 das dritte Paar von Konstruktionselementen 1 direkt zwischen der Basis 20 und dem Bauteil 19 ergänzt wurde. So sind insgesamt drei senkrecht zueinander verlaufende, den jeweiligen Hauptsachsen 5 entsprechende Drehachsen für das Bauteil 19 gegenüber der Basis 20 realisiert.

Fig. 12 skizziert anhand der neuen elastischen Anordnung mit zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Paaren von Konstruktionselementen 1, die unter Zwischenordnung eines Rahmens 22 in Reihe geschaltet sind, die Ansteuerung der Konstruktionselemente 1 bzw. von daran angeordneten Aktuatoren. Ein an der Bauteil 19 vorgesehener Sensor 23 nimmt Beschleuni­ gungen um die jeweiligen gemeinsamen Hauptachsen 5 auf und führt diese einem Regler 24 zu. Ausgangssignale des Reglers laufen durch einen Spannungsverstärker 25 und steuern dann die Aktua­ toren so an, daß das Bauteil 19 aktiv in Ruhe gehalten wird.

Fig. 13 skizziert ein besonderes Verwendungsbeispiel des Konstruktionselements 1, das bei der neuen elastischen Anordnung zum Tragen kommen kann. Bei der Anordnung gemäß Fig. 13 ist zwischen den Anschlußteilen 2 und 3 neben den Verbindungsteilen 4 noch ein Abstandhalter 26 vorgesehen. Der Abstandhalter 26 kann starr mit dem Anschlußteil 2 verbunden sein und ein ortsfestes Drehlager für das Anschlußteil 3 aufweisen, das nur Verdrehungen des Anschlußteils 3 um die Hauptachse 5 ermöglicht. Wenn dann die Anschlußteile 2 und 3 so gegeneinander verdreht werden, daß die Verbindungsteile 4 zwar ihre maximale Beulung von der Hauptachse 5 weg, aber keine helikale Krümmung aufweisen, befinden sich die beiden Anschlußteile 2 und 3 bezüglich ihrer Drehstellung in einem labilen Gleichgewicht. Jede Relativverdrehung dar Anschlußteile 2 und 3 führt dann dazu, daß die Verbindungsteile 4 in ihrem Bestreben, ihre Beulung abzubauen, die Relativverdrehung zu vergrößern versuchen, bis die mit gestrichelten Linien dargestellte Form der Verbindungsteile 4 erreicht ist, die unter Berücksichtigung des fixen Abstands der beiden Anschlußteile 2 und 3 ein Energie­ minimum darstellt. Mit anderen Worten weist das Konstruktions­ element 1 im Bereich seines labilen Gleichgewichts bezüglich der Drehstellung der Anschlußteile 2 und 3 eine negative Torsionssteifigkeit auf. Diese negative Torsionssteifigkeit kann genutzt werden, um die Gesamtsteifigkeit einer Torsionsfederanordnung mit parallel geschalteter tragender Torsionsfeder in einem Arbeitsbereich weich zu machen, der um das labile Gleichgewicht des Konstruktionselement 1 gemäß Fig. 13 herum angeordnet ist. Dies ist in Fig. 14 skizziert.

Fig. 14 zeigt die Federkennlinie 27 des Konstruktionselements 1 gemäß Fig. 13. Die negative Torsionssteifigkeit ergibt sich in dem Bereich um das labile Gleichgewicht bei 28. Hierdurch kann die Steifigkeit einer Torsionsfeder mit der geradlinigen Federkennlinie 29 bereichsweise so reduziert werden, wie es die kombinierte Federkennlinie 30 im Bereich um 28 herum anzeigt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

- Konstruktionselement

2

- Anschlußteil

3

- Anschlußteil

4

- Verbindungsteil

5

- Hauptachse

6

- Aktuator

7

- Aktuator

8

- Aktuator

9

- Aktuator

10

- Aktuator

11

- Spannungsquelle

12

- Materialstrang

13

- Versteifungsstrebe

14

- Querschnitt

15

- Kugelgelenk

16

- Scharniergelenk

17

- Scharnierachse

18

- Festkörpergelenk

19

- Masse

20

- Basis

21

- Symmetrieebene

22

- Rahmen

23

- Sensor

24

- Regler

25

- Spannungsverstärker

26

- Abstandhalter

27

- Federkennlinie

28

- labiles Gleichgewicht

29

- Federkennlinie

30

- kombinierte Federkennlinie

Claims (13)

1. Elastische Anordnung mit einem elastischen Konstruktions­ element, das ein erstes und ein zweites in sich starres Anschlußteil und mindestens drei endseitig an den beiden Anschlußteilen gelagerte und zwischen diesen verlaufende form­ veränderliche Verbindungsteile aufweist, die Torsionskräfte und/oder -bewegungen um eine Hauptachse des Konstruktions­ elements zwischen den Anschlußteilen vermitteln, wobei die Verbindungsteile rotationssymmetrisch zu der Hauptachse angeordnet sind und zwischen den beiden Anschlußteilen eine veränderliche Steigung aufweisen und wobei die Verbindungsteile zwischen den beiden Anschlußteilen einen helikal um die Hauptachse herum gekrümmten Verlauf aufweisen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem zweiten Anschlußteil (3) des einen elastischen Konstruktionselements (1) ein Bauteil (19) befestigt ist, das weiterhin an einem zweiten Anschlußteil (3) eines zweiten Konstruktionselements (1) befestigt ist, wobei die beiden Konstruktionselemente spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu ihrer gemeinsamen Hauptachse (5) verläuft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (19) weiterhin an zwei zweiten Anschlußteilen (3) von zwei weiteren elastischen Konstruktionselementen (1) befestigt ist, die spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu der gemeinsamen Hauptachse (5) der beiden weiteren Konstruktionselemente (1) und senkrecht zu der Symmetrieebene (21) der beiden anderen Konstruktionselemente (1) verläuft.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (19) weiterhin an zwei zweiten Anschlußteilen (3) von noch zwei weiteren elastischen Konstruktionselementen (1) befestigt ist, die spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu der gemeinsamen Hauptachse (5) der beiden noch weiteren Konstruktionselemente (1) und senkrecht zu den beiden Symmetrieebenen (21) der beiden anderen Paare von Konstruktionselementen (1) verläuft.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei ersten Anschlußteile (2) der beiden elastischen Konstruk­ tionselemente (1) an einem Rahmen (22) befestigt sind, der an zweiten Anschlußteilen (3) von zwei weiteren Konstruktions­ elementen (1) befestigt ist, wobei die beiden weiteren Konstruk­ tionselemente (1) spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu der gemeinsamen Hauptachse (5) der beiden weiteren Konstruktionselemente (1) und senkrecht zu der Symmetrieebene (21) der beiden anderen Konstruktions­ elemente (1) verläuft.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) der Konstruktionselemente (1) zwischen den jeweiligen Anschlußteilen (2 und 3) einen von der Hauptachse (5) weg oder zu der Hauptachse (5) hin gebeulten Verlauf mit veränderlicher Beulung aufweisen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsteile (4) der Konstruktionselemente (1) gelenkig an den jeweiligen Anschlußteilen (2 und 3) gelagert sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für das zweite Anschlußteil (3) der Konstruktions­ elemente jeweils ein gegenüber dem ersten Anschlußteil (2) ortsfestes Drehlager vorgesehen ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein ansteuerbarer Aktuator (6 bis 10) vorgesehen ist, der bei seiner Ansteuerung die Form mindestens eines der Verbindungsteile (4) verändert.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein ein Signal abgebender Sensor vorgesehen ist, dessen Signal sich mit Formveränderungen mindestens eines der Verbindungsteile (4) ändert.

10. Anordnung nach Anspruch 8 und Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein einziges Bauteil sowohl als der Aktuator als auch als der Sensor verwendet wird.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (6, 7) bzw. Sensoren vorgesehen sind, die endseitig an verschiedenen Verbindungs­ teilen (4) eines Konstruktionselements (1) angreifen.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (8 bis 10) bzw. Sensoren vorgesehen sind, die längs mindestens eines der Verbindungsteile (4) angeordnet sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (10) bzw. Sensoren so angeordnet sind, daß sie mindestens eines der Verbindungsteile (4) tordieren bzw. dessen Torsion registrieren.