DE10026169C2

DE10026169C2 - Verwendung eines elastischen Konstruktionselements als Torsionsfeder

Info

Publication number: DE10026169C2
Application number: DE10026169A
Authority: DE
Inventors: Joerg Melcher; Michael Mathias; Andreas Bueter; Stephan Kaiser; Tobias Melz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2020-05-27
Also published as: DE10026119A1; DE10026119B4; DE10026178A1; DE10026169A1; DE10026178C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung eines elastischen Konstruktionselements mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 als Torsionsfeder.

Die Erzeugung definierter, insbesondere sehr kleiner Torsions kräfte und/oder -bewegungen ist schwierig. Wenn mechanische Übersetzungen verwendet werden, um lineare Kräfte und/oder Bewegungen in Drehbewegungen umzusetzen, treten in der Regel unerwünschte Haftreibungen im Bereich von Lagern der Übersetzungen auf. Gleichzeitig kann bei solchen Übersetzungen kaum eine größere Weichheit realisiert werden, wie sie zur passiven Dämpfung externer Schwingungen erforderlich ist.

Ein Konstruktionselement nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 1 ist aus der DE-AS 20 51 573 bekannt und wird dort zur Erzeugung von gleichzeitigen Hub- und Drehschwingungen verwendet. Die Verbindungsteile des Konstruktionselements weisen dabei immer einen helikal um die Hauptachse des Konstruktions elements herum gekrümmten Verlauf auf.

Ein weiteres Konstruktionselement mit den Merkmalen des Oberbe griffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-PS 439 839 bekannt. Hier sind die Verbindungsteile neben ihrer helikalen Krümmung um die Hauptachse des Konstruktionselements herum noch mit einem Drall versehen, der in eine Beulung der helikal gekrümmten Verbindungselemente resultiert. Durch den Drall der Verbindungs teile soll das bekannte Konstruktionselement eine höhere Steifigkeit gegen Durchbiegungen der Hauptachse und auch eine höhere Steifigkeit in Richtung der Hauptachse aufweisen. Die Anschlussteile des bekannten Federelements, die durch die Verbindungsteile miteinander verbunden sind, sind sowohl um die Hauptachse herum gegeneinander verdrehbar als auch in Richtung der Hauptachse gegeneinander verschiebbar.

Aus der US 4,856,785 A ist ein Konstruktionselement bekannt, bei dem helikal um eine Hauptachse gekrümmt verlaufende Verbindungs teile zwischen zwei Anschlussteilen eine lineare Kraft in Richtung zwischen den Anschlussteilen ausüben. Die Verbindungs teile sind gelenkig an die Anschlussteilen gelagert und sie sind über Verbindungsstreben zwischen den Anschlussteilen miteinander verbunden, um ein Ausbrechen der Verbindungsteile in radialer Richtung zu der Hauptachse des Konstruktionselements zu verhindern.

Aus der DE 196 46 722 A1 ist ein Türschließer mit einem Energiespeicher zum Schließen eines Türflügels bekannt. Der Energiespeicher weist ein Konstruktionselement mit mehreren zwischen zwei Anschlussteilen abgestützten stabförmigen Verbindungsteilen auf. Die elastisch verformbaren Verbindungs teile sind linear oder gekrümmt stabförmig zwischen den Anschlussteilen angeordnet. Das Konstruktionselement wird in dem Türschließer auf Druck oder Zug in Richtung seiner Hauptachse beansprucht. Zusätzlich ist eine Beanspruchung auf Torsion zwischen seinen Anschlusselementen möglich. Für das eine Anschlusselement kann dabei ein ortsfestes Drehlager vorgesehen sein, in dem es sich gegen die Kraft einer weiteren Feder verdreht. Dabei ist das andere Anschlussteil in Richtung auf das drehbar gelagerte Anschlussteil gegen Federkraft verschieblich angeordnet.

Aus der US 5,594,330 A ist ein Konstruktionselement mit rota tionssymmetrisch zu einer Hauptachse des Konstruktionselements angeordneten Verbindungsteilen zwischen zwei Anschlussteilen bekannt, wobei die Form der Verbindungsteile zwischen den Anschlussteilen durch Aktuatoren aktiv veränderbar ist, um die Anschlussteile um die Hauptachse gegeneinander zu verdrehen. Umgekehrt können Sensoren an den Verbindungsteilen relative Verdrehungen der Anschlussteile erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung eines Konstruktionselement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, bei der besonders kleine Torsionssteifigkeiten zwischen den Anschlußteilen des Konstruktionselements erreicht werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Verwendung eines elastischen Konstruktionselement als Torsionsfeder mit negativer Steifigkeit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Verwendung sind in den Patentansprüchen 2 bis 11 beschrieben.

Die Torsionsfeder mit negativer Steifigkeit kann mit einer herkömmlichen mechanischen Torsionsfeder mit positiver kombiniert werden, womit Gesamttorsionssteifigkeiten nahe null problemlos realisierbar sind. Die Größe und die Wegabhängigkeit der negativen Torsionssteifigkeit aus der erfindungsgemäßen Verwendung des Konstruktionselements können aber auch durch eine aktive Ansteuerung des Konstruktionselements variiert werden.

Wichtig für das erfindungsgemäß zu verwendende Konstruktions element sind die Verbindungsteile mit dem helikalen Verlauf um die Hauptachse des Konstruktionselements. Normalerweise weisen die Verbindungsteile diesen helikalen Verlauf in jeder Funktionsstellung des Konstruktionselements auf. Wenn der lineare Abstand der Anschlußteile in Richtung der Hauptachse beschränkt ist, gibt es aber eine Funktionsstellung des Konstruktionselements, in der sich die Verbindungsteile mit ihrer Haupterstreckungsrichtung ohne tangentiale Komponente um die Hauptachse zwischen den beiden Anschlußteilen erstrecken. Zumindest in dieser speziellen, erfindungswesentlichen Funktionsstellung des Konstruktions elements weisen die Verbindungsteile dann aber eine Beulung auf, die in der Regel von der Hauptachse weg gerichtet ist, aber auch auf diese zu gerichtet sein kann. Das heißt, die Verbindungs teile sind niemals geradlinig gestreckt parallel zu der Hauptachse des Konstruktionselements ausgerichtet, so daß niemals eine strukturelle Aussteifung des Konstruktionselements 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 dem Konstruktionselement ist.

Die Steigung der helikalen Verbindungsteile um die Hauptachse des Konstruktionselements 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.

Das Konstruktionselement ist durch verschiedenste 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. Für die Erfindungsgemäße Verwendung ist es aber notwendig, ein voneinander Entfernen der Anschlußteile in der Hauptrichtung des Konstruktionselements zu unterbinden oder zumindest einzuschränken, da dieses die erfindungswesentliche Beulung abbauen würde. So kann für das zweite Anschlußteil ein gegenüber dem ersten Anschlußteil in Richtung der Hauptachse ortsfestes Drehlager vorgesehen sein, das nur relative Verdrehungen der Anschlußteile ermöglicht.

Die Steifigkeit des Konstruktionselements hängt natürlich von der Steifigkeit der einzelnen Verbindungsteile ab, in die wiederum die Länge der Verbindungsteile wesentlich eingeht. Bei relativ langen und dünnen Verbindungsteilen kann es sinnvoll sein, Versteifungsstreben vorzusehen, die endseitig an den Verbindungsteilen angreifen und so bestimmte Relativlage veränderungen der Verbindungsteile verhindern, beispielsweise ein starkes Ausbeulen der Verbindungsteile.

Die bisherigen Ausführungen betrafen das Konstruktionselement sowohl in passiver als auch in aktiver, d. h. in aktiv ansteuerbarer Ausführung. Eine solche aktiv ansteuerbar Aus führung wird beispielsweise erreicht, wenn mindestens ein ansteuerbarer Aktuator vorgesehen ist, der bei seiner Ansteuerung die Form mindestens eines der Verbindungsteile 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 dem Konstruktionselement 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 Winkelsensoren auszubilden.

Bei einem aktiv ausgebildeten Konstruktionselement mit einer Regelschleife für die Kontrolle der angestrebten Relativlage veränderung 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. Dies Vorgehen weist beachtliche Vorteile auf, wenn das Konstruktionselement unter beengten Raumverhältnissen mit beengten Anschlußmöglichkeiten eingesetzt wird.

Es ist möglich, bei dem Konstruktionselement 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 des Konstruk tionselements sind die linearen Aktuatoren bzw. Sensoren jedoch längs der Verbindungsteile angeordnet. Das heißt, sie weisen denselben Verlauf wie die Verbindungsteile auf. Bei einseitig an den Verbindungsteilen angeordneten Aktuatoren kann mit den Aktuatoren vornehmlich die Beulung der Verbindungsteile 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.

Das Konstruktionselement kann auf verschiedene Weise mit weiteren identischen oder ähnlich aufgebauten Konstruktions elementen verschaltet werden. Besonders interessant sind Verschaltungen mit einer spiegelsymmetrische Anordnung von zwei Konstruktionselementen, bei der die Verbindungsteile der beiden Konstruktionselemente außerhalb der Funkstionsstellung ohne helikale Krümmungen gegenläufige helikale Krümmungen aufweisen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen eines dabei zu verwendenden elastischen Konstruktionselements und eines Ausführungsbeispiels der Verwendung selbst näher erläutert und beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Seitenansicht einer ersten Aus führungsform eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 2 eine perspektivische Seitenansicht einer zweiten Aus führungsform eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 3 verschiedenen Anbringungsmöglichkeiten von Aktuatoren und/oder Sensoren an den Verbindungsteilen eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 4 verschiedene Aufbauten der Verbindungsteile eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 5 eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Aus führungsform eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 6 verschiedene Lager für die Verbindungsteile an den Anschlußteilen eines Konstruktionselements für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 7 ein erstes Anordnungsbeispiel für ein Konstruktions element für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 8 ein Anordnungsbeispiel für ein Paar von Konstruk tionselementen für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 9 ein Anordnungsbeispiel für zwei senkrecht zueinander angeordnete Paare von Konstruktionselementen für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 10 ein zweites Anordnungsbeispiel für zwei senkrecht zueinander angeordnete Paare von Konstruktions elementen für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 11 ein Anordnungsbeispiel für drei senkrecht zueinander ausgerichtete Paare von Konstruktionselementen für die erfindungsgemäße Verwendung,

Fig. 12 eine Vorrichtung zur aktiven Ansteuerung von zwei Paaren von Konstruktionselementen in der Anordnung gemäß Fig. 9,

Fig. 13 die neue Verwendung eines Konstruktionselements als Torsionsfeder mit negativer Steifigkeit und

Fig. 14 Federkennlinien zu der Torsionsfeder mit negativer Steifigkeit gemäß Fig. 13 sowie zu einer konventio nellen Torsionsfeder und zu einer Kombination dieser beiden Torsionsfedern.

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. Bei 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 Ausführungsform des Konstruktionselements 1 gemäß Fig. 2 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 könnten auch als Sensoren ausgebildet sein, mit denen durch äußere Einwirkungen hervor gerufene Formveränderungen der Verbindungsteile 4 registriert werden. Hieraus kann dann auf eine zugrundeliegende Relativlage verschiebung der Anschlußteile 2 und 3 rückgeschlossen werden.

Fig. 3 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. 4 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. 4 sind verschiedene Querschnittsformen 14 der Verbindungsteile 4 skizziert. Die Querschnittsform ist auf den jeweiligen Anwendungszweck abzustimmen. In einer konkreten Ausführungsform des neuen Konstruktionselements 1 bestehen die Verbindungsteile 4 aus Abschnitten von schmalem Federstahlflachband.

Fig. 5 skizziert, daß die Verbindungsteile 4 des neuen Konstruktionselements 1 nicht notwendigerweise einen konstanten Querschnitt über ihre gesamte Erstreckung zwischen den An schlußteilen 2 und 3 aufweisen müssen. Vielmehr können sich die Querschnitte auch mehr oder weniger stark über diese Erstreckung hinweg ändern.

Fig. 6 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 neuen Konstruktionselements 1 gegenüber Ermüdungsbrüchen im Bereich der Anbindung der Verbindungsteile 4 an die Anschlußteile 2 und 3 gewährleisten.

Das in Fig. 7 skizzierte Anwendungsbeispiel für ein Konstruk tionselement 1 betrifft die Schwingungsdämpfung einer Masse 19 gegenüber einer Basis 20. Dabei kann das Konstruktionselement 1 als passives Federelement aber auch als aktiv ansteuerbares Aktuatorelement oder auch als Sensorelement oder auch als kombiniertes Aktuator- und Sensorelement vorgesehen sein. Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 ist es jedoch schwierig, die Masse 19 nur in einer isolierten Richtung gegenüber der Basis 20 zu manipulieren.

Bei dem Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist ein Paar von Konstruktionselementen 1 vorgesehen, die in spiegelsymmetrischer Anordnung zu einer senkrecht zu ihren Hauptachsen 5 verlaufenden Symmetrieebene 20 angeordnet sind. So kann die Masse 19 relativ zu der Basis 20 um die gemeinsame Hauptachse 5 der Konstruk tionselemente 1 verdreht werden, ohne daß es gleichzeitig zu einer Relativverschiebung in Richtung der Hauptachse 5 kommt, wenn beide Konstruktionselemente 1 auf eine Formveränderung der Verbindungsteile 4 angesteuert werden. Durch gegenläufige Ansteuerung ist es grundsätzlich 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 masseseitigen Konstruktionselementen 1 ein Rahmen 22 angeordnet ist. So ist der Rahmen 22 mit den basisseitigen Konstruktions elementen 1 um die hier horizontale Achse verschwenkbar bzw. in Richtung dieser Achse verschiebbar, während mit den masse seitigen Konstruktionselementen 1 die Masse 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 ein Anwendungsbeispiel, bei dem 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 der Masse 19 an. Damit ist zwar keine in idealer Weise unabhängige Relativlageveränderung der Masse 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 der Masse 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 relativ unabhängige Verschwenkung der Masse 19 gegenüber der Basis 20 um die beiden gemeinsamen Hauptachsen 5 jeweils eines Paars von Konstruktionselementen 1 möglich.

In Fig. 11 ist skizziert, daß die Masse 19 insgesamt durch 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 der Masse 19 ergänzt wurde. So sind insgesamt drei zueinander senkrecht verlaufende Kippachsen für die Masse 19 gegenüber der Basis 20 realisiert.

Fig. 12 skizziert anhand der Anordnung von zwei zueinander senkrecht ausgerichteten Paaren von Konstruktionselementen 1 unter Zwischenordnung eines Rahmens 22 die Ansteuerung der Konstruktionselemente 1 bzw. von daran angeordneten Aktuatoren. Ein an der Masse 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 die Masse 19 aktiv in Ruhe gehalten wird.

Fig. 13 skizziert die erfindungsgemäße Verwendung des neuen Konstruktionselements 1, bei denen es sich um eines gemäß jeder der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen in jeder der voranstehend beschriebenen Anordnungen handeln kann. Bei der konkreten Anordnung gemäß Fig. 13 ist zwischen den Anschluß teilen 2 und 3 neben den Verbindungsteilen 4 ein Abstandhalter 26 fester Länge 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. In jedem Fall muß der lineare Abstand der Anschlußteile 2, 3 in der Haupt richtung 5 beschränkt sein. 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 Anschluß teile 2 und 3 bezüglich ihrer Drehstellung in einem labilen Gleichgewicht. Jede Relativverdrehung der 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 aus der hier beschriebenen Funktionsstellung mit dem labilen Gleichgewicht 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 Konstruk tionselement 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 Torsions steifigkeit ergibt sich in dem Bereich um das labile Gleich gewicht bei 28. Hierdurch kann die Steifigkeit einer Torsions feder mit der geradlinigen Federkennlinie 29 bereichsweise so reduziert werden, wie es die kombinierte Federkennlinie 30 im Bereich um 28 herum anzeigt.

Variationen der Federkennlinie 27 des erfindungsgemäß verwen deten Konstruktionselements sind aber auch allein durch seine aktive Ansteuerung mittels der Aktuatoren 7 bis 10 möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Konstruktionselement

2

Anschlußteil

3

Anschlußteil

4

Verbindungsteil

5

Hauptachse

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

1. Verwendung eines elastischen Konstruktionselements mit einem ersten und einem zweiten in sich starren Anschlußteil und mit mindestens drei endseitig an den beiden Anschlußteilen gelagerten und zwischen diesen verlaufenden formveränderlichen Verbindungsteilen, die Torsionskräfte und/oder -bewegungen um eine Hauptachse des Konstruktionselements zwischen den Anschluß teilen vermitteln, wobei die Verbindungsteile rotationssymme trisch zu der Hauptachse angeordnet sind und zwischen den beiden Anschlußteilen eine veränderliche Steigung aufweisen und wobei die Verbindungsteile, zumindest in einer Mehrzahl von Funktions stellungen des Konstruktionselements, zwischen den beiden An schlußteilen einen helikal um die Hauptachse herum gekrümmten Verlauf aufweisen, als Torsionsfeder, dadurch gekennzeichnet, dass der lineare Abstand der Anschlussteile (2, 3) in Richtung der Hauptachse (5) beschränkt wird und dass das Konstruktions element (1) in eine Funktionsstellung gebracht wird, in der die Verbindungsteile (4) zwischen den beiden Anschlussteilen (2, 3) keine helikale Krümmung um die Hauptachse (5) herum aufweisen, wobei die Verbindungsteile (4) einen von der Hauptachse (5) weg oder zu der Hauptachse (5) hin gebeulten Verlauf zwischen den beiden Anschlussteilen (2 und 3) aufweisen, so dass sich die beiden Anschlussteile (2 und 3) bezüglich ihrer Drehstellung um die Hauptachse (5) in einem labilen Gleichgewicht befinden und das Konstruktionselement bei einer Relativverdrehung der beiden Anschlussteile (2, 3) aus dieser Funktionsstellung heraus eine negative Torsionssteifigkeit aufweist.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (4) des Konstruktionselements (1) gelenkig an den Anschlußteilen (2 und 3) gelagert sind.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das zweite Anschlußteil (3) des Konstruktionselements (1) ein gegenüber dem ersten Anschlußteil (2) ortsfestes Drehlager vorgesehen ist.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß Versteifungsstreben (6) vorgesehen sind, die endseitig an den Verbindungsteilen (4) des Konstruktionselements (1) angreifen.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens ein ansteuerbarer Aktuator (7 bis 10) vorgesehen ist, der bei seiner Ansteuerung die Form mindestens eines der Verbindungsteile (4) des Konstruktions elements (1) verändert.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens ein ein Signal abgebender Sensor vorgesehen ist, dessen Signal sich mit Formveränderungen mindestens eines der Verbindungsteile (4) des Konstruktions elements (1) ändert.

7. Verwendung nach Anspruch 5 und Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß bei dem Konstruktionselement (1) ein einziges Bauteil sowohl als der Aktuator als auch als der Sensor verwendet wird.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (7) bzw. Sensoren vorgesehen sind, die endseitig an verschiedenen Verbindungs teilen (4) des Konstruktionselements (1) angreifen.

9. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (8 bis 10) bzw. Sensoren vorgesehen sind, die längs der Verbindungsteile (4) des Konstruktionselements (1) angeordnet sind.

10. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß lineare Aktuatoren (10) bzw. Sensoren so angeordnet sind, daß sie mindestens eines der Verbindungsteile (4) des Konstruktionselements (1) tordieren bzw. dessen Torsion registrieren.

11. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß an dem zweiten Anschlußteil (3) des Konstruk tionselements (1) ein Bauteil befestigt ist, das weiterhin an dem zweiten Anschlußteil (3) eines zweiten Konstruktionselements (1) befestigt ist, wobei die beiden Konstruktionselemente spiegelsymmetrisch zu einer Ebene (21) aufgebaut sind, die senkrecht zu ihrer gemeinsamen Hauptachse (5) verläuft.