DE102004001470B4

DE102004001470B4 - Mechanischer Resonator

Info

Publication number: DE102004001470B4
Application number: DE200410001470
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Bansemir
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: DE102004001470A1

Abstract

Mechanischer Resonator, insbesondere für einen Schwingungsabsorber, umfassend:
– mindestens eine im Bereich ihres Umfangs (2a) zumindest an drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Befestigungspunkten eingespannte, flächige, plattenförmige Feder (2) mit inselartigen Durchgangsspalten (6, 30, 44, 46, 48) und einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen quasiisotropen Verhalten,
wobei die Feder (2) innerhalb ihrer Federgrundrissfläche mindestens eine ringscheibenartige Federfläche (8) besitzt, die an ihrem äußeren und/oder inneren Flächenrand jeweils über einen Durchgangsspalt (6, 30, 44, 46, 48) hinweg durch mehrere innere und/oder äußere Stege (10, 32, 50, 52, 54), die gegeneinander versetzt angeordnet sind, mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten verbunden ist,
wobei Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche (8), die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung derselben benachbarten inneren oder äußeren Stegen (10, 32, 50, 52, 54) liegen, jeweils Torsionsarme (12) bilden; und
– eine träge Masse (18; 18a, 18b), die mit der Feder (2) verbunden ist und bei einer Auslenkung (dX) in einer zur...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen mechanischen Resonator, insbesondere für einen Schwingungsabsorber bzw. -tilger. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung eines solchen Resonators sowie ein Drehflügelflugzeug, insbesondere Hubschrauber, mit einem derartigen Resonator.
STAND DER TECHNIK
Eine Vielzahl von mechanischen Resonatoren, insbesondere für Schwingungsabsorber bzw. -tilger, wird benutzt, um in einem System, wie z.B. in einem Drehflügelflugzeug oder einem Automobil, Schwingungen zu tilgen. Die mechanischen Resonatoren können hierbei über konstante oder aber variable Resonanzfrequenzen verfügen. Einfache mechanische Resonatoren weisen häufig einseitig oder zweiseitig eingespannte (Blatt-)Federn mit einer oder mehreren trägen Massen auf. Die Resonanzfrequenz ist hierbei durch die Anordnung von Feder und Masse festgelegt.
Im Drehflügelflugzeugbau wird in neuerer Zeit die Rotordrehzahl in bestimmten, eingeschränkten Drehzahlbereichen (z. B. zwischen 95% und 105% der Rotornenndrehzahl) variabel gehalten. Damit verlieren Resonatoren mit fest abgestimmten Frequenzen ihre Bedeutung, da sie nicht den variablen Rotordrehzahlen angepasst werden können.

Aus der DE 196 41 763 A1 sind verschiedene mechanische Resonatoren bekannt, die als Feder-Masse-Schwinger arbeiten und durch Verschiebung der Masse an der Feder oder durch Verlagerung einer Einspannstelle der Feder eine Veränderung der Resonanzfrequenz erreichen. Das Verschieben oder Verlagern erfolgt mit Hilfe geeigneter Stellantriebe. Bei dieser Bauart ist also eine mechanische Veränderung der Eigenfrequenz möglich, jedoch ist der dafür erforderliche konstruktive und steuerungs- bzw. regelungstechnische Aufwand sehr groß. Darüber hinaus erreichen die Stellantriebe nur eine geringe Stellgeschwindigkeit und somit auch nur eine langsame Veränderung der Eigenfrequenz. Besonders in Drehflügelflugzeugen können sich Schwingungszustände jedoch sehr rasch ändern, so dass eine schnelle Anpassung des Resonators und eine schnelle Veränderung seiner Eigenfrequenz erforderlich ist, was mit dem vorbekannten System jedoch nicht zufriedenstellend realisierbar ist.

Die DE 197 39 877 A1 offenbart einen weiteren mechanischen Resonator mit variabler Resonanzfrequenz, der eine einseitig eingespannte Feder mit einer trägen Masse aufweist. Die Feder ist mit einem elektromechanischen Wandler versehen, der eine elektrische Spannung in eine mechanische Dehnung umformt. Ein Dehnungssensor erfasst die durch die träge Masse erzeugte Federauslenkung und liefert ein Steuersignal für eine elektronische Steuereinheit. Über die Steuereinheit kann die durch den elektromechanischen Wandler auf die Feder ausgeübte Verformungs- oder Kraftwirkung kontinuierlich gesteuert und damit auch die Resonanzfrequenz variiert werden. Die einseitig eingespannte Feder mit der Masse besitzt jedoch einige wesentliche Nachteile. So erzeugt der Resonator im Bereich der Einspannstelle der Feder ungünstige Lagerkräfte und -Momente, die insbesondere bei einer Drehflügelflugzeug- oder Automobilstruktur nicht optimal in die Struktur eingeleitet und von dieser aufgenommen werden können. Darüber hinaus erzeugt die bewegte träge Masse eine über die Federlänge verteilte innere Formänderung bzw. Formänderungsenergie (sog. Strain-Energy-Density), die nicht konstant ist. Dadurch wird die Federstruktur nicht gleichmäßig oder optimal ausgenutzt.

Alle der zuvor genannten mechanischen Resonatoren besitzen somit den Nachteil, dass sie sich in Leichtbaukonstruktionen, wie z.B. in einer mit Spanten und Stringern versehenen Zelle eines Drehflügelflugzeugs oder eines Fahrzeugs, nur sehr ungünstig an die Leichtbaustruktur anbinden lassen, da die zur Verfügung stehenden Befestigungsstellen in der Regel zu weich bzw. nicht steif genug sind und im Betrieb der Leichtbaustruktur selbst erhebliche Schwingungen ausführen. Die Resonatoren können ihre gewünschte Wirkung daher nicht optimal entfalten bzw. bringen an den Befestigungsstellen lokal überhöhte Spannungen auf die Struktur, was ebenfalls nicht erstrebenswert ist.

Aus der DE 41 41 637 A1 ist ein aktives, elastisches Lager zur Lagerung von Verbrennungsmaschinen bekannt, welches über einen mechanischen Resonator verfügt. Der mechanische Resonator weist eine in einem permanenten Magnetfeld schwingende Spule auf, an die eine zweiteilige Tilgermasse mit zwei teleskopartig ineinandergreifenden und ein Doppelführungssystem bildenden Tilgermassen-Elementen angekoppelt ist. Die Spule ist zum Zwecke einer exakten Vertikalführung über zwei, quer zur Spule verlaufende und untereinander parallele, radialsteife Federn aufgehängt. Die beiden Feder sind als Ringfedern ausgestaltet. Jede dieser Federn ist über zwei gleichmäßig voneinander beabstandete Befestigungspunkte an einem ortsfesten Teil des Resonators und über zwei verbindende Stege mit der jeweils zugeordneten Tilgermasse-Elementen verbunden.

Die US-P-3 648 999 offenbart einen mechanischen Resonator, der in seiner Bauweise derjenigen der zuvor genannten DE 41 41 637 A1 stark ähnelt. So verfügt auch dieser Resonator über zwei parallel und übereinander angeordnete Federsysteme sowie ein Führungssystem, welches durch teleskopartig ineinandergreifende Tilgermassen-Elemente in Form eines ortsfesten Magneten und einer relativ zu diesem beweglichen Spule gebildet ist. Die Spule ist an einer Art Kolbenstange befestigt, die sich längs durch den Magneten erstreckt. Die Kolbenstange ist an ihrem oberen und unteren Ende jeweils mittels einer ringartigen Feder an einem Resonatorgehäuse befestigt. Die Feder besitzt drei Arme mit Gelenkabschnitten, die bei einer Auslenkung der beweglichen Spule biegebeansprucht werden. Durch dieses Doppelfeder-Führungssystem sollen Querkräfte aufgenommen und ein Kippen und Verkanten der beweglichen Spule verhindert werden. Diese Konstruktion hat jedoch ein hohes Gewicht und ein großes Bauvolumen, insbesondere eine sehr große Bauhöhe.

Aus der DE 198 23 716 A1 ist ein mechanischer Resonator bekannt, der in seinem Aufbau im Wesentlichen den Konstruktionen der zuvor genannten US-P-3 648 999 ähnelt und wie diese über ein Doppelfeder-Führungssystem verfügt. Die beiden Federn dieses Doppelfeder-Führungssystems besitzen eine ringscheibenartige Federfläche mit einer Vielzahl von Blattfeder-Armen, die sich spiralförmig um das Federzentrum herum erstrecken. Die Federn besitzen dadurch in Umfangsrichtung ein anisotropes Steifigkeitsverhalten.

Aus der DE 196 05 551 C2 geht ein aktiver mechanischer Resonator hervor, der in seinem Grundaufbau den drei zuvor erläuterten Konstruktionen ähnelt. Insbesondere ist eine Tilgermassen-Anordnung vorgesehen, die in der Art einer Tauchspulenanordnung ausgebildet ist. Die Tilgermasse ist über jedoch nur über eine einzelne Federeinrichtung an einem Auflager befestigt. Diese Federeinrichtung besitzt drei segmentartige Federelemente, die mit der Tilgermasse verbunden sind und zusammen eine ringartige Anordnung bilden.

Die DE 34 28 820 C2 zeigt einen mechanischen Resonator, der über einen Pendelstab mit einer Pendelmasse verfügt. Der Pendelstab ist in zwei sphärischen Lagern gelagert, die in Längsrichtung des Pendelstabs voneinander beabstandet sind. Dieser mechanische Resonator besitzt ferner eine um eines der Lager herum angeordnete Federeinheit, die mehrere in einer Ebene halbkreis- oder spiralförmig angeordnete Blattfederarme aufweist. Die Federeinheit dient dazu, Pendelbewegungen des Pendelstab abzufedern.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, einen neuartigen, einfachen und effektiven, besonders für den Einsatz in einem Drehflügelflugzeug geeigneten mechanischen Resonator, insbesondere für einen Schwingungstilger, zu schaffen, der über einen hohen Wirkungsgrad verfügt, sich günstig und ohne die Verursachung lokal überhöhter Spannungen an eine Leichtbaustruktur anbinden lässt und der über ein geringes Bauvolumen, insbesondere eine geringe Bauhöhe, und ein niedriges Eigengewicht verfügt, und der bei einer Auslenkung der Tilgermasse dennoch nicht kippt oder verkantet. Ferner soll eine besonderes geeignete Verwendung für einen solchen Resonator geschaffen sowie ein Drehflügelflugzeug mit einem solchen Resonator bereit gestellt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch einen mechanischen Resonator mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Dieser mechanische Resonator, insbesondere für einen Schwingungsabsorber, umfasst: mindestens eine im Bereich ihres Umfangs zumindest an drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Befestigungspunkten eingespannte, flächige, plattenförmige Feder mit inselartigen Durchgangsspalten und einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen quasiisotropen Verhalten; wobei die Feder innerhalb ihrer Federgrundrissfläche mindestens eine ringscheibenartige Federfläche besitzt, die an ihrem äußeren und/oder inneren Flächenrand jeweils über einen Durchgangsspalt hinweg durch mehrere innere und/oder äußere Stege, die gegeneinander versetzt angeordnet sind, mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten verbunden ist; wobei Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung derselben benachbarten inneren oder äußeren Stegen liegen, jeweils Torsionsarme bilden; und eine träge Masse, die mit der Feder verbunden ist und bei einer Auslenkung in einer zur Plattenebene der Feder im Wesentlichen senkrechten Richtung (X) die Torsionsarme über die Stege in sich verdreht.

Betrachtet man die plattenförmige Feder ohne die Durchgangsspalten, so besitzt sie gewissermaßen eine membranartige Federgrundstruktur. Unter „inselartigen" Durchgangspalten sind Durchgangsspalten zu verstehen, die vollständig von benachbarten Plattenflächenbereichen der Feder umschlossen sind. Die Breite und/oder die Form der jeweiligen Durchgangsspalten der Feder kann grundsätzlich gleich oder aber unterschiedlich sein. „Quasiisotropes Verhalten" bedeutet, dass die Feder in Umfangsrichtung ein im Wesentlichen isotropes Steifigkeitsverhalten jedoch nicht zwingender Weise eine isotrope Festigkeit aufweist. Eine ringscheibenartige Federfläche ist im Sinne der Erfindung nicht ausschließlich auf kreisrunde Ringscheibenelemente beschränkt, sondern umfasst auch polygonale ringscheibenartige Elemente, d.h. im einfachsten Fall sogar dreieckige ringscheibenartige Elemente.

Die jeweiligen Federflächen der Feder einschließlich der mindestens einen ringscheibenartigen Federfläche liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene, woraus eine ebene Federkonstruktion resultiert. Sie können indes auch in unterschiedlichen Ebenen liegend angeordnet sein, wodurch sich z.B. eine stufenförmig aufgebaute oder in sich gewölbte Federkonstruktion ergibt. Die Dicke des Plattenmaterials der Feder ist vorzugsweise konstant. Je nach Anwendungsfall und Ausführungsform kann die Dicke jedoch auch örtlich unterschiedlich sein. Die Anzahl der für die mindestens eine bzw. die jeweilige ringscheibenartige Federfläche vorgesehenen inneren und/oder äußeren Stege kann je nach Federform gleich oder unterschiedlich sein.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, einen neuartigen, hocheffektiven mechanischen Resonator bereit zu stellen, der die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile im Wesentlichen vollständig vermeidet. Der erfindungsgemäße mechanischen Resonator lässt sich sowohl als Resonator mit konstanter als auch veränderlicher Eigenfrequenz realisieren. Und mit beiden Bauformen sind Vibrationen zuverlässig reduzierbar. Der erfindungsgemäße Resonator mit variabler Resonanzfrequenz kann hierbei sehr schnell und effektiv an veränderliche Schwingungszustände und erforderliche Eigenfrequenzen angepasst werden. Für die Herstellung und den Betrieb des erfindungsgemäßen mechanischen Resonators ist nur ein vergleichsweise geringer konstruktiver und steuerungs- bzw. regelungstechnischer Aufwand erforderlich, wie nachfolgend noch deutlicher werden wird.

Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Resonator die besonders ausgestaltete plattenförmige und im weitesten Sinne membranartige Feder im Bereich ihres Umfangs oder Außenrandes an einer Vielzahl von gleichmäßig voneinander beabstandeten Befestigungspunkten oder sogar allseitig einspannbar.

Und ihre federnde Teile, d.h. insbesondere die mindestens eine ringscheibenartige Federfläche, befinden sich weit außerhalb der Einspannstellen. Der Resonator lässt sich deshalb auf besonders günstige Art und Weise an Strukturen befestigen, trägt zur Versteifung der Struktur selbst bei und leitet im Betrieb nur vergleichsweise geringe Kräfte oder Momente großflächig in die Struktur ein. Die auftretenden Belastungen sind von der betreffenden Struktur folglich leicht aufnehmbar. Lokal überhöhte Spannungen an den Einspannstellen der Feder und den Befestigungsstellen des Resonators können daher wirkungsvoll vermieden werden.

Aufgrund der quasiisotropen Eigenschaften der plattenförmigen Feder erzeugt die bewegte träge Masse im Betrieb des erfindungsgemäßen Resonators zudem eine im Wesentlichen konstante innere Formänderung bzw. Formänderungsenergie in der Feder, so dass die Federstruktur gleichmäßig ausgenutzt wird, was den Wirkungsgrad des gesamten Resonators im Hinblick auf die zu erzielende Schwingungstilgung erheblich erhöht und optimiert.

Der erfindungsgemäße mechanische Resonator eignet sich folglich auch hervorragend für die Verwendung in Leichtbaustrukturen, die selbst erhebliche Schwingungen ausführen und in denen die für einen Resonator zur Verfügung stehenden Befestigungsstellen in der Regel recht weich sind bzw. nur über eine geringe Eigensteifigkeit verfügen.

Aufgrund der zuvor genannten positiven Eigenschaften ist der erfindungsgemäße Resonator auch besonders vorteilhaft als Schwingungstilger in Drehflügelflugzeugen oder Automobilen einsetzbar, bei denen sich Schwingungszustände rasch und in Abhängigkeit von rotierenden Komponenten wie z.B. Motoren, Getrieben oder Rotoren drehzahlabhängig ändern. Der erfindungsgemäße mechanische Resonator kann hierbei zu einer erheblichen Reduzierung des jeweils auftretenden Schwingungsniveaus beitragen.

Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen mechanischen Resonators sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 17.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch eine erfindungsgemäße Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Diese Lösung betrifft die Verwendung eines mechanischen Resonators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 als Schwingungsabsorber bzw. -tifger in einer Struktur eines Drehflügelflugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers. Mit der erfindungsgemäßen Verwendung sind im Wesentlichen die gleichen Vorteile zu erzielen, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen mechanischen Resonator selbst erläutert wurden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem dritten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 19. Dieses Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, umfasst mindestens einen mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17. Der mechanische Resonator ist hierbei vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Spanten und/oder Stringern einer Drehflügelflugzeug-Struktur, z.B. einer Hubschrauberzelle, angeordnet. Der Resonator kann optional über Hilfsspanten oder zusätzliche Halterungen befestigt sein. Das erfindungsgemäße Drehflügelflugzeug bietet im Wesentlichen die gleichen Vorteile, die bereits weiter oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen mechanischen Resonator dargelegt wurden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen mechanischen Resonator gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Schnittansicht des Resonators von 1 entlang der Linie II-II in 1;
3 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen mechanischen Resonator gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 eine schematische Schnittansicht des Resonators von 3 entlang der Linie IV-IV in 3;
5 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer dritten Ausführungsform;
6 den Resonator von 5 mit einem schematischen Blockschaltbild einer zugeordneten Kontrolleinrichtung;
7 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen mechanischen Resonator gemäß einer vierten Ausführungsform;
8 eine schematische Schnittansicht des Resonators von 7 entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer fünften Ausführungsform; und
10 eine schematische Draufsicht auf eine wesentliche Komponente eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer sechsten Ausführungsform.
DARSTELLUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren werden zur Vermeidung von Wiederholungen gleiche Bauteile und Komponenten auch mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern keine weitere Differenzierung erforderlich oder sinnvoll ist.
In der 1 ist in einer schematischen Draufsicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators (nachfolgend kurz Resonator genannt) dargestellt, der für eine feste Eigen- bzw. Resonanzfrequenz ausgelegt ist. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Resonators von 1 entlang der Linie II-II in 1. Der Resonator besitzt eine flächige, plattenförmige Feder 2, welche eine kreisförmige Grundrissform besitzt. Die Feder 2 ist in diesem Beispiel aus einen Faserverbundwerkstoff-Material mit einer konstanten Plattendicke hergestellt. Als Faserverbundwerkstoff kann z.B. ein Kohlefaser-, Glasfaser- oder Aramidfaser-Verbundwerkstoff mit einer Matrix aus einem ausgehärteten Harz, z.B. Epoxydharz, Anwendung finden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz eines Faserverbundwerkstoff-Materials beschränkt. Grundsätzlich kann jedes andere geeignete Material Anwendung finden.
Wie in der 1 des Weiteren erkennbar ist, verfügt die kreisrunde Feder 2 über drei integral mit dem Feder-Plattenmaterial ausgebildete Befestigungslaschen 4, die gleichmäßig voneinander beabstandet, d.h. hier um jeweils 120 Grad gegeneinander versetzt, am Kreisumfang der Feder 2 angeordnet sind. In der Feder 2 sind drei gleichartig ausgestaltete, bogenförmige, inselartigen Durchgangsspalten 6 von konstanter Breite vorgesehen, die gleiche Abmessungen und Formen aufweisen. Die Durchgangsspalten 6 definieren innerhalb der kreisrunden Federgrundrissfläche eine ringscheibenförmige Federfläche 8, welche in diesem Beispiel gleichzeitig den äußeren Randbereich 2a der Feder 2 bildet. Wie aus der 1 ersichtlich, ist diese ringscheibenförmige Federfläche 8 an ihrem inneren Flächenrand über die Durchgangsspalten 6 hinweg durch drei innere Stege 10 mit einem benachbarten, mittigen, kreisrunden Federflächen-Abschnitt 2b (nachfolgend kurz Zentralabschnitt 2b genannt) verbunden. Die Stege 10 sind gegeneinander um 120 Grad und in Bezug zu den Befestigungslaschen 4 um 60 Grad versetzt angeordnet.
Die zwischen jeweils zwei Befestigungslaschen 4 befindlichen Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche 8 bzw. die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung benachbarten inneren Stegen 10 liegenden Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche 8 bilden jeweils drei bogenförmige Torsionsarme 12, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Die derart ausgestaltete Feder 2 besitzt bezogen auf ihre Umfangsrichtung bzw. bei einem Winkelumlauf von 360° stets gleiche Steifigkeiten, wodurch ein quasiisotropes Verhalten erreicht wird. Die Feder 2 ist an ihren Befestigungslaschen 4 mit Hilfe von Befestigungsmitteln 14 wie z.B. Schrauben, Nieten oder dergleichen an einer Lagerstruktur 16 einer Hubschrauberzelle oder einer anderen Strukturkomponente, deren Schwingungen zu absorbieren bzw. zu tilgen sind, befestigt.
Wie aus den 1 und 2 des weiteren hervorgeht, umfasst der Resonator eine träge Masse 18, die mit der Feder 2 verbunden ist. Die träge Masse 18 ist in Form von zwei Einzelgewichten 18a, 18b bereit gestellt, die im vorliegenden Beispiel an der Ober- und Unterseite der Feder 2 mittig an dem Zentralabschnitt 2b platziert sind. Die träge Masse 18 ist damit im Wesentlichen im Schwerpunkt oder Flächenschwerpunkt der Feder 2 angeordnet. Die Einzelgewichte 18a, 18b sind mittels Unterlegscheiben 20, 22 und einer sich durch die Gewichte 18a, 18b und die Feder 2 hindurch erstreckenden Verschraubung 24, die eine Dehnschraube umfasst, an der Feder 2 gesichert.
Bei Schwingungen oder Vibrationen der Hubschrauberstruktur wird die träge Masse 18 und damit die Feder 2 in einer zur Federplattenebene im Wesentlichen senkrechten Richtung (X) ausgelenkt. Infolge dieser Auslenkung dX wird ausgehend von dem Zentralabschnitt 2b über die innere Stege 10 bzw. als reactio über die Befestigungslaschen 4 ein Biegemoment in die Torsionsarme 12 eingeleitet, wodurch sich die Torsionsarme 12 in sich verdrehen. Neben vernachlässigbaren weiteren Belastungskomponenten sind die Torsionsarme 12 daher hauptsächlich auf Torsion beansprucht. Die "innere Formänderungsenergie" durch die in X-Richtung ausgelenkte träge Masse 18 bzw. die Feder 2 ist über die Federfläche weitgehend konstant. Damit kann auch die Masse der Feder 2 selbst gut ausgenutzt werden. Die Lagerstruktur 16 wird im Betrieb des Resonators im Wesentlichen nur durch Kräfte in X-Richtung beansprucht, was dem Einbau des Resonators in die Hubschrauberstruktur wesentlich erleichtert und eine sehr günstige Krafteinleitung gewährleistet.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen mechanischen Resonator gemäß einer zweiten Ausführungsform. 4 ist eine schematische Schnittansicht des Resonators von 3 entlang der Linie IV-IV in 3. Auch bei dieser Variante ist der Resonator für eine feste Eigen- bzw. Resonanzfrequenz ausgelegt, die Feder 2 besitzt ebenfalls eine kreisrunde Grundrissform und die träge Masse 18 mit ihren Einzelgewichten 18a und 18b ist mittig im Schwerpunkt bzw. Flächenschwerpunkt der Feder 2 angeordnet. Anders als bei den 1 und 2 ist die Feder 2 jedoch im Bereich ihres Umfangs bzw. äußeren Randes 2a allseitig eingespannt.
Die Feder 2 ist hierbei mit der Unterseite ihres äußeren Randes 2a auf einen inneren Flansch 16a der Lagerstruktur 16 aufgelegt. Die Lagerstruktur 16 kann Teil der Hubschrauberstruktur selbst oder aber ein separates, mit der Hubschrauberstruktur zu verbindendes Bauteil sein. Auf die Oberseite des äußeren Randes 2a der Feder 2 ist eine Ringscheibe 26 (nur in 4 eingezeichnet) aufgelegt. Mit Hilfe von Befestigungsmitteln 28, z.B. Schrauben, Nieten oder dergleichen, die sich im vorliegenden Fall durch die Ringscheibe 26, den Außenrand 2a der Feder 2 und den Flansch 16a hindurch erstrecken, ist die Feder 2 allseitig an der Lagerstruktur 16 fixiert.
Wie aus den 3 und 4 des Weiteren hervor geht, besitzt die Feder 2 wiederum eine ringscheibenartige Federfläche 8, die in diesem Beispiel vollständig innerhalb der Federgrundrissfläche angeordnet ist. Diese Federfläche 8 ist sowohl an ihrem äußeren als auch inneren Flächenrand jeweils über drei bogenförmige innere und äußere Durchgangsspalten 6, 30 hinweg durch drei innere Stege 10 und drei äußere Stege 32 mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten, nämlich dem äußeren Rand 2a der Feder 2 und dem Zentralabschnitt 2b, verbunden. Wie in der 3 gut erkennbar ist, sind die inneren und äußeren Stege 10, 32 in Bezug zueinander jeweils um 60 Grad zueinander versetzt angeordnet. Die inneren Stege 10 sind in Relation zueinander um 120 Grad versetzt. Ein gleiches gilt für die äußeren Stege 32. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel bilden die Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche 8, die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung derselben benachbarten inneren oder äußeren Stegen 10, 32 liegen, jeweils Torsionsarme 12 aus. Die Funktion der Torsionsarme 12 bzw. des gesamten Resonators ist die gleiche wie bei der bereits erläuterten ersten Ausführungsform.
5 veranschaulicht eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer dritten Ausführungsform, der als adaptiver Resonator mit einer variablen Eigen- bzw. Resonanzfrequenz ausgelegt ist. Diese Variante verwendet die gleiche Feder 2 und Federanordnung wie die Ausführungsform gemäß den 3 und 4, so dass von einer erneuten Erläuterung der betreffenden Komponente an dieser Stelle abgesehen und auf die obigen Ausführungen verwiesen werden darf.
Wie in der 5 verdeutlicht, verfügt der Resonator über einen elektromechanischen Wandler 34, mit dem Kräfte in die Feder 2 bzw. die träge Masse 18 einleitbar sind. Der elektromechanische Wandler 34 ist in diesem Beispiel im Zentralabschnitt 2b zwischen der plattenförmigen Feder 2 und den Einzelgewichten 18a, 18b der trägen Masse 18 angeordnet. Da die träge Masse 18 hier zwei Einzelgewichte 18a, 18b umfasst, besitzt auch der elektromechanische Wandler zwei Wandlerelemente 34a, 34b, zwischen denen sich der Zentralabschnitt 2b der Feder 2 erstreckt. Ein einzelnes Wandlerelement 34a, 34b ist bei dieser Konstellation wieder zwischen der Feder 2 und einem der beiden Einzelgewichte 18a, 18b positioniert. Der elektromechanischen Wandler 34 ist als Piezoaktuator und die zwei Wandlerelemente dem entsprechend als scheibenförmige Piezoelementstapel 34a, 34b (nachfolgend kurz Piezostapel 34a, 34b genannt) ausgestaltet.
Zwischen der Oberseite der Feder 2 und der Unterseite des in der 5 oberen Piezostapels 34a und von diesem elektrisch isoliert ist ein Sensor 36 angebracht, der eine Auslenkung dX der Feder 2 bzw. der trägen Masse 18 erfasst. Der Sensor 36 ist in diesem Fall ein Beschleunigungssensor, der die Auslenkung dX indirekt über eine Beschleunigung der Feder 2 bzw. der trägen Masse 18 detektiert. Es sind jedoch auch andere geeignete Sensoren verwendbar, so z.B. auch Weggeber, welche die Auslenkung dX direkt erfassen.
Die aus den Einzelgewichten 18a, 18b, den Piezostapeln 34a, 34b und dem Sensor 36 gebildete Einheit ist mit Hilfe zweier Unterlegscheiben 20, 22 und einer sich durch diese Teile und den Zentralabschnitt 2b erstreckenden Verschraubung 24, die eine Dehnschraube umfasst, an der Feder 2 befestigt und gegeneinander verspannt, damit die Piezostapel 34a, 34b stets unter einer vorbestimmten Druckvorspannung stehen. Mit Hilfe des Piezoaktuators 34 kann die Steifigkeit bzw. „fiktive" Steifigkeit der Feder 2 und/oder der trägen Gesamtmasse 18 und damit die Resonanzfrequenz des Systems aus Feder 2 und träger Masse 18 variiert werden. Dadurch ist der erfindungsgemäße Resonator an unterschiedlichste Schwingungszustände anpassbar.
Die Veränderung der Resonanzfrequenz wird unter Bezugnahme auf die 6 erläutert werden, welche den Resonator von 5 mit einem schematischen Blockschaltbild einer zugeordneten Kontrolleinrichtung 38 zeigt. Die Kontrolleinrichtung 38 ist mit dem Sensor 36 und den Piezostapeln 34a, 34b gekoppelt und kontrolliert, d.h. z.B. steuert oder regelt, kontinuierlich die in Abhängigkeit eines Sensorsignals U_S durch die Piezostapel 34a, 34b und deren Stellkräfte erzeugte Krafteinleitung in die Feder 2. Dadurch wird die Steifigkeit der Feder 2 bzw. der trägen Gesamtmasse und damit die Resonanzfrequenz des Systems aus Feder 2 und träger Masse 18 verändert.
Bei dem Sensorsignal handelt es sich hier um ein von der Auslenkung dX der Feder 2 bzw. der trägen Masse 18 abhängiges Spannungssignal U_S, welches der Kontrolleinrichtung 38 zugeführt und in zwei Verstärkern 40, 42 um den Faktor u_c verstärkt wird. Die von den Verstärkern 40, 42 erzeugten, mit dem Verstärkungsfaktor u_c beaufschlagten Ausgangsspannungen U1, U2 werden mit jeweils gegensinnigen Vorzeichen über Leitungen an die beiden Piezostapel 34a, 34b angelegt. Dadurch wird sich jeweils der eine Piezostapel ausdehnen und der andere zusammenziehen, bzw. umgekehrt. Die Steuergröße u_c kann so gewählt werden, dass die Resonanzfrequenz erhöht bzw. erniedrigt oder aber konstant gehalten wird.
In der 7 ist in einer schematischen Draufsicht ein erfindungsgemäßer mechanischer Resonator gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt, der wiederum für eine variable Resonanzfrequenz ausgelegt ist. 8 ist eine schematische Schnittansicht des Resonators von 7 entlang der Linie VIII-VIII in 7. Wie besonders aus 8 deutlich wird, besitzt diese Variante mehrere, d.h. hier zwei in X-Richtung übereinander gestapelte plattenförmige Federn 2; auf deren Anordnung nachfolgend noch näher eingegangen werden wird. Das Grundprinzip und die Funktionsweise der Federn 2 entspricht denen der zuvor beschriebenen Versionen. Wie aus 7 erkennbar ist, weist die in dieser Zeichnung skizzierte obere Feder 2 innerhalb ihrer kreisrunden Federgrundrissfläche jedoch mehrere, d.h. hier zwei konzentrisch ineinanderliegende ringscheibenartige Federflächen 8 auf.
Die zwei ringscheibenartigen Federflächen 8 der oberen Feder 2 sind durch jeweils vier symmetrisch angeordnete, bogenförmige und bezogen auf die jeweilige Federfläche 8 radial innere und äußere Durchgangsspalten 44, 46, 48, die jeweils in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, voneinander getrennt. Über diese Durchgangsspalten 44, 46, 48 hinweg sind die zwei ringscheibenartigen Federflächen 8 durch jeweils vier innere und äußere Stege 50, 52, 54 miteinander und mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten verbunden. Bei den benachbarten Federflächen-Abschnitten handelt es sich in diesem Ausgestaltungsbeispiel um den Zentralabschnitt 2b bzw. den äußeren Rand 2a der Feder 2. Wie in der 7 angedeutet, ist die radiale Breite der jeweiligen Durchgangsspalten 44, 46, 48 unterschiedlich. Auch die Abmessung der jeweiligen Stege 50, 52, 54, die Breite der beiden ringscheibenartigen Federflächen 8 und ihrer jeweiligen Torsionsarme 12 ist unterschiedlich.
Die in der 8 erkennbare zweite, untere Feder 2 des Resonators kann entweder gleichartig oder auch unterschiedlich zu der in 7 skizzierten oberen Feder 2 ausgestaltet sein. Die beiden Federn 2 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel über einen Zwischenraum hinweg in X-Richtung voneinander beabstandet übereinander liegend angeordnet. Der gegenseitige Abstand der Federn 2 wird durch Abstandshalter 56, 58 zwischen den beiden Federn 2 erzielt. Als Abstandshalter dienen im vorliegenden Fall eine im Bereich des Zentralabschnitts 2b angeordnete kreisförmige Zwischenscheibe 56 und eine am äußeren Rand 2a der Federn 2 positionierte Ringscheibe 58. Die Befestigung der aus den beiden Federn 2 gebildeten Federeinheit an der Lagerstruktur 16, 16a erfolgt z.B. analog zu den Ausführungsformen nach 3 bis 6.
Die Grundkonstruktion des Piezoaktuators 34 mit seinen Piezostapeln 34a, 34b, der trägen Masse 18 mit ihren beiden Einzelgewichten 18a, 18b, des Sensors 36 und seiner Isolierung sowie der Befestigung dieser Teile entspricht im Wesentlichen der von 5. Im vorliegenden Beispiel ist der Sensor 36 jedoch zwischen der unteren Feder 2 und dem unteren Piezostapel 34b angeordnet. Und die Stapelhöhe des unteren Piezostapels 34b ist kleiner als die des oberen Piezostapels 34a. Gleichermaßen ist das obere Einzelgewicht 18a größer als das untere 18b. Mit dieser Anordnung ist ein "Fail-Safe"-Verhalten des Resonators unter Last erreichbar. Weiterhin können mit dieser Anordnung unterschiedliche Steifigkeitsforderungen erfüllt werden.
9 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer fünften Ausführungsform, der ebenfalls für eine variable Resonanzfrequenz ausgelegt ist. Diese Konstruktion verwendet die gleiche Feder 2 wie die Variante gemäß den 3 bis 6. Wie in der 9 erkennbar, ist der Piezoaktuator mit seinen beiden Piezostapeln 34a, 34b in diesem Fall nicht im Bereich des Zentralabschnitts 2b bzw. an der trägen Masse 18, sondern an dem äußeren Rand 2a der Feder 2 angeordnet. Zu diesem Zweck sind die beiden Piezostapel 34a, 34b des Piezoaktuators kreisringförmig ausgebildet. Der untere Piezostapel 34b ist im Bereich des unteren äußeren Randes 2a der Feder 2 auf den Flansch 16a der Lagerstruktur 16 aufgelegt. Der obere Piezostapel 34a ist auf den oberen äußeren Rand 2a der Feder 2 aufgelegt. Auf den oberen Piezostapel 34a ist die Ringscheibe 26 positioniert. Die beiden Piezostapel 34a, 34b sind also zwischen Federrand und Umgebungsstruktur angeordnet.
Die Feder 2 ist an ihrem äußeren Rand 2a auf die bereits aus den 3, 4, 5, 7, 8 bekannte Art und Weise verschraubt, wobei die Verschraubung 28 im vorliegenden Fall auch durch Durchgangsöffnungen in den kreisringförmigen Piezostapeln 34a, 34b hindurch verläuft. Mit Hilfe dieser Schraubenverbindung 28 sind die Piezostapel 34a, 34b mit der Lagerstruktur 16 bzw. der Umgebungsstruktur verspannt. Der Piezoaktuator bildet dadurch einen Teilabschnitt der allseitigen Einspannung der plattenförmigen Feder 2. Im laufenden Betrieb greift der Piezoaktuator somit am äußeren Randbereich 2a der plattenförmigen Feder 2 an. Anstelle kreisringförmiger Piezostapel können z.B. auch Piezostapel in Form von Kreisringsegmenten oder eine Vielzahl „punktueller" Piezostapel mit anderen geeigneten Flächenformen eingesetzt werden. Wie in 9 angedeutet, ist auch bei dieser Variante der Sensor 36 in der Federmitte angebracht und liefert eine Ausgangsspannung an eine Kontrolleinrichtung (nicht gezeigt), die z.B. analog zu der Ausführungsform nach 6 aufgebaut und verschaltet sein kann.
Im laufenden Betrieb werden die Piezostapel 34a, 34b derart von der Kontrolleinrichtung angesteuert, dass sich jeweils einer der ringförmigen Piezostapel dehnt, während sich der andere zusammenzieht, bzw. umgekehrt. Auf diese Weise wird die Resonanzfrequenz des Resonators beeinflusst.
In der 10 ist eine schematische Draufsicht auf eine flächige, plattenförmige Feder 2 eines erfindungsgemäßen mechanischen Resonators gemäß einer sechsten Ausführungsform gezeigt. Wie bereits aus der vorangegangenen Erläuterung deutlich wurde, stellt die Feder 2 eine wesentliche Komponente des erfindungsgemäßen Resonators dar. Wie in der Zeichnung erkennbar ist, besitzt die Feder in dieser Variante die Grundrissform eines gleichseitigen Polygons, d.h. hier die Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks. Die polygonale Federform kann je nach Anwendungsfall jedoch ausgehend von dem Dreieck, über ein Viereck, zum Vieleck bis zum Kreis variiert werden. Die Feder 2 ist an ihrem äußeren Rand 2a allseitig einspannbar.
Bei der gezeigten dreieckigen Feder 2 ist auch die ringscheibenartige Federfläche 8, welche die Torsionsarme 12 aufweist, dreieckig bzw. polygonal ausgestaltet. Obwohl hier nur eine einzelne ringscheibenartige Federfläche 8 dargestellt ist, sind natürlich auch Ausführungsformen mit mehreren ineinanderliegenden polygonalen ringscheibenartigen Federfläche 8 möglich. Die Anzahl der inneren und äußeren Stege 10, 32 ist im vorliegenden Fall unterschiedlich, d.h. es sind hier drei innere Stege 10 und sechs äußere Stege 32 vorhanden. Die Funktion der Feder 2 und ihrer Torsionsarme 12 ist analog zu den zuvor erläuterten Beispielen. Da die inneren Stege 10 und auch die äußeren Stege 32 in einem Winkel von 120 Grad zueinander stehen, wird auch bei dieser Feder 2 ein quasiisotropes Steifigkeitsverhalten erzielt. Bei Verwendung der Feder 2 im Rahmen eines für eine variable Resonanzfrequenz ausgelegten erfindungsgemäßen Resonators kann die Anordnung der trägen Masse sowie der Piezostapel z.B. ähnlich oder auf gleiche Weise wie bei den Ausführungsformen nach 5, 8 und 9 erfolgen.
Erfindungsgemäße mechanische Resonatoren der zuvor beschriebenen Art lassen sich besonders vorteilhaft als Schwingungsabsorber in einer Struktur eines Drehflügelflugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers, verwenden. Der jeweilige mechanische Resonator wird hierbei bevorzugt zwischen zwei benachbarten Spanten und/oder Stringern einer Hubschrauber-Struktur angeordnet, wobei die Anbringung des Resonators bei Bedarf auch über zusätzliche Hilfsspanten bzw. Hilfsstringer oder zusätzliche Halterungen erfolgen kann. Je nach Ausgestaltungsform der schwingenden Struktur, an welcher der Resonator zu befestigen ist, sind jedoch auch andere geeignete Anbringungsstellen und -formen denkbar.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele beschränkt, die lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dienen. Im Rahmen des Schutzumfangs kann der erfindungsgemäße mechanische Resonator vielmehr auch andere als die oben konkret beschriebenen Ausgestaltungsformen annehmen.
Insbesondere kann die Anzahl der verwendeten Piezostapel variieren. Es können grundsätzlich ein, zwei oder mehrere Piezostapel verwendet werden. Ist der erfindungsgemäße Resonator mit mehreren übereinander gestapelten plattenförmigen Federn ausgestattet, so können die Federn beispielweise auch direkt bzw. ohne Zwischenraum aufeinander liegend gestapelt sein, was die Dämpfung erhöht.
Die Federn können zudem über eine gemeinsame oder aber separate träge Massen verfügen, deren Anbringungsorte optional voneinander verschieden sind. Es sind auch Ausgestaltungsvarianten möglich, bei denen der elektromechanische Wandler direkt an den Torsionsarmen angreift. Dies kann z.B. mit Hilfe von flächigen oder plattenförmigen Piezoaktuatoren realisiert werden, die auf die Torsionsarme aufgeklebt oder auf eine andere geeignete Weise befestigt sind. Die Oberfläche der flächigen, plattenförmigen Feder kann in bevorzugten Ausgestaltungsformen auch mit mindestens einer Schicht aus einem Dämpfungsmaterial versehen sein, die z.B. aufgeklebt oder auf andere geeignete Weise an der bzw. den Federn fixiert wird. Durch das Dämpfungsmaterial ist eine erhöhte Dämpfung realisierbar.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Feder
2a: Äußerer Randbereich von 2
2b: Zentralabschnitt von 2
4: Befestigungslaschen
6: Durchgangsspalten (innere-)
8: Ringscheibenförmige Federfläche(n)
10: Innere Stege
12: Torsionsarme
14: Befestigungsmittel/Verschraubung
16: Lagerstruktur
16a: Flansch von 16
18: Träge Masse
18a: Einzelgewicht von 18
18b: Einzelgewicht von 18
20: Unterlegscheibe
22: Unterlegscheibe
24: Verschraubung (mit Dehnschraube)
26: Ringscheibe
28: Befestigungsmittel/Verschraubung
30: Durchgangsspalten (äußere-)
32: Äußere Stege
34: Piezoaktuatar/elektromechanischer Wandler
34a: Piezostapel/Wandlerelement
34b: Piezostapel/Wandlerelement
36: Sensor
38: Kontrolleinrichtung
40: Verstärker von 38
42: Verstärker von 38
44: Durchgangsspalten
46: Durchgangsspalten
48: Durchgangsspalten
50: Stege
52: Stege
54: Stege
56: Zwischenscheibe/Abstandshalter
58: Ringscheibe/Abstandshalter
dX: Auslenkung
U1: Ausgangsspannung von 40
U2: Ausgangsspannung von 42
u_c: Verstärkungsfaktor/Steuergröße
U_S: Sensorsignal/Ausgangsspannung
X: Richtung

Claims

Mechanischer Resonator, insbesondere für einen Schwingungsabsorber, umfassend: – mindestens eine im Bereich ihres Umfangs (2a) zumindest an drei gleichmäßig voneinander beabstandeten Befestigungspunkten eingespannte, flächige, plattenförmige Feder (2) mit inselartigen Durchgangsspalten (6, 30, 44, 46, 48) und einem in Umfangsrichtung im Wesentlichen quasiisotropen Verhalten, wobei die Feder (2) innerhalb ihrer Federgrundrissfläche mindestens eine ringscheibenartige Federfläche (8) besitzt, die an ihrem äußeren und/oder inneren Flächenrand jeweils über einen Durchgangsspalt (6, 30, 44, 46, 48) hinweg durch mehrere innere und/oder äußere Stege (10, 32, 50, 52, 54), die gegeneinander versetzt angeordnet sind, mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten verbunden ist, wobei Bereiche der ringscheibenartigen Federfläche (8), die jeweils zwischen zwei in Umfangsrichtung derselben benachbarten inneren oder äußeren Stegen (10, 32, 50, 52, 54) liegen, jeweils Torsionsarme (12) bilden; und – eine träge Masse (18; 18a, 18b), die mit der Feder (2) verbunden ist und bei einer Auslenkung (dX) in einer zur Plattenebene der Feder (2) im Wesentlichen senkrechten Richtung (X) die Torsionsarme (12) über die Stege (10, 32, 50, 52, 54) in sich verdreht.
Mechanischer Resonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser mehrere übereinander gestapelte plattenförmige Federn (2, 2) besitzt.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Feder (2) im Bereich ihres Umfangs oder Außenrandes (2a) im Wesentlichen allseitig eingespannt (26, 28) ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die träge Masse (18; 18a, 18b) im Wesentlichen im Schwerpunkt oder Flächenschwerpunkt der plattenförmigen Feder (2) angeordnet ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die träge Masse (18) von mindestens zwei Gewichten (18a, 18b) gebildet ist, die auf unterschiedlichen Seiten der plattenförmigen Feder (2) angeordnet und mit dieser verbunden (20, 22, 24) sind.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (2) innerhalb ihrer Federgrundrissfläche mehrere ineinanderliegende ringscheibenartige Federflächen (8) besitzt, die an ihrem äußeren und inneren Flächenrand jeweils über einen Durchgangspalt (6, 30; 44, 46, 48) hinweg durch mehrere innere und äußere Stege (10, 32; 50, 52, 54), die gegeneinander versetzt angeordnet sind, miteinander und/oder mit jeweils benachbarten Federflächen-Abschnitten verbunden sind.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren ineinanderliegenden ringscheibenartigen Federflächen (8) konzentrisch angeordnet sind.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Feder (2) aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Feder (2) eine im Wesentlichen kreisförmige Grundrissform besitzt.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmige Feder (2) die Grundrissform eines gleichseitigen Polygons besitzt und die ringscheibenartige Federfläche (8) polygonal ausgestaltet ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der plattenförmige Feder (2) mit mindestens einer Schicht aus einem Dämpfungsmaterial versehen ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, mit einer variablen Resonanzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass dieser des Weiteren umfasst: – einen Sensor (36) zum Erfassen einer Auslenkung (dX) der plattenförmigen Feder (2) und/oder der trägen Masse (18; 18a, 18b); – einen elektromechanischen Wandler (34; 34a, 34b), mit dem Kräfte in die Feder (2) und/oder die träge Masse (18; 18a, 18b) einleitbar sind; und – eine mit dem Sensor (36) und dem elektromechanischen Wandler (34; 34a, 34b) gekoppelte Kontrolleinrichtung (38), die in Abhängigkeit eines Sensorsignals (U_S) den elektromechanischen Wandler (34; 34a, 34b) und dessen Krafteinleitung in die Feder (2) kontinuierlich kontrolliert und dadurch die Steifigkeit von Feder (2) und/oder träger Masse (18; 18a, 18b) und damit die Resonanzfrequenz des Systems aus Feder (2) und/oder träger Masse (18; 18a, 18b) verändert.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler (34; 34a, 34b) zwischen der plattenförmigen Feder (2) und der trägen Masse (18; 18a, 18b) angeordnet ist.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler (34; 34a, 34b) ringförmig ausgebildet ist und an einem äußeren Randbereich (2a) der plattenförmigen Feder (2) angreift.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler (34; 34a, 34b) an den Torsionsarmen (12) angreift.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler (34; 34a, 34b) zumindest einen Teilabschnitt der allseitigen Einspannung (22, 24, 26, 58) der plattenförmige Feder (2) bildet.
Mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler (34) mindestens zwei Wandlerelemente (34a, 34b) besitzt zwischen denen die plattenförmige Feder (2) angeordnet ist.
Verwendung eines mechanischen Resonators nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 als Schwingungsabsorber in einer Struktur eines Drehflügelflugzeugs, insbesondere eines Hubschraubers.
Drehflügelflugzeug, insbesondere Hubschrauber, umfassend mindestens einen mechanischer Resonator nach einem oder mehreren der Ansprüche Anspruch 1 bis 17.
Drehflügelflugzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Resonator zwischen zwei benachbarten Spanten und/oder Stringern einer Drehflügelflugzeug-Struktur angeordnet ist.