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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung oder Unterdrückung von
Schwingungsamplituden in einer Sandwich-Struktur, die durch Verformung der Sandwich-Struktur
infolge mechanischer Belastung erzeugt sind, und deren Verwendung.
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Sandwich-Strukturen
finden insbesondere Einsatz, wenn an Bauteile besondere Anforderungen hinsichtlich
des Gewichts und/oder auftretender mechanischer Beanspruchungen
zu stellen sind. Beispielsweise bilden Strukturen bzw. Träger aus
mit Kohle-, Glas- oder Aramidfasern verstärkten Kunststoffen in Sandwichbauweise
einen entscheidenden Bestandteil bei Leichtbaukonstruktionen in
Luft- und Raumfahrt, in der Fahrzeugtechnik oder im allgemeinen
Maschinenbau. Im Einsatz sind derartige Bauteile dynamischen Beanspruchungen
ausgesetzt, welche insbesondere die Ausbildung von Schwingungsformen,
Schallabstrahlungen oder Beeinträchtigungen
der mechanischen Festigkeit bis hin zu einem Bauteilversagen zur
Folge haben können.
Die Auslegung derartiger Bauteile hinsichtlich dynamischer Beanspruchungen
erfolgt bisher meistens über
eine Erhöhung
der Festigkeit, beispielsweise durch Versteifungen oder zusätzliche
Verbindungselemente. Dies wiederum führt zu einer Massen- und Gewichtszunahme.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden
DE 101 38 250 A1 ist
ein Bauteil in Sandwichbauweise mit einem Träger und mindestens einem Reibelement
beschrieben. Das Reibelement ist im Inneren des Trägers angeordnet,
führt bei
einer Verformung des Bauteiles infolge einer mechanischen Beanspruchung
Relativverschiebungen gegenüber
dem Träger
aus, bildet dabei einen Reibkontakt aus und erzeugt eine den Relativverschiebungen
entgegenwirkende Reibkraft. Dieses Bauteil hat sich in Versuch und
Praxis bereits ausgesprochen bewährt,
obgleich keine Einstellmöglichkeit
der Vorspannkraft vorgesehen ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dämpfung oder
Unterdrückung von
Schwingungsamplituden in einer Sandwich-Struktur zur Verfügung zu
stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile vermeiden lassen,
welche mithin konstruktiv besonders einfach ist, eine definierte
Einstellung der das wenigstens eine Reibelement beaufschlagenden
Vorspannkraft ermöglicht und
ausgesprochen gute dynamische Eigenschaften aufweist, sowie eine
vorteilhafte Verwendung dessen bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird auf überraschend
einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung oder
Unterdrückung
von Schwingungsamplituden in einer Sandwich-Struktur, die durch
Verformung der Sandwich-Struktur infolge mechanischer Belastung
erzeugt sind, umfassend mindestens ein Reibelement, das bei der
Verformung der Sandwich-Struktur
Relativverschiebungen gegenüber
wenigstens einem weiteren Element der Vorrichtung und/oder der Sandwich-Struktur
ausführt,
während
der Relativverschiebungen einen Reibkontakt mit dem wenigstens einen weiteren
Element der Vorrichtung und/oder der Sandwich-Struktur ausbildet
und dabei eine den Relativverschiebungen entgegenwirkende Reibkraft
erzeugt, wobei das mindestens eine Reibelement mittels einer Einrichtung
zum Einstellen einer definiert voreinstellbaren Vorspannkraft beaufschlagbar
ist, die mit dem mindestens einen Reibelement zusammenwirkt oder
auf dieses einwirkt, wird eine besonders einfache Bauweise der Vorrichtung
im Allgemeinen und eines Schwingungsdämpfers im Besonderen erreicht.
Entsprechend der Ausgestaltung der Erfindung ist das Reibelement
mit einer definiert voreinstellbaren Vorspannkraft beaufschlagbar.
Die Vorspannkraft bewirkt die Normalkraft, nach deren Maßgabe die
Reibkraft erzeugt wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von einer
Ausnehmung in der Sandwich-Struktur aufgenommen und darin einlaminiert.
Die Sandwich-Struktur selbst verfügt über zwei Deckschichten, beispielsweise
aus Pre-Preg-CFK, und eine von den Deckschichten umgebene Kernschicht,
beispielsweise aus Wabenmaterial, insbesondere aus faserverstärkten Kunststoffen
oder Metallen, vorzugsweise aus Polyurethanschaum, Mineralwolle
und/oder Aluminium. Die Anordnung und Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
in der Sandwich-Struktur erfolgt derart, dass bei einer Verformung
der Sandwich-Struktur infolge einer mechanischen (dynamischen) Beanspruchung
das Reibelement Relativverschiebungen gegenüber wenigstens einem weiteren
Element der Vorrichtung bzw. damit der Vorrichtung und/oder der
Sandwich-Struktur ausführt.
Aufgrund der Relativverschiebungen wird in der Vorrichtung nach
der Erfindung und/oder mit der Sandwich-Struktur ein Reibkontakt
ausgebildet und damit einhergehend eine Reibkraft erzeugt, welche
den Relativverschiebungen entgegengesetzt ist. Dies wiederum führt zu einer
Energiedissipation und damit zu einer Dämpfung oder Unterdrückung der
Schwingungsamplituden der Sandwich-Struktur. In dem Reibkontakt
liegt trockene Reibung bzw. Mischreibung vor, so dass für eine Gleitreibung
der Betrag der Reibkraft nach Maßgabe der Normalkraft im Reibkontakt
und dem Reibkoeffizienten zwischen dem Reibelement und dem wenigstens
einen weiteren Element der Vorrichtung und/oder der Sandwich-Struktur
vorgegeben ist. Infolge der trockenen Reibung bzw. Mischreibung
ist die Reibkraft während des
Gleitens stets den Relativverschiebungen bzw. -geschwindigkeiten
entgegengesetzt.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
weist eine Vielzahl von Vorteilen auf: Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann modulartig innerhalb einer leichtbauenden Sandwich-Struktur
(vorzugsweise Sandwichplatten oder -schalen) verwendet werden. Dadurch
wirkt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
gegenüber
außen
angewendeten Maßnahmen, wie
zum Beispiel Dämpfungsmatten,
nicht störend auf
die Umgebung aus. Im Gegensatz zu viskosen Dämpfungselementen, deren Dämpfungswirkung proportional
zur Relativgeschwindigkeit ist, ist erfindungsgemäß eine definiert
voreinstellbare Reibkraft erzeugt. Hierdurch kann ein verbessertes
Dämpfungsverhalten
erzielt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ohne weiteres
auf eine Sandwich-Struktur beliebigen Materials, beispielsweise Metall,
Kunststoff, GFK, CFK, Kevlar und entsprechende Verbundmaterialien
oder Kombinationen daraus anwendbar. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht
aus wenigen, zudem festen und kompakten Baukomponenten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann bei Temperaturen eingesetzt werden, bei denen die meisten auf Öl oder elastischen
Baukomponenten, wie Gummi, basierenden Dämpfungseinrichtungen versagen.
Während
hohe Temperaturen die Viskosität
der auf Öl
basierenden Baukomponenten verringern, verlieren auf Gummi basierende
Baukomponenten bei geringen Temperaturen ihre Elastizität. Die statischen
Eigenschaften der zu dämpfenden
Sandwich-Struktur werden nicht beeinflusst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist darüber
hinaus einfach und kostengünstig
in der Herstellung sowie wartungsfrei im Betrieb. Des weiteren verbessert
die erfindungsgemäße Vorrichtung
die dynamischen Eigenschaften, insbesondere die Schwingungsauslegung,
ohne gravierende Änderungen
der Form und/oder der Masse der Sandwich-Struktur selbst.
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Weitere
vorteilhafte konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den Ansprüchen
2 bis 28 beschrieben.
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Von
ganz besonders großer
Bedeutung für eine
vielseitige und individuell beliebig anpassbare Verwendung der Erfindung
sind die Maßnahmen
des Anspruchs 2. Danach ist das wenigstens eine weitere Element
der Vorrichtung als ein Gehäuse
oder Rahmen der Vorrichtung nach der Erfindung und/oder mindestens
ein weiteres Reibelement und/oder wenigstens ein Spannelement ausgebildet.
Mithin ist es ohne weiteres möglich,
erfindungsgemäß lediglich ein
einziges Reibelement vorzusehen, das mit einem Gehäuse oder
Rahmen der Vorrichtung und/oder der Sandwich-Struktur zusammenwirkt, sich beispielsweise
an einem Gehäuse
oder Rahmen abstützt.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung können jedoch ebenso zwei oder
mehr Reibelemente vorgesehen sein, die unmittelbar mit- bzw. untereinander
in Wirkverbindung stehen bzw. zusammenwirken. Schließlich ist
es auf noch andere Weise denkbar, das mindestens eine Reibelement
und ein sonstiges voreinstellbares Spannelement oder dergleichen
Gegenlager in gegenseitigen Wirkeingriff zu bringen.
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Gemäß der Ausbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach Anspruch 3 weist das mindestens eine Reibelement eine den Reibkontakt
mit dem wenigstens einen weiteren Element der Vorrichtung und/oder
der Sandwich-Struktur ausbildende Form und/oder Abmessung auf.
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Zweckmäßigerweise
ist das mindestens eine Reibelement entsprechend Anspruch 4 etwa
keilförmig
ausgebildet.
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Einer
definierten Einstellung der Vorspannkraft dienen in bevorzugter
Weise die Merkmale des Anspruchs 5. Danach umfasst die Einrichtung
zum Einstellen einer definiert voreinstellbaren Vorspannkraft des
mindestens einen Reibelementes wenigstens ein, insbesondere zwei,
Spannelement/e. Auf diese Weise lässt sich eine symmetrisch wirkende und
gleichmäßig verteilte
Vorspannkraft, welche die Vorrichtung und/oder die Sandwich-Struktur beaufschlagt,
erzeugen.
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Von
besonderer Bedeutung sind die Merkmale des Anspruchs 6, wonach das
wenigstens eine Spannelement der Einrichtung zum Einstellen einer definiert
voreinstellbaren Vorspannkraft des mindestens einen Reibelementes
als ein Reibelement ausgebildet ist. Das wenigstens eine Spannelement kann
dabei in Form und/oder Abmessung und/oder Funktion und/oder Wirkungsweise
dem mindestens einen Reibelement entsprechen. Durch die Ausbildung
des wenigstens einen Spannelementes als (ein weiteres) Reibelement,
und/oder umgekehrt, wird eine ausgesprochen vielseitige Verwendung
und beliebige konstruktive Anpassung der Vorrichtung nach der Erfindung
an beliebige individuelle konstruktive Vorgaben ermöglicht.
Zugleich wird die Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt vereinfacht.
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Nach
Anspruch 7 sind das mindestens eine Reibelement und das wenigstens
eine Spannelement in Richtung der Längsachse des Reibelementes
relativ zueinander verschiebbar angeordnet.
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Das
wenigstens eine, insbesondere die zwei, Spannelement/e ist/sind
dabei nach Anspruch 8 in bevorzugter Weise etwa keilförmig ausgebildet.
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Vorzugsweise
weist das mindestens eine Reibelement nach Anspruch 9 wenigstens
eine etwa keilförmig
ausgebildete und mit dem wenigstens einen Spannelement zusammenwirkende
Fläche
auf.
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Die
Maßnahmen
der Ansprüche
10 bis 12 dienen in ganz vorteilhafter Weise der weiteren konstruktiven
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Dabei ermöglicht
die etwa symmetrische Anordnung des Reibelementes zwischen den zwei etwa
keilförmig
ausgebildeten Spannelementen eine gleichmäßig wirkende und verteilte
Vorspannkraft.
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Von
besonderem Interesse für
eine vereinfachte Einstellung einer definierten Vorspannkraft sind
des Weiteren die Maßnahmen
des Anspruchs 13, wonach der Einrichtung zum Einstellen einer definierten
Vorspannkraft des mindestens einen Reibelementes ein etwa senkrecht
zur Längsachse
des Reibelementes angeordnetes Abstützelement und ein von dem Abstützelement
drehbar lagernd aufgenommenes und mit dem mindestens einen Reibelement
oder dem wenigstens einen Spannelement in Wirkeingriff stehendes
Einstellelement zugeordnet ist.
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Das
Einstellelement kann nach Anspruch 14 vorteilhaft als Schraube oder
dergleichen Schraubbolzen ausgebildet sein.
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In
bevorzugter Weise ist das Einstellelement nach Anspruch 15 von dem
Abstützelement über eine
Bohrung oder dergleichen Ausnehmung frei drehbar gehalten und wirkt
mit dem mindestens einen Reibelement oder dem wenigstens einen Spannelement über eine
Gewindebohrung zusammen.
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Alternativ
dazu kann das Einstellelement nach Anspruch 16 auch von dem mindestens
einen Reibelement oder dem wenigstens einen Spannelement frei drehbar
aufgenommen sein und mit dem Abstützelement über eine Gewindebohrung zusammenwirken.
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Die
Merkmale des Anspruchs 17, wonach das wenigstens eine Spannelement
und/oder das Abstützelement
mit einem Gehäuse
oder Rahmen der Vorrichtung und/oder der Sandwhich-Struktur integral
ausgebildet ist/sind, vereinfachen die Bauweise der Vorrichtung
nach der Erfindung zusätzlich.
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Zweckmäßigerweise
ist/sind das mindestens eine Reibelement und/oder das wenigstens
eine Spannelement nach Anspruch 18 aus Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff,
wie GFK, CFK oder Aramid etc., und/oder Metall, insbesondere Aluminium, gebildet.
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Von
besonderem Vorteil für
eine vielseitige Ausgestaltung der Erfindung sind die Merkmale des Anspruchs
19. Demnach ist das wenigstens eine Spannelement der Einrichtung
zum Einstellen einer definiert voreinstellbaren Vorspannkraft des
mindestens einen Reibelementes als eine Tellerfeder oder dergleichen
Federelement ausgebildet.
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Weiterhin
liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die Einrichtung zum Einstellen
einer definierten Vorspannkraft des mindestens einen Reibelementes nach
Anspruch 20 wenigstens ein, insbesondere zwei, elastische/s Federelement/e,
das/die dem mindestens einen Reibelement und/oder dem wenigstens
einen, insbesondere den zwei, Spannelement/en zugeordnet ist/sind,
umfasst. Auf diese Weise lässt
sich der Einstellweg des Einstellelementes verlängern und damit einhergehend
dessen Feinjustierung ermöglichen.
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Weiterhin
ist nach Anspruch 21 erfindungsgemäß vorgesehen, dass das wenigstens
eine elastische Federelement im Wesentlichen parallel zu dem mindestens
einen Reibelement und/oder dem wenigstens einen, insbesondere den
zwei, Spannelement/en der Einrichtung angeordnet ist. Bevorzugt kommt
das wenigstens ei ne elastische Federelement an einer Fläche des
wenigstens einen Spannelementes, welche sich im Wesentlichen in
einer zu der Längsachse
des Reibelementes parallelen Ebene erstreckt und der keilförmig ausgebildeten
Fläche
des Spannelementes abgewandt ist, zur Anlage. Hierdurch lässt sich
zusätzlich
eine Vorspannkraft erhalten, welche weitgehend symmetrisch und gleichmäßig verteilt
ist.
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Vorzugsweise
ist das wenigstens eine elastische Federelement nach Anspruch 22
im Querschnitt etwa wellen-, mäander-,
zick-zack-, zahn-,
sägezahn-
oder dergleichen -förmig
ausgebildet.
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Entsprechend
den konstruktiven Maßnahmen
des Anspruchs 23 stellt die Einrichtung zum Einstellen einer definierten
Vorspannkraft des mindestens einen Reibelementes die Vorspannkraft
in Abhängigkeit
von der Verformung der Sandwich-Struktur ein. Hierdurch lässt sich
die Größe der Dämpfungswirkung
an die Schwingungsausschläge
besonders einfach anpassen.
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Beispielsweise
ist die definierte Vorspannkraft entsprechend Anspruch 24 mittels
einer Regelungseinrichtung veränderlich.
Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Wirkung durch einen regelbaren
Aktuator oder ein sonstiges Stellmittel verstärkt werden.
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Des
Weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, das mindestens eine Reibelement,
damit gegebenenfalls die gesamte Vorrichtung, nach Anspruch 25 im
Bereich von Schwingungsbäuchen
einer dominanten Eigenform der Sandwich-Struktur und/oder nach Anspruch
26 im Bereich der größten Verformungen
der Sandwich-Struktur
und/oder nach Anspruch 27 im Bereich der größten Ableitungen der Verformungen
der Sandwich-Struktur und/oder nach Anspruch 28 in größtmöglichem
Abstand von der neutralen Faser der Sandwich-Struktur anzuordnen.
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Als
besonders vorteilhaft hat sich schließlich die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach
Anspruch 29 in einer als Träger-,
Verbindungs- oder Befestigungsmittel und/oder als konturgebendes
Bauteil ausgebildeten Sandwich-Struktur erwiesen. Ganz bevorzugt
eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung
nach Anspruch 30 in der Luft- oder Raumfahrt.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
sowie anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in einer Sandwich-Struktur in unverformtem und verformtem Zustand,
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2 eine
abgebrochene Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nach der 1 längs der Linie II-II, in vergrößerter Darstellung,
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3 eine
schematische, perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung, in vergrößerter Darstellung,
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4.
eine Längsschnittansicht
durch die Ausführungsform
der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung nach der 3,
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5 eine
schematische, perspektivische Vorderansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung entsprechend der 3, und
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6.
eine Längsschnittansicht
durch die Ausführungsform
der erfindungsgemäß ausgebildeten
Vorrichtung nach der 5.
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Bei
der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungs formen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur
Dämpfung
oder Unterdrückung
von Schwingungsamplituden in einer Sandwich-Struktur 12,
die durch Verformung der Sandwich-Struktur 12 infolge mechanischer
Belastung erzeugt sind, sind einander entsprechende, gleiche Bauteile
jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 lässt sich
in vorteilhafter Weise in einer Sandwich-Struktur 12 verwenden,
die als Träger-,
Verbindungs- oder Befestigungsmittel und/oder als konturgebendes Bauteil
ausgebildet ist, etwa in Form eines Tragflügels, eines Leitwerkes oder
einer Rumpfschale eines Flugzeuges oder sonstigen Luft- bzw. Raumfahrzeuges
sowie eines Teiles davon. In diesem Zusammenhang hat es sich als
besonders vorteilhaft herausgestellt, die Vorrichtung 10 nach
der Erfindung in der Luft- oder Raumfahrt zu verwenden.
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Bei
den in den 1 bis 6 dargestellten und
beschriebenen Ausführungsformen
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 der
Sandwich-Struktur 12 oder dergleichen in Leichtbauweise
ausgebildeten Baukomponente zugeordnet. Beispielsweise handelt es
sich bei der Sandwich-Struktur 12 um einen Balken, eine
Platte oder Schale. In Verbindung mit der Luft- und Raumfahrt dient
die Sandwich-Struktur 12 oftmals als aerodynamisches Tragelement
und/oder zur Befestigung von Hilfsaggregaten. Infolge äußerer mechanischer
Beanspruchungen wird die Sandwich-Struktur 12 zu Schwingungen
angeregt.
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Gemäß der 1 umfasst
die Sandwich-Struktur 12 über mindestens eine kraftaufnehmende
Deckschicht 14. Vorliegend sind zwei solcher Deckschichten 14,
nämlich
eine obere und eine untere Deckschicht 14, vorgesehen.
In aller Regel ist die mindestens eine Deckschicht 14 aus
einer Verbundstruktur, wie zum Beispiel GFK, CFK oder Aramid, oder
aus Metall, vorzugsweise Aluminium oder Stahlblech, ausgebildet.
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Darüber hinaus
weist die Sandwich-Struktur 12 gemäß der 1 eine Kernschicht 16 in
Form von Wabenmaterial und/oder Schaum auf, die zwischen den zwei
Deckschichten 14 zwischengeordnet, von diesen einge- bzw.
umschlossen und mit diesen verklebt ist. Vorzugsweise ist die Kernschicht 16 aus Aluminium
oder Kunststoff, wie Polyurethanschaum, oder Mineralwolle gebildet.
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Auf
diese Weise erhält
die Sandwich-Struktur 12 insgesamt eine ausgesprochen hohe
Tragfestigkeit und große
Steifigkeit.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst
bei den in den 1 bis 6 gezeigten
Ausführungsformen
mindestens ein Reibelement 18. Das Reibelement 18 kann
aus zum Beispiel Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff, wie GFK,
CFK oder Aramid etc., und/oder Metall, insbesondere Aluminium, gebildet
sein. Bei einer Verformung der Sandwich-Struktur 12 führt das
mindestens eine Reibelement 18 Relativverschiebungen gegenüber wenigstens
einem weiteren Element der Vorrichtung 10 bzw. alternativ
oder kumulativ dazu gegenüber
der Sandwich-Struktur 12 selbst aus. Beispielsweise wird
die Sandwich-Struktur 12 durch Biegung um eine Achse Z
senkrecht zur Zeichenebene beansprucht.
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Das
mindestens eine Reibelement 18 bildet während der Relativverschiebungen
mit dem wenigstens einen weiteren Element der Vorrichtung 10 und/oder
der Sandwich-Struktur 12 einen Reibkontakt aus. Dabei erzeugt
das mindestens eine Reibelement 18 eine zu den Relativverschiebungen
entgegenwirkende Reibkraft.
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Bei
der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
sind insgesamt drei solcher Vorrichtungen 10 nach der Erfindung
vorgesehen, nämlich übereinander
angeordnet. Die Vorrichtungen 10 sind in Ausnehmungen 20 der
Sandwich-Struktur 12 aufgenommen und darin laminiert bzw.
verklebt. Entsprechend den 1 und 2 sind
drei parallel und übereinander
angeordnete Ausnehmungen 20 in Richtung der Längsachse 22 der
Sandwich-Struktur 12 vorgesehen. Die Vorrichtungen 10 von
etwa gleicher Form sind jeweils mit Übermaß, passgenau oder einem Spiel,
vorzugsweise im Wesentlichen passgenau, von den Ausnehmungen 20 aufgenommen.
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Infolge
der in 1 dargestellten Durchbiegung der Sandwich-Struktur 12 kommt
es zu einer Verlängerung
der Oberseite und einer Verkürzung der
Unterseite der Sandwich-Struktur 12. Im Inneren der Sandwich-Struktur 12 kommt
es gleichzeitig zu Relativverschiebungen des/der Reibelemente/s 18 der
Vorrichtungen 10 jeweils gegenüber wenigstens einem weiteren
Element der Vorrichtung 10, wie im Einzelnen noch beispielhaft
erläutert
wird.
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Sofern
das mindestens eine Reibelement 18 mit der Sandwich-Struktur 12 selbst,
zum Beispiel mit der/den innenliegenden, der Kernschicht 16 zugewandten
Fläche/n
einer oder beiden Deckschicht/en 14 der Sandwich-Struktur 12 und/oder
mit der Kernschicht 16, in unmittelbarem Kontakt und somit
in Wirkverbindung steht, treten – ohne im Einzelnen dargestellt
zu sein – alternativ
und/oder kumulativ auch Relativverschiebungen des mindestens einen Reibelementes 18 gegenüber der
Sandwich-Struktur 12 auf.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
mehrere Reibelemente 18 in einem Querschnitt der Vorrichtung 10 bzw.
der Sandwich-Struktur 12 in jeder Richtung anzuordnen.
Die Reibelemente 18 können
dabei übereinander
und/oder nebeneinander quer zur Richtung der Längsachse 22 der Sandwich-Struktur 12 und/oder
hintereinander in Richtung der Längsachse 22 der
Sandwich-Struktur 12 angeordnet sein. Die Reibelemente 18,
sofern mehrere solcher Reibelemente 18 in der Sandwich-Struktur 12 und
zueinander benachbart angeordnet sind, können dabei auch in Wechselwirkung
zueinander treten und den Reibkontakt untereinander ausbilden.
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Ungeachtet
dessen hängt
die Anordnung des mindestens einen Reibelementes 18 in
der Vorrichtung 10 bzw. in der Sandwich-Struktur 12 insgesamt jeweils
von den im Einzelfall anzutreffenden Belastungs- und Schwingungszuständen der
Sandwich-Struktur 12 ab.
Demnach kann das mindestens eine Reibelement 18 vorzugsweise
im Bereich von Schwingungsbäuchen
einer dominanten Eigenform der Sandwich-Struktur 12 angeordnet
sein.
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Ebenso
ist eine Anordnung des mindestens einen Reibelementes 18 im
Bereich der größten Verformungen
oder im Bereich der größten Ableitungen der
Verformungen der Sandwich-Struktur 12 möglich.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 kann
eine besonders gute Wirkung dadurch erzielt werden, dass die hier
beispielhaft dargestellten drei Reibelemente 18 mit größtmöglichem
Abstand von einer mittleren, in Richtung der Achse X gerichteten
Faser bzw. der neutralen Faser der Sandwich-Struktur 12 angeordnet
sind.
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In
den 3 und 4 ist eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 näher dargestellt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 10 umfasst
ein Gehäuse 24,
Rahmen oder dergleichen gehäuse-
bzw. rahmenartige Stützkonstruktion,
wodurch die Vorrichtung 10 eine etwa modulare Bauweise
erhält.
Das Gehäuse 24 ist
bei der Ausführungsform
der Vorrichtung 10 nach den 3 und 4 durch
zwei Deckschichten 26, nämlich eine obere und eine untere
Deckschicht 26, gebildet. Die zwei Deckschichten 26 bestehen
jeweils aus zum Beispiel Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff, wie
GFK, CFK oder Aramid etc., und/oder Metall, insbesondere Aluminium.
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Zwischen
den zwei Deckschichten 26 des Gehäuses 24 ist das mindestens
eine Reibelement 18 aufgenommen. Bei der Ausführung nach
den 3 und 4 ist ein einziges Reibelement 18 in dem
Gehäuse 24 angeordnet.
Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, können ohne weiteres auch zwei oder
mehrere solcher Reibelemente 18 vorgesehen sein.
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Das
Reibelement 18 weist bei der Ausführung nach den 3 und 4 eine
Form und/oder Abmessung auf, welche den Reibkontakt mit dem wenigstens
einen weiteren Element der Vorrichtung 10 und/oder der
Sandwich-Struktur 12 ausbildet. Das wenigstens eine weitere
Element der Vorrichtung 10 kann dabei zum Bei spiel als
das Gehäuse 24 oder Rahmen
selbst der Vorrichtung 10 und/oder mindestens ein weiteres
Reibelement 18 (nicht gezeigt) und/oder wenigstens ein
Spannelement (ebenfalls nicht dargestelt) ausgebildet sein. Vorliegend
ist das mindestens eine Reibelement 18 etwa keilförmig ausgebildet.
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Des
Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 nach der Erfindung
bei der in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsform
eine Einrichtung 28 zum Einstellen einer definiert voreinstellbaren
Vorspannkraft, um das Reibelement 18 zu beaufschlagen.
Die Einrichtung 28 weist dabei wenigstens ein Spannelement 30, 30' auf, das mit
dem mindestens einen Reibelement 18 zusammenwirkt oder
auf dieses einwirkt.
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Bei
der in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist
das wenigstens eine Spannelement 30, 30' der Einrichtung 28 gleichsam
als ein Reibelement entsprechend dem Reibelement 18 ausgestaltet.
Obgleich es sich bei dem Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung 10 nach den 3 und 4 somit
um ein oder mehrere Reibelemente 18 handelt, ist/sind zum besseren
Verständnis
der Erfindung nachfolgend der/die Begriff/e "Spannelement" bzw. "Spannelemente" verwendet.
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Das
wenigstens eine Spannelement 30, 30' der Einrichtung 28 besteht
aus zum Beispiel Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff, wie GFK,
CFK oder Aramid etc., und/oder Metall, insbesondere Aluminium. Das
mindestens eine Reibelement 18 und das wenigstens eine
Spannelement 30, 30' der
Einrichtung 28 sind somit vorzugsweise aus demselben Material
gebildet, können
sich jedoch ohne weiteres auch im Material von einander unterscheiden.
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Weiterhin
ist das wenigstens eine Spannelement 30, 30' etwa keilförmig ausgebildet.
Das Reibelement 18 weist ebenfalls wenigstens eine Fläche 32, 32' auf, die etwa
keilförmig
ausgebildet ist und mit dem wenigstens einen Spannelement 30, 30' zusammenwirkt.
Das wenigstens eine Spannelement 30, 30' und das mindestens
eine Reibelement 18 sind in Richtung der Längsachse 34 des
Reibelementes 18 relativ zueinander verschiebbar angeordnet.
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Bei
der Ausführungsform
der Vorrichtung 10, die in den 3 und 4 gezeigt
ist, sind insgesamt zwei quasi als Reibelemente wirkende Spannelemente 30, 30' vorgesehen.
Die Spannelemente 30, 30', die etwa keilförmig ausgebildet
sind, stehen über deren
Flächen 36, 36' mit den etwa
keilförmig
ausgebildeten Flächen 32, 32' des Reibelementes 18 in Wirkeingriff.
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Zwischen
dem oberen Spannelement 30 und dem unteren Spannelement 30' ist das Reibelement 18 zwischengeordnet.
Die zwei Spannelemente 30, 30' und das Reibelement 18 sind
in Richtung der Längsachse 34 des
Reibelementes 18 entsprechend Doppelpfeil 38 relativ
auf einander zu bzw. von einander weg bewegbar.
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Das
obere Spannelement 30 und das untere Spannelement 30' besitzen bei
der in den 3 und 4 dargestellten
Ausführungsform
im Wesentlichen dieselbe Form, sind aber zueinander und/oder zur
Längsachse 34 des
Reibelementes 18 spiegelsymmetrisch angeordnet. Ohne weiteres
ist es jedoch möglich,
die Spannelemente 30, 30' zueinander unterschiedlich auszubilden.
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Das
obere Spannelement 30 und das untere Spannelement 30' sind im Wesentlichen
feststehend ausgebildet, während
das Reibelement 18 in Richtung der Längsachse 34 entsprechend
Doppelpfeil 38 in der Vorrichtung 10 verschiebbar
angeordnet ist.
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Zur
relativen Verschiebbarkeit ist die Einrichtung 28 mit einem
Abstützelement 40 und
einem Einstellelement 42 versehen.
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Das
Abstützelement 40 ist
etwa senkrecht zur Längsachse 34 des
Reibelementes 18 und damit zugleich senkrecht zur Längsachse 22 der
Vorrichtung 10 angeordnet. Das Abstützelement 40 ist plattenförmig ausgebildet
und stirnseitig an der Vorrichtung 10, angebracht. Beispielsweise
ist das Abstützelement 40 an
den Deckschichten 26 des Gehäuses 24 befestigt.
Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist ebenso eine integrale
Ausbildung von Abstützelement 40 und
Gehäuse 24 der
Vorrichtung 10 denkbar.
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Bei
der Ausführungsform
der 3 und 4 ist das Einstellelement 42 von
dem Abstützelement 40 drehbar
lagernd aufgenommen und steht mit dem Reibelement 18 in
Wirkeingriff. Das Einstellelement 42 ist als Schraube oder
dergleichen Schraubbolzen ausgebildet. Das Einstellelement 42 ist
von dem Abstützelement 40 über eine
Bohrung 44 oder dergleichen Ausnehmung frei drehbar gehalten.
Zugleich greift das Einstellelement 42, wie in der 4 lediglich
angedeutet, in eine Gewindebohrung 46 des Reibelementes 18 ein,
um mit diesem zusammenzuwirken, d.h. das Reibelement 18 hin
zu dem Abstützelement 40 oder
von diesem weg zu verschieben.
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Ohne
im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es alternativ dazu in kinematischer
Umkehr ebenfalls möglich,
dass das Einstellelement 42 von dem Reibelement 18 frei
drehbar aufgenommen ist und mit dem Abstützelement 40 über eine
Gewindebohrung (nicht dargestellt) zusammenwirkt.
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Darüber hinaus
geht aus den 3 und 4 hervor,
dass die Einrichtung 28 zwei elastische Federelemente 48 umfasst.
Die zwei Federelemente 48 sind im Wesentlichen parallel
zu den etwa keilförmig
ausgebildeten, miteinander in Wirkeingriff stehenden Spannelementen 30, 30' angeordnet.
Des Weiteren sind die zwei Federelemente 48 im Querschnitt
etwa wellen-, mander-, zick-zack-, zahn-, sägezahn- oder dergleichen -förmig ausgebildet.
Die zwei Federelemente 48 kommen jeweils an einer Fläche 50, 50' der zwei etwa
keilförmig
ausgebildeten Spannelemente 30, 30' und den innenliegenden Flächen 52, 52' der Deckschichten 26 des
Gehäuses 24 zur
Anlage.
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Die
Flächen 50, 50' erstrecken
sich im Wesentlichen in einer zu der Längsachse 34 des Reibelementes 18 parallelen
Ebene und sind den keilförmigen
Flächen 36, 36' der Spannelemente 30, 30', die mit den
Flächen 32, 32' des Reibelementes 18 zusammenwirken,
abgewandt. Die zwei Flächen 50, 50' sind mithin
zu den innenliegenden Flächen 52, 52' des Gehäuses 24 der
Vorrichtung 10 benachbart.
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Durch
die Einrichtung 28 zum Einstellen einer definierten Vorspannkraft
lässt sich
die Normalkraft FN, welche eine Verstärkung der
Anpresskraft zwischen dem/den Reibelement/en 18 und der
Vorrichtung 10 bzw. wenigstens einem weiteren Element der
Vorrichtung 10 und/oder der Sandwich-Struktur 12 (nicht
dargestellt) bewirkt, beliebig und gezielt erhöhen bzw. vermindern. Der Kontakt
zwischen der/den Fläche/n 32, 32' des Reibelementes 18 und der/den
Fläche/n 36, 36' des/der Spannelemente/s 30, 30' stellt einen
(trockenen) bzw. (Misch)Reibkontakt dar, so dass sich zugleich gezielt
Einfluss auf den Betrag der Reibkraft FR nehmen
lässt.
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Die
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10,
die in den 5 und 6 gezeigt
ist, unterscheidet sich von derjenigen der 3 und 4 vornehmlich
dadurch, dass die Einrichtung 28 lediglich ein Spannelement 30 aufweist,
das zu dem Reibelement 18 in Richtung von dessen Längsachse 34 relativ
bewegbar angeordnet ist.
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Wie
die 5 und 6 zeigen, umfasst die Einrichtung 28 wiederum
zwei elastische Federelemente 48. Ungeachtet dessen kann
jedoch ebenso nur ein solches Federelement 48 bei diesem
Ausführungsbeispiel
vorgesehen sein.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 beschränkt. Ohne
im Einzelnen dargestellt zu sein, kann das wenigstens eine Reibelement 18 der Sandwich-Struktur 12 unmittelbar,
zum Beispiel einer der beiden Deckschichten 14 und/oder
der Kernschicht 16, zugeordnet sein. In diesem Fall lässt sich zwischen
dem Reibelement 18 und der Sandwich-Struktur 12 eine
Wirkung wie bei den dargestellten Ausführungsformen der 3 bis 6 erhalten.
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Weiterhin
ist es möglich,
das wenigstens eine Spannelement 30, 30' und/oder das
Abstützelement 40 mit
dem Gehäuse 24 oder
dergleichen Rahmen, zum Beispiel mit einer oder beiden Deckschichten 26,
der Vorrichtung 10 integral auszubilden. Gleichsam möglich ist
eine integrale Ausbildung von dem wenigstens einen Spannelement 30, 30' und/oder das
Abstützelement 40 mit
der Sandwich-Struktur 12 selbst, beispielsweise mit einer
von deren Deckschichten 14 und/oder Kernschicht 16. Beispielsweise
ist es in diesem Zusammenhang möglich,
die innenliegende Fläche
der Deckschicht 14 der Sandwich-Struktur 12 in
einem Bereich, in welchem das mindestens eine Reibelement 18 angeordnet
werden soll, entsprechend auszuformen bzw. das Spannelement und/oder
das Abstützelement entsprechend
anzuformen.
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Ebenso
ist es denkbar, dass das wenigstens eine Spannelement in Form einer
Tellerfeder oder dergleichen Federelement ausgebildet ist.
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Zusätzlich kann
es von Vorteil sein, das wenigstens eine weitere Element der Vorrichtung 10 als das
Gehäuse 24 oder
Rahmen und/oder mindestens ein (weiteres) Reibelement 18 und/oder
wenigstens ein (weiteres) Spannelement 30, 30' auszubilden.
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Schließlich ist
es auch noch möglich,
dass die Einrichtung 28 die Vorspannkraft in Abhängigkeit von
der Verformung der Sandwich-Struktur 12, insbesondere durch
Regelung, einstellt. Zu diesem Zweck kann die Einrichtung 28 mit
einem Aktuator, einem Stellmittel oder einer sonstigen Regelungseinrichtung
zur Veränderung
der Vorspannkraft ausgestattet sein, der/das/die beispielsweise
mit dem Einstellelement 42 unmittelbar oder mittelbar,
auch von außen mittels
zum Beispiel Funk durch Bedienungspersonal, in Wirkverbindung steht.
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Sandwich-Struktur
- 14
- Deckschicht/en
der Sandwich-Struktur
- 16
- Kernschicht
des Sandwich-Struktur
- 18
- Reibelement
- 20
- Ausnehmung/en
- 22
- Längsachse
der Sandwich-Struktur
- 24
- Gehäuse
- 26
- Deckschichten
des Gehäuses
- 28
- Einrichtung
zum Einstellen einer definiert Voreinstellbaren Vorspannkraft
- 30,
30'
- Spannelement
- 32,
32'
- Fläche/n des
Reibelementes
- 34
- Längsachse
des Reibelementes
- 36,
36'
- Keilförmige Fläche/n des/der
Spannelemente/s
- 38
- Doppelpfeil
- 40
- Abstützelement
- 42
- Einstellelement
- 44
- Bohrung
- 46
- Gewindebohrung
- 48
- Federelement/e
- 50,
50'
- Fläche/n des/der
Spannelemente/s
- 52,
52'
- Innenliegende
Fläche
des Gehäuses.