DE102008052424A1

DE102008052424A1 - Vibrationstilgersystem

Info

Publication number: DE102008052424A1
Application number: DE102008052424A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schäffler
Original assignee: Fischer Seats International GmbH
Current assignee: BE Aerospace Fischer GmbH
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: DE102008052424B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vibrationstilgersystem, welches insbesondere mit einem Helikoptersitz, aber beispielsweise auch mit einem Flugzeug- oder Fahrzeugsitz verwendet wird. Es umfasst ein Tilgermassenteil und zumindest ein erstes Federelement. Ein dynamisch erregtes Bauteil ist dabei über das zumindest eine erste Federelement mit dem Tilgermassenteil verbunden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vibrationstilgersystem welches u. a. für Fahrzeugsitze, Flugzeugsitze aber insbesondere für Hubschraubersitze vorgesehen ist.
Im Allgemeinen wird zwischen Vibrationsdämpfern und Vibrationstilgern unterschieden. Vibrationsdämpfer sind Vorrichtungen, die Schwingungen dadurch reduzieren, dass durch Reibung (z. B. in hydraulischen Dämpfern, Reibungsdämpfern, etc.) die Schwingungsamplitude gedämpft wird. Vibrationstilger sind Systeme aus Federn und Massen, die Schwingungen durch Gegenschwingen dämpfen.
Ein herkömmlicher Tilger ist üblicher Weise ein elastischer Stab (z. B. eine Blattfeder), der das schwingende Bauteil mit einer Masse verbindet. Gerät das Bauteil in Schwingung, so schwingt die Masse dem Bauteil entgegen und reduziert dadurch die Bauteilschwingungen. Voraussetzung ist, dass der Schwinger aus elastischem Stab und Masse entsprechend abgestimmt ist – Masse und Steifigkeit des Tilgers müssen stimmen. Der Ausschlag der Masse ist oft größer als die Amplitude der Schwingung des schwingenden Bauteils. Deshalb braucht ein solcher Tilger eine recht lange Blattfeder, damit das Material bei den großen Schwingungsamplituden nicht plastisch verformt wird.
Aus der DE 197 11 846 A1 ist etwa ein Schwingungstilger bekannt, welcher zwischen einem dynamisch erregten Bauteil und einer Tragstruktur, wie beispielsweise dem Rotorgetriebesystem und der Zellstruktur eines Hubschraubers, angeordnet ist. Der Schwingungstilger dient dazu, die statischen Lastanteile, also die während des Flugs vom Rotorsystem erzeugten Auftriebskräfte, an die Zellstruktur zu übertragen, die dynamischen Lastanteile hingegen von der Zellstruktur fernzuhalten.
Die DE 10 2005 012 899 B3 offenbart ein Federsystem, welches insbesondere für Kraftfahrzeugsitze geeignet ist. Dieses weist eine Feder mit einer Wicklung und zwei Endhaken auf sowie einen der Feder zugeordneten Schwingungsdämpfer, welcher Schwingungen der Feder unterdrückt oder zumindest dämpft. Der Schwingungsdämpfer ist ein fester Körper, welcher mit dem Endabschnitt von innen in Anlage an die Wicklung kommt, wenn die Feder durch Erschütterung ins Schwingen gerät. Das Federsystem ist am Sitzbeschlag angeordnet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vibrationstilgersystem bereitzustellen, welches insbesondere zur Dämpfung von Vibrationen, die bei einem Hubschraubersitz – beispielsweise aufgrund des Rotorantriebs – auftreten können, vorgesehen ist. Dieses Vibrationstilgersystem soll darüber hinaus besonders robust und störungsunempfindlich sein, wenig bis keine Wartungsarbeiten erforderlich machen, variabel einstellbar sein sowie einfach in der Konstruktion und kostengünstig und kompakt in der Herstellung sein.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Vibrationstilgersystem, welches insbesondere zur Verwendung mit einem Helikoptersitz vorgesehen ist, und das ein Tilgermassenteil und zumindest ein erstes Federelement aufweist. Ein dynamisch erregtes Bauteil ist dabei über das zumindest eine erste Federelement mit dem Tilgermassenteil verbunden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Tilgermassenteil ein gegenschwingendes Tilgermassenteil. Auf diese Weise können insbesondere die durch den Rotorantrieb über die Zellstruktur auf den Sitz übertragenen Vibrationen bzw. Schwingungen besonders wirkungsvoll abgedämpft werden. Ein derartiges System kann u. a. auch zur Dämpfung von Schwingungen bei Kraftfahrzeugsitzen oder Flugzeugsitzen verwendet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Tilgermassenteil Mittel zur individuellen Einstellung des Dämpfungsvermögens des Vibrationstilgersystems auf. Eine individuelle Einstellung des Dämpfungsvermögens ist im Hinblick auf verschiedene Antriebssysteme wie etwa Motoren oder Rotoren, aber insbesondere auch hinsichtlich des Eigengewichts und der Eigensteifigkeit des Sitzes von Interesse. Gerade bei relativ schweren, gepanzerten Sitzen können sich Vibrationen besonders störend auf die Insassen auswirken. Das erfindungsgemäße Tilgermassenteil verfügt über diverse Verstellmöglichkeiten hinsichtlich seines Gewichts und des Abstands von verschiedenen Federelementen zueinander bzw. zum dynamisch erregten Bauteil. Die Mittel umfassen weitere Federelemente, Einstelllöcher für weitere Federelemente sowie Vorrichtungen zur Veränderung des Gewichts bzw. der Gewichtsverteilung des Tilgermassenteils.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Tilgermassenteil in Form eines länglichen Blocks gebildet, welcher eine Anordnung mit wenig Platzbedarf ermöglicht. Er kann eine Aussparung zur Aufnahme von mehreren Massenteilchen aufweisen. Vorzugsweise ist dabei die Aussparung in dem länglichen Block zwischen zwei Vorsprüngen gebildet. Im Regelfall sind die Massenteilchen, welche in der Aussparung aufgenommen werden, Metallplättchen. Die Metallplättchen dienen als Vorrichtungen zur individuellen Einstellung des Gewichts bzw. der Gewichtsverteilung des Tilgermassenteils. Sie können in mehreren Reihen in der Aussparung angeordnet werden und weisen jeweils Öffnungen auf, damit sie mittels entsprechender Schrauben und Bohrungen in der Aussparung des Tilgermassenteils fixiert werden können. Die beiden Vorsprünge können je nach Bedarf an Metallplättchen für die Justierung unterschiedlich hoch ausgebildet sein und unterschiedlich weit voneinander beabstandet sein.
In einer noch anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der längliche Block mehrere Bohrungen zur Aufnahme von Befestigungselementen auf. Die Bohrungen dienen einmal, wie oben angesprochen, der Befestigung der Metallplättchen, es sind aber auch Bohrungen für die Befestigung von anderen Teilen, wie beispielsweise von geeigneten Federarten, vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an den seitlichen Enden des länglichen Blocks Stoßabfänger angeordnet. Die Stoßabfänger sind in der Regel Gummipuffer, die beim Anschlagen der Tilgermasse an spezielle Stopperplatten bzw. Stopperteile Beschädigungen verhindern helfen.
Bevorzugt ist weiterhin zumindest das eine erste Federelement eine Blattfeder. Die Blattfeder zeichnet sich dadurch aus, dass jedes einzelne Federblatt sehr dünn ausgeführt ist. Zudem ermöglicht diese Ausführungsform große Schwingungsauslenkungen des Tilgermassenteils ohne plastische Verformung der Blattfeder bei einer kurzen Baulänge derselben. Vorzugsweise weist die zumindest eine Blattfeder also eine kurze Länge und eine geringe Stärke auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden mehrere dünne (und ggf. kurze) Blattfedern verwendet, die jeweils zwischen dynamisch erregten Bauteil und Tilgermassenteil angeordnet sind. Diese Anordnung dient dazu, die Gesamtfedersteifigkeit aller Blattfedern zu erhöhen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Tilgermassenteil über mehrere beidseitig angeordnete Blattfedern mit dem dynamisch erregten Bauteil verbunden. Diese Ausführungsform mit regelmäßig vier Blattfedern, wobei jeweils zwei Stück gegenüberliegend an beiden Enden des Tilgermassenteils angeordnet sind, ermöglicht die Befestigung des Tilgermassenteils in einer Art, die keine weiteren Lagerungen erfordert, um Massenkräfte auf das Tilgermassenteil quer zur Schwingungsrichtung des Tilgermassenteils aufzunehmen. Es ist allerdings auch denkbar, die vier Blattfedern auf einer Seite des Tilgermassenteils anzuordnen bzw. eine Blattfeder auf einer Seite und drei Blattfedern auf der anderen Seite.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an den seitlichen Enden des länglichen Blocks zudem Zugfedern oder Druckfedern anordenbar, welche mittels entsprechender Schrauben über die Einstelllöcher der Plattenelemente (bzw. Widerlager) vorspannbar sind. Mit anderen Worten, die Zugfedern oder Druckfedern dienen als weitere Federelemente, über die das Tilgermassenteil mit dem dynamisch erregten Bauteil verbunden ist. Es ist dabei regelmäßig zumindest ein zweites Federelement gegenüber vorgesehen. Hierdurch kann eine weitere variable Einstellung des Dämpfungsverhaltens bereitgestellt werden.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend der Aufbau des erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungssystems näher beschrieben. Es zeigen:
1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Trägeranordnung mit Blattfedern und Plattenelementen;
2: eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Tilgermassenteils mit zugehörigen Metallplättchen;
3: eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten erfindungsgemäßen Vibrationstilgersystems.
In 1 wird ein Rohr 1 für ein erfindungsgemäßes Vibrationstilgersystem gezeigt. Das Rohr 1 stellt beispielhaft den Teil der Struktur eines dynamisch erregten Bauteils dar, beispielsweise eines Helikoptersitzes, an welchen das Vibrationstilgersystem angebunden ist. Das Rohr 1 weist einen Mittelteil 1a sowie zwei Seitenteile 1b auf, wobei die beiden Seitenteile 1b des Rohrs 1 gegenüber dem Mittelteil 1a des Rohrs 1 leicht abgewinkelt sein können. An den Seitenteilen 1b des Rohrs 1 sind jeweils mit Hilfe der Nieten 3 zwei Plattenelemente bzw. Widerlager 2 angebracht, welche Einstelllöcher 5 sowie Löcher 6 und 6' aufweisen. An den äußeren Enden der Seitenteile 1b des Rohrs 1 sind noch freie Bohrungen 4 zu erkennen, über die das Rohr 1 ggf. mit einem Sitz verbunden werden kann. Das Rohr 1 wird üblicher Weise unterhalb des Sitzes angebracht, es kann jedoch auch an der Rückenlehne oder an einer oder an beiden Seiten des Sitzes angeordnet werden. An den seitlichen Enden des Mittelteils 1a des Rohrs 1 sind mittels der Nieten 3 und der Klammern 7 jeweils zwei gegenüberliegende Federelemente bzw. Blattfedern 8 angebracht. Unter den Nieten 3, die die Blattfedern 8 am Rohr 1 fixieren sind jeweils Scheibenelemente 25 angeordnet, damit einerseits eine sichere Fixierung der Blattfedern 8 erfolgen kann und andererseits das Rohr 1 nicht beeinträchtigt wird. Unter den Nieten 3, die die Klammern 7 mit den Blattfedern 8 verbinden, sind keine Scheibenelemente 8 vorgesehen. Die Widerlager 2 weisen neben den Löchern für die Nieten 3 und den Einstelllöchern 5 weitere Löcher 6 bzw. 6' zur Befestigung eines Stopperteils 9 auf, welches seinerseits korrespondierende Löcher 6, 6' aufweist. Die freien Enden der Blattfedern 8 dienen der Befestigung am Tilgermassenteil 10, welches nachstehend näher beschrieben wird.
In 2 wird das erfindungsgemäße Tilgermassenteil 10 dargestellt, welches regelmäßig als länglicher Block ausgebildet ist. Das Tilgermassenteil 1 umfasst einen Mittelteil 10a und zwei Seitenteile 10b. An den Seitenteilen 10b befindet sich jeweils ein Vorsprung 11 sowie ein Absatz 11a. Zwischen den beiden Vorsprüngen 11 ist eine Aussparung 13 vorgesehen, die der Aufnahme von Metallplättchen 15 dient. Die Größe der Aussparung 13 ist zum einen abhängig von der Höhe der Vorsprünge 11 und zum anderen von der Beabstandung der beiden Vorsprünge 11. Die Auflagefläche der Aussparung 13 kann auf einer Höhe mit der Auflagefläche des Absatzes 11a liegen. Sie kann allerdings, je nach Anwendungsbereich, auch höher oder tiefer liegen. Zwischen den beiden Vorsprüngen 11 können zum Beispiel zwei Lagen von jeweils sieben Metallplättchen 15 aufgenommen werden. Die Metallplättchen 15 mit den Löchern 17 werden mittels der Schrauben 16 und der Bohrungen 12 in der Aussparung 13 am Tilgermassenteil 10 befestigt. Aufgrund dieser Anordnung kann mit minimalem Aufwand eine äußerst effiziente Justierung des Dämpfungsvermögens des erfindungsgemäßen Vibrationssystems erreicht werden. Die Bohrungen 12 auf den Vorsprüngen 11 dienen jeweils der Befestigung einer Blattfeder 8. An den Absätzen 11a an den Seitenteilen 10b des Tilgermassenteils 10 ist ebenfalls eine Bohrung 12 vorgesehen. Hier kann mittels einer Schraube 18 und einer Hülse 19 eine Zugfeder 14 befestigt werden. An den Seitenflächen des Tilgermassenteils 10 kann jeweils ein Gummibumper bzw. Gummipuffer 26 angeordnet werden.
Die 3 zeigt das erfindungsgemäße Vibrationstilgersystem (beinahe) im Endmontagezustand. Das Tilgermassenteil 10 mit den Bohrungen 12 an seiner Rückseite ist wiederum über Blattfedern 8 mit dem Rohr 1 verbunden. Die Position der Blattfedern 8 am Tilgermassenteil 10 kann unter Umständen variiert werden, sofern auch auf dem Rohr 1 entsprechende Bohrungen angebracht sind (hier nicht gezeigt). Im Regelfall ist es aber am günstigsten, die Blattfedern 8 jeweils auf der Vorder- bzw. Rückseite der Vorsprünge 11 zu befestigen. Die Blattfedern 8 sind dabei mittels der Nieten 3 und der entsprechenden Bohrungen 4 am Rohr 1 befestigt und mittels der Schrauben 28 und der entsprechenden Bohrungen 12 auf der Rückseite des Tilgermassenteils 10 bzw. auf den Vorsprüngen 11 auf der Vorderseite des Tilgermassenteils 10 befestigt. Wie zu sehen, ist das Stopperteil 9 mit den Löchern 6 bzw. 6' an dem nach oben gelegenen Widerlager 2 befestigt, und zwar einmal mittels zweier Nieten 3 und mittels einer Schraube 24. Zwischen der Schraube 24 und dem Widerlager 2 wird dabei ein Ende eines Rückhaltekabels 23 angeordnet bzw. festgeschraubt, welches das Widerlager 2 mit dem Tilgermassenteil 10 verbindet. Das andere Ende des Rückhaltekabels 23 wird zwischen der Schraube 24 und dem Tilgermassenteil 10 angeordnet und an diesem festgeschraubt. Wie zu sehen, kann das freie Ende der Zugfedern 14 jeweils mittels einer Schraube 20, einer Hülse 22 und einer entsprechenden Mutter 21 zwischen zwei Widerlagern 2 an jedem Ende des Rohrs 1 befestigt und somit vorgespannt werden. Dabei wird die Hülse 22 jeweils zwischen den beiden Widerlagern 2 so angeordnet, dass sie mit einem der Einstelllöcher 5 fluchtet und in Eingriff mit dem freien Ende der Zugfeder ist. Anhand der Einstelllöcher 5 der Widerlager 2 kann die Vorspannung der Zugfedern 14 auf gewünschte Weise eingestellt werden. Die Schraube 20 wird durch eines der Einstelllöcher 5 und die Hülse 22 geführt und mit der Mutter 21 verschraubt. Bei der Mutter 21 handelt es sich in der Regel um eine selbstsichernde Mutter. In der gezeigten Ausführungsform sind jeweils sechs Einstelllöcher 5 in jedem Widerlager 2 vorhanden; es sind aber – je nach Anwendungsgebiet – auch Ausführungsformen mit zwei, vier, acht, zehn oder zwölf und mehr Einstelllöchern denkbar. Diese können versetzt zueinander aber auch parallel zueinander angeordnet sein. Das Tilgermassenteil 10 kann mit dem Gummipuffer 26 am Stopperteil 9 anschlagen. Der Gummipuffer 26 sollte diesbezüglich möglichst in einer Ecke der Seitenflächen des Tilgermassenteils 10 angebracht werden, um eine optimale Wirkung entfalten zu können.
Das erfindungsgemäß konfigurierte Vibrationsdämpfungssystem ist in der Lage, je nach Einbaurichtung Schwingungen in X-, Y- oder Z-Richtung auszuführen und so korrespondierende Vibrationen des jeweiligen Sitzes oder einer anderen vibrationsempfindlichen Vorrichtung, sei es in einem Hubschrauber, einem Flugzeug, einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen oder einem Schiff etc. zu dämpfen. Der Fachmann wird zu würdigen wissen, dass dieses System mit einem sehr geringen Bedarf an Raum (d. h. sehr kompakt) ausgeführt werden kann, das System in der Lage ist, sehr großen Massenkräften quer zur Schwingungsrichtung Stand zu halten, leicht auf veränderte Vibrationsbedingungen angepasst werden kann und praktisch keine Wartungsaufwendungen erforderlich macht, wie es etwa bei den technisch komplizierten und kostenaufwendigeren hydraulischen Systemen der Fall ist, wo oftmals Leckagen auftreten, die die Funktionsfähigkeit derartiger Systeme zum Teil erheblich beeinträchtigen können.

1: Trägeranordnung bzw. Rohr
1a: Mittelteil
1b: Seitenteil
2: Widerlager für Zugfedern
3: Niete
4: Bohrung
5: Einstellloch
6: Loch
6': Loch
7: Klammer
8: Blattfeder
9: Stopperteil
10: Tilgermassenteil bzw. länglicher Block
10a: Mittelteil
10b: Seitenteil
11: Vorsprung
11a: Absatz
12: Bohrung
13: Aussparung
14: Zugfeder
15: Metallplättchen
16: Schraube
17: Loch
18: Schraube
19: Hülse
20: Schraube
21: Mutter
22: Hülse
23: Rückhaltekabel
24: Schraube
25: Scheibenelement
26: Gummipuffer
28: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19711846 A1 [0004]
- DE 102005012899 B3 [0005]

Claims

Vibrationstilgersystem, insbesondere zur Verwendung mit einem Helikoptersitz, welches ein Tilgermassenteil (10) und zumindest ein erstes Federelement (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein dynamisch erregtes Bauteil (1) über das zumindest eine erste Federelement (8) mit dem Tilgermassenteil (10) verbunden ist.
Vibrationstilgersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgermassenteil (10) ein gegenschwingendes Tilgermassenteil ist.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgermassenteil (10) Mittel (5, 14, 15) zur individuellen Einstellung des Dämpfungsvermögens des Vibrationstilgersystems aufweist.
Vibrationstilgersystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgermassenteil (10) in Form eines länglichen Blocks gebildet ist, welcher eine Aussparung (13) zur Aufnahme von mehreren Massenteilchen (15) aufweisen kann.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (13) in dem länglichen Block zwischen zwei Vorsprüngen (11) gebildet ist.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenteilchen (15), welche in der Aussparung (13) aufgenommen werden, Metallplättchen umfassen.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche Block (10) mehrere Bohrungen (12) zur Aufnahme von Befestigungselementen (16, 18, 28) aufweist.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den seitlichen Enden (10b) des länglichen Blocks (10) Stoßabfänger (26) angeordnet sind.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Federelement (8) eine Blattfeder ist.
Vibrationstilgersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Blattfeder eine kurze Länge und eine geringe Stärke aufweist.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tilgermassenteil über mehrere beidseitig angeordnete Blattfedern (8) mit dem dynamisch erregten Bauteil (10) verbunden ist.
Vibrationstilgersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den seitlichen Enden (10b) des länglichen Blocks (10) Zugfedern (14) oder Druckfedern anordenbar sind, welche mittels entsprechender Schrauben (20) über die Einstelllöcher (5) der Widerlager (2) vorspannbar sind.
Verwendung eines gegenschwingenden Tilgermassenteils (10) in einem Vibrationstilgersystem insbesondere für einen Helikoptersitz.
Verwendung eines gegenschwingenden Tilgermassenteils (10) in einem Vibrationstilgersystem nach Anspruch 1.