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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Vibrationstilgersystem welches
u. a. für Fahrzeugsitze, Flugzeugsitze aber insbesondere
für Hubschraubersitze vorgesehen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Anhand
der beigefügten Zeichnungen wird nachfolgend der Aufbau
des erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungssystems
näher beschrieben. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Trägeranordnung mit Blattfedern und Plattenelementen;
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2:
eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen
Tilgermassenteils mit zugehörigen Metallplättchen;
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3:
eine perspektivische Ansicht eines zusammengesetzten erfindungsgemäßen
Vibrationstilgersystems.
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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.
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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.
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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.
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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.
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- 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
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19711846
A1 [0004]
- - DE 102005012899 B3 [0005]