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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Element, das die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist.
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Das elastische Element kann insbesondere als Feder eines Feder-Masse-Systems zur Ausbildung eines Schwingungstilgers oder als wegübersetzende Komponente einer Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenänderung ansteuerbare Funktionsmaterialien vorgesehen sein, die einen nur kleinen primären Stellweg aufweisen. Dabei können die Funktionsmaterialien flächig an dem elastischen Element angreifen.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
WO 2011/026872 A2 ist ein Schwingungstilger für einer Drehbewegung um eine Drehachse überlagerte Schwingungen bekannt. Eine Tilgermasse ist über einen Biegebalken an einer rotierenden Welle gelagert. Der Biegebalken erstreckt sich in seinem entspannten Zustand in einer radial zu der Welle verlaufenden Ebene, wobei er mit seiner Haupterstreckungsrichtung senkrecht zu der Welle ausgerichtet ist. Bei Rotation der Welle wirkt neben der elastischen Rückstellkraft des Biegebalkens eine Fliehkraft auf die Tilgermasse, die linear vom Abstand der Tilgermasse zu der Welle bzw. deren Rotationsachse abhängig ist. Damit kann die Eigenfrequenz des Schwingungstilger durch die Drehfrequenz der Welle abgestimmt werden. Insbesondere steigt die Tilgereigenfrequenz bei höheren Drehfrequenzen proportional mit der Drehfrequenz an und beträgt so beispielsweise immer das Doppelte der Drehfrequenz. Die Tilgereigenfrequenz ist damit unabhängig von der konkreten Drehfrequenz auf Drehschwingungen abgestimmt, die bei der doppelten Drehfrequenz auftreten. Für Schwingungen, die radial zu der Drehachse verlaufen, ist der bekannte Schwingungstilger nicht geeignet.
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Eine bekannte Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenänderung ansteuerbare Funktionsmaterialien macht von dem sogenannten Bimetallprinzip Gebrauch. Auf einer Hauptfläche eines biegeelastischen Bandmaterials ist ein auf Längenänderung ansteuerbares Funktionsmaterial angeordnet. Durch Ansteuerung des Funktionsmaterials auf eine Längendehnung biegt sich das Bandmaterial in Richtung von dem Funktionsmaterial weg. Beim Ansteuern des Funktionsmaterials auf eine Kontraktion biegt sich das Bandmaterial in Richtung zu dem Funktionsmaterial hin. Der Weg, den die Enden des zunächst geraden Bandmaterials relativ zueinander zurücklegen, ist verglichen mit der Längenänderung des Funktionsmaterials vervielfacht. Ein geradliniger Stellweg kann aus der Relativbewegung der Enden des Bandmaterials nur unter Zuhilfenahmen von Gelenken abgeleitet werden.
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Eine bekannten Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenänderung ansteuerbare Funktionsmaterialien mit einem elastischen Element, das die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist, macht ebenfalls von dem sogenannten Bimetallprinzip Gebrauch. Hier ist das biegeelastische Bandmaterial in einer Hauptebene der Vorrichtung zu einer Spirale gewickelt, wobei das biegeelastische Bandmaterial mit seiner Querrichtung senkrecht zu der Hauptebene ausgerichtet ist. Beim Ansteuern des auf das Bandmaterial aufgebrachten Funktionsmaterials auf eine Längenänderung ergibt sich eine Drehbewegung zwischen den beiden Enden des Bandmaterials um das innere Ende der Spirale.
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Andere bekannte Vorrichtungen zur Stellwegvergrößerung von Linearaktuatoren arbeiten nach dem Hebelprinzip und weisen dazu Gelenke auf. Selbst wenn diese Gelenke als Festkörpergelenke ausgeführt sind, ist ihre Ausbildung aufwändig.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Element mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, das besondere Eigenschaften, aufweist und das zur vorteilhaften Verwendung zum Beispiel in einem Schwingungstilger und in einer Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenänderung ansteuerbare Funktionsmaterialien geeignet ist.
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LÖSUNG
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein elastisches Element mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche 2 bis 7 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elastischen Elements gerichtet. Der nebengeordnete Patentanspruch 8 betrifft einen Schwingungstilger mit einem erfindungsgemäßen elastischen Element. Die abhängigen Patentansprüche 9 bis 11 sind auf bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers gerichtet. Der nebengeordnete Patentanspruch 13 betrifft eine Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenänderung ansteuerbare Funktionsmaterialien mit einem erfindungsgemäßen elastischen Element. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen 14 und 15 definiert.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen elastischen Element aus biegeelastischem Bandmaterial, das sich längs einer Hauptebene erstreckt und mit seiner Querrichtung senkrecht zu der Hauptebene ausgerichtet ist, bildet das Bandmaterial eine geschlossene Mehrfachschlaufe aus, wobei eine äußere Schlaufe eine innere Schlaufe der Mehrfachschlaufe umschließt und wobei in einem Kreuzungsbereich die Enden der äußeren Schlaufe mit den Enden der inneren Schlaufe überkreuz verbunden sind.
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Eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen elastischen Elements mit Blickrichtung auf seine Hauptebene entspricht einer Ziffer Acht, bei der die obere Windung oder Schlaufe um den Kreuzungspunkt der Linie in die untere Windung oder Schlaufe hinein umgeklappt ist. Bei diesem elastischen Element sind die Durchmesser der beiden Schlaufen gegenläufig voneinander abhängig. D. h., eine Vergrößerung der äußeren Schlaufe führt zu einer Verkleinerung der inneren Schlaufe und umgekehrt. Dies führt dazu, dass sich der Abstand zwischen dem Außenumfang der inneren Schlaufe und dem Innenumfang der äußeren Schlaufe ändert. Auf der dem Kreuzungsbereich, in dem sich die Verbindungen der Enden der äußeren Schlaufe mit den Enden der inneren Schlaufe kreuzen, gegenüberliegende Seite des Elements zur Stellwegvergrößerung erfolgt diese Abstandsänderung geradlinig, d. h. ohne Überlagerung mit einer Querbewegung oder einer Schwenkbewegung des Bandmaterials.
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Dies gilt zumindest dann, wenn eine Krümmung und eine Biegesteifigkeit des Bandmaterials längs der Hauptebene spiegelsymmetrisch zu einer durch den Kreuzungsbereich verlaufenden Symmetrieachse sind. Längs dieser Symmetrieachse erfolgt dann die rein geradlinige Abstandsänderung zwischen dem Außenumfang der inneren Schlaufe und dem Innenumfang der äußeren Schlaufe mit den gegenläufigen Durchmesseränderungen der beiden Schlaufen.
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In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elastischen Elements weist das Bandmaterial längs der Hauptebene einen stetigen Krümmungsverlauf und einen stetigen Biegesteifigkeitsverlauf auf. Grundsätzlich kann das Bandmaterial aber auch Knicke und Sprünge in seiner Biegesteifigkeit aufweisen.
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In dem Kreuzungsbereich kann das Bandmaterial Ausnehmungen und/oder Auskragungen senkrecht zu der Hauptebene aufweisen, um die Überkreuzverbindung der Enden der äußeren Schlaufe mit den Enden der inneren Schlaufe zu realisieren. Das Bandmaterial kann sich aber auch auf ganzer Länge zwischen den beiden Stellen der inneren Schlaufe und der äußeren Schlaufe, deren Abstand sich rein geradlinig verändert, in den beiden Laufrichtungen des Bandmaterials auf unterschiedlichen Höhen parallel zu der Hauptebene erstrecken. Dies wird hier auch dadurch zum Ausdruck gebracht, dass das Bandmaterial in senkrecht zu der Hauptebene versetzten Spuren verläuft, und kann für die Ausbildung eines stetigen Biegesteifigkeitsverlaufs vorteilhaft sein.
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Das Bandmaterial des erfindungsgemäßen elastischen Elements kann aus Federstahlband und/oder faserverstärktem Kunststoff ausgebildet sein. Bei der Ausbildung aus faserverstärktem Kunststoff ist eine direkte Herstellung des elastischen Elements in einem Spritzgusswerkzeug möglich, d. h. eine Herstellung, bei der nicht anschließend noch irgendwelche Enden des Bandmaterials miteinander verbunden werden müssen.
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In dem Kreuzungsbereich kann bei dem erfindungsgemäßen elastischen Element eine lösbare Fixierung für die sich kreuzenden Verbindungen zwischen den Enden der äußeren Schlaufe und den Enden der inneren Schlaufe der Mehrfachschlaufe aneinander vorgesehen sein. Damit kann ein eingestellter Abstand zwischen dem Innenumfang der äußeren Schlaufe und dem Außenumfang der inneren Schlaufe konserviert werden und/oder auf die bei diesem Abstand gegebene Steifigkeit des erfindungsgemäßen elastischen Elements in Richtung des Abstands Einfluss genommen werden.
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Um das erfindungsgemäße elastische Element an andere Strukturen anzubinden, kann an seinem Bandmaterial auf der dem Kreuzungsbereich gegenüberliegenden Seite der äußeren Schlaufe ein erster Anschluss und auf der dem Kreuzungsbereich gegenüberliegenden Seite der inneren Schlaufe der Mehrfachschlaufe ein zweiter Anschluss vorgesehen sein. Diese Anschlüsse können starr mit zwei Bauteilen verbunden werden, die geradlinig gegeneinander verschoben werden können.
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Das erfindungsgemäße elastische Element kann als die Tilgermasse eines Schwingungstilgers elastisch an einer Basis abstützende Feder vorgesehen sein. Dabei ist es bevorzugt, die Tilgermasse fest an einen der beiden im letzten Absatz definierten Anschlüsse anzubinden und den Schwingungstilger über den anderen der beiden Anschlüsse an eine zu bedämpfende Struktur anzukoppeln. Besonders geeignet ist der derart ausgebildete Schwingungstilger für geradlinige Schwingungen in Richtung des Abstands der beiden Anschlüsse.
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In dieser Richtung weist das erfindungsgemäße elastische Element eine ausgeprägt nicht lineare Abhängigkeit seiner Federkraft von dem Abstand der beiden Anschlüsse auf. Diese Nichtlinearität kann gezielt ausgenutzt werden, um die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers durch eine in Richtung dieses Abstands wirkende Vorspannkraft zu variieren und auf einen bestimmten Wert einzustellen. Indem die Vorspannkraft zu einer Änderung des Grundabstands der beiden Anschlüsse führt, führt sie in einen anderen Bereich des Anstiegs der Kraft mit der Änderung des Abstands, d. h. einen anderen Bereich der Steifigkeit und damit zu einer anderen Tilgereigenfrequenz.
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Wenn die Vorspannkraft konstant, d. h. nicht von dem Abstand der beiden Anschlüsse abhängig ist, beeinflusst sie die Tilgereigenfrequenz nur über den mit ihrer Hilfe gewählten Grundabstand der beiden Anschlüsse. Wenn die Vorspannkraft linear von dem Abstand der beiden Anschlüsse abhängig ist, resultiert dies in einen zusätzlichen, von dem konkreten Abstand der beiden Anschlüsse des erfindungsgemäßen elastischen Elements unabhängigen Beitrag zu der Gesamtsteifigkeit und damit der Tilgereigenfrequenz.
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Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen des neuen Schwingungstilgers, bei denen die Vorspannkraft auf die Tilgermasse eine Fliehkraft ist. Eine solche Fliehkraft ist durch Verändern der Drehfrequenz der zugrundeliegenden Drehbewegung leicht variierbar. Auf diese Weise lässt sich die Tilgereigenfrequenz des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers leicht auf einen gewünschten Wert einstellen. Es ist auch möglich, die sich mit der Variation der Vorspannkraft resultierenden Veränderungen in der Amplitude der Schwingungen der Tilgermasse zu beobachten und diese Amplituden auf ein gewünschtes Maß einzustellen, um beispielsweise einen konstruktiv bedingten Grenzwert für diese Amplitude einzuhalten, aber innerhalb des Grenzwerts eine maximale Tilgerwirkung bereitzustellen.
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Wenn zum Aufbringen einer Fliehkraft als Vorspannkraft der andere der beiden Anschlüsse zum Ankoppeln an die zu bedämpfende Struktur an eine rotierende Welle angebunden ist, kann das erfindungsgemäße elastische Element mit seiner Hauptebene parallel oder auch senkrecht zur Rotationsebene um diese rotierende Welle ausgerichtet sein. Ob dabei der Anschluss an dem Bandmaterial der inneren Schlaufe oder der äußeren Schlaufe an der rotierenden Welle festgelegt ist oder die Tilgermasse trägt, kann bei der Konstruktion des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers gewählt werden.
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Bei der Verwendung des erfindungsgemäßen elastischen Elements in einer Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung für auf Längenveränderung ansteuerbare Funktionsmaterialien wird in mindestens einem Teilbereich seiner Mehrfachschlaufe ein auf Längenänderung in der Hauptebene ansteuerbares Funktionsmaterial auf mindestens eine Hauptfläche des Bandmaterials aufgebracht. Eine Ansteuerung des Funktionsmaterials führt zu einer Durchmesseränderung der Schlaufe, in deren Bereich es auf das Bandmaterial aufgebracht ist. Diese Durchmesseränderung überträg sich auch auf die andere Schlaufe. In der Summe resultiert eine Änderung des Abstands zwischen dem Außenumfang der inneren Schlaufe und dem Innenumfang der äußeren Schlaufe, die um ein Vielfaches größer als die primäre Längenänderung des Funktionsmaterials ist und die dennoch an dem erfindungsgemäßen elastischen Element als geradliniger Stellweg abgreifbar ist.
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Es reicht aus, wenn sich das Funktionsmaterial über einen Teilbereich einer der beiden Schlaufen erstreckt. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Teilbereich oder mehrere Teilbereiche auf der dem Kreuzungsbereich gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Schlaufe mit spiegelsymmetrischer Erstreckung zu der Symmetrieachse durch den Kreuzungsbereich.
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Wenn eine Veränderung des Abstands zwischen dem Außenumfang der inneren Schlaufe und dem Innenumfang der äußeren Schlaufe beabsichtigt ist, sind Funktionsmaterialen im Bereich der beiden Schlaufen unterschiedlich anzusteuern, soweit sie nicht auf unterschiedlichen Umfängen angeordnet sind. So ist ein in einem Teilbereich am Innenumfang der einen Schlaufe aufgebrachtes Funktionsmaterial gleichsinnig zu einem in einem Teilbereich am Außenumfang der anderen Schlaufe der Mehrfachschlaufe aufgebrachten Funktionsmaterial anzusteuern, um eine gewünschte Abstandsänderung herbeizuführen.
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Eine gleichsinnige Ansteuerung von Funktionsmaterialien in Teilbereichen der beiden Schlaufen, die auf gleichen Umfängen angeordnet sind oder eine gegensinnige Ansteuerung von Funktionsmaterialien, die auf dem Innenumfang der einen und dem Außenumfang der anderen Schlaufe aufgebracht sind, können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung aber ebenfalls ausgenutzt werden, nämlich zur Erhöhung ihrer elastischen Steifigkeit in Richtung des Abstands zwischen dem Außenumfang der inneren Schlaufe und dem Innenumfang der äußeren Schlaufe. Anders gesagt wird durch eine derartige Ansteuerung der Funktionsmaterialien eine versteifende Verspannung des elastischen Elements bewirkt.
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Es versteht sich, dass auch bei einem erfindungsgemäßen Schwingungstilger Funktionsmaterialien auf dem Bandmaterial des elastischen Elements angeordnet werden können, um beispielsweise eine Vorspannkraft zur Verstellung der Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers aufzubringen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert und beschrieben.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes elastisches Element mit Blickrichtung auf dessen Hauptebene.
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2 ist eine Detailansicht eines Kreuzungsbereichs des erfindungsgemäßen elastischen Elements gemäß 1 mit Blickrichtung längs dessen Hauptebene.
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3 ist eine 2 entsprechende Detailansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen elastischen Elements.
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4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung mit in Teilbereichen auf ein Bandmaterial des erfindungsgemäßen elastischen Elements gemäß 1 aufgebrachten Funktionsmaterialien und die Auswirkung deren Ansteuerung auf Längenänderung.
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5 zeigt eine Anordnung von Funktionsmaterialien in anderen Teilbereichen des erfindungsgemäßen elastischen Elements gemäß 1 als in 4 und die Auswirkung deren Ansteuerung auf Längenänderung.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stellwegvergrößerung.
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7 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers mit einer Tilgermasse, die über das erfindungsgemäße elastische Element gemäß 1 an eine zu bedämpfende Struktur angebunden ist; und
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8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungstilgers mit einem erfindungsgemäßen elastischen Element, über das die Tilgermasse hier an eine rotierende Welle angebunden ist.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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In 1 ist ein elastisches Element 1 aus biegeelastischem Bandmaterial 2 mit Blickrichtung in Querrichtung des Bandmaterial 2 und damit auf eine Hauptebene 3 des Elements 1 gezeigt. Das Bandmaterial 2 bildet in dieser Hauptebene 3 eine geschlossene Mehrfachschleife 4 aus, die eine äußere Schlaufe 5 und eine innere Schlaufe 6 umfasst. Dabei sind die beiden Enden 7 und 8 der äußeren Schlaufe 5 mit den beiden Enden 9 und 10 der inneren Schlaufe 6 in einem Kreuzungsbereich 11 überkreuz verbunden. Zu einer in der Hauptebene 3 verlaufenden Symmetrieachse 12 ist die Mehrfachschlaufe 4 bezüglich der Krümmung und der Biegesteifigkeit des Bandmaterials 2 symmetrisch ausgebildet. Dies bedeutet aber nicht, dass das Element 1 insgesamt spiegelsymmetrisch zu einer senkrecht zu der Hauptebene 3 durch die Symmetrieachse 12 verlaufenden Symmetrieebene ist, weil die Verbindungen der Enden 7 und 9 sowie 8 und 10 in dem Kreuzungsbereich 11 längs der Hauptebene 3 aneinander vorbeilaufen.
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Wie dies realisiert werden kann, ist in den 2 und 3 skizziert. Konkret verläuft das Bandmaterial 2 in Spuren mit unterschiedlichem Versatz zu der Hauptebene 3. Dabei kann diese Ausbildung des Bandmaterials 2 in Spuren auf unterschiedlicher Höhe gegenüber der Hauptebene 3 von einem Anschluss 13 an der äußeren Schlaufe 5 durchgängig bis zu einem Anschluss 14 an der inneren Schlaufe 6 verlaufen, während die Spuren auf den dazu versetzten Höhen gegen den Uhrzeigersinn von dem Anschluss 13 bis zu dem Anschluss 14 verlaufen. Die beiden Anschlüsse 13 und 14 sind durch das derart ausgebildete Element 1 in Richtung der Symmetrieachse 12 und damit in Richtung des Abstands zwischen einem Innenumfang 15 der äußeren Schlaufe 5 und einem Außenumfang 16 der inneren Schlaufe 6 elastisch aneinander abgestützt. Die Steifigkeit der Abstützung hängt dabei von der Biegesteifigkeit des Bandmaterials 2 und damit insbesondere davon ab, aus welchem Material das Bandmaterial 2 ausgebildet ist. In Frage kommen dabei insbesondere Federstahlband und faserverstärkter Kunststoff, wobei letzterer die Ausbildung des Elements 1 auch durch Formspritzen ermöglicht.
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4 zeigt bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 24 zur Stellwegvergrößerung die Anordnung von Funktionsmaterialien 17 und 18 einerseits auf dem Außenumfang 19 der äußeren Schlaufe 5 und andererseits auf dem Innenumfang 20 der inneren Schlaufe 6 des elastischen Elements 1 gemäß 1. Die Funktionsmaterialien 17 und 18 sind dabei jeweils auf eine Längenänderung in der Hauptebene 3 ansteuerbar. Dies erfolgt typischerweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes über eine hier nicht dargestellte Einrichtung, die das Bandmaterial 2 bei metallischer Ausbildung als Bezugselektrode nutzen kann. Angedeutet ist in 4 durch Pfeile 21, dass sich die Funktionsmaterialien 17 und 18 gegenüber dem Bandmaterial 2, auf dem sie angeordnet sind, zusammenziehen. Dadurch reduziert sich der Durchmesser der inneren Schlaufe 6, während sich der Durchmesser der äußeren Schlaufe 5 ausweitet. In der Folge wächst der Abstand der Anschlüsse 13 und 14 in Richtung von Pfeilen 23 auf der Symmetrieachse 12 an. Bei Umkehrung der Längenänderung, d. h. bei Ausdehnung der Funktionsmaterialien 17 und 18 gegenüber dem Bandmaterial 2 nähern sich die beiden Anschlüsse 13 und 14 geradlinig aneinander an.
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Eine solche Annäherung in Richtung von Pfeilen 23 wird auch bei der Vorrichtung 24 zur Stellwegvergrößerung gemäß 5 erreicht. Hier werden die Funktionsmaterialien 17 an der äußeren Schlaufe 5 und 18 an der inneren Schlaufe 6 aber auf eine Kontraktion angesteuert. Die Annäherung der Anschlüsse 13 und 14 in Richtung der Symmetrieachse 12 ist dabei durch die Anordnung des Funktionsmaterials 17 an den Innenumfang 15 der äußeren Schlaufe 5 und an dem Außenumfang 16 der inneren Schlaufe 6 begründet.
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Bei der Ausführungsform der Vorrichtung 24 zur Stellwegvergrößerung gemäß 6 ist das Funktionsmaterial 17 auf dem Außenumfang 20 der äußeren Schlaufe 6 und das Funktionsmaterial 18 auf dem Außenumfang 16 der inneren Schlaufe 6 angeordnet. Eine gleichzeitige und gleichsinnige Ansteuerung der beiden Funktionsmaterialien 17 und 18 führt so zu einer Verspannung des elastischen Elements 1, wodurch die Steifigkeit der Abstützung der Anschlüsse 13 und 14 in Richtung der Symmetrieachse 12 aneinander beeinflusst werden kann, während ein Ansteuern nur des Funktionsmaterials 17 auf Kontraktion in Richtung der Pfeile 21 die Anschlüsse 13 und 14 voneinander entfernt, während ein Ansteuern nur des Funktionsmaterials 18 auf Kontraktion in Richtung der Pfeile 21 die beiden Anschlüsse 13 und 14 einander annähert. Natürlich können bei der Vorrichtung 24 auch Funktionsmaterialien 17 bzw. 18 sowohl auf dem Innenumfang 15 als auch dem Außenumfang 20 der äußeren Schlaufe 5 bzw. sowohl auf dem Außenumfang 16 und dem Innenumfang 21 der inneren Schlaufe 5 vorgesehen sein. In 6 ist zusätzlich noch eine lösbare Fixiereinrichtung 25 skizziert, mit der die sich kreuzenden Verbindungen der Enden 7 und 9 bzw. 8 und 10 aneinander fixiert werden können, um einen zwischen den Anschlüssen 13 und 14 eingestellten Abstand zu fixieren. Eine anschließende Ansteuerung der Funktionsmaterialien führt dann nicht mehr primär zu einer Änderung des Abstands der Anschlüsse 13 und 14 sondern zu einer Veränderung der Steifigkeit der Schlaufen 5 und 6. In den 4 bis 6 sind die Anschlüsse jeweils auf der Seite des Bandmaterials 2 der jeweiligen Schlaufe 5 bzw. 6 dargestellt, auf der kein Funktionsmaterial 17 oder 18 vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, den Bereich der Anschlüsse 13 und 14 mit dem jeweiligen Funktionsmaterial 17 bzw. 18 auszusparen oder beide nebeneinander vorzusehen.
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Ein erfindungsgemäßer Schwingungstilger 26 gemäß 7 weist eine Tilgermasse 27 auf, die hier an den Anschluss 14 starr angebunden ist, während der Anschluss 13 zur Ankopplung des Schwingungstilgers 26 an eine zu bedämpfende Struktur 28 starr an diese angebunden ist. Der Schwingungstilger 26 ist so für lineare Schwingungen in Richtung des Abstands der beiden Anschlüsse 13 und 14 vorgesehen, die durch einen Doppelpfeil 29 angedeutet sind. In der Richtung des Abstands der Anschlüsse 13 und 14 weist das elastische Element 1 eine hochgradige Nichtlinearität seiner Federkraft auf. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, durch Verändern eines Grundabstands der beiden Anschlüsse 13 und 14 durch eine Vorspannkraft die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 26 zu variieren.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 26, die in 8 dargestellt ist, ist die Tilgermasse 27 starr an den Anschluss 13 angebunden, und zur Ankopplung des Schwingungstilgers 26 an eine zu bedämpfende Struktur ist der andere Anschluss 14 starr an eine rotierende Welle 30 angebunden. Durch Rotation der Tilgermasse 27 mit dem elastischen Element 1 in Richtung eines Drehpfeils 31 um eine Drehachse 32 der Welle 30 tritt eine Fliehkraft in Richtung eines Pfeils 33 auf die Tilgermasse 27 auf, die als Vorspannkraft den Grundabstand der Anschlüsse 13 und 14 und damit die Tilgereigenfrequenz des Schwingungstilgers 26 verändert. Der Schwingungstilger 26 ist auch hier für Schwingungen in Richtung des Abstands der beiden Anschlüsse 13 und 14, d. h. in der Richtung des Doppelpfeils 29 vorgesehen. Dabei kann es sich um radiale Schwingungen der Welle 30 handeln. Es kann sich aber auch um Schwingungen einer Struktur handeln, der gegenüber die Welle 30 ortsfest drehbar gelagert ist. Dabei kann die Drehfrequenz der Welle 30 immer so eingestellt werden, dass die Amplitude der Tilgermasse 27 des Schwingungstilgers 26 innerhalb vorgegebener Grenzen maximiert ist, um innerhalb dieser vorgegebenen Grenzen eine maximale Tilgerwirkung des Schwingungstilgers 26 bereitzustellen. In 8 ist das elastische Element 1 so dargestellt, dass seine Hauptebene 3 mit einer Rotationsebene um die Drehachse 32 zusammenfällt. Die Anordnung könnte jedoch auch so sein, dass die Hauptebene 3 senkrecht zu dieser Rotationsebene verläuft, d. h. gegenüber der Anordnung gemäß 8 um 90° um die Symmetrieachse 12 verdreht ist. Weiterhin könnten auch die Anschlüsse 13 und 14 vertauscht werden, so dass die Tilgermasse an dem Anschluss 14 angebunden ist und der Anschluss 13 an die Welle 30.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Element
- 2
- Bandmaterial
- 3
- Hauptebene
- 4
- Mehrfachschlaufe
- 5
- äußere Schlaufe
- 6
- innere Schlaufe
- 7
- Ende
- 8
- Ende
- 9
- Ende
- 10
- Ende
- 11
- Kreuzungsbereich
- 12
- Symmetrieachse
- 13
- Anschluss
- 14
- Anschluss
- 15
- Innenumfang
- 16
- Außenumfang
- 17
- Funktionsmaterial
- 18
- Funktionsmaterial
- 19
- Außenumfang
- 20
- Innenumfang
- 21
- Pfeil
- 22
- Pfeil
- 23
- Pfeil
- 24
- Vorrichtung
- 25
- Fixiereinrichtung
- 26
- Schwingungstilger
- 27
- Tilgermasse
- 28
- Struktur
- 29
- Doppelpfeil
- 30
- Welle
- 31
- Drehpfeil
- 32
- Drehachse
- 33
- Pfeil
