DE102012208713A1

DE102012208713A1 - Carrier for use as active component for vibration compensation of adaptive supporting structures, has carrier elements with flanges and planks, where plank of one carrier element is engaged in plank of another carrier element

Info

Publication number: DE102012208713A1
Application number: DE201210208713
Authority: DE
Inventors: Marco Menzer; Christoph Haeusler
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-11-28

Abstract

The carrier has lower and upper carrier elements (1,2) with flanges (3) and planks (4) projecting from the flanges. The plank extends continuously or intermittently along the entire length of the carrier elements. A plank of one carrier element is engaged in form-fit manner in a plank of another carrier element. The carrier elements are movable by an actuator along the planks. The carrier elements are so movable relative to each other that the distance of the flanges is adjustable.

Description

Anwendungsgebietfield of use

Die Erfindung betrifft einen Träger mit einstellbarer Biegesteifigkeit, insbesondere als aktives Bauteil zur Amplitudenreduktion oder zur Schwingungskompensation, z. B. für adaptive Tragwerke von Bauwerken und Konstruktionen.The invention relates to a carrier with adjustable bending stiffness, in particular as an active component for amplitude reduction or vibration compensation, z. B. for adaptive structures of structures and constructions.

Stand der TechnikState of the art

In mechanischen Strukturen wie Maschinen, Fahrzeugen und auch in Bauwerken können durch Eigen- oder Fremdanregung ungewollte Schwingungen entstehen. Die Schwingungsanregung kann dabei periodisch, z. B. durch eine Unwucht in einer Drehbewegung oder auch unregelmäßig wie z. B. Windanregung an einer Brücke sein. Schwingungen führen in Strukturenhäufig zu Materialermüdung, Einschränkung der Funktionalität oder zu Störgeräuschen. Besonders problematisch ist, wenn eine periodische Schwingungsanregung in einem breiten Spektrum erfolgt und dabei einer Eigenfrequenz der mechanischen Struktur nahe kommt, da dies zu einer Resonanzkatastrophe führen kann. Aus dem Stand der Technik sind daher bereits Möglichkeiten bekannt, ungewollte Schwingungen zu dämpfen, indem die mechanische Schwingungsenergie in andere Energieformen, zumeist Wärme umgewandelt wird.In mechanical structures such as machines, vehicles and also in structures, unwanted vibrations can occur due to intrinsic or external excitation. The vibration excitation can periodically, z. B. by an imbalance in a rotary motion or irregular such. B. Wind excitation on a bridge. Vibrations in structures often lead to material fatigue, limitation of functionality or noise. A particular problem is when a periodic vibration excitation occurs in a broad spectrum and thereby comes close to a natural frequency of the mechanical structure, since this can lead to a resonance catastrophe. From the prior art, therefore, ways are already known to damp unwanted vibrations by the mechanical vibration energy is converted into other forms of energy, usually heat.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedenste Schwingungsdämpfer bekannt. Diese können aktiv und passiv arbeiten. Ein Beispiel für einfache passive Dämpfer ist ein Flüssigkeitsdämpfer, wie er beispielsweise in Fahrwerken von Fahrzeugen zum Einsatz kommt und Schwingungen frequenzunabhängig und geschwindigkeitsproportional dämpft.From the prior art, a wide variety of vibration dampers are known. They can work actively and passively. An example of simple passive damper is a fluid damper, as used for example in vehicle chassis and vibration dampened independent of frequency and speed proportional.

Aktive Dämpfer ermöglichen eine Einstellung der Dämpfungskonstante oder der Frequenzabhängigkeit der Dämpfung.Active dampers allow adjustment of the damping constant or the frequency dependence of the damping.

Bislang benötigen derartige Systeme jedoch nachteilig kostenintensive Steuerungstechnik, wodurch der Einsatz bislang auf Spezialanwendungen beschränkt ist. Zudem tritt bei aktiven Dämpfern ökonomisch nachteilig eine hohe Verlustenergie aufgrund der Umwandlung in Wärme auf. Zur frequenzabhängigen Reduktion von Schwingungsamplituden sind aus dem Stand der Technik vor allem Schwingungstilger bekannt, die beispielsweise ihren Einsatz in Wolkenkratzern finden. Dabei handelt es sich um Feder-Masse-Systeme die mit der zu beruhigenden Struktur verbunden sind. Systembedingt erfolgt die Tilgung dabei nur in bestimmten Frequenzbereichen, während Frequenzen im Bereich der Eigenfrequenz des gesamten Feder-Masse-Systems, bestehend aus ursprünglicher Struktur und Tilger, verstärkt werden.So far, however, such systems disadvantageously require expensive control technology, whereby the use is limited to special applications so far. In addition, in active dampers economically disadvantageous high energy loss due to the conversion into heat. For the frequency-dependent reduction of vibration amplitudes, vibration dampers are known from the state of the art, which for example find their use in skyscrapers. These are spring-mass systems that are associated with the structure to be calmed. Due to the system, the eradication takes place only in certain frequency ranges, while frequencies in the range of the natural frequency of the entire spring-mass system, consisting of original structure and absorber, are amplified.

Ferner wird auch der piezoelektrische Effekt genutzt, um die Steifigkeit von mechanischen Systemen und somit deren Schwingungsverhalten gezielt einzustellen. Furthermore, the piezoelectric effect is used to adjust the rigidity of mechanical systems and thus their vibration behavior targeted.

Zur Dämpfung von Schwingungen in flächigen Strukturen kommen auch Macro-Fiber-Composite-Module (MFC) zum Einsatz, die auf die Struktur appliziert werden. Zur Vermeidung von schwingungsbedingter Geräuschentwicklung wird dies beispielsweise bei PKW-Dächern angewandt. Dabei werden die ebenfalls Piezo-Elemente enthaltenden Macro-Fiber-Composite-Module in definierten Mustern auf die Dachhaut geklebt und ermöglichen durch gezielte Ansteuerung eine Einstellung der Dämpfungseigenschaften.To dampen vibrations in flat structures, macro-fiber composite modules (MFC) are also used, which are applied to the structure. To avoid vibration-induced noise, this is used for example in car roofs. In the process, the macro-fiber composite modules, which also contain piezo elements, are glued to the roof membrane in defined patterns and enable targeted adjustment of the attenuation properties.

Die US 5,780,948 A beschreibt eine Anordnung zur Schwingungstilgung, wobei das Feder-Masse-System eine bewegliche Elektrode aufweist, mit der eine elektrische Kraft in Abhängigkeit der Schwingungsamplitude der Ausgangsstruktur erzeugbar ist. Zusätzlich zu der beweglichen Elektrode enthält das Feder-Masse-System eine Elektrode zur Kontrolle der effektiven Steifigkeit. Durch Änderung der zwischen den beiden Elektroden angelegten Spannung können die Eigenfrequenz des Systems und dessen effektive Steifigkeit eingestellt werden. Die Kopplung der beiden Elektroden erfolgt dabei über die Kraftwirkung des elektrischen Feldes, wodurch die Dämpfungseigenschaften des Feder-Masse-Systems und somit auch die zu dämpfenden Frequenzbereiche gezielt eingestellt werden können. Nachteilig an diesem System ist, dass zur Kopplung des Feder-Masse-Systems an die Ausgangsstruktur und zur Dämpfung von dessen Schwingungen kontinuierlich eine Spannung an die Elektroden angelegt sein muss. Das System erfordert somit eine konstante Energieversorgung. Die Kopplung durch ein elektrisches Feld ist zudem aufgrund äußerer Einflüsse prinzipiell störanfällig, was zusätzliche Ansprüche an die bauliche Ausführung der Anordnung, bspw. hinsichtlich einer Abschirmung gegen äußere Felder, nach sich zieht.The US 5,780,948 A describes an arrangement for vibration damping, wherein the spring-mass system comprises a movable electrode, with which an electrical force in dependence on the oscillation amplitude of the output structure can be generated. In addition to the movable electrode, the spring-mass system includes an electrode for controlling the effective rigidity. By changing the voltage applied between the two electrodes, the natural frequency of the system and its effective stiffness can be adjusted. The coupling of the two electrodes takes place via the force effect of the electric field, whereby the damping properties of the spring-mass system and thus the frequency ranges to be attenuated can be set specifically. A disadvantage of this system is that a voltage must be applied to the electrodes continuously for coupling the spring-mass system to the output structure and for damping its oscillations. The system thus requires a constant power supply. The coupling by an electric field is also due to external influences principally susceptible to interference, which additional demands on the structural design of the arrangement, eg. With regard to a shield against external fields, entails.

Die EP 0996570 B1 beschreibt eine strukturelle Komponente mit Mitteln zur gezielten Einstellung ihrer Steifigkeit zur Vibrationskontrolle. Das strukturelle Element weist dabei mindestens eine Nische oder Kerbe mit gegenüberliegenden Wänden auf, die bei der Belastung des Elements dazu tendieren, sich gegeneinander zu verschieben. In dieser Nische oder Kerbe befindet sich zusätzlich ein Steifigkeitskontrollelement aus einem Material, das durch die Einwirkung elektrischer oder magnetischer Felder innerhalb kürzester Zeit expandierbar ist. In einem ersten Zustand hat das Steifigkeitskontrollelement keinen Kontakt zu den Wänden der Kerbe oder Nische. Die strukturelle Komponente weist dann eine insgesamt niedrigere Steifigkeit auf. Durch das Expandieren des Steifigkeitskontrollelementes wird eine Verbindung zwischen den Wänden der Kerbe oder Nische hergestellt, somit eine Kraftübertragung von einer Wand zu der anderen ermöglicht und dadurch eine Erhöhung der Steifigkeit des strukturellen Elements bewirkt. Verwendung findet die strukturelle Komponente bspw. in Tragwerken von Flugzeugen. Bei der Verwendung eines einzelnen Steifigkeitskontrollelementes kann die Steifigkeit der strukturellen Komponente nachteilig nur zwischen zwei Zuständen kontrolliert werden. Für eine weitergehende Kontrolle der Steifigkeit muss eine Anordnung von mehreren Steifigkeitskontrollelementen in der Kerbe oder Nische platziert werden. Diese Lösung kann zudem nur für mehrteilige strukturelle Komponenten angewandt werden, die das Erzeugen einer Kerbe oder Nische sowie das Befüllen derselben mit einem Steifigkeitskontrollelement überhaupt zulassen.The EP 0996570 B1 describes a structural component with means for selectively adjusting its stiffness for vibration control. The structural element in this case has at least one niche or notch with opposite walls, which tend to move against each other when the element is loaded. In this niche or notch there is additionally a stiffness control element made of a material which can be expanded within a very short time by the action of electrical or magnetic fields. In a first state, the stiffness control element has no contact with the walls of the notch or niche. The structural component then has an overall lower rigidity. By expanding the stiffness control element is made a connection between the walls of the notch or niche, thus enabling a transmission of force from one wall to the other, thereby causing an increase in the rigidity of the structural element. Use finds the structural component, for example. In structures of aircraft. When using a single stiffness control element, the stiffness of the structural component can be adversely controlled only between two states. For more rigidity control, an array of multiple stiffness control elements must be placed in the notch or niche. This solution can also be used only for multi-part structural components that allow the creation of a notch or niche and filling them with a stiffness control element in the first place.

In der WO 02/50990 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, umfassend eine fixierte und eine bewegliche Struktur. Die bewegliche Struktur ist dabei über eine flexible Halterung an der fixierten Struktur befestigt. Gemäß der Schrift ist mittels der Bewegung der beweglichen Struktur die Steifigkeit der Vorrichtung einstellbar. Gemäß der Schrift handelt es sich bei den Strukturen um elektrostatische Aktuatoren, wie sie in elektronischen Mikrosystemen verbaut sind, bspw. in MOEMS oder MEMS. Durch die bewegliche Lagerung der Struktur und die einstellbare Steifigkeit soll bei diesen Bauteilen die Gefahr einer mechanischen Instabilität aufgrund von aus hohen elektrostatischen Aufladungen resultierenden Kräften minimiert werden. Eine Übertragung der Vorrichtung auf makroskopische Skalen, bspw. für Tragwerksteile, erscheint nicht ohne weiteres möglich.In the WO 02/50990 A1 a device is described comprising a fixed and a movable structure. The movable structure is attached via a flexible holder to the fixed structure. According to the document, the stiffness of the device is adjustable by means of the movement of the movable structure. According to the document, the structures are electrostatic actuators, as they are installed in electronic microsystems, for example in MOEMS or MEMS. The flexible structure of the structure and the adjustable stiffness of these components to minimize the risk of mechanical instability due to resulting from high electrostatic charges forces. A transmission of the device on macroscopic scales, eg. For structural parts, does not seem readily possible.

Mit der DE 10 2009 056 292 A1 wird eine adaptive Tragwerksstruktur mit einer Vielzahl von Tragwerksgliedern offenbart, wobei mindestens zwei der Tragwerksglieder über ein verformbares Modul, insbesondere ein Piezoelement, miteinander verbunden sind. Die Verbindung ist dabei derart, dass bei einer Verformung der Tragwerksstruktur eine Krafteinwirkung auf das Modul erzeugbar, sowie über eine gezielte Verformung des Moduls die Steifigkeit und/oder die Form der Tragwerkstruktur einstellbar ist. Bei dem Tragwerk selbst kann es sich dabei um Stabwerke oder Fachwerke, wie Stäbe, Träger, Stützen und/oder Rahmen handeln. In der Druckschrift wird beschrieben, dass Tragwerke aus Stabilitätsgründen einerseits die nötige Steifigkeit und andererseits eine gewisse Nachgiebigkeit sowie eine Anpassungs- und Schwingungsfähigkeit aufweisen müssen. Um beiden Anforderungen zu genügen, kann die Steifigkeit und/oder Form des Tragwerks mittels der Aktoren beeinflusst werden. Gemäß der Druckschrift kommen dabei nicht ausschließlich Piezo-Aktoren, sondern auch andere, bspw. pneumatische Aktoren in Betracht. Die gemäß der Druckschrift verwendeten Aktoren haben jedoch nur sehr begrenzte Fähigkeiten zur mechanischen Verformung, weshalb eine Vielzahl von Ihnen zur Einstellung der Form bzw. der Steifigkeit von Tragwerkstrukturen verwendet werden muss. Demnach müssen die zu beeinflussenden Tragwerksstrukturen eine Vielzahl von verstellbaren Elementen aufweisen, an denen die Aktoren positioniert werden können. Dies zieht eine komplizierte Regelungstechnik und dadurch hohe Fertigungs- und Unterhaltskosten der Bauteile nach sich. Zudem hat die vorgestellte Tragwerksstruktur einen komplexen Aufbau und ist somit kostenintensiv in der Herstellung. Nicht zuletzt hat der vorgestellte Träger aufgrund seines komplizierten Aufbaus auch eine erhebliche Baugröße, die nachteilig für enge Einbauorte ist.With the DE 10 2009 056 292 A1 discloses an adaptive structure with a plurality of structural members, wherein at least two of the structural members via a deformable module, in particular a piezoelectric element, are interconnected. The connection is such that upon deformation of the structural structure a force acting on the module can be generated, as well as a specific deformation of the module, the stiffness and / or the shape of the structure structure is adjustable. The framework itself may be frameworks or trusses such as bars, beams, columns and / or frames. In the document is described that structures for stability reasons on the one hand have the necessary rigidity and on the other hand have a certain flexibility and an adaptability and vibration ability. To meet both requirements, the stiffness and / or shape of the structure can be influenced by means of the actuators. According to the document are not only piezo actuators, but also other, for example. Pneumatic actuators into consideration. However, the actuators used according to the document have very limited mechanical deformation capabilities, so a variety of them must be used to adjust the shape or rigidity of structural structures. Accordingly, the structural structures to be influenced must have a multiplicity of adjustable elements on which the actuators can be positioned. This entails a complicated control technology and thus high manufacturing and maintenance costs of the components. In addition, the presented structure has a complex structure and is therefore expensive to manufacture. Last but not least, because of its complicated structure, the presented carrier also has a considerable size, which is disadvantageous for narrow installation locations.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Träger mit einstellbarer Biegesteifigkeit bereitzustellen, der kostengünstig in der Herstellung und einfach in der Montage ist.The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a carrier with adjustable bending stiffness, which is inexpensive to manufacture and easy to assemble.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Hauptanspruchs, bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object of the invention is achieved by the features of the main claim, preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Träger mit einstellbarer Biegesteifigkeit, aufweisend ein oberes und ein unteres Tragelement. Diese Elemente weisen im Profil, also bevorzugt im Querschnitt in der Ebene rechtwinklig zu ihrer größten räumlichen Ausdehnung (Längsrichtung), jeweils einen Flansch mit mindestens einem auskragenden Steg auf. Bei den Tragelementen handelt es sich bevorzugt um Stahlträger bzw. Profilstahl. Es sind jedoch auch Kunst- und Verbundwerkstoffe sowie Metalle bzw. Legierungen einsetzbar. Die Tragelemente weisen bevorzugt über ihre gesamte Länge einen gleich bleibenden Querschnitt auf, so dass sich der von dem Flansch auskragende Steg über die gesamte Länge der Tragelemente durchgehend oder mit Unterbrechungen erstreckt. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt des Flansches auch dabei über die gesamte Länge des Bauteils identisch.According to the invention the object is achieved by a carrier with adjustable bending stiffness, comprising an upper and a lower support member. These elements have in profile, ie preferably in cross-section in the plane perpendicular to their largest spatial extent (longitudinal direction), each having a flange with at least one cantilevered web. The support elements are preferably steel beams or sectional steel. However, it is also art and composites and metals or alloys used. The support elements preferably have a constant cross-section over their entire length, so that the web projecting from the flange extends continuously or intermittently over the entire length of the support elements. Particularly preferably, the cross section of the flange is also identical over the entire length of the component.

Erfindungsgemäß greift mindestens ein Steg des unteren Tragelements formschlüssig in mindestens einen Steg des oberen Tragelements ein. Die zwei Tragelemente werden somit zu einem Träger verbunden, der zwei sich gegenüberliegende Flansche aufweist, welche über die ineinandergreifenden Stege verbunden sind. Ineinandergreifen bedeutet dabei, dass oberes und unteres Tragelement nur in Stegrichtung, nicht aber quer zur Stegrichtung relativ zueinander bewegbar sind. Vorteilhaft wird so verhindert, dass die Aktoren mit Querkräften in Trägerlängsrichtung beaufschlagt werden. Damit kann ein verklemmen der Aktoren bzw. ein vorzeitiger Ausfall aufgrund einer durch Querkräfte verursachten erhöhten Abnutzung vermieden werden. Zudem wird durch die Verbindung mittels der Stege vorteilhaft eine Schubübertragung gewährleistet.According to the invention, at least one web of the lower support element engages in a form-fitting manner in at least one web of the upper support element. The two support members are thus connected to a carrier having two opposing flanges which are connected via the intermeshing webs. Intermeshing means that upper and lower support member are movable relative to each other only in the web direction, but not transverse to the web direction. Advantageously, it is thus prevented that the actuators are subjected to transverse forces in the longitudinal direction of the carrier. This can jam the actuators or premature failure due to a caused by shear forces increased wear can be avoided. In addition, a shear transfer is advantageously ensured by the connection by means of the webs.

Erfindungsgemäß erlaubt die formschlüssige Verbindung eine Relativbewegung der Tragelemente zueinander. Die Stege dienen dabei als Führung für diese Relativbewegung, durch die der Abstand der Flansche zueinander veränderbar ist. According to the invention, the positive connection allows a relative movement of the support elements to each other. The webs serve as a guide for this relative movement, by which the distance between the flanges is mutually variable.

Die Bewegung der Elemente entlang der Stege wird dabei erfindungsgemäß durch Aktoren vermittelt. Diese Aktoren erlauben über die gezielte Einstellung des Abstands der Flansche hinaus auch die Fixierung der Elemente in der gewünschten Position. Durch diese Abstandsänderung kann somit das axiale, bzw. gegebenenfalls das biaxiale, als auch das polare Flächenträgheitsmoment gezielt eingestellt werden. Mit zunehmendem Abstand steigen die Flächenträgheitsmomente an. The movement of the elements along the webs is mediated according to the invention by actuators. These actuators also allow the fixation of the elements in the desired position by the targeted adjustment of the distance of the flanges. By means of this change in distance, it is therefore possible to set the axial, or optionally the biaxial, as well as the polar area moment of inertia in a targeted manner. As the distance increases, the area moments of inertia increase.

Das Flächenträgheitsmoment eines Trägers steht in direktem Zusammenhang mit dessen Biegesteifigkeit und damit dem Schwingungsverhalten, insbesondere dessen Eigenschwingung. Es ist somit möglich mittels der Aktoren die Eigenfrequenzen des Trägers direkt zu beeinflussen.The moment of inertia of a carrier is directly related to its bending stiffness and thus the vibration behavior, in particular its natural vibration. It is thus possible to directly influence the natural frequencies of the carrier by means of the actuators.

Es besteht auch die Möglichkeit den Abstand vom oberen und unteren Tragelement und damit das Flächenträgheitsmoment über die Länge des Trägers zu variieren. It is also possible to vary the distance from the upper and lower support element and thus the area moment of inertia over the length of the carrier.

Vorteilhaft muss der Träger im Gegensatz zu anderen aktiven Systemen nicht permanent mit Energie versorgt werden, sondern nur um mittels der Aktoren Strukturänderungen vorzunehmen. Zudem ist der Träger ein Element der Grundstruktur und bedarf keiner zusätzlichen aktiven Komponente. Advantageously, in contrast to other active systems, the carrier does not have to be permanently supplied with energy, but only to make structure changes by means of the actuators. In addition, the carrier is an element of the basic structure and does not require any additional active component.

Der erfindungsgemäße Träger kann sehr gut als tragende Struktur in Maschinen eingesetzt werden, welche durch unterschiedliche Frequenzen angeregt werden, wie beispielsweise Werkzeugmaschinen.The carrier according to the invention can be used very well as a supporting structure in machines which are excited by different frequencies, such as machine tools.

In einem anderen Anwendungsfall kann der Träger auch als Schwingungstilger genutzt werden, indem er einseitig an der zu dämpfenden Struktur befestigt wird. In another application, the carrier can also be used as a vibration absorber by being attached to one side of the structure to be damped.

Den konkreten Einbauort und die anzuwendenden Einstellungen für die Aktoren werden dabei im Rahmen einer systemdynamischen Auslegung der zu dämpfenden Struktur ermittelt.The concrete installation location and the settings to be used for the actuators are determined as part of a system-dynamic design of the structure to be damped.

Die formschlüssige Verbindung der Stege lässt ein Verschieben der Elemente in der Stegebene zu. Bevorzugt weisen die Stege Führungen, bevorzugt in Querrichtung des Trägers auf, wodurch eine Relativbewegung vom oberen und unteren Tragelement in Längsrichtung unterbunden wird. Prinzipiell kann nach Ausgestaltung der Stege die Möglichkeit der Tragelemente zur Relativbewegung variiert werden. The positive connection of the webs allows for a displacement of the elements in the floor level. Preferably, the webs guides, preferably in the transverse direction of the carrier, whereby a relative movement of the upper and lower support member is prevented in the longitudinal direction. In principle, the possibility of the support elements for relative movement can be varied according to the design of the webs.

Bevorzugt ist mindestens ein Steg eines Tragelements als Nut und mindestens ein Steg des anderen Tragelements als Feder ausgebildet. Nut bzw. Feder erstrecken sich dabei durchgehend oder unterbrochen über die gesamte Länge des jeweiligen Tragelements. Ist Letzteres der Fall, können die Nuten an den Unterbrechungen zusätzlich so geformt sein, dass ein Verschieben der Tragelemente in Längsrichtung des Trägers ebenfalls unterbunden ist, bspw. können die Stege in Form einer Zapfenverbindung ineinandergreifen.Preferably, at least one web of a support element is designed as a groove and at least one web of the other support element as a spring. Groove or spring extend continuously or interrupted over the entire length of the respective support element. If the latter is the case, the grooves at the interruptions can additionally be shaped such that a displacement of the support elements in the longitudinal direction of the support is also prevented, for example, the webs can engage in the form of a pin connection.

In einer alternativen Ausgestaltung sind die ineinandergreifenden Stege abschnittsweise in Querrichtung des Trägers versetzt angeordnet, und zwar derart, dass die Stege von oberem und unterem Tragelement genau wechselseitig ineinandergreifen.In an alternative embodiment, the intermeshing webs are arranged offset in sections in the transverse direction of the carrier, in such a way that the webs of upper and lower support element exactly interlock with each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Aktoren an und/oder in mindestens einem Steg angeordnet. Die Wirkung der Aktoren kann dabei auf die Stege oder auf die Flansche ausgeübt werden. Eine Anordnung der Aktoren in den Stegen selbst wird besonders bevorzugt realisiert, indem am Flansch ein verschiebbarer Kolben angeordnet ist, mit dem die Feder oder der Zapfen in der Nut verschoben werden kann. Eine Anordnung der Aktoren an den Stegen umfasst bevorzugt auch die Anordnung der Aktoren in den Lücken zwischen den sich unterbrochen über die gesamte Länge der Tragelemente erstreckenden Stege.In a preferred embodiment, the actuators are arranged on and / or in at least one web. The effect of the actuators can be exerted on the webs or on the flanges. An arrangement of the actuators in the webs themselves is particularly preferably realized by the flange is arranged a displaceable piston with which the spring or the pin can be moved in the groove. An arrangement of the actuators on the webs preferably also includes the arrangement of the actuators in the gaps between the interrupted over the entire length of the support elements extending webs.

Ebenfalls bevorzugt ist die Ausgestaltung mindestens eines Steges selbst als Aktor, wobei die Wirkung des Aktors auf den jeweils anderen Steg der formschlüssigen Verbindung oder auf einen Flansch wirken kann. Besonders bevorzugt wird dies realisiert, indem ein als Feder ausgebildeter Steg teleskopierbar ist und durch Kraftwirkung auf die Nut das gegenüberliegende Element verschieben kann. Ebenso bevorzugt ist eine teleskopierbare Ausbildung der Wände einer Nut, wodurch mittels Kraftwirkung auf den Flansch eine Verschiebung der Elemente erreicht wird. Weiterhin können die Stege Mittel aufweisen, die eine Verschiebung der Elemente durch elektromagnetische Kräfte ermöglicht.Also preferred is the configuration of at least one web itself as an actuator, wherein the action of the actuator can act on the respective other web of the positive connection or on a flange. This is particularly preferably realized by telescoping a web formed as a spring and by force acting on the groove can move the opposite element. Likewise preferred is a telescoping formation of the walls of a groove, whereby a displacement of the elements is achieved by means of force on the flange. Furthermore, the webs may comprise means which allows a displacement of the elements by electromagnetic forces.

Neben den bereits genannten Möglichkeiten sind die Aktoren bevorzugt auch auf einem oder beiden Profilen angeordnet und stehen nicht in Wechselwirkung mit den Stegen. Dann ist die Funktion der Aktoren, eine Relativbewegung der Tragelemente zu bewirken, wobei sich die Flansche aufeinander zu oder voneinander weg bewegen, losgelöst von der Führungsfunktion der Stege, die Relativbewegungen der Elemente nur in bestimmten Raumrichtungen zu erlauben. Die Aktoren können dabei überall auf den Tragelementen angeordnet sein, auch in unmittelbarer Nähe der Stege. Bevorzugt sind die Aktoren zwischen den sich unterbrochen über die gesamte Länge der Tragelemente erstreckenden Stegen angeordnet. In vorteilhafter Weise kann bei dieser Ausführungsform auf eine komplizierte Gestaltung der Stege verzichtet werden. Diese können bspw. in Form einfacher oder flächiger Gleitbuchsen ausgeführt sein, Roll- oder Nadellager aufweisen oder geeignet mit Schmierstoffen versehen sein. Auch als Aktoren kommen in dieser Ausführungsform einfache technische Lösungen in Betracht, bspw. einfache Hubkolbensysteme, die vorteilhaft als Zukaufteile nur auf den Flanschen angeordnet werden müssen.In addition to the possibilities already mentioned, the actuators are preferably also arranged on one or both profiles and do not interact with the webs. Then, the function of the actuators to cause a relative movement of the support elements, wherein the flanges move toward or away from each other, detached from the Guide function of the webs to allow the relative movements of the elements only in certain spatial directions. The actuators can be arranged anywhere on the support elements, even in the immediate vicinity of the webs. The actuators are preferably arranged between the webs that extend over the entire length of the support elements. Advantageously, a complicated design of the webs can be dispensed with in this embodiment. These can be embodied, for example, in the form of simple or flat slide bushes, have roller bearings or needle bearings or can be suitably provided with lubricants. Also suitable as actuators in this embodiment are simple technical solutions, for example. Simple reciprocating systems that must be advantageously arranged as purchased parts only on the flanges.

Bevorzugt sind die Aktoren als Linearaktoren ausgeführt, insbesondere als Hydraulikaktoren und besonders bevorzugt um Miniatur-Hydraulikzylinder. Bei diesen ist in einem Gehäuse ein Zylinder mit Hubkolben angeordnet, der durch Beaufschlagung des Zylinders mit einem geeigneten Medium verschiebbar ist. Das Medium, bspw. ein Mineralöl, wird dem Zylinder über ein steuerbares Einlassventil zugeführt und über ein steuerbares Auslassventil aus diesem abgeleitet. Diese Miniatur-Hydraulikzylinder sind auf einem oder beiden Elementen, bevorzugt auf deren Flanschen, befestigt, wobei die Kolben auf das jeweils gegenüberliegende Element einwirken. Weiterhin bevorzugt sind die Aktoren als Pneumatik-Aktoren ausgebildet, insbesondere in Form von Pneumatik-Zylindern. Die Druckmittelzuleitungen der Hydraulik- oder Pneumatikaktoren verlaufen dabei auf oder in den Elementen und die Reservoirs-Tanks der Druckmittel befinden sich auf oder separat von diesen.Preferably, the actuators are designed as linear actuators, in particular as hydraulic actuators and particularly preferably to miniature hydraulic cylinders. In these, a cylinder with a reciprocating piston is arranged in a housing, which is displaceable by applying the cylinder with a suitable medium. The medium, for example a mineral oil, is supplied to the cylinder via a controllable inlet valve and discharged therefrom via a controllable outlet valve. These miniature hydraulic cylinders are mounted on one or both elements, preferably on their flanges, the pistons acting on the respective opposing element. Further preferably, the actuators are designed as pneumatic actuators, in particular in the form of pneumatic cylinders. The pressure medium supply lines of the hydraulic or pneumatic actuators run on or in the elements and the reservoir tanks of the pressure medium are on or separate from these.

Alternativ können die Aktoren als Linearmotoren aber auch andere elektromagnetische Antriebe für Linearbewegungen wie Elektromagneten oder Schwingspulen ausgebildet sein. Die Komponenten der Antriebe sind dabei direkt in die Stege integriert oder zusätzlich zu diesen auf den Elementen angeordnet. Besonders bevorzugt sind Linearmotoren in Stegen integriert. Dabei kann das Primärteil des Linearmotors einen Steg integriert werden, wobei der Sekundärteil mit den Dauermagneten in den jeweils anderen Steg integriert ist. Vorteilhaft lassen sich mit elektromagnetischen Linearaktoren kleinste Verschiebungen der Elemente realisieren, wodurch die Biegesteifigkeit des Trägers besonders genau einstellbar ist. Linearaktoren eigenen sich daher vor allem für erfindungsgemäße Träger kleineren Ausmaßes zur frequenzabhängigen Schwingungskompensation in empfindlichen Systemen.Alternatively, the actuators may be designed as linear motors but also other electromagnetic drives for linear movements such as electromagnets or voice coils. The components of the drives are integrated directly into the webs or arranged in addition to these on the elements. Particularly preferred linear motors are integrated in webs. In this case, the primary part of the linear motor can be integrated with a web, wherein the secondary part is integrated with the permanent magnets in the other web. Advantageously can be realized with electromagnetic linear actuators smallest displacements of the elements, whereby the bending stiffness of the carrier is particularly accurate adjustable. Linear actuators are therefore particularly suitable for carriers according to the invention of smaller dimensions for frequency-dependent vibration compensation in sensitive systems.

Weiterhin bevorzugt ist die Ausgestaltung der Aktoren als mechanische Aktoren, beispielsweise Zahnstangenantriebe. Besonders bevorzugt sind derartige Zahnstangenantriebe in die Stege integriert, die dazu vorzugsweise als Nut-Feder-oder Zapfenverbindung ausgeformt sind. Beispielsweise ist dabei die Feder oder der Zapfen als Zahnstange ausgeformt und in der Nut oder dem Zapfenloch ist mindestens ein Zahnrad integriert, mit dem die Zahnstange verschiebbar ist. Die Bewegung des Zahnstangenantriebs kann dabei entweder durch lineare Bewegung der Zahnstange, bspw. mittels einer Hydraulik, oder durch Rotationsbewegung des Zahnrades, bspw. durch einen Elektromotor, vermittelt werden. Vorteilhaft ist bei dieser Ausgestaltung der Aktoren die Reibung zwischen den Stegen im Vergleich zu reinen Hydraulik- oder Linearaktoren deutlich erhöht, weshalb sie besonders für große erfindungsgemäße Träger geeignet ist, die hohe Lasten tragen müssen, bspw. zur Verwendung in Bauwerken.Further preferred is the configuration of the actuators as mechanical actuators, such as rack drives. Particularly preferred such rack drives are integrated into the webs, which are preferably formed as a tongue and groove or tenon connection. For example, while the spring or the pin is formed as a rack and in the groove or the pin hole at least one gear is integrated, with which the rack is displaceable. The movement of the rack drive can be mediated either by linear movement of the rack, eg. By means of a hydraulic, or by rotational movement of the gear, for example. By an electric motor. Advantageously, in this embodiment of the actuators, the friction between the webs compared to pure hydraulic or linear actuators significantly increased, which is why it is particularly suitable for large inventive carrier that must carry high loads, for example. For use in buildings.

Der erfindungsgemäße Träger weist bevorzugt eine Steuereinrichtung auf, die Steuersignale zur Veränderung der relativen Lage der Elemente an mindestens einen Aktor senden kann. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung weiterhin mit mindestens einem Sensor verbunden, von dem sie Sensordaten zur relativen Lage der Profile empfangen kann. Die Steuereinrichtung kann daraus vorteilhaft die aktuelle Form und damit Biegesteifigkeit des Trägers ermitteln. Dies ermöglicht zum einen die Kontrolle der tatsächlichen Formänderung des Trägers in Abhängigkeit der Steuersignale, was insbesondere bei hydraulischen oder pneumatischen Systemen stark von äußeren Faktoren, bspw. starken Temperaturunterschieden, abhängen kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Steuereinrichtung darüber hinaus Sensordaten zum Schwingungsverhalten des Trägers empfangen und auswerten. Anhand dieser Daten kann die Steuereinrichtung die Form des Trägers durch gegenseitiges Verschieben der Elemente verändern, um bspw. die Amplitude einer Resonanzschwingung des Bauteils zu verringern.The carrier according to the invention preferably has a control device which can send control signals for changing the relative position of the elements to at least one actuator. Preferably, the control device is further connected to at least one sensor, from which it can receive sensor data for the relative position of the profiles. The control device can advantageously determine the current shape and thus flexural rigidity of the carrier. On the one hand, this makes it possible to control the actual change in shape of the carrier as a function of the control signals, which, in particular in the case of hydraulic or pneumatic systems, can depend greatly on external factors, for example strong temperature differences. In a particularly preferred embodiment, the control device can also receive and evaluate sensor data for the vibration behavior of the carrier. Based on these data, the control device can change the shape of the carrier by mutual displacement of the elements, for example, to reduce the amplitude of a resonant vibration of the component.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägers handelt es sich bei den Elementen um T-Profile, die über ihre Stege zu einem Doppel-T-Träger verbunden werden. Die Flansche des Doppel-T-Trägers sind dann entlang der Stege gegeneinander verschiebbar. Weiterhin bevorzugt ist die Verbindung zweier L-förmiger Elemente zu einem U-Träger oder Z-Träger mit einstellbarer Form und Biegesteifigkeit. Alternativ kann auch die Ausgestaltung des Trägers als Kastenprofil, einer Abwandlung eines Doppel-T-Trägers mit zwei Stegen erfolgen.In a particularly preferred embodiment of the support according to the invention, the elements are T-profiles, which are connected via their webs to form a double-T support. The flanges of the double T-beam are then displaced against each other along the webs. Further preferred is the connection of two L-shaped elements to a U-beam or Z-beam with adjustable shape and bending stiffness. Alternatively, the design of the carrier can be done as a box section, a modification of a double-T-beam with two webs.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren und einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein. Dabei zeigen:In the following, the invention will be explained in more detail with reference to figures and an embodiment, without being limited thereto. Showing:

1: eine Kavaliersperspektive eines erfindungsgemäßen Trägers, bestehend aus einem oberen und einem unteren T-Profil und 1 a Kavaliersperspektive of a carrier according to the invention, consisting of an upper and a lower T-profile and

2: zwei Profile dieses Trägers, in einem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Trägers, wobei a) den Träger mit geringem Abstand und b) den Träger mit erhöhtem Abstand zwischen oberen und unterem Profil zeigt. 2 Two profiles of this carrier, in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the carrier, wherein a) shows the carrier at a small distance and b) the carrier with an increased distance between the upper and lower profile.

Ausführungsbeispielembodiment

Der in 1 gezeigte Träger weist ein unteres Tragelement 1 und ein oberes Tragelement 2 aus Profilstahl auf, wobei es sich bei beiden Tragelementen 1, 2 um T-Profile handelt. Beide Tragelemente weisen in Ihrem Profil, also ihrem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung des Trägers, einen Flansch 3 und einen senkrecht davon auskragenden Steg 4 auf.The in 1 shown carrier has a lower support element 1 and an upper support member 2 made of section steel, wherein it is in both support elements 1 . 2 T-profiles are concerned. Both support elements have in your profile, so its cross section perpendicular to the longitudinal direction of the carrier, a flange 3 and a vertically projecting web 4 on.

Die Stege 4 erstrecken sich dabei unterbrochen über die gesamte Länge der T-Profile. Auf dem unteren T-Profil 1 befinden sich in den Unterbrechungen zwischen den einzelnen Abschnitten des Steges 4 Miniatur-Hydraulikaktoren 5, die sich kontinuierlich an die Stegsegmente anschließen. Auf dem oberen T-Profil 2 sind die Stege in gleicher Weise unterbrochen wie auf dem unteren Profil 1 und weisen insbesondere gleich dimensionierte Unterbrechungen auf. Die Hydraulikaktoren 5 sind somit als formideales Gegenstück zu den Unterbrechungen des Stegs auf dem oberen T-Profil 2 ausgeformt.The bridges 4 extend interrupted over the entire length of the T-profiles. On the lower T-profile 1 are located in the breaks between each section of the bridge 4 Miniature hydraulic actuators 5 , which connect continuously to the web segments. On the upper T-profile 2 the webs are interrupted in the same way as on the lower profile 1 and in particular have identically sized interruptions. The hydraulic actuators 5 are thus as a formideal counterpart to the interruptions of the web on the upper T-profile 2 formed.

Die Stege 4 greifen formschlüssig ineinander, ebenso greifen die Miniatur-Hydraulikaktoren 5 formschlüssig in die Unterbrechungen des Steges des oberen T-Profils ein. Die beiden T-Profile 1, 2 sind somit zu einem Doppel-T-Träger verbindbar. Die beiden T-Profile sind dabei mittels der Miniatur-Hydraulikaktoren 5 entlang der Stege 4 verschiebbar, wobei die Flansche 3 aufeinander zu oder auseinander bewegbar sind. Durch die Aktoren 5 kann somit der senkrechte Abstand zwischen dem oberen und unteren Flansch und dadurch die Form sowie die Biegesteifigkeit des Trägers eingestellt werden.The bridges 4 engage in a form-fitting manner, as do the miniature hydraulic actuators 5 a positive fit in the interruptions of the web of the upper T-profile. The two T-profiles 1 . 2 are thus connectable to a double-T-carrier. The two T-profiles are by means of the miniature hydraulic actuators 5 along the footbridges 4 displaceable, with the flanges 3 towards each other or apart are movable. Through the actuators 5 Thus, the vertical distance between the upper and lower flange and thereby the shape and the bending stiffness of the carrier can be adjusted.

In 2 ist das Profil des Trägers aus 1 abgebildet, wobei 2a) den Träger mit geringem Abstand des unteren und oberen T-Profils (1, 2) und 2b) den Träger mit erhöhtem Abstand zwischen unterem und oberen T-Profil (1, 2) zeigt.In 2 is the profile of the wearer 1 pictured, where 2a) the carrier with a small distance of the lower and upper T-profile ( 1 . 2 ) and 2 B) the carrier with increased distance between the lower and upper T-profile ( 1 . 2 ) shows.

Im Profil des Trägers ist zu erkennen, dass der Steg 4 des unteren Tragelements 1 als Feder 4.1 und der Steg 4 des oberen Tragelements 2 als Nut 4.2 ausgebildet ist. Dabei greift die Feder 4.1 formschlüssig in die Nut 4.2 und wird von deren Seitenwänden stabilisiert.In the profile of the wearer can be seen that the bridge 4 of the lower support element 1 as a spring 4.1 and the jetty 4 of the upper support element 2 as a groove 4.2 is trained. The spring is engaged 4.1 positively in the groove 4.2 and is stabilized by its sidewalls.

Durch die Wirkung der auf dem Flansch 3 des unteren T-Profils 1 in den Unterbrechungen der Feder 4.1 angeordneten Miniatur-Hydraulikaktoren 5 können die Tragelemente 1, 2 entlang der Stege 4 verschoben werden, wobei die Feder 4.1 in der Nut 4.2 verschoben wird. Durch die Miniatur-Hydraulikaktoren 5 kann somit der senkrechte Abstand der Flansche 3 und dadurch die Form sowie die Biegesteifigkeit des Trägers verändert und fixiert werden.By the effect of the on the flange 3 of the lower T-profile 1 in the breaks of the spring 4.1 arranged miniature hydraulic actuators 5 can the support elements 1 . 2 along the footbridges 4 be moved, the spring 4.1 in the groove 4.2 is moved. Through the miniature hydraulic actuators 5 can thus the vertical distance of the flanges 3 and thereby the shape and the flexural rigidity of the wearer are changed and fixed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: unteres Tragelement (T-Profil)lower support element (T-profile)
22: oberes Tragelement (T-Profil)Upper support element (T-profile)
33: Flanschflange
3.13.1: oberer Flanschupper flange
3.23.2: unterer Flanschlower flange
44: Stegweb
4.14.1: Federfeather
4.24.2: Nutgroove
55: Hydraulikaktorhydraulic actuator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 5780948A [0008]
EP 0996570 B1 [0009]
WO 02/50990 A1 [0010]
DE 102009056292 A1 [0011]

Claims

Carrier with adjustable flexural rigidity, comprising an upper and a lower support element, each with a flange in profile and at least one flange projecting from the flange, which extends continuously or intermittently over the entire length of the support elements, characterized in that at least one web of the one support element positively engages in at least one web of the other support member and the support members are displaceable by means of at least one actuator along the webs and thereby the support members are relatively movable so that the distance between the flanges is adjustable.

Carrier according to claim 1, characterized in that the at least one web of the one support element is designed as a groove and at least one web of the other support element as a spring.

Carrier according to one of claims 1 and 2, characterized in that actuators are arranged on and / or in at least one web, or at least one web itself is formed as an actuator.

Carrier according to one of the preceding claims, characterized in that actuators are arranged on one or both support elements and act on one or both flanges.

Support according to one of the preceding claims, characterized in that the actuators are hydraulic actuators and / or linear actuators and / or pneumatic actuators and / or mechanical actuators.

Carrier according to one of the preceding claims, characterized in that a control device connected to the carrier control signals for changing the relative position of the profiles send to at least one actuator and / or can receive sensor data for the relative position of the profiles of at least one sensor.

Carrier according to one of the preceding claims, characterized in that the support elements are T-profiles and are connected via their webs to a double T-beam.