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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Schwingungsisolator mit einem eine kegelstumpfförmige Aufnahme aufweisenden
Lager, in dem ein Objekt mit einem an die Aufnahme angepassten Auflager
mittels einer elastischen und dämpfenden
Isolierelementanordnung abstützbar
ist, wobei sich die Aufnahme mit ihren Stützflächen zum Objekt hin öffnet.
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Ein derartiger Schwingungsisolator
ist in der
EP 0 419
478 B1 angegeben. Bei diesem bekannten Schwingungsisolator
in Form einer Aufhängeanordnung
eines Fahrzeugmotors ist ein Paar kompressibler Dämpfer mit
dem Motor verbunden. Die Dämpfer sind
in Richtung der Komprimierung zueinander geneigt und entsprechend
geneigten Auflagern zugeordnet, in denen sie mittels Trägern befestigt
werden. Die Auflager sind dabei in einer gemeinsamen Trageinheit
in einem fest vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet, um hierzu
eine definierte Stellung der Dämpfer
sicherzustellen, die in der unbelasteten ausgestreckten Stellung
der Dämpfer
um einen größeren Abstand
voneinander entfernt sind. Durch diese Ausbildung der Aufhängeanordnung
sollen die Dämpfer
im Wesentlichen frei von Scherkräften
sein, wenn sie durch den Motor komprimiert werden. Allerdings treten
bei einer solchen Anordnung immer noch erhebliche Scherkräfte auf,
wodurch die Lebensdauer sehr begrenzt ist und die insgesamt kompressiblen Dämpfer in
der Regel nach bestimmter Zeit reißen. Die Aufhängeanordnung
ist auch auf begrenzte Anwendungsfälle beschränkt. Die Aufhängeanordnung ist
so ausgestattet, dass die Motordämpfer
nur Kompressionskräften
in Richtung der Symmetrie unterliegen. Dies ist nur im statischen
Fall gewährleistet.
Im dynamischen Fall werden diese Elemente auch in Scherrichtung
relativ stark beansprucht, weil der Motor im Betrieb räumliche
Bewegungen durchführt.
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In der
DE-AS 1 072 017 ist eine Abfederung mit einem
Paar koaxial liegender hohlkegelförmiger Federn aus Gummi angegeben,
deren kleinere Durchmesser einander zugekehrt sind und die zwischen äußeren und
inneren Metallteilen liegen, wobei die beiden äußeren kraftschlüssig miteinander verbunden
sind. Ferner ist angegeben, dass die inneren Metallteile der Abfederung
kraftschlüssig
miteinander verbunden sind, die federnd mit koaxialen konischen
Zwischenlagen mit gleichem Konuswinkel versehen sind und die gegeneinander
abzufedernden Teile mit der oberen und der unteren Zwischenlage
verbunden sind. Ein derartiger Aufbau ist relativ aufwändig und
an bestimmte Einsatzbedingungen gebunden. Auch sind die aufnehmbaren
Amplituden begrenzt.
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Ein derartiger Schwingungsisolator,
wie er etwa auch in der
DE
42 13 656 C2 angegeben ist, dient dazu, eine Maschine,
ein Gerät,
eine Anlage oder Teile davon gegenüber der Umgebung schwingungsisoliert
aufzustellen. Gehen dabei die Kräfte und
die damit verbundenen Schwingungen von dem von der Umgebung zu isolierenden
Objekt selbst aus und werden diese isoliert, spricht man von Quellenisolation.
Werden die Schwingungen dagegen von der Umgebung her, insbesondere
dem Aufstellboden, in Richtung des zu isolierenden Objektes, beispielsweise
auch ein Gebäude
oder Gebäudeteil übertragen
und wird diese Übertragung
reduziert, spricht man von Empfängerisolation.
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Sowohl bei der Quellenisolation als
auch bei der Empfängerisolation
können
Schwingungen in allen Raumrichtungen auftreten, wobei es schwierig ist,
sowohl horizontale als auch vertikale Schwingungskomponenten gleichermaßen gut
zu isolieren, da z.B. Isolierpakete aus Elastomer in horizontaler Richtung
und in vertikaler Richtung unterschiedliche Eigenfrequenzen und
unterschiedliches Dämpfungsverhalten
besitzen, wobei die Unterschiede noch durch von dem Isolierpaket
aufzunehmende unterschiedliche Gewichtskräfte beeinflusst sein können. Es
kann daran gedacht werden, Schwingungspakete mit ihren Aufnahmeseiten
sowohl horizontal unter dem Objekt als auch vertikal seitlich desselben
anzuordnen, wozu aber zusätzliche
Schwingungsisolatoren und auf dem Boden oder einer seitlichen Wand anzubringende
Stützvorrichtungen
erforderlich sind.
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In der
DE 42 04 127 A1 ist ein Schwingungsisolator
mit einem viskosen Medium und ineinander gelagerten Hohlkörpern vorgeschlagen,
dessen Dämpfungswirkung
von der Beanspruchungsrichtung weitgehend unabhängig ist. Dieser Aufbau ist relativ
aufwändig
und zudem ist es auch nicht einfach, mit einem derartigen Schwingungsisolator
in allen Raumrichtungen gleiche Eigenfrequenzen zu bewirken.
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In der Praxis ist meistens eine relativ
tiefe vertikale Eigenfrequenz erforderlich, um die notwendige Schwingungsisolation
zu erreichen. Da die horizontale Eigenfrequenz eines Isolators mit
abnehmender vertikaler Eigenfrequenz erheblich kleiner wird, werden
mit abnehmender horizontaler Eigenfrequenz die Starrkörperbewegungen
eines elastisch gelagerten Objektes erheblich größer. Ist eine horizontale Erregung
zusätzlich
vorhanden, kann eine so gelagerte Maschine nicht mehr betrieben
werden. Zur Begrenzung der horizontalen Starrkörperbewegungen können Zusatzdämpfer oder
Zusatzmassen verwendet werden, wodurch jedoch die Kosten für die Aufstellung
der Maschine erheblich erhöht
werden. Außerdem
sind größere Auflageflächen für Zusatzdämpfer erforderlich.
Wird eine Zusatzmasse zur Reduzierung der horizontalen Amplitude
verwendet, muss die Anzahl der Schwingungsisolatoren erhöht werden,
um zusätzliche
statische Lasten aufzunehmen und die gleiche Lagerungsfrequenz bzw.
den gleichen Isolationsgrad zu erhalten, wie ohne Zusatzmasse.
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsisolator bereit zu stellen,
der bei möglichst
einfachem, kompaktem Aufbau eine in allen Raumrichtungen möglichst
gut wirksame Schwingungsisolation ergibt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst.
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Hierbei ist vorgesehen, dass das
Lager als eine Lagerblockeinheit ausgebildet ist, wodurch dieses
kompakt und einfach einsetzbar ist. An den Stützflächen der Aufnahme oder an den
ihr zugekehrten Lagerflächen
des Auflagers sind blockförmige
oder plattenförmige
Elastomerkörper
der Isolierelementanordnung angebracht. Dadurch werden nicht nur
der einfache, kompakte Aufbau und eine einfache vielfältige Verwendung
begünstigt,
sondern es ergeben sich auch in allen Raumrichtungen sehr gut wirksame
Schwingungsisolationen, wobei eine einfache Anpassung an unterschiedliche
Gegebenheiten leicht möglich
ist.
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Sowohl vertikale als auch horizontale
Lasten (dynamisch und statisch) können vorteilhaft aufgenommen
werden. Zusätzliche
horizontale Abstützmaßnahmen
zur Aufnahme horizontaler Lasten sind nicht erforderlich. Die Verwendung
ist sowohl zur Quellenisolation als auch zur Empfängerisolation
unterschiedlicher Objekte geeignet.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht
darin, dass die Isolierelementanordnung zumindest teilweise Elastomerkörper aufweist.
Dadurch ist bei zuverlässiger
Funktion der Aufbau begünstigt,
da die Stützflächen auf
der Stützseite
beispielsweise mittels plattenförmiger
Elastomerkörper
einfach ausgekleidet werden können
und eine Aufnahme für
ein entsprechendes Gegenstück
des Objekts bil den, die einfach in die mit den Elastomerkörpern versehene Lagerblockeinheit
eingesetzt werden kann. Zum Anpassen an unterschiedliche Anforderungen
sind verschiedene Neigungen und Größen der Stützflächen des Pyramidenstumpfs oder
des Kegelstumpfes, auch schiefe Pyramiden oder Kegel, möglich.
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Eine für eine gleichmäßige Schwingungsdämpfung und
einfache Anwendung vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass
die Pyramidenform oder die Kegelform gerade ist.
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Weitere günstige Ausgestaltungsmöglichkeiten
bestehen darin, dass die Grundfläche
der zugrunde liegenden Pyramide quadratisch oder rechteckförmig ist.
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Für
eine Schwingungsisolation in zwei horizontalen Richtungen ist es
günstig,
dass bei Pyramidenform die Stützseite
auf jeder Stützfläche einen Elastomerkörper trägt.
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Ist vorgesehen, dass die Isolierelementanordnung
geschichtet aus Elastomer unterschiedlicher Elastizität und/oder
Dämpfung
mit miteinander verbundenen Schichten aufgebaut ist, so lassen sich
die Eigenfrequenz und/oder die Dämpfung
in verschiedenen Raumrichtungen in weiten Grenzen abstimmen. Insbesondere
können
mit mehreren verbundenen Schichten niedrige Eigenfrequenzen bis
z.B. hinab zu 4 Hz erreicht werden.
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Die Anwendung des Schwingungsisolators wird
weiterhin dadurch vereinfacht, dass ein auf die Pyramidenform, die
Kegelform oder die konkave Form abgestimmtes, ebenfalls pyramidenstumpfförmiges oder
kegelstumpfförmiges
oder aber konvexes Auflager vorgesehen ist, das mit seiner Spitze
oder Wölbung
von dem Objekt weggerichtet ist und mit seiner Grundseite an dem
Objekt anbringbar ist. Vorzugsweise ist dabei das Auflager so abgestimmt, dass
seine Seitenflächen
beim Einsetzen parallel zu den Stützflächen der Lagerblockeinheit
verlaufen. Das Auflager kann mit seiner Grundseite, die beispielsweise
Schraubbolzen oder Gewindebohrungen aufweist, an geeigneter Stelle
des Objektes befestigt werden.
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Ist vorgesehen, dass bei Pyramidenform
die Lagerblockeinheit aus mindestens zwei Teilblöcken aufgebaut ist, die auf
einem Grundträger
aufgenommen und relativ zueinander verstellbar gelagert sind, so
kann die Größe der Aufnahme
leicht variiert werden, so dass beispielsweise unterschiedlich große Auflageflächen geboten
werden können.
Dabei ist es denkbar, dass die Teilblöcke parallel verschoben werden
und/oder in ihrem Neigungswinkel verstellbar sind. Eine weitere
Einflussnahme auf die Eigenfrequenzen, insbesondere hin zu niedrigen
Frequenzen von z.B. bis zu 0,5 Hz, sowie die Dämpfungseigenschaften werden
dadurch ermöglicht,
dass die Isolierelementanordnung zusätzlich zu dem Elastomerkörper auf
mindestens zwei sich gegenüberliegenden
Stützflächen Stahlfedern
aufweist oder dass eine schraubenförmige Stahlfeder auf der der
Grundfläche
gegenüberliegenden
Abschlussfläche
des Pyramidenstumpfes in Normalenrichtung angeordnet ist.
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Je nach Einsatzfall, insbesondere
Anteilen von horizontalen und vertikalen Schwingungskomponenten,
wird eine weitere Anpassbarkeit dadurch ermöglicht, dass die Neigung der
Pyramidenseiten gegenüber
der Grundfläche
20° bis
70° beträgt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 zwei
seitliche Ansichten eines Schwingungsisolators mit unterschiedlich
weit in eine Lagerblockeinheit eingeführtem Auflager und eine Ansicht in
Draufsicht,
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2 das
Auflager in einer perspektivischen Ansicht von unten, in Draufsicht
und von der Unterseite mit zugeordneten Elastomerkörpern und
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3 eine
weitere Darstellung der Lagerblockeinheit des Schwingungsisolators
mit verstellbaren Teilblöcken
in seitlichen Ansichten und einer Schnittdarstellung entlang einer
Schnittebene A-A.
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Wie aus den drei Darstellungen der 1 ersichtlich, weist der
Schwingungsisolator eine auf einem Grundträger 4 angebrachte
Lagerblockeinheit 1 auf, die einen nach oben offenen, pyramidenförmigen Aufnahmeraum
für ein
angepasstes, ebenfalls pyramidenförmiges Auflager 3 umfasst,
wobei zwischen dem Auflager 3 und Stützflächen 1.3 der pyramidenförmigen Aufnahme
der Lagerblockeinheit 1 blockförmige oder plattenförmige Isolierkörper in
Form von Elastomerkörpern 2.1 einer
Isolierelementanordnung. 2 angeordnet sind. Die Lagerblockeinheit 1 besteht
entsprechend der Pyramide mit quadratischer Grundfläche aus
vier gleichen Teilblöcken 1.1,
die einstückig
zusammenhängen
oder aber, wie 3 zeigt,
getrennt und relativ zueinander verstellbar ausgeführt sein
können.
Die Aufnahme der Lagerblockeinheit 1 und entspre chend auch
das Auflager 3 sind vorliegend pyramidenstumpfförmig ausgebildet,
wobei die offene Grundfläche
der Aufnahme und die Grundfläche
des Auflagers 3 einem zuzuordnenden Objekt zugekehrt sind.
Der Winkel zwischen den Seitenflächen
bzw. Stützflächen des
Pyramidenstumpfes und der Grundfläche beträgt nach 1 beispielsweise 45°, kann aber je nach Anwendungsfall und
Komponenten der zu isolierenden Schwingungen geeignet zwischen ca.
20° und
70° gewählt werden.
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Wie aus 3 ersichtlich, kann zumindest ein Teilblock 1.1 der
Lagerblockeinheit 1 mittels einer Verstelleinheit 5 in
einer Führung 4.3 parallel
zu dem Grundträger 4 verstellbar
gelagert sein. Die Führung 4.3 bildet
dabei z.B. einen Verstellschlitten, während die Verstelleinheit 5 einen
mit dem Grundträger
mittels einer Fixiereinheit 4.2 verbundenen Verstellbock 5.2 aufweist,
in dem eine in eine Verstellbohrung 1.2 des Teilblockes 1.1 eingedrehte
Verstellschraube 5.1 abgestützt ist. Mittels der Verstellung
kann die pyramidenförmige
Aufnahme der Lagerblockeinheit 1 vergrößert oder verkleinert und damit
die Auflagefläche der
Lagerflächen 3.1 des
Auflagers 3 entsprechend vergrößert oder verkleinert werden.
Auf diese Weise kann wiederum die Vorspannung und dadurch die Eigenfrequenz
und auch die Dämpfung
variiert werden.
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Weiterhin kann, wie ebenfalls aus 3 ersichtlich, mindestens
ein Teilblock 1.1 verkippbar ausgebildet sein. Eine Befestigung
an dem Grundträger 4 kann
beispielsweise mittels einer Halteeinheit 4.1 mit einer
Spannschraube ausgeführt
sein. Die Lagerblockeinheit 1 hat eine im Wesentlichen
quaderförmige
oder würfelförmige Außenkontur.
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Die blockförmigen oder plattenförmigen Elastomerkörper 2.1 der
Isolierelementanordnung 2 können auf den Stützflächen 1.3 der
Teilblöcke 1.1 oder
den Lagerflächen 3.1 des
Auflagers 3 angebracht sein. Auch zusätzliche elastische und/oder dämpfende
Isolierelemente können
zwischen den Stützflächen 1.3 und
den Lagerflächen 3.1 oder
aber zwischen den zu ihren Grundflächen parallelen Flächen des
Pyramidenstumpfes des Auflagers 3 und der pyramidenförmigen Aufnahme
der Lagerblockeinheit 1 angeordnet sein, wozu sich beispielsweise schraubenförmige Stahlfedern
eignen.
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Sind die Auflager 3 mit
ihrer Grundfläche
in Form der Befestigungsfläche 3.2 an
dem gegen Schwingungen zu isolierenden Objekt angebracht, können die
zugeordneten Lagerblockeinheiten 1 leicht positioniert
und montiert werden. Auch die umgekehrte Vorgehensweise ist denkbar,
dass zuerst die Lagerblockeinheit 1 und dann die Auflager 3 montiert
werden.