DE1255993B - Schwingungsdaempfendes Lager - Google Patents

Description

DEUTSCHES V/MTW* PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT DeutscheKl.: 47 a-20

Nummer: 1255 993

Aktenzeichen: L 52831XII/47 a

1 255 993 Anmeldetag: 11.Februar 1966

Auslegetag: 7. Dezember 1967

Die Erfindung betrifft ein schwingungsdämpfendes Lager, bestehend aus einem Gehäuse, durch dessen beide Stirnseiten je ein Tragzapfen eingreift, deren einer mit dem abzustützenden Gerät und deren anderer mit einer Unterlage verbunden ist und die sich mit im Abstand voneinander befindlichen, sich radial erstreckenden Flanschen über elastomere Schichten gegen das Gehäuse abstützen.

Ein derartiges Lager ist bekannt (britische Patentschrift 496 387, Fig. 16). Bei diesem Lager dient das Gehäuse nur dazu, die Einzelteile des Lagers zusammenhalten. Die Masse des Gehäuses kann praktisch vernachlässigt werden. Die Schwingungsisolierung dieses bekannten Lagers entspricht dann dereines einzigen elastomeren Elements, das die Steifheit der beiden hintereinandergeschalteten elastomeren Schichten hat. Bei hohen Schwingungsfrequenzen ist dann die Schwingungsdämpfung verhältnismäßig klein.

Demgegenüber soll durch die Erfindung das Schwingungsverhalten des Lagers, insbesondere bei hohen Frequenzen, derart verbessert werden, daß Schwingungen von dem abzustützenden Gerät möglichst weitgehend ferngehalten werden.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Gehäuse als zusätzliche Dämpfungsmasse ausgebildet ist, die einem beträchtlichen Teil der Masse des Geräts entspricht. Auf diese Weise trägt die Masse des Gehäuses zum Fernhalten von Schwingungen von dem Gerät bei. Die beiden elastomeren Schichten wirken praktisch unabhängig voneinander und unter Zwischenschaltung der Gehäuseteile nacheinander. Die Gehäuseteile nehmen einen Teil der von der Unterlage kommenden Schwingungsenergie auf, ohne daß dieser noch über die zweite elastomere Schicht an das Gerät gelangen könnte. Das Gehäuse nimmt etwa die Hälfte der Schwingungsenergie auf, so daß die Schwingungsisolierung praktisch verdoppelt werden kann.

Es ist zwar an sich bekannt, zur Schwingungsdämpfung Zusatzmassen elastisch anzukoppeln. Hierfür waren aber bisher immer zusätzliche Bauteile nötig. Bei der Erfindung wird ein sowieso vorhandener Bauteil, nämlich das Lagergehäuse, als Zusatzmasse verwendet.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Dämpfungsmasse 5 bis 10% der anteilig auf das Lager entfallenden Masse des Geräts. Dieser Anteil reicht aus, um eine wirkungsvolle Schwingungsdämpfung zu erzielen. Andererseits kann eine Gewichtserhöhung um 5 bis 10°/o als Ausgleich für die verbesserte Schwingungsisolierung zugelassen werden.

Schwingungsdämpfendes Lager

Anmelder:

Lord Corporation, Erie, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:

Dipl.-Phys. Η. Schroeter
ίο und Dipl.-Ing. K. Lehmann, Patentanwälte,
München 25, Lipowskystr. 10

Als Erfinder benannt:

Albert Simeon Whitehill, Erie, Pa. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. Februar 1965
(433 888)

Bei Geräten, die schwere und wenig schwingungsempfindliche Teile aufweisen, wie z. B. Transformatoren und Spulen, die durch biegsame Leiter mit den übrigen Geräteteilen verbunden sind, kann man in Weiterbildung der Erfindung sogar eine Gewichtserhöhung vermeiden, wenn die schweren und wenig empfindlichen Teile des Geräts die Dämpfungsmassen bilden. Die Schwingungsisolierung der Gehäuseteile, die etwa der Hälfte der Schwingungsisolierung des eigentlichen Geräts entspricht, reicht für die weniger schwingungsempfindlichen Geräteteile aus. Andererseits erhalten dadurch die Gehäuseteile die gewünschte größere Masse, ohne daß das Gesamtgewicht erhöht wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. In diesen zeigt

F i g. 1 schematisch in einer Draufsicht die elastische Aufhängung eines Geräts mit Hilfe von erfindungsgemäß ausgebildeten Lagern,

F i g. 2 die Aufhängung in einer Seitenansicht,
F i g. 3 in einer Draufsicht eines der elastischen Lager,

F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 3,

F i g. 5 in Ansicht eines der Elemente des elastischen Lagers,

F i g. 6 in einer Draufsicht das Element nach F i g. 5 mit dem in dieses Element eingreifenden Element,

709 707/300

F i g. 7 eine andere Ausführungsform in einer Draufsicht und

F i g. 8 ein Kurvenbild zur Erläuterung der Funktion.

In den Zeichnungen ist mit 1 das schematisch dar- S gestellte Gerät bezeichnet, das vor Schwingungen geschützt werden soll. Mit 2 ist das Auflager bezeichnet. Zwischen dem Gerät und dem Auflager sind drei oder mehrere elastische Lager 3 angeordnet. Jedes Lager weist einen lastaufnehmenden Tragzapfen 4 auf, der mit einem Tragstück 5 des Geräts 1 verbunden ist, und einen lastabgebenden Tragzapfen 4 a, der mit dem Auflager 2 verbunden ist. Die Lager 3 sind im Abstand von dem Schwerpunkt 6 des Geräts 1 angeordnet und um diesen Schwerpunkt herum verteilt und liegen im wesentlichen in der Ebene dieses Schwerpunkts. Sie haben den Zweck, ein Schaukeln des Geräts 1 gegenüber dem Auflager 2 zu verhindern, so daß Translationsschwingungen in allen Richtungen wirksam von dem Gerät ferngehalten werden.

Der elastische Bestandteil des Lagers besteht aus zwei gleichen Teilen, die in den F i g. 5 und 6 gezeigt sind. Jeder dieser Teile besteht aus drei oder mehr in gleichen Abständen angeordneten Elementen 7 aus Gummi oder einem anderen Elastomer. Diese Elemente sind mit je einem Arm 8 verbunden, der von einer Nabe 9 radial vorsteht. Diese Teile sind so montiert, daß ihre Stirnseiten einander zugekehrt sind, wie es in F i g. 4 gezeigt ist. Im zusammengesetzten Zustand greifen die elastomeren Elemente 7 so ineinander, daß zwischen ihnen kleine Abstände 10 vorhanden sind, wie es in F i g. 6 gezeigt ist. Die ineinandergreifenden Teile werden in einem Gehäuse zusammengehalten, das Metallteile 11 und 12 hat, die aneinander befestigt sind, beispielsweise durch Verschraubung an den Ecken. Die Metallteile 11 und 12 haben eine beträchtliche Masse, die einen Teil der Aufhängung bildet und deren Verhalten verbessert. Wenn die Gehäuseteile 11 und 12 nur zum Zusammenhalten der elastomeren Elemente 7 dienten, könnte das Gehäuse viel leichter sein.

Die auf das Auflager 2 wirkenden Schwingungen, die von dem Gerät 1 ferngehalten werden sollen, können in vertikale und horizontale Kräfte aufgeteilt werden, die durch den Schwerpunkt 6 des Geräts wirken. Die vertikalen oder axialen Kräfte werden von dem Auflager 2 über den Tragzapfen 4 a und in Form von Druckspannungen über die elastomeren Elemente 7 auf das Gehäuse 11, 12 übertragen. Von dem Gehäuse werden die vertikalen Kräfte in Form von Druckspannungen über die dem Tragzapfen 4 zugeordneten elastomeren Elemente 7 auf das Tragstück 5 des Geräts übertragen. Damit eine vertikale Kraft zu dem Gerät gelangen kann, muß sie durch zwei hintereinandergeschaltete Sätze von elastomeren Elementen treten. Wie aus F i g. 4 hervorgeht, ist zwischen den Tragzapfen 4 und 4 a und dem Gehäuse ein genügender Abstand 13 und zwischen den Tragzapfen ein genügender Abstand 14 vorhanden, so daß eine direkte Berührung zwischen Metallteilen vermieden wird. Horizontale oder radiale Kräfte in jeder Richtung werden von dem Tragzapfen 4 a über die elastomeren Elemente 7 auf das Gehäuse und von diesem auf die dem Tragzapfen 4 zugeordneten elastomeren Elemente 7 übertragen. Diese Kräfte müssen ebenfalls durch zwei hintereinander ange-

ordnete, elastomere Elemente hindurchtreten, und es ist ein genügend großer Abstand vorhanden, um eine direkte metallische Berührung zwischen den Tragzapfen 4,4a und dem Gehäuse zu verhindern.

Da die Masse der Gehäuseteile 11, 12 einem beträchtlichen Teil des Gewichts des Geräts 1, beispielsweise 5 bis 10 ⁰O der Masse des Geräts, entspricht, trägt die Masse des Gehäuses zum Fernhalten von Schwingungen bei. Wenn die Masse der Gehäuseteile nur vernachlässigbar klein wäre, würde die Schwingungsisolierung der eines einzigen elastomeren Elements entsprechen, das dieselbe Steifheit hat wie die beiden hintereinandergeschalteten elastomeren Elemente. Das würde zwar eine gewisse Verbesserung bedeuten, doch wäre diese Verbesserung bei den Schwingungsfrequenzen, für die das System ausgelegt ist, relativ klein. Wenn man jedoch Gehäuseteile verwendet, die eine beträchtliche Masse haben, kann die Schwingungsisolierung effektiv verdoppelt werden. Man erzielt jedoch keinen Vorteil, wenn man die Masse der Gehäuseteile größer wählt als 5 bis 10% der Masse des Geräts, weil das zusätzliche tote Gewicht die Funktion nicht entsprechend verbessert.

Die Aufhängung wird durch Kräfte, die eine Winkelbewegung des Geräts herbeizuführen trachten, im wesentlichen nicht beeinträchtigt. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß die in F i g. 1 gezeigten Tragglieder in einem beträchtlichen Abstand von dem Schwerpunkt des Geräts angeordnet sind und daher einen beträchtlichen Hebelarm haben, mit dem sie einer Winkelbewegung des Geräts um seinen Schwerpunkt einen Widerstand entgegensetzen. Ein weiterer Grund für diese Unempfmdlichkeit besteht darin, daß die elastomeren Elemente 7 so ineinandergreifen, daß sie im wesentlichen in der Ebene des Schwerpunkts wirksam sind. Dadurch werden Rückwirkungen oder Kopplungen verhindert, die zu einem Schaukeln des Geräts führen könnten.

Die Gehäuseteile 11, 12 sind gegenüber Schwingungen des Auflagers 2 durch die dem Tragzapfen 4 a zugeordneten elastomeren Elemente 7 isoliert. Gegenüber Schwingungen der Gehäuseteile ist das Gerät 1 ferner durch die dem Tragzapfen 4 zugeordneten elastomeren Elemente isoliert. Da die Schwingungsisolierung der Gehäuseteile etwa der Hälfte der Schwingungsisolierung des Geräts 1 entspricht, kann man in den Gehäuseteilen weniger empfindliche Geräte anordnen. Beispielsweise können bei einem elektronischen Gerät 1 robustere Bauteile, wie Transformatoren und Spulen, in oder auf den Gehäuseteilen montiert und durch biegsame Leiter mit dem übrigen Gerät 1 verbunden werden. Dadurch erhalten die Gehäuseteile die gewünschte Masse, ohne daß das Gesamtgewicht erhöht wird. F i g. 7 zeigt schematisch ein elektronisches Gerät 15, dessen Tragstücke 16 mit Tragzapfen 4 der vorstehend beschriebenen, elastischen Tragglieder verbunden sind. Die Gehäuseteile der Lager 3 haben eine solche Festigkeit, daß sie die elastomeren Elemente halten können. Die gewünschte zusätzliche Masse der Gehäuseteile wird durch einen Verbindungsring oder -rahmen 17 und durch Spulen 18 und einen Transformator 19 erzielt, der durch biegsame Leiter mit dem Gerät 15 verbunden ist. Die Wirkungsweise ist unverändert.

In F i g. 8 wird die Wirkungsweise dieser Aufhängung mit der einer einfachen Aufhängung verglichen,

Claims (3)

bei der das Gerät mit Hilfe einer einzigen Feder direkt von dem Auflager getragen wird. Bei der einfachen Aufhängung hat der Betrag der auf das Gerät 1 übertragenen Schwingungsenergie bei der Frequenz Null einen Wert von IOO0/» und steigt bis zu dem Maximum 20, das bei einer Schwingungsfrequenz erreicht wird, die der Eigenfrequenz des auf der Tragfeder angeordneten Geräts entspricht. Bei weiter zunehmender Schwingungsfrequenz sinkt der übertragene Betrag entsprechend der Kurve 21. Bei der Aufhängung nach den F i g. 1 bis 7 hat der Betrag der auf das Gerät 1 übertragenen Schwingungsenergie bei der Frequenz Null einen Wert von 100% und steigt dieser Betrag ebenfalls bis zu dem Maximum 20, das erreicht wird, wenn die Schwingungsfrequenz der Eigenfrequenz des Geräts 1 auf den Traggliedern 3 entspricht. Um einen Vergleich zu ermöglichen, ist hier angenommen, daß diese Eigenfrequenz dieselbe ist wie bei der einfachen Aufhängung. Bei weiter steigender Schwingungsfrequenz ao sinkt der Betrag der übertragenen Schwingungsenergie längs der Kurve 21, bis sich die Frequenz der Eigenfrequenz der Gehäuseteile 11,12 gegenüber dem Auflager 2 nähert. An dieser mit 22 bezeichneten Stelle steigt bei zunehmender Schwingungsfrequenz der übertragene Betrag auf das Maximum 23, um dann längs der strichlierten Linie 24 zu sinken. Bei den höheren Frequenzen werden die Schwingungen daher von dem Gerät 1 fast vollständig ferngehalten. Bei den durch die strichlierte Linie 24 dargestellten Frequenzen ist die Schwingungsamplitude des Gehäuses 11, 12 etwa halb so groß wie die Schwingungsamplitude des Auflagers 2, d. h., daß etwa die Hälfte der Schwingungsenergie von dem Gehäuse 11, 12 ferngehalten wird. Dasselbe gilt für den Ring 17 in F i g. 7. Die erfindungsgemäße Aufhängung wurde zu dem Zweck entwickelt, eine gute Schwingungsisolierung innerhalb eines beschränkten Raumes zu erzielen. Der spezielle Anwendungsfall war ein Flugkörper, bei dem jedes überflüssige Gewicht vermieden werden mußte. Wenn jedoch bei Verwendung der dargestellten Aufhängung das Gewicht der Gehäuseteile 35 4011, 12 etwa 5 % des Gewichts des Geräts 1 betrag, wurde die Schwingungsisolierung so stark verbessert, daß das zusätzliche Gewicht der Gehäuseteile 11, 12 akzeptiert wurde. In der Ausführungsform nach F i g. 7 wird das tote Gewicht nicht wesentlich erhöht, weil robuste Bestandteile, beispielsweise Spulen und Transformatoren, als ein Teil der Masse verwendet werden, die den Gehäuseteilen 11, 12 äquivalent ist. Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfendes Lager, bestehend aus einem Gehäuse, durch dessen beide Stirnseiten je ein Tragzapfen eingreift, deren einer mit dem abzustützenden Gerät und deren anderer mit einer Unterlage verbunden ist und die sich mit im Abstand voneinander befindlichen, sich radial erstreckenden Flanschen über elastomere Schichtten gegen das Gehäuse abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11, 12) als zusätzliche Dämpfungsmasse ausgebildet ist, die einem beträchtlichen Teil der Masse des Geräts (1, 15) entspricht.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse 5 bis 10% der anteilig auf das Lager entfallenden Masse des Geräts (1, 15) beträgt.

3. Schwingungsdämpfendes Lager nach Anspruch 1 für ein Gerät, das schwere und wenig schwingungsempfindliche Teile aufweist, wie z. B. Transformatoren und Spulen, die durch biegsame Leiter mit den übrigen Geräteteilen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die schweren und wenig empfindlichen Teile (18, 19) des Geräts (15) die Dämpfungsmassen bilden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 573 708;
französische Patentschrift Nr. 1 050 638;
britische Patentschrift Nr. 496 387.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 212 788.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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