DE1909706A1

DE1909706A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vibration und Stossisolation

Info

Publication number: DE1909706A1
Application number: DE19691909706
Authority: DE
Inventors: Terai Kazuo
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1969-02-14
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1970-10-08
Also published as: GB1213433A; DE1909706C3; FR2033571A5; DE1909706B2; US3610604A

Description

KAWASAKI KOIOJKI KOGYO KABUSHIKI KÄISHÄ Nr, 3ß Akashi-cho, Ikuta-ku, Kobe~shi, Hyogo-ken, Japan

Verfahren und Vorrichtimg zur Vitaration und Stößisolation.

Die Erfindung besieht sich auf das Dämpfen oder Absorbieren von Vibration und insbesondere, aber nicht ausschließlich auf ein Verfahren und Gerät zur Anbringung an den stoßdämpfenden Halterungen von Instrumentenbrettern von Flugzeugen-od. dgl·. „"--.----- -■■ - -■

Als Sj stern zum Dämpfen oder Absorbieren von Vibrationen wurden elastische.Elemente wie etwa Federn oder Gummi, viskose Substanzen wie ."etwa Flüssigkeiten oder Gase und Dämpfer, die den-Reibungswiderstand von festem Material benutzen, bisher einzeln oder in Korabination verwendet. Die Systeme, die Federn oder Gummi benutzen, haben jedoch die Nachteile, daß der Dämpfungswirkungsgrad niedrig ist und der Rückstoß groß, da die Energiezerstreuuhgswirkung ebenfalls niedrig ist, obwohl der Vorteil vorhanden ist, daß die Resonanzfrequenz bei einem niederen Wert gewählt werden kann. ■ Die viskosen Dämpfer, die weitgehend benutzt werden, zeigen eine ausgezeichnete Leistung beim Dämpfen der Vibration oder von Stößen, aber sie sind kompliziert in ihrer Bauweise und von großem Umfang und weisen insofern

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Nachteile auf, als sie häufig/Leistungsveränderungen und; ein Auslecken von Flüssigkeit zeigen, das durch die ΐ; Temperaturänderungen verursacht wird. Ausserdem sind «lie viskosen Dämpfer der beschriebenen Art an sich teuer und es kann -notwendig sein, daß das verwendete ;visköse Medium von Zeit zu Zeit ausgetauscht werden muß. Die üblichen festen Reibungsdämpfer haben andererseits eine hohe Dämpfwirkung und einen ausgezeichneten Energiezerstreugungs■ wirkungsgrad, aber v/eisen Probleme der Abnutzung 4er Reibungsteile auf und haben die Machteile einer geringen Dampfungswirkung, Hitzeerzeugung und Unregelmässigkeit der Leistung. Weiterhin haben die festen Reibungsdämpfer, wie sie bisher in Plugzeugen verwendet wurden, das Problem gezeigt, daß es schwierigist, die Resonanzfrequenz beispielsweise auf ein Niveau zu verringern, das niedriger ist als die Vibrationsfrequenz eines Hubschraubers, wie sie normalerweise im Flug auftritt.

Hauptziel der Erfindung ist, die obenbeschriebenen Nachteile der üblichen Vibrations-Isolations- und Dämpfersysteme auszuschalten. ' ~_ ■

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, ein neuartiges Vibrations-Isolations- und Stoßdämpfersystem zu schaffen, das einfach im Aufbau ist und eine ausgezeichnete Vibrationsisolation und Stoßdämpfcharakteristik,und Dauerhaftigkeit hat. ^-

Nach der Erfindung sind zwei bürstenartige Teile, von jeder aus einem Grundteil besteht, aus dem; eine große Anzahl von fadenartigen Materialien aus einer Seite herausragt, mit den spitzen Enden der fadenartigen Materialien • der genannten Teile gegenüberliegen, wodurch* wenn die bürstenartigen Teile einer Vibration ausgesetzt werden, die fadenartigen Materialien beider Teile miteinander reibungsmässig in Berührung kommen und so eine Dämpfungskraft erzeugen.

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Die vorstehend genannten fadenartigen Materialien ^; können natürliche oder synthetische Fasern sein. Wahlweise kann je nach Anforderung auch ein feiner Metalldraht wie etwa Stahldraht verwendet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die fadenartigen Materialien auf Jeder Grundplätte in einer Vielzahl von in regelmässigem Abstand voneinander liegenden Bündeln vorgesehen. Es ist jedoch klar, daß die Fadenbündel nach Belieben angeordnet sein können oder die fadenartigen Materialien können gleichmässig über die ;' Λ gesamte Oberfläche der Grundplatte verteilt sein, ohne daß sie zu Bündeln zusammengefaßt werden.

■ Das System nach der vorliegenden',Erfindung wird normalerweise in Kombination mit einem elastischen Element wie etwa einer Feder verwendet, da es keine Erhölungs— eigenschaft an sich hat. Es ist jedoch"-darauf hinzuweisen, daß ein genügend praktisches System auch erzielt werden kann, ohne daß irgendeine Feder verwendet wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wirdnachstehend unter Hinweisauf die beigefügten Zeichnungen lediglich au Zwecken der Illustration be- ■ | schrieben.

Fig. 1 ist eine senkrechte Schnitt ansieht einer senkrechten ^; stoßdämpfenden Halterung für Flugaeuginstrumentenbretter, worin das Prinzip der Erfindung verwendet

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Fig. 2 ist eine waagerechte Schnittansicht nach der Linie . II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ist eine senkrechte Schnittansieht einer waagerechten stoSdämpfenden Halterung für Flugzeuginstrunientenbretter nach dem Frinsip. der Erfindung, ' ' ■

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Fig. 4 ist eine senkrechte Schnittansicht des Prinzips der Erfindung an einem System mit großem Hub, und

Pig. 5 ist ein Diagramm, das die dynamische Charakteristik der Stoßdämpfer-Halterung im Vergleich mit der einer gewöhnlichen Feder zeigt. ■

In Fig. 1 ist eine stoßdämpfende Halterung gezeigt, die aus einem im wesentlichen zylindrischen,hohlen Gehäuse besteht. Das hohle Gehäuse 1 ist an seinem unteren Ende offen, in das ein Stöpsel 2 eingeschraubt ist. Im Inneren des-Gehäuses 1 befindet sich ein stationärer bürstenartiger Teil nach der Erfindung, der auf dem Stöpsel 2 ruht. Dieser bürstenartige Teil besteht auH einer Grundplatte und fadenähnlichem Material, das sich senkrecht zu dieser Platte von einer Seite heraus erstreckt. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die fadenartigen Materialien 4 in einer Vielzahl von im regelmässigen Abstand voneinander stehenden Bündeln zusammengefaßt. Arn oberen Ende des Gehäuses befiridet sich ein Führungsteil 7 mit einem sich nach aussen erstreckenden Flansch Jά. Der Führungsteil 2 ist zwischen einem Sitzring, der auf einer ringförmigen, nach einwärts ragenden Schulter'la ruht, die an der Innenwand des Gehäuses 1 ausgebildet ist, und einem ringförmigen Teil β angeordnet, der in das Gehäuse eingeschraubt ist. Ein beweglicher Bürstenhalter 6 erstreckt sich gleitend durch · das Mittelloch 7b des Führungsteiles J. Der Bürstenhalter δ hat einen Scheibenteil Sa, der im Innern des Gehäuses 1 liegt und durch den ein beweglicher, bürstenartiger Teil nach der Erfindung gehalten wird. Der bewegliche, bürstehartige Teil besteht aus einem GrundteiT 9, der von dem vorstehend genannten Schejbenteil 8a gehalten wird und fadenartigen Materialien 10, die sich normalerweise von dem genannten Grundteil auswärts erstrecken. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine Rückholfeder, die zwischen« einem Stahlfederteller 12 auf der Grundplatte ;5 und einem anderen Stahlfederteller Ij5 auf der Grundplatte 9 wirkt. \"

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Bei der Verwendung der stoßdämpfenden Halterung mit der vorstehend beschriebenen Ausführung ist das zylindrische Hohlgehäuse 1 beispielsweise am Zellenrahmen eines Flug-" zeuges oder an einem Teil an diesem Zellenrahmen befestigt und der Halter 8 ist beispielsweise an einem Instrumentenbrett od. dgl. befestigt. In eingebauter Stellung wird die stoßdämpfende Halterung mit den fadenärtigen Materialien 4 und 10 so gehalten, daß diese sich an ihren spitzen Enden schneiden oder berühren. Wenn das Instrumentenbrett im Verhältnis zum Körper des Flugzeuges vibriert, bewegen sich die bürsten- oder fadenartigen Materialien 4 und 10 im Verhältnis zueinander in reibender Berührung und dämpfen dadurch die Vibration.

Fig. 3 zeigt eine waagerechte stoßdämpfende Halterung j in der das Prinzip der Erfindung verwendet wird. Diese

stoßdämpfende Halterung besteht aus einem im wesentlichen j zylindrischen Hohlgehäuse 21 und ein Trägerstöpsel 22 j ist in das linke Seitenende des Hohlgehäuses 21 eingeschraubt, um einen Grundteil 23 zu tragen, der mit normaler- ! weise nach auswärts ragendem Fadenmaterial 24 versehen

ist. An der rechten Seite des Gehäuses 21 ist eine End- \ wand 21a ausgebildet, die ein Loch 21b aufweist, das mittig darin angeordnet ist und ein beweglicher Bürsten-' halter 28 erstreckt sich durch das Loch 21b der Endwand 21a. Der Bürstenhalter 28 ist mit einem Scheibenteil 28a ausgebildet, der im Inneren des Gehäuses 21 liegt und j mit einem Rand 28b an seiner Peripherie ausgebildet ist. ''■ Wie gezeigt, trägt der Scheibenteil 28a einen Grundteil 29 mit fadenartigen Materialien 30, die sich senkrecht davon nach aussen erstrecken. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Rückholfeder und 32 eine Ausgleichsfeder. Diese stoßdämpfende Halterung ist funktionell die gleiche wie die Stößdämpfer-Halterung wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, j wobei der einzige Unterschied dazwischen ist, daß die ι erstere in einer waagerechten Stellung verwendet wird.

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Fig. Ψ zeigt eine Ausführungsform, in der die vorliegende Erfindung auf eine stoßdämpfende Halterung von längerem Hüb angewendet wird als die stoßdämpfenden Halterungen, wie $le in Fig. 1 bis 3 gezeigt sind. Die stoßdämpfende Halterung nach dieser Ausftifrrungsform weist zwei Hohlgehäuse 41, 42 auf, die ausdehnbar und zusammenziehbar miteinander in Teleskopart an ihren offenen Enden kombiniert sind. Die teleskopartige Gehäusegruppe wird in einer Ausdehnungsrichtung von einer darin angeordneten Schraubendruckfeder 4;> auseinandergedrückt. Ein Grundteil 45 mit fadenartigen Materialien 44 daran befestigt, ist an der Endwand des Gehäuses 4l befestigt, während ein (nicht gezeigter) Grundteil mit fadenartigen Materialien 46 daran an der Endwand des Gehäuses 42 befestigt ist. Diese fadenartigen Materialien 44,46 sind langer als diejenigen in den Ausführungen nach Fig. 1 bis 3. Eines der Gehäuse, das in dieser Ausführung das Gehäuse 42 ist, ist im Innern mit einem zyliMri sehen Teil 4? versehen, . der die fadenartigen Materialien 46 umgibt. Dieser zylindrische Teil 47 dient dazu, ein" Biegen der fadenartigen Materialien infolge eines Knickens zu verhüten.

Die Hauptmerlanale der stoßdämpfenden Halterung nach der Erfindung sind in Fig. 5 gezeigt. Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Charakteristikkurve des Vibrations-Isolations-Systems nach der Erfindung zeigt sowie die Charakteristikkurve eines Yibrations-Isolationssystems, das lediglich eine Feder enthält, wobei die Kurven durch Expertente erarbeitet wurden. In dem Schaubild zeigt die Charakteristikkurvefder Feder in gestrichelter Linie die Charakteristik- _r kurve des normalen Federsystems, d.h. die Kurve hat einen Resonanzpunkt P in der Nähe einer Frequenz von vier Schwingungen je Sekunde bei dem die Übertragung (das Verhältnis Eingang zu Ausgang) scharf zunimmt und von diesem Punkt aus nimmt die Übertragung ab wenn die Frequenz zunimmt und nähert sich null nach dem Überschreiten eines Wertes von 1. Mit dem Vibrationsdämpfungssystem nach der Erfindung bildet im

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Gegensatz dazu, wenn öle Amplitude ( Geschwindigkeit in diesem Falle) des Einganges 1,25 cm/sec ist, die Charakteristikkurve davon,, wie sie durch die feste Linie D. dargestellt ist, keinen klaren Resonanzpunkt, da die Übertragung leicht größer ist als 1 bei einer Frequenz von ungefähr 2Htz und im Falle einer Eingangsamplitude von 2.5 cm/sec. hat die Charakteristikkurve einen Resonanzpunkt Q wie durch die Kettenlinie Dp angezeigt, in der Nähe einer Frequenz von vier.bis fünf Hertz, die im wesentlichen die gleiche ist wie die Resonanzfrequenz des Systems, das lediglich aus einer Feder besteht und die übertragung an diesem Punkt beträgt nur 1.5. So haben die Erfinder festgestellt, daß das Vittrationsdämpfungssystem nach der Erfindung den Resonanzpunkt auf einem niedrigen Niveau verglichen mit dem System hält, das aus nur einer Feder, besteht und .ist weiterhin in der Lage> die MaximumUbertragung. auf einem solchen sehr wirksamen Wert wie 1,5 oder weniger zu halten.

Nach der Erfindung viird, wie bereits vorher gesagt, eine äußere Kraft wie etwa eine Vibration oder Stöße durch den Reibungswiderstand der fadenartigen Materialien gedämpft oder absorbiert. Daher ist das vorliegende System in der Art der Isolierung der Vibration: oder des Absorbierens von Stoßen vollständig verschieden von den üblichen Federn, Gummis, pneumatischen Federn, viskosen Dämpfern oder Reibungsdämpfern und-ermöglicht wesentlich verbesserte*Vibrations!solations- und Stoßdämpfungseigenschaften zu erzielen· Das Vibrations-Isolations und Stoßdämpfer-System nach der Erfindung bewirkt solche beträchtliche Vorteile, daß es hoch wirksam gegen Geschwindigkeitsstöße ist, frei von Abnutzung von Reibungsteilen oder Geräuschen, wie sich das bei den gewöhnlichen Reibungsdämpfern ergibt und demgemäß auch frei von einer Charakter!stikveranderung durch Verformung oder Alterung der Reibungsoberflächen, daß die Vorrichtung sich bestens eignet, ran in Fahrzeugen zur Isolation von Vibration und Dämpfung von Stössen verwendet.zu werden,.weil das Gerät

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nicht nur so stark auf kleine Amplituden und Mikrovibrationen anspricht, sondern auch eine große Bremskraft gegen eine äußere Kraft großer Amplitude hat, daß im wesentlichen keine Neigung zur Wärmeerzeugung besteht und daß die Wärme, wenn'sie erzeugt wird, ohne weiteres abgestrahlt werden \ kann, da die Wärmeabstrahlungsoberfläche groß ist, daß das Gerät eine beträchtliche Freiheit und Vibrationsdämpfungs- und Stoßdämpfungseigenschaft hat im Verhältnis nicht nur zu einer äußeren Kraft, die darauf in einer axialen Richtung ausgeübt wird, sondern auch zu einer äußeren Kraft, die in.einer Richtung senkrecht zur Achse ausgeübt wird, daß das Gerät sowohl waagerecht als auch senkrecht eingebaut werden kann, daß es frei von einem Auslecken von Medium und Korrosion des Gehäuses- ist und keinen Mediumwechsel erfordert und. das Vorsehen eines Abdichtmechanismus wie im Falle von Flüssigkeitsdämpfern und einfach in seinem Aufbau, leicht im Gewicht und von niederen Kosten ist, daß die Vibrationskraft und Dämpfungskraft für seine geringe Größe und kompakte Form groß sind, daß durch Kombination mit einem Erholungselement und einem Energieabsorbierungselementzum Bilden eines Vibrations-Isolations- und Stoßdämpfersystems, es möglich ist, den Resonanzpunkt niedrig zu halten und auch eine maximale Übertragung bei einem sehr niedrigen Viert, z.B. 1.5 oder geringer, daß die wirksame. Verwendung von Raum erreicht werden kann, daß es eine ausgezeichnete Lebensdauer hat und daß die Charakteristikveränderung minimal bei Temperaturveränderungen von hohen zu niederen Temperaturen ist.

Infolge der zahlreichen ausgezeichneten Vorteile, wie oben angegeben, kann das Vibrationsdämpfungs- und Absorbierungssystem nach der vorliegenden Erfindung weitgehend bequem auf verschiedenen Gebieten als Stoßdämpfer für Fahrzeuge verwendet werden wie etwa Flugzeuge, rollendes Material, Kraftfahrzeuge und Motorräder, als Vibrationsdämpfungs- und Absorb!erungssystemfür^Instrumente und

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Ausrüstungen/ die In den genannten fahrzeugen-enthalten, sind», als Stoßdämpfer für die Sitze der genannten■; Fahrzeuge, als Tuffer für Industriemaschinen und Motoren, wie etwa Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Textilmaschinen und Pumpen und weiterhin als Puffer für Plattenspieler.

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Claims

P at e nt a η s ρ r Ü Ch e ι . ^^;.

( w Verfahren zum Dämpfen und Absorbieren voh Vibrationsbewegungen oder Stoßen, dadurch gekennzeichnet* daß ©in Paar Grundteile in einer solchen Art und V/eise angeordnet wird* daß die spitzen Enden einer Vielzahl von fadenartigen Materialien, die sich senkrecht aus einer Seite der genaiinten entsprechenden Grundteile erstrecken, aneinanderstoßen und bewirken, daß die fadenartigen Materialien auf den. ent», sprechenden Grundteilen einander berühren * um so die Vibrationen oder Stöße durch die Reibungskraft der genannten fadenartigen Materialien zu dämpfen.

2. Eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste bürstenartige Vorrichtung aufweist mit einer Vielzahl von fadeaartigen Materialien, die sich in einer und der gleichen Richtung erstrecken, zweite bürstenartige Einrichtungen mit einar Vielzahl von fadenartigen Materialien, die so angeordnet sind, daß sie mit ihren, freien Enden die freien Enden der fadenarbigen Materialien der ersten BÜrstenartigen Einrichtung berühren und eine Einrichtung zum Halten der ersten und zweiten bürstenartigen Einrichtung zur freien Bewegung zueinander, wobei die fadenartigen Materialien der entsprechenden bürstenartigen Teile einander infolge der genannten relativen Bewegung der Mittel berühren, um durch Reibung eine Dämpfungskraft zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Vorrichtung vorgesehen ist, durch die die genannte erste und zweite Bürsten-arJiige Vorrichtung normalerweise in einer neutralen Stellung gehalten werden,

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte elastische Vorrichtung eine Schraubendruckfeder ist. ,

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5t Vorrichtung zum Dämpfen und Absorbieren von Vibration oder Stößen« dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem hohlen Gehäuse besteht, einem stationären Grundteil mit einer Vielzahl von fadenartigen Materialien, die sich normalerweise aus einer Seite daraus In Form einer Bürste erstrecken, wobei der genannte .Grundteil an dem Gehäuse an einer Stelle in der Nähe seines Endes befestigt ist und die fadenartigen Materialien sich parallel zur Längsachse und nach einwärts in das Gehäuse erstrecken und einen beweglichai Grundteil, der indem genannten Gehäuse befestigt ist und Faden~artige Materialien aufweist^ die den fadenartigen Materialien an dem genannten festen Grundteil gegenüberliegen, wobei der genannte bewegliche Grundteil mit einem Stift versehen ist, der nach aussen durch das Gehäuse ragt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch .gekennzeichnet,,, daß del¹ genannte bewegliche Grundteil mit einer nachgiebigen Vorrichtung versehen Ist, um ihn von dem stationären Grundtell weg zu drücken.

7« Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch .gekennzeichnet, daß darin ein hohler Bauteil angeordnet ist, der die fadenartigen Materialien von mindestens einem der genannten festen und beweglichen Grundteile "umgibt*

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fadenartlgen Materialien auf jedem der genannten stationären und beweglichen Grundteile in einer Vielzahl von Bündeln angeordnet sind, die regelmässlg auf dem genannten Grundteil angeordnet sind.

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