DE202013012709U1

DE202013012709U1 - Aktives Schwingungsisolationssystem

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Publication number: DE202013012709U1
Application number: DE202013012709.0U
Authority: DE
Original assignee: Technical Manufacturing Corp
Current assignee: Technical Manufacturing Corp
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2015518947A; DE112013002833T5; US9353824B2; WO2013184456A1; JP6308999B2; US20150084249A1; US8899393B2; US20130328253A1

Abstract

Aktives Dämpfungssystem, das zwischen einer Basis und einer isolierten Nutzlast, die eine statische Kraft erzeugt, positioniert ist, das aktive Dämpfungssystem mit:
einer Zwischenmasse,
einem Nutzlaststützelement, das sich zwischen der isolierten Nutzlast und der Zwischenmasse erstreckt, wobei das Nutzlaststützelement eingerichtet ist, die isolierte Nutzlast auf der Zwischenmasse zu unterstützen;
einem Zwischenmassestützelement, das sich zwischen der Zwischenmasse und der Basis erstreckt, wobei das Zwischenmassestützelement eingerichtet ist, mindestens im Wesentlichen die gesamte statische Kraft der isolierten Nutzlast zu unterstützen,
einem aktiven Dämpfungsaktuator, der ein Ende angrenzend an der Zwischenmasse und ein gegenüberliegendes Ende angrenzend an der Basis aufweist;
einem ersten Sensor, der an der Zwischenmasse befestigt ist, wobei der erste Sensor eingerichtet ist, ein erstes Signal in Antwort auf eine Bewegung der Zwischenmasse, die durch dynamische Kräfte verursacht worden ist, zu erzeugen; und
einem Kompensationsmodul, das mit dem ersten Sensor und dem aktiven Dämpfungsaktuator gekoppelt ist, wobei das Kompensationsmodul eingerichtet ist, auf das erste Sensorsignal durch Dämpfen der dynamischen Kräfte, die auf die Zwischenmasse wirken, zu antworten, und zwar durch Betätigen des aktiven Dämpfungsaktuators, um die dynamischen Kräfte von der isolierten Nutzlast zu isolieren.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Isolieren unterstützter Nutzlasten vor Schwingungen und insbesondere ein aktives Schwingungsisolationssystem, bei dem mindestens im Wesentlichen die gesamte statische Kraft einer Nutzlast durch passive Stützelemente unterstützt wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schwingungsisolationssysteme unterdrücken Schwingungen, die auf eine Struktur oder eine Nutzlast wirken. Passive Isolatoren, wie z. B. Dämpfer und Absorber, sind mechanische Lösungen, die, obwohl sie effektiv sind, Schwierigkeiten haben, Schwingungen niedriger Frequenzen zu unterdrücken. Aktive Isolationssysteme wurden entwickelt, um Schwingungen zu unterdrücken, die auf eine Struktur oder eine Nutzlast mit niedrigen Frequenzen wirken. Im Allgemeinen messen aktive Isolationssysteme Schwingungen an bestimmten Stellen einer Plattform, die eine Nutzlast trägt, und wenden dynamische Dämpfungskräfte in einer gleichen und entgegengesetzten Richtung an, um den Effekt der Schwingungen zu unterdrücken. Die durch diese dynamischen Systeme erfassten Schwingungen werden einem Prozessor zur Verfügung gestellt, der einen Aktuator aktiviert, welcher die Dämpfungskräfte aufbringt.
Zwei typische Anwendungen für ein aktives Schwingungsisolationssystem schließen Umgebungen mit einem hohen Pegel von Hintergrundrauschen ein, sodass das Hintergrundrauschen den Betrieb einer Ausrüstung und von Instrumente beeinträchtigt, die sehr empfindlich auf kleine Nutzlastschwingungen reagieren, wie z. B. eine Atomkraftmikroskop und ein Rastertunnelmikroskop.
Wie oben erwähnt weisen aktive Isolationssysteme den Vorteil auf, dass sie Schwingungen niedriger Frequenzen, wie z. B. unter 2-3 Hz unterdrücken, jedoch dazu tendieren, komplex zu sein. Ein Beispiel eines solchen Systems ist in dem US-Patent Nr. 5,660,255 offenbart. Um eine Nutzlast vor Schwingungen zu dämpfen und zu isolieren, die vom Grund bzw. Boden ausgehen, wird ein Aktuator verwendet, um die dynamischen Kräfte, die auf eine Zwischenmasse wirken, zu dämpfen. Bei einem solchen System wird von dem Aktuator erwartet, das gesamte Gewicht, d. h. die statische Kraft, zu tragen, welche auf die Oberseite des Aktuators aufgebracht wird und die das Gewicht der Zwischenmasse, Nutzlastplattform, passiver Stützelemente zwischen der Zwischenmasse und der Plattform, genauso wie das Gewicht der Nutzlast selbst, einschließen. Zusätzlich zum Tragen bzw. Aufnehmen der statischen Kräfte, muss der Aktuator ausreichend Kraft als Antwort auf die Bewegung der Zwischenmasse erzeugen, um jegliche dynamischen Kräfte, die auf die Zwischenmasse wirken, zu dämpfen, sodass Schwingungen auf einen akzeptierbaren Pegel gedrückt werden können.
Um die doppelten funktionellen Anforderungen der Unterstützung eines statischen Gewichts und der Bereitstellung von Kräften, die benötigt werden, um die Nutzlast von Schwingungen zu isolieren, bereitzustellen, wird im Allgemeinen als Aktuator ein piezoelektrischer Stapel eingesetzt. Diese Art des Aktuators kann sehr teuer sein; um daher die Belastung und Abnutzung des Aktuators zu vermindern, kombinieren manche Systeme den Aktuator mit anderen passiven Stützelementen wie z. B. eine Abladefeder („offload spring“) oder Stützfeder um einen Teil des statischen Gewichts aufzunehmen. Jedoch ist es, wie in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2010/0030384 offenbart, im Allgemeinem akzeptiert, dass das Ausmaß, zu dem eine Abladefeder die Last auf den Aktuator durch Aufnahme eines Teils des statischen Gewichts reduzieren kann, wegen der Gefahr, dass die Abladefeder die Effizienz des Schwingungsisolationssystems beeinträchtigt, beschränkt ist. Da sich die Stützfedern insbesondere von dem Grund bzw. Boden erstrecken, können Schwingungen bei Frequenzen unter der Resonanzfrequenz der Feder von dem Grund durch die Feder übertragen werden, was in einer beeinträchtigten Leistung des aktiven Dämpfungsabschnitts des Schwingungsisolationssystems resultiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein aktives Schwingungsdämpfungssystem bereit, das mindestens eine Zwischenmasse, die durch mindestens eine Feder die Nutzlast unterstützt, mindestens eine steife Feder, die an der Basis oder dem Boden angebracht ist, welche die gesamte statische Kraft der Nutzlast unterstützt, und einen Aktuator aufweist, der an der Basis oder dem Boden und der Zwischenmasse parallel zu der steifen Feder angebracht ist, um durch Bodenschwingungen verursachte dynamische Kräfte zu isolieren. Da der in dem aktiven Schwingungsdämpfungssystem eingesetzte Aktuator im Wesentlichen auf das Isolieren der dynamischen Kräfte, die auf dem Boden erzeugt werden und auf die Nutzlast durch die Stützfeder aufgebracht werden, beschränkt ist, kann ein relativ kleiner und kostengünstiger Aktuator verwendet werden, der keinen piezoelektrischen Festkörperaktuator aufweist, sondern stattdessen eher ein weicher Aktuator, wie z. B. ein Linearmotor.
Das aktive Schwingungsdämpfungssystem ist bei einer Ausführungsform zwischen der Nutzlast und einer Schwingungsquelle oder Quelle dynamischer Kräfte positioniert, wie z. B. dem Grund, dem Boden, einer äußeren Verkleidung oder einer schwingenden Basis, und das aktive Schwingungsdämpfungssystem ist eingerichtet, die Nutzlast von den dynamischen Kräften zu dämpfen und zu isolieren. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem schließt bei einer Ausführungsform einen Aktuator zur Platzierung auf dem Grund, dem Boden, der äußeren Verkleidung bzw. dem Gehäuse oder der Basis ein. Der Aktuator kann durch seine Ausführung verwendet werden, dynamische Kräfte zu kompensieren, die auf das System von dem Grund aus wirken. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem schließt auch eine Zwischenmasse zwischen dem Aktuator und der Nutzlast ein. Die Zwischenmasse stellt einen im Wesentlichen schwingungsfreien Stabilitätspunkt bereit, um dynamische Nutzlastkräfte zu dämpfen, ohne die Schwingungsisolation von dem Grund zu beeinträchtigen. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem kann ferner eine Stützfeder zwischen der Nutzlast und der Zwischenmasse einschließen, um das Gewicht der Nutzlast zu unterstützen. Zudem kann mindestens eine Laststützfeder zwischen der Zwischenmasse und dem Grund angeordnet sein, um im Wesentlichen die gesamte statische Kraft der Nutzlast und der Zwischenmasse zu unterstützen. Parallel zu der Laststützfeder, zwischen der Zwischenmasse und dem Grund, ist zumindest ein Aktuator angeordnet. Zudem kann ein Sensor an der Zwischenmasse befestigt sein, um ein Rückkopplungssignal zu Verarbeitung durch ein Kompensationsmodul zu erzeugen, das mit dem Sensor und dem Aktuator gekoppelt ist. Das Kompensationsmodul reagiert auf das Signal von dem Sensor, um dynamische Kräfte zu dämpfen und zu isolieren, die auf die Zwischenmasse wirken, um die Nutzlast schwingungsfrei zu halten.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein passives Dämpfungselement parallel zu der Stützfeder zwischen der Nutzlast und der Zwischenmasse einbezogen. Das passive Dämpfungselement kann bewirken, die dynamischen Kräfte von der Nutzlast zu dem Stabilitätspunkt zu führen, wo solche Kräfte gedämpft werden können. Die Stützfeder, zusammen mit dem passiven Dämpfungselement, kann bewirken, die unterstützte Nutzlast von der Zwischenmasse elastisch zu entkoppeln.
Bei einer weiteren Ausführungsform schließt das aktive Schwingungsdämpfungssystem eine Vielzahl von Aktuatoren ein, die zwischen der Zwischenmasse und der Basis oder dem Grund angebracht sind. Zu den Aktuatoren zugehörige Sensoren können an der Zwischenmasse angebracht sein und die Ausrichtung der Aktuatoren zusammen mit den Sensoren ist so gewählt, dass das System Schwingungen von dem Grund zu der Zwischenmasse entlang zweier oder dreier Achsen dämpfen kann.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann das aktive Schwingungsdämpfungssystem mit einer Nutzlastplattform kombiniert sein, um ein aktives Schwingungsdämpfungssystem bereitzustellen. Bei noch einer weiteren Ausführungsform sind mehrere aktive Schwingungsdämpfungssysteme mit Streben gekoppelt, um einen Schwingungsdämpfungsaufbau bereitzustellen.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale Bezug nehmen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen dazu, die Prinzipien der Ausführungsformen der Erfindung zu erläutern.

1 ist eine schematische Abbildung, die ein aktives Dämpfsystem in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist ein Blockdiagramm, das ein aktives Schwingungsdämpfungssystem in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein elektrisches schematisches Blockdiagramm, das elektrische Verbindungen zwischen Bewegungssensoren, Kompensationsschaltungen und Aktuatoren in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik zur Verwendung mit den Systemen aus 1 und 2 veranschaulicht.
4 ist ein Blockdiagramm, das ein aktives Schwingungsdämpfungssystem entlang zweier Achsen in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine Draufsicht eines aktiven Schwingungsdämpfungsaufbaus in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein aktives Schwingungsisolationssystem 10 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das aktive Dämpfungssystem 10 ist zwischen einer isolierten Nutzlast 12, d. h. einer isolierten Nutzlastplattform oder der darauf unterstützten Nutzlast oder einer Kombination aus diesen beiden, und einer Basis 21, d. h. einer Schwingungsquelle, wie z. B. der Boden oder eine äußere Verkleidung, positioniert, um Schwingungen und andere dynamische Kräfte zu unterdrücken und zu isolieren, sodass diese nicht zu der Nutzlast 12 übertragen werden. Es ist anzumerken, dass 1 ein System veranschaulicht, das aktive oder dynamische Schwingungsisolation in einer der drei Achsrichtungen angeht. Diese Vereinfachung wurde zur einfacheren Erläuterung ausgeführt. Es ist jedoch verständlich, dass das System 10 imstande ist, eingesetzt zu werden, um eine aktive Schwingungsisolation für alle sechse Freiheitsgrade zu ermöglichen.
In der Beschreibung und den Ansprüchen wird unter Bezugnahme auf ein Stützelement Folgendes verwendet - das Unterstützen von „zumindest im Wesentlichen die gesamte statische Kraft“ der Nutzlast bedeutet, dass das Element eingerichtet ist, zumindest 70% bis 100% des Gewichts der isolierten Nutzlast zu unterstützen; „Dynamische Kräfte von der Nutzlast zu isolieren“ bedeutet den Effekt äußerer Schwingungen auf die Nutzlast auf oder unter eine Höhe zu reduzieren, für die bestimmt worden ist, dass sie den Betrieb jeglicher bei der Nutzlast vorhandene Ausrüstung nicht nachteilig beeinflusst; „Federkonstante“ bedeutet die Kraft, die auf eine Feder ausgeübt wird, geteilt durch die Auslenkung der Feder; und ein „weicher Aktuator“ ist ein Aktuator, der eine Steifigkeit von 0 aufweist.
Das aktive Dämpfungssystem, das zwischen der isolierten Nutzlast 12 und einer Schwingungsquelle oder Quelle dynamischer Kräfte positioniert ist, die bei der Basis 21 vorhanden sind, wie z. B. der Grund, Boden oder eine äußere Verkleidung, und das bewirken kann, dynamische Kräfte vor der Nutzlast 12 zu dämpfen und zu isolieren, weist einen aktiven Dämpfungsaktuator 20, der mit der schwingenden Basisplattform 21 gekoppelt sein kann, eine Zwischenmasse 13, die durch mindestens ein Zwischenmassestützelement 16 unterstützt wird, ein passives Dämpfelement 22 zum Dämpfen dynamischer Kräfte, d. h. von Schwingungen, von der Nutzlast 12 und mindestens ein Nutzlaststützelement 18 auf, das zwischen der isolierten Nutzlast 12 oder der Zwischenmasse 13 zum Unterstützen der statischen Kräfte, d. h. des Gewichts, der isolierten Nutzlast 12 angeordnet ist. Die Stützelemente 16, 18 können in Form einer Feder sein, wobei das Zwischenmassestützelement mindestens 5 mal größer ist als die Steifigkeit des Nutzlaststützelements. Das Zwischenmassestützelement 16 ist ausgeführt, das statische Gewicht zu unterstützen, das durch die isolierte Nutzlast 12 ausgeübt wird, und das ansonsten direkt auf den aktiven Dämpfungsaktuator 20 wirken würde. Wie weiter unten ausführlich beschrieben, stützt das Zwischenmassestützelement (die Zwischenmassestützelemente) 16 im Wesentlichen mindestens die statische Kraft der isolierten Nutzlast 12.
Das aktive Dämpfungssystem schließt einen Bewegungssensor 17 ein, der an der Zwischenmasse 13 angebracht ist und mit einem Kompensationsmodul gekoppelt ist, sodass von einer Bewegung erzeugte Signale der Zwischenmasse 13 als Teil einer aktiven Rückkopplungskompensationsschleife kompensiert werden können, um der Zwischenmasse 13 über einen vorbestimmten Bereich von Schwingungsfrequenzen Stabilität zu verleihen. Ein Nutzlastsensor 15 und/oder Basissensor 19 kann ebenso an der isolierten Nutzlast 12 bzw. der schwingenden Basisplattform 21 angebracht sein.
Das aktive Dämpfungssystem 10 kann optional eine nichtgezeigte Feder einschließen, die in Reihe bei einem Ende an der isolierten Nutzlast 12 angebracht ist und bei einem entgegengesetzten Ende an dem passiven Dämpfer 22 angebracht ist. Die Feder kann eine Resonanzfrequenz aufweisen, die mindestens Doppel so groß ist wie die des Nutzlaststützelements 18, um einen Schwingungsisolationsfaktor zu dem System 10 bei höheren Frequenzen zu verbessern.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 ein aktives Schwingungsdämpfungssystem 40 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem 40 kann bei einem Aspekt verwendet werden, um Schwingungen und andere dynamische Kräfte zu isolieren und zu dämpfen, die durch äußere Kräfte oder Komponenten des Systems 40 erzeugt worden sind, um ihrer Übertragung zu einer Nutzlast 41 vorzubeugen. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem 40 schließt, wie veranschaulicht, die Nutzlast 41, d. h. die isolierte Nutzlastplattform, die darauf unterstützte Nutzlast oder eine Kombination aus diesen Zweien, einen aktiven Dämpfungsaktuator 45, der auf einer Basisplattform 42 positioniert ist, und eine Zwischenmasse 44 ein, die durch mehrere Zwischenmassestützelemente (46a und 46b) in Form von Laststützfedern unterstützt wird. Die Zwischenmasse 44 wirkt als ein Stabilitätspunkt. Dynamische Kräfte werden auch mittels eines passiven Dämpfungselements 49 gedämpft. Statische Kräfte der isolierten Nutzlast werden über der Zwischenmasse 44 durch ein Nutzlaststützelement 47 in Form einer Feder unterstützt. Wie in 2 gezeigt, kann sowohl das passive Dämpfungselement 49 als auch die Stützfeder 47 bei einem End mit der Nutzlast 41 und bei einem entgegengesetzten Ende mit der Zwischenmasse 44 gekoppelt sein, die als Stabilitätspunkt wirkt. Die Laststützfedern (46a und 46b), die zwischen der Zwischenmasse 44 und der Basisplattform 42 angeordnet sind, unterstützen mindestens im Wesentlichen die gesamten statischen Kräfte der Nutzlast. Ein an der Zwischenmasse 44 befestigter Sensor 43 erzeugt ein Signal, das eine Funktion einer Bewegung der Zwischenmasse 44 ist, sodass dem aktiven Dämpfungsaktuator 45 Feedback bereitgestellt werden kann, um den Effekt jeglicher dynamischer Kräfte auszulöschen bzw. zu dämpfen, die durch die Basisplattform 42 erzeugt und durch die Laststützfedern (46a und 46b) übertragen worden sind, wodurch die Nutzlast von den dynamischen Kräften isoliert wird.
Der aktive Dämpfungsaktuator 45 in 2 schließt eine Bodenfläche 211 ein, die an der schwingenden Basisplattform 42 angebracht ist. Der Aktuator 45 kann auch eine obere Fläche 212 einschließen, die sich in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der dynamischen Kräfte bewegt, die durch die schwingende Basisplattform 42 erzeugt werden, sodass die Zwischenmasse 44 relativ zu der vibrierenden Basisplattform 42 im Wesentlichen bewegungslos bleibt. Die dynamischen Kräfte werden annähernd gedämpft bzw. ausgelöscht, sodass eine Bewegung der Zwischenmasse 44 vorzugsweise höchstens 0,01 mal die Amplitude der Oszillationen beträgt, die durch die vibrierende Basisplattform 42 erzeugt werden. Das aktive Schwingungsdämpfungssystem 40 der vorliegenden Erfindung ist ausgeführt, um Schwingungen der Basisplattform 42 von der Nutzlast entlang der Z-Achse zu isolieren, welches die Achse ist, entlang der eine Versetzung des Aktuators 45 auftritt.
Der aktive Dämpfungsaktuator 45 kann ein elektromagnetischer Aktuator, ein mechanischer Aktuator, ein pneumatischer Aktuator oder ein hydraulischer Aktuator sein. Da der aktive Dämpfungsaktuator im Wesentlichen auf das Ausgleichen dynamischer Kräfte beschränkt ist, kann ein kostengünstigerer aktiver Dämpfungsaktuator, wie z. B. ein elektromagnetischer Aktuator verwendet werden, der eine Gestaltung aufweist, bei der es nicht notwendig ist, die statischen Kräfte der Nutzlast zu tragen.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ist der aktive Dämpfungsaktuator 45 ein elektromagnetischer Aktuator in Form eines Linearmotors, der ein weicher Aktuator ist. Der aktive Dämpfungsaktuator 45 weist eine obere Fläche 212 auf, die mit der Zwischenmasse 44 gekoppelt ist. Die Gesamthöhe des aktiven Dämpfungsaktuators 45 ist entlang der „Z“-Achse veränderlich. Bei Aktivierung des aktiven Dämpfungsaktuators 45 wird die obere Fläche 212 in Richtung der Zwischenmasse 44 gezwungen, was die Zwischenmasse 44 in die vertikale Richtung zwingt. Das Deaktivieren des aktiven Dämpfungsaktuators 45 lässt zu, dass die obere Fläche 212 zu ihrer Ursprungsposition zurückkehrt. Der aktive Dämpfungsaktuator 45 bewegt sich als Antwort auf ein Steuersignal und es wird bevorzugt, dass der Aktuator 45 einen ausreichenden Hub und eine ausreichende Kraft aufweist, um die dynamischen Kräfte zu dämpfen, die auf die Zwischenmasse 44 wirken und durch die schwingende Basisplattform 42 erzeugt worden sind.
Da der aktive Dämpfungsaktuator 45 im Wesentlichen auf das Kompensieren der dynamischen Kräfte beschränkt ist, die auf die Zwischenmasse 44 aufgebracht werden, werden im Wesentlichen alle der statischen Kräfte, die durch die Nutzlast erzeugt worden sind durch die Laststützfedern (46a und 46b) unterstützt. Daher sind die Laststützfedern entlang ihrer vertikalen und seitlichen Achsen ausreichend steif um die statischen Kräfte der Nutzlast zu tragen. Die Steifigkeit der Laststützfedern ist bevorzugt mindestens 5mal größer als die des Nutzlaststützelements 47 zwischen der Zwischenmasse 44 und der Nutzlast 41.
Obwohl als elektromagnetischer Aktuator in 2 veranschaulicht, ist anzumerken, dass der Aktuator 45 ein beliebiger Aktuator sein kann, solange ein solcher Aktuator in Verbindung mit dem aktiven Schwingungsdämpfungssystem 40 verwendet werden kann. Beispielsweise können jegliche kommerziell erhältlichen oder in der Industrie bekannten mechanischen, elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder beliebige andere Aktuatoren verwendet werden. Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, den Hub eines solchen Aktuators zu erhöhen, der auf die Nutzlast aufgebracht wird, insbesondere wenn weniger Kraft durch oder auf den Aktuator geringerer Leistungsfähigkeit aufgebracht werden kann. Das in den 1 und 2 gezeigte aktive Dämpfungssystem schließt einen Aktuator ein, der wenig bis keine der statischen Nutzlastkräfte unterstützt; daher ist unter diesen Umständen eine Verstärkung kein primäres Anliegen. Jedoch kann die Kombination eines Verstärkers und eines Aktuators geringerer Leistungsfähigkeit die Gesamtkosten des Systems weiter vermindern. Solch ein verstärkter Aktuator kann in Abhängigkeit der Anwendung angepasst werden, einen größeren Hub bei Vorliegen geringerer Kraft oder einen geringeren Hub beim Vorliegen einer höheren Kraft bereitzustellen, wenn dies gewünscht wird. In 2 ist das aktive Schwingungsdämpfungssystem 40 mit einer Zwischenmasse 44 bereitgestellt, die zwischen dem Aktuator 45 und der isolierten Nutzlast 41 positioniert ist. Die Zwischenmasse 44 ist elastisch von der Nutzlast 41 mittels des Nutzlaststützelements 47 und einem passiven Dämpfer 49 entkoppelt, um als aktiv isolierter Punkt, d. h. schwingungsfreier Punkt, zu wirken, zu dem dynamische Kräfte von der Nutzlast 41 gedämpft werden können und gleichzeitig dynamische Kräfte vom Grund oder anderen Komponenten des Systems 40 aktiv durch den aktiven Dämpfungsaktuator 45 vor ihrer Übertragung zu der Nutzlast 41 kompensiert werden. Die Zwischenmasse 44 kann eine Masse aufweisen, die zumindest eine Größenordnung oder mehr, z. B. zwei Größenordnungen, kleiner ist als der Bereich der Massen, für welche das System 40 ausgeführt sein kann, um diese zu unterstützen oder zu isolieren. Die Zwischenmasse 44 kann, wie in 2 veranschaulicht, ein im Wesentlichen flacher Körper sein, der eine obere Fläche 221 und eine untere Fläche 222 aufweist. Die Zwischenmasse 44 kann mit ihrer Bodenfläche 222 direkt auf dem oberen Ende 212 des Aktuators 45 positioniert sein. Unter bestimmten Umständen kann es wünschenswert sein, die Position der Zwischenmasse 44 über dem Aktuator 45 zu positionieren, um eine seitliche oder radiale Bewegung der Zwischenmasse 44 zu minimieren. Bis dato können jegliche aus dem Stand der Technik bekannte Mechanismen verwendet werden, um die Zwischenmasse 44 im Wesentlichen an dem Aktuator 45 zu sichern und seitliche oder radiale Bewegungen der Zwischenmasse 44 zu minimieren.
Mindestens im Wesentlichen alle statischen Kräfte, die durch die Masse, d. h. das Gewicht, der isolierten Nutzlast 41 erzeugt werden, werden durch die Zwischenmassestützelemente (46a und 46b) unterstützt. Wie in 2 veranschaulicht sind Laststützfedern (46a und 46b) unter der Zwischenmasse 44 und auf jeder Seite des Aktuators 45 positioniert, sodass das obere Ende (251a und 251b) von jeder Laststützfeder (46a und 46b) mit der Zwischenmasse 44 gekoppelt ist, während das untere Ende (252a und 252b) von jeder Laststützfeder (46a und 46b) auf der Basisplattform 42 positioniert ist.
Wie ebenfalls in 2 veranschaulicht erstreckt sich ein Nutzlaststützelement 47 in Form einer Feder zwischen der isolierten Nutzlast 41 und der Zwischenmasse 44. Die Feder 47 unterstützt die isolierte Nutzlast 41 auf der Zwischenmasse 44.
Obwohl mit zwei Laststützfedern (46a und 46b) gezeigt, zieht die vorliegende Erfindung die Verwendung von einem oder mehreren Zwischenmassestützelementen in Erwägung. Wenn beispielsweise nur eine Laststützfeder verwendet wird, kann solch eine Laststützfeder umlaufend um den Aktuator 45 unter der Zwischenmasse 44 positioniert sein. Bei einem weiteren Beispiel können drei oder mehr Laststützfedern verwendet werden. Diese Laststützfedern können auf eine beliebige Weise angeordnet sein, die es den Laststützfedern ermöglicht, mindestens im Wesentlichen die gesamte statische Kraft der isolierenden Nutzlast auf eine bevorzugt gleichmäßige Weise zu unterstützen. Die Zwischenmassestützelemente können irgendwo benachbart zu dem Aktuator und unter der Zwischenmasse positioniert werden. Die Zwischenmassestützelemente können Metallfedern, Spiralfedern, Passfedern oder jegliche andere ähnliche Federn sein.
Es wurde zuvor vom Fachmann angenommen, dass ein aktives Dämpfungssystem mit passiven Stützelementen, die mindestens im Wesentlichen alle der statischen Nutzlastkräfte unterstützen die Isolation dynamischer Kräfte, die auf die Nutzlast Einfluss nehmen könnten beeinträchtigen würde. Insbesondere gab es die Sorge, dass passive Stützelemente, die auf der schwingenden Basis oder dem schwingenden Grund positioniert sind, es zulassen würden, dass Schwingungen oder dynamische Kräfte von dem Grund durch die passiven Stützelemente zu einer Zwischenmasse übertragen werden, die als Isolationspunkt dient, und der Aktuator würde nicht imstande sein zu verhindern, dass dynamische Kräfte sich durch einen passiven Dämpfer oder Nutzlaststützelemente bewegen und im Endeffekt Einfluss auf die Nutzlast nehmen. Überraschenderweise ist die vorliegende Erfindung imstande, steife passive Stützelemente zu verwenden, die mindestens im Wesentlichen alle der statischen Nutzlastkräfte unterstützen, ohne die Fähigkeit des Systems, Schwingungskräfte zu dämpfen, zu beeinträchtigen.
Um die Übertragung aktiver Schwingungen oder dynamischer Kräfte zu der Nutzlast zu minimieren, schließt das aktive Dämpfungssystem 10, wiederum Bezug nehmend auf 1, eine Rückkopplungskompensationsschleife ein. Solch eine Kompensationsschleife schließt bei einer Ausführungsform einen Sensor 17 ein. Der Sensor 17 ist, wie veranschaulicht, an der Zwischenmasse 13 positioniert und erzeugt ein Signal, dass eine Funktion der Geschwindigkeit oder Verlagerung ist, die durch die Zwischenmasse 13 gezeigt wird. Insbesondere kann das Rückkopplungssignal von dem Sensor 17 zu einem Kompensationsmodul übertragen werden, welches das Signal verarbeiten kann, um den Aktuator 20 entsprechend zu betätigen, um dynamische Kräfte zu dämpfen. Das Kompensationsmodul 14 ist bei einer Ausführungsform ausgeführt, um den Aktuator 20 zu aktivieren, um auslöschende bzw. dämpfende Kräfte für die Schwingungsfrequenzen der Zwischenmasse 13 zu erzeugen.
Der Sensor 17 kann ein Servobeschleunigungsmesser oder ein anderer bekannter Vibrationssensor sein, wie z. B. eine Geofonstation. Das Signal von dem Sensor 17 ist proportional zu der relativen Beschleunigung oder Geschwindigkeit oder Position in Bezug auf die „freischwimmende“ Trägheitsmasse innerhalb oder außerhalb des Sensors. Der Sensor 17 und die zugehörigen Kompensationsschaltungen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können ähnlich zu denen in dem US-Patent Nr. 5,823,307 offenbarten sein, dessen Inhalte hiermit vollständig durch Bezugnahme aufgenommen werden. Ein einzelnes Kompensationsmodul kann imstande sein, Signale von mehreren Sensoren zu verarbeiten und mehrere Aktuatoren zu steuern, um dynamische Kräfte zu dämpfen, die entlang einer beliebigen der zuvor erwähnten drei Achsen auftreten.
Das resultierende Rückkopplungssignal von dem Sensor 17 wird durch das Kompensationsmodul 14 bearbeitet, um den Aktuator 20 durch Aktivierung oder Deaktivierung des Aktuators 20 bei einer Frequenz als Antwort auf dynamische Kräfte, die auf die Zwischenmasse 13 wirken, zu steuern, um die Zwischenmasse 13 bei einem Stabilitätspunkt, d. h. schwingungsfreiem Punkt, zu halten. Die Zwischenmasse 13 lässt das Dämpfen jeglicher dynamischer Kräfte zu und isoliert solche Kräfte vor einer Übertragung zu der Nutzlast 12 mittels des passiven Dämpfers 22 oder dem Nutzlaststützelement 18. Da der passive Dämpfer 22 zwischen der Nutzlast und der Zwischenmasse 13 angeordnet ist, stellt der passive Dämpfer zudem zusätzliche Mittel bereit, um die Nutzlast zu isolieren. Beispielsweise kann das Nutzlaststützelement eine Verstärkung auf hoher Stufe bei einer Resonanzfrequenz erzeugen, welche die Stabilität der unterstützten Nutzlast beeinträchtigen kann. Der passive Dämpfer unterdrückt solche dynamischen Kräfte, die durch das Nutzlaststützelement übertragen werden können, die auf oder von der Nutzlast aus auf die steife und isolierte Zwischenmasse wirken. Im Ergebnis bleibt die Nutzlast schwingungsfrei und frei von anderen dynamischen Kräften.
Das Nutzlaststützelement ist, wie in 1 gezeigt, zwischen der Nutzlast 12 und der Zwischenmasse 13 im Wesentlichen parallel zu dem passiven Dämpfer 22 und zu diesem beabstandet positioniert. Zudem kann das Nutzlaststützelement 18 eine Hochfrequenzisolation über der natürlichen Resonanzfrequenzbandbreite bereitstellen. Das Nutzlaststützelement hält die Nutzlast im Wesentlichen parallel zu der Zwischenmasse. Obwohl die 1 und 2 nur ein Nutzlaststützelement veranschaulichen, ist anzumerken, dass zusätzliche Stützelemente verwendet werden können, in Abhängigkeit von beispielsweise der Steifigkeit der Nutzlaststützelemente relativ zu der Masse der isolierten Nutzlast. Dementsprechend können zwei oder mehr Stützelemente verwendet werden, solange die Nutzlast im Wesentlichen parallel zu der Zwischenmasse gehalten werden kann. Nutzlaststützelement 18 ist vorzugsweise in etwa maximal ein Fünftel so steif, wie durch das Zwischenmassestützelement 16 gezeigt und kann eine Metallfeder, eine Spiralfeder, eine Formfeder („die spring“), eine passive pneumatische Feder, eine pneumatische Feder mit aktiver Pegelsteuerung oder eine beliebige andere ähnliche Feder sein.
Wie für den Fachmann aus der Beschreibung hierin verständlich, können die einzelnen Komponenten des aktiven Dämpfungssystems kombiniert werden. Beispielsweise können der passive Dämpfer und die Zwischenmasse integral zueinander sein, sodass sowohl der passive Dämpfer als auch die Zwischenmasse im Wesentlichen in einer einzelnen Einheit integriert sein können, wie in der veröffentlichten US Anmeldung 2010/0030384 gezeigt, deren Inhalte hierdurch vollständig durch Bezugnahme einbezogen werden.
Wiederum auf 1 Bezug nehmend, können viele der unterstützten Nutzlasten auf der isolierten Nutzlast 12 sich bewegende mechanische Komponenten einschließen, die Kräfte erzeugen können, welche verursachen, dass die Nutzlast als Antwort darauf vibriert bzw. schwingt. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, dass das aktive Dämpfungssystem 10 einer Bewegung der unterstützten Nutzlast aufgrund der durch die Nutzlast eingebrachten Kräfte widersteht oder minimiert. Um dies zu tun, kann ein zweiter Bewegungssensor 15 in Verbindung mit dem System 10 verwendet werden. Der Sensor 15, der ein Sensor zur Messung einer absoluten Beschleunigung, Geschwindigkeit oder relativen Verlagerung sein kann, ist an der isolierten Nutzlast 12 montiert. Signale von dem Nutzlastsensor 15 können kombiniert und mit Signalen von dem Sensor 17 an der Zwischenmasse 13 integriert werden, um im Wesentlichen die Schwingungskontrolle der isolierten Nutzlast 12 zu verbessern. Das System 10 kann zudem einen dritten Bewegungssensor 19 einschließen, der an der schwingenden Basisplattform 21 montiert ist. Ein Signal von dem Basissensor 19 kann zu dem Modul 14 übertragen werden, welches dann das Signal verarbeitet und es als ein zuzuführendes Vorwärts- bzw. Anregungssignal verwendet, um die Verlängerung bzw. den Hub des Aktuators 20 zum Kompensieren der Schwingungsgrundbewegung zu steuern.
Obwohl als aktiv schwingungsisolierend entlang einer Achse, d. h. der „Z-Achse“, veranschaulicht, können die Zwischenmasse und das System der vorliegenden Erfindung ausgeführt sein, um Schwingungen entlang jeder der „X-“, „Y-“ und „Z-Achsen“ zu isolieren. Betrachtet man nunmehr 3, so ist dort eine prinzipielle elektrische schematische Abbildung gezeigt, welche die elektrischen Verbindungen zwischen den Bewegungssensoren, Kompensationsschaltungen und Aktuatoren für ein dreidimensionales Schwingungsdämpfungssystem veranschaulicht. Ein elektronischer Regler bzw. eine elektronische Steuerung, die im Allgemeinen mit 60 gekennzeichnet ist, schließt Kompensationsschaltkreise 61, 62 und 63 ein. Jeder dieser Kompensationsschaltkreise ist ähnlich zu dem in dem US-Patent Nr. 5,660,255 offenbarten, dessen Inhalte hiermit durch Bezugnahme aufgenommen werden.
Die erste Kompensationsschaltung 61 empfängt Sensorsignale von dem vertikalen „Z“-Nutzlastsensor 64, der eine Bewegung der Nutzlast entlang der „Z“-Achse erfasst, und von dem vertikalen „Z“- Zwischenmassesensor 65, der eine Bewegung der Zwischenmasse entlang der „Z“-Achse erfasst. Dies Signale werden verarbeitet und ein Befehl wird zu dem Aktuator 66 übermittelt, um sich mit einer bestimmten Frequenz zu bewegen, sodass die dynamischen Kräfte gedämpft werden, die auf die Zwischenmasse in der „Z“-Richtung wirken. Die Kompensationsschaltkreise 62 und 63 sind ähnlich ausgeführt, außer das eine Bewegung in der „X“ und „Y“-Richtung gesteuert wird. Beispielsweise übermitteln der Nutzlastsensor 67 und der Zwischenmassesensor 68, die eine Bewegung in der „X“-Richtung erfassen, ein Signal zu dem zweiten Kompensationsschaltkreis 62, der einen zweiten Aktuator 69 steuert, um Kräfte in der „X“-Richtung zu dämpfen. Schlussendlich empfängt der dritte Kompensationsschaltkreis 63 Signale von dem Nutzlastsensor 70 und dem Zwischenmassesensor 71, die durch eine Bewegung in der „Y“-Richtung erzeugt werden, und befiehlt einem dritten Aktuator 72 sich entsprechend zu bewegen.
Es ist anzumerken, dass die Kompensationsschaltung der vorliegenden Erfindung in analoger oder digitaler Form umgesetzt werden kann. Zudem können solche Kompensationsschaltungen angepasst werden, Signale von dem Sensor zu empfangen, der an der schwingenden Basisplattform angeordnet ist, wie z. B. der Sensor 19 in 1. Darüber hinaus kann die Kompensationsschaltung als einzelnes Modul eingesetzt werden, das imstande ist, Bewegungssignale entlang dreier Achsen zu empfangen und Schwingungen in jedem der sechs Freiheitsgrade zu kompensieren. Alternativ können eine Vielzahl von unabhängigen Kompensationsmodulen verwendet werden, um Signale zu verarbeiten, wobei jedes Modul einen Aktuator steuert, um Schwingungen in einem einzelnen oder mehreren Freiheitsgraden zu dämpfen.
Nunmehr 4 betrachtend, wird eine weitere Ausführungsform des aktiven Schwingungsdämpfungssystems 80 veranschaulicht, das Schwingungen in mehreren Dimensionen steuert. Das System 80 weist eine unterstützte Nutzlast M, die auf einer Feder 81 ruht, kombiniert mit dem passiven Dämpfer 82 auf, der wiederum durch eine Zwischenmasse I unterstützt werden kann. Das System 80 stellt zudem eine aktive Schwingungsisolation in einer Richtung bereit, die senkrecht zu der durch die Basis 84 ausgeübte Kraft ist, d. h. entlang der „Y“-Achse. Diese Isolation kann unter Verwendung eines Aktuators 86 ausgeführt werden, der zwischen der Zwischenmasse I und der schwingenden Basis 84 angeordnet ist und ausgerichtet ist, um entlang der Y-Achse zu wirken. Ein zweiter Aktuator 85 ist zwischen der Zwischenmasse I und der schwindengen Basis 84 angeordnet und ausgerichtet, um entlang der Z-Achse zu wirken. Die Aktuatoren (85 und 86) sind elektromagnetische Aktuatoren in Form von Linearmotoren. Ebenfalls benachbart zu dem vertikalen Aktuator 85 installiert sind zwei Laststützfedern (83a und 83b), die mindestens im Wesentlichen alle der statischen Kräfte der Nutzlast M tragen.
Ein Federelement 88 kann in der gleichen Achse wie der radiale Aktuator 86 installiert sein. Das Federelement 88 ist, wie in 4 gezeigt, zwischen der schwingenden Basis 84 und der Zwischenmasse I angeordnet. Ein Dämpfungselement 87 kann benachbart zu der Feder 88 sein und zwischen der schwingenden Basis 84 und der Zwischenmasse I angeordnet sein. Die lineare Anordnung des radialen Aktuators 86, des Federelements 88 und des Dämpfungselements 87 kann in einer Richtung senkrecht zu sowohl der „Y“- und „Z“-Achsen, d. h. die „X“-Achse, wiederholt werden, um eine Schwingungsisolation in allen drei Achsen zu erreichen und in Kombination mit anderen ähnlichen Modulen entlang der sechs Freiheitsgrade.
Es wird bevorzugt, dass das Federelement 88 ausgeführt ist, eine relativ hohe radiale Steifigkeit in der Richtung senkrecht zu der „Y“-Achse und eine relativ niedrige Steifigkeit in allen Achsen senkrecht zu der „Y“-Achse aufzuweisen. Auf diese Weise kann das Federelement 88 zulassen, dass sich der radiale Aktuator 86 entsprechend des auf ihn angewandten Steuersignals ohne Weiteres zusammenzieht bzw. einfährt oder sich verlängert bzw. ausfährt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Schwingungsdämpfungsaufbau bereitgestellt, der eine Vielzahl von oben beschriebenen aktiven Dämpfungssystemen aufweist, die durch Streben gekoppelt sind. Die aktiven Dämpfungssysteme sind, wie zuvor angemerkt, unter einer Nutzlast installiert. Um die Nutzlast sauber im Gleichgewicht zu halten, genauso wie einen Aufbau bereitzustellen, der dynamische Kräfte dämpfen kann, die in jeglichem der sechs Freiheitsgrade auf die Nutzlast wirken, wird bevorzugt, dass der Aufbau mindestens drei aktive Dämpfungssysteme, vorzugsweise mindestens vier, aufweist. Jedes aktive Dämpfungssystem in dem Aufbau sollte unter der Nutzlast angeordnet und von dieser beabstandet sein, sodass die aktiven Dämpfungssysteme imstande sind, im Wesentlichen die gesamte Nutzlast von dynamischen Kräften, die von dem Grund erzeugt werden, zu isolieren.
Die Zwischenmasse von jedem System der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass sie aktiv Schwingungen entlang jeder der „X“-, „Y“- und „Z“-Achsen isoliert; daher würde ein aktives Dämpfungssystem der vorliegenden Erfindung mindestens drei Aktuatoren, die mit der Zwischenmasse gekoppelt sind, benötigen, um jegliche dynamischen Kräfte entlang jeder der drei Achsen zu dämpfen. In diesem Fall wird die Kombination von drei oder mehr Systemen eine Schwingungsisolation in allen sechs Freiheitsgraden bereitstellen. Jedoch minimiert ein Schwingungsdämpfungsaufbau gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Anzahl von Aktuatoren, die benötigt werden, um Nutzlastschwingungen entlang jeder der „X“- und „Y“-Achse durch Einbeziehen von Streben, die jedes aktive Dämpfungssystem mit zumindest einem weiteren aktiven Dämpfungssystem koppeln. Bezug nehmend auf 5 wird eine Draufsicht eines Schwingungsdämpfungsaufbaus mit vier aktiven Dämpfungssystemen (52a, 52b, 52c und 52d) gezeigt, die Laststützelemente einschließen, welche zusammen mindestens im Wesentlichen alle der statischen Kräfte einer Nutzlast unterstützen. Jedes der aktiven Dämpfungssysteme ist mit zwei weiteren aktiven Dämpfungssystemen durch eine Strebe (50a, 50b, 50c oder 50d) gekoppelt. Entgegengesetzte Enden jeder Strebe sind an der Zwischenmasse benachbarter aktiver Dämpfungssysteme in dem Schwingungsdämpfungsaufbau angebracht; dadurch werden zwei Zwischenmassen in jedem benachbarten System (52a, 52b, 52c und 52d) gezwungen, sich zusammen entlang der angebrachten Strebe zu bewegen. Als Ergebnis wird bei dieser Ausführungsform nur eine seitliche Servosteuerschleife (Sensor, Kompensationsmodul, Aktuator) benötigt, um eine Bewegung in der „X“-, „Y“- und „Z“-Achse zu steuern. Jedes der aktiven Dämpfungssysteme (52a, 52b, 52c und 52d) würde dann einen Aktuator benötigen, um die „Z“-Richtung zu steuern, um eine Bewegung in jeglicher der verbleibenden drei Freiheitsgrade zu dämpfen. Wenn das aktive Schwingungsisolationssystem nicht mit Streben verbunden wäre, würde jede Zwischenmasse in den drei oder vier Systemen drei Aktuatoren benötigen, um eine Bewegung entlang jeder Achse zu steuern, was in neun oder zwölf Aktuatoren für den gesamten Aufbau resultiert. Jede Ausführungsform der in 5 gezeigten Erfindung reduziert die Gesamtzahl von benötigten Aktuatoren in dem Schwingungsdämpfungsaufbau auf sechs oder acht.
Obwohl die Erfindung hierin unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden ist, ist es nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die gezeigten Details zu begrenzen. Stattdessen können verschiedenste Modifikationen bei den Details innerhalb des Schutzes und Bereich von äquivalenten der Ansprüche und ohne die Erfindung zu verlassen ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5660255 [0004, 0033]
US 5823307 [0028]
US 2010/0030384 [0031]

Claims

Aktives Dämpfungssystem, das zwischen einer Basis und einer isolierten Nutzlast, die eine statische Kraft erzeugt, positioniert ist, das aktive Dämpfungssystem mit: einer Zwischenmasse, einem Nutzlaststützelement, das sich zwischen der isolierten Nutzlast und der Zwischenmasse erstreckt, wobei das Nutzlaststützelement eingerichtet ist, die isolierte Nutzlast auf der Zwischenmasse zu unterstützen; einem Zwischenmassestützelement, das sich zwischen der Zwischenmasse und der Basis erstreckt, wobei das Zwischenmassestützelement eingerichtet ist, mindestens im Wesentlichen die gesamte statische Kraft der isolierten Nutzlast zu unterstützen, einem aktiven Dämpfungsaktuator, der ein Ende angrenzend an der Zwischenmasse und ein gegenüberliegendes Ende angrenzend an der Basis aufweist; einem ersten Sensor, der an der Zwischenmasse befestigt ist, wobei der erste Sensor eingerichtet ist, ein erstes Signal in Antwort auf eine Bewegung der Zwischenmasse, die durch dynamische Kräfte verursacht worden ist, zu erzeugen; und einem Kompensationsmodul, das mit dem ersten Sensor und dem aktiven Dämpfungsaktuator gekoppelt ist, wobei das Kompensationsmodul eingerichtet ist, auf das erste Sensorsignal durch Dämpfen der dynamischen Kräfte, die auf die Zwischenmasse wirken, zu antworten, und zwar durch Betätigen des aktiven Dämpfungsaktuators, um die dynamischen Kräfte von der isolierten Nutzlast zu isolieren.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der aktive Dämpfungsaktuator keinerlei durch die isolierte Nutzlast erzeugte statische Kraft unterstützt.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der aktive Dämpfungsaktuator eine Steifigkeit aufweist, die zumindest zwei Größenordnungen niedriger ist als eine Steifigkeit, die durch das Zwischenmassestützelement gezeigt wird.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement die statische Kraft der Zwischenmasse und der isolierten Nutzlast vollständig unterstützt.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einem passiven Dämpfungselement, das sich zwischen der isolierten Nutzlast und der Zwischenmasse erstreckt.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der aktive Dämpfungsaktuator aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem elektromagnetischen Aktuator, einem mechanischen Aktuator, einem pneumatischen Aktuator und einem hydraulischen Aktuator besteht.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der aktive Dämpfungsaktuator ein elektromagnetischer Aktuator ist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 7, bei dem der elektromagnetische Aktuator einen Linearmotor aufweist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der Aktuator ein weicher Aktuator ist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement benachbart zu dem aktiven Dämpfungsaktuator ist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement umlaufend um den aktiven Dämpfungsaktuator angeordnet ist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement eine erste Feder ist, die eine erste Federkonstante aufweist, und das Nutzlaststützelement eine zweite Feder ist, die eine zweite Federkonstante aufweist.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 12, bei dem die erste Federkonstante größer ist als die zweite Federkonstante.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 12, bei dem die erste Federkonstante mindestens 5 mal größer ist als die zweite Federkonstante.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement und das Nutzlaststützelement passive Stützelemente sind.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem das Zwischenmassestützelement eingerichtet ist, Schwingungen zu der Zwischenmasse zu übertragen.
Aktives Dämpfungssystem nach Anspruch 1, bei dem der erste Sensor ein Schwingungssensor ist.
Aktives Schwingungsisolationssystem mit: einer Plattform, die eingerichtet ist, eine Nutzlast zu unterstützen; einer Basis; und einem aktiven Dämpfungssystem nach Anspruch 1, das zwischen der Basis und der Plattform positioniert ist.
Aktives Schwingungsisolationssystem nach Anspruch 18, ferner mit: einem zweiten Sensor, der an der Plattform und/oder der Nutzlast befestigt ist und mit dem Kompensationsmodul gekoppelt ist, wobei der zweite Sensor eingerichtet ist, ein zweites Signal zu erzeugen, das auf eine Bewegung der Plattform reagiert, und das Kompensationsmodul eingerichtet ist, auf das erste und zweite Signal durch Dämpfen der dynamischen Kräfte, die auf die Zwischenmasse wirken, über Betätigung des aktiven Dämpfungsaktuators zu reagieren, um die dynamischen Kräfte von der Nutzlast zu isolieren und die Bewegung der Plattform zu minimieren.
Aktives Schwingungsisolationssystem nach Anspruch 18, ferner mit: einem zweiten Sensor, der an der Basis befestigt ist und mit dem Kompensationsmodul gekoppelt ist, wobei der zweite Sensor eingerichtet ist, ein zweites Signal zu erzeugen, das auf eine Bewegung der Basis reagiert, und das Kompensationsmodul eingerichtet ist, auf das erste und zweite Signal durch Dämpfen der dynamischen Kräfte, die auf die Zwischenmasse wirken, durch Bewegung des aktiven Dämpfungsaktuators zu reagieren, um die dynamischen Kräfte von der Nutzlast zu isolieren.
Aktiver Schwingungsdämpfungsaufbau mit einer Vielzahl aktiver Dämpfungssysteme nach Anspruch 1.
Aktiver Schwingungsdämpfungsaufbau nach Anspruch 21, bei dem die Vielzahl aktiver Dämpfungssysteme nach Anspruch 1 eingerichtet ist, eine Nutzlast von dynamischen Kräften in sechs Freiheitsgraden zu isolieren.
Aktiver Schwingungsdämpfungsaufbau nach Anspruch 21, bei dem jedes aktive Dämpfungssystem mit mindestens einem anderen aktiven Dämpfungssystem mit einer Strebe gekoppelt ist.