DE202020003792U1

DE202020003792U1 - Federelement

Info

Publication number: DE202020003792U1
Application number: DE202020003792.3U
Authority: DE
Original assignee: Labrys Oy
Current assignee: Labrys Oy
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2020-09-07
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: EP3825571A1; US20210156451A1; US11754141B2; FI12778Y1

Abstract

Federelement, das mindestens einen Schlaufenabschnitt (102, 104) zur Bereitstellung von Schwingungsisolationseigenschaften des Federelements und einen Befestigungsabschnitt (106, 108), der mit dem Schlaufenabschnitt zur Befestigung oder Verbindung des Federelements an bzw. mit einer Struktur verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Längsmaßes (a) des Schlaufenabschnitts zu einem Quermaß (b) des Federelements zwischen 7,5 und 500 liegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Struktur eines Federelements, das beim Schwingungsmanagement angewendet wird.
Schwingungsmanagement ist ein allseits bekannter Bereich in der Mechanik. Das Ziel beim Schwingungsmanagement ist in der Regel die Reduzierung von Schwingungen von Strukturen durch verschiedene passive und aktive Maßnahmen. Passive Maßnahmen umfassen beispielsweise keine externe Energiequelle oder Steuerung von Arbeitsfedern, die eine schwingende Struktur von einer anderen Struktur isolieren, so dass keine unerwünschten Schwingungen zwischen den Strukturen übertragen werden. Passiv betriebene Dämpfer absorbieren Energie der Schwingungen und reduzieren dabei die Amplitude der Schwingungen. Es ist auch möglich, einen sogenannten passiven Schwingungsdämpfer zu integrieren, bei dem es sich um eine Kombination aus einer Feder und einer Masse handelt. Die Eigenfrequenz dieser Kombination ist auf eine Frequenz, die der problematischen Eigenfrequenz der Struktur entspricht, eingestellt und hebt dabei bei der Eigenfrequenz auftretende Schwingungen auf.
Die Verwendung von Schwingungsmanagementkomponenten zielt auch darauf ab, Schwingungs- oder Belastungseinfluss auf Strukturen, der durch verschiedene Stoßbelastungen verursacht wird, zu reduzieren oder zu verhindern. Durch das Schwingungsmanagement wird optimalerweise eine Struktur erzielt, die selbst sehr wenig schwingt, sehr wenige Schwingungen und Geräusche für die umliegenden Domänen verursacht und recht dauerhaft ist. Dabei sind die Umweltauswirkungen hinsichtlich Schwingungen und Geräuschen minimal, und die Struktur und ihre umliegenden Strukturen werden nicht beschädigt, bestenfalls zu keinem Zeitpunkt während ihrer Lebensdauer.
Es sind mehrere Lösungen zur Durchführung von Schwingungsmanagement in den oben erwähnten Bereichen entwickelt worden. Es besteht jedoch weiterhin Bedarf an einer Feder, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine sehr hohe Leistungsfähigkeit als ein Schwingungsisolator in allen Schwingungsrichtungen aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das oben erwähnte Problem zumindest zum Teil zu lindern. Dies wird durch die Erfindung, bei der es sich um den Schutzumfang des unabhängigen Anspruchs handelt, erzielt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart worden.
Das Federelement gemäß der Erfindung stellt den Vorteil bereit, dass es einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine sehr hohe Leistungsfähigkeit als ein Schwingungsisolator in allen Schwingungsrichtungen aufweist.
Figurenliste
Die Erfindung und ihre bevorzugten Ausführungsformen werden in den anhängigen Zeichnungen gezeigt, in denen

1 eine Seitenansicht eines Federelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Federelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 mit dem Federelement in Zusammenhang stehende Abmessungen darstellt;
4 auch mit dem Federelement in Zusammenhang stehende Abmessungen darstellt;
5 mit dem Federelement gemäß den Ausführungsformen in Zusammenhang stehende Abmessungen weiter darstellt;
6 eine Ausführungsform der Verwendung des Federelements als ein Schwingungsisolator darstellt;
7 eine weitere Ausführungsform der Verwendung des Federelements als ein Schwingungsisolator darstellt;
8 zwei der Federelemente zusammen unter Bildung eines Schwingungsisolators darstellt;
9 die Verwendung einiger Federelemente zusammen unter Bildung eines Schwingungsisolators darstellt;
10 die Integration eines Federelements als Teil einer Plattenstruktur darstellt;
11 einige Ausführungsformen zur Implementierung des Befestigungsabschnitts zeigt;
12A eine Ausführungsform einer Begrenzeranordnung zeigt;
12B eine weitere Ansicht der Begrenzeranordnung aus 12A zeigt;
13 die Abmessungen in der Begrenzeranordnung hervorhebt;
14A eine Seitenansicht einer Begrenzeranordnung zeigt;
14B die Begrenzeranordnung aus 14A in zwei verschiedenen Gebrauchspositionen zeigt;
15A eine teilweise integrierte Begrenzeranordnung zeigt und
15B eine vollständig integrierte Begrenzeranordnung zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen beziehen sich auf eine neue Feder/ein neues Federelement, die bzw. das beispielsweise durch Ausschneiden aus einer Platte, durch Ausschneiden/Perforieren/Ausbilden als eine Platte oder durch Gießen hergestellt wird,
wobei das Federelement für Schwingungsisolationszwecke, d. h. zur Verhinderung einer Schwingungsübertragung von einer Struktur auf eine andere, eingesetzt werden kann. Das Federelement gemäß den Ausführungsformen weist eine dünne Struktur auf, biegt sich in alle Richtungen und weist ein niedriges Profil auf. Die Verwendung des Federelements ermöglicht das Bilden einer passiven Schwingungsisolationsanordnung durch Platzieren eines oder mehrerer Federelemente als eine lasttragende Struktur zwischen zwei Massen.
Mögliche Verwendungen für das Federelement sind alle Strukturen und schwingenden Maschinen in der Maschinenbauindustrie, der Bauindustrie, der Automobilindustrie oder in irgendeinem anderen Verwendungsbereich, in dem die Steuerung der mechanischen Schwingungen gewünscht wird oder die Verwendung der Feder in anderen derzeitigen oder zukünftigen Federeinsatzbereichen gewünscht wird. Beispiele für die Einsatzbereiche umfassen Verarbeitungsmaschinen, Fahrzeuge, empfindliche elektrische Vorrichtungen, Motoren und Messvorrichtungen.
1 stellt eine Ausführungsform eines Federelements 100 gemäß der Erfindung dar. Im Groben kann das Federelement von 1 in zwei Schlaufenbereiche 102 und 104 unterteilt werden, wobei die Schlaufenbereiche in der Mitte der Feder verbunden sind, so dass die Schlaufenbereiche 102 und 104 zusammen eine vollständige und gleichförmige Schlaufe bilden. Das Federelement 100 umfasst des Weiteren einen Befestigungsabschnitt, der ein erstes Befestigungselement 106 auf einer Seite der Schlaufe und ein zweites Befestigungselement auf der zweiten Seite der Schlaufe zur Befestigung der Feder an dem Ziel, dessen Schwingungen gesteuert werden sollen, umfasst. Das Federelement von 1 ist vorzugsweise symmetrisch, so dass die Schlaufenbereiche und die Befestigungsabschnitte bezüglich der Mitte des Federelements symmetrisch zueinander sind. Die Befestigungsabschnitte können jedoch im Gegensatz zu der Darstellung in 1 als asymmetrisch implementiert werden. Die Befestigungsabschnitte können auf den verschiedenen Seiten der Feder unterschiedlicher Art sein, auf einer Seite der Feder kann ein Abschnitt, der eine Schraubverbindung ermöglicht, vorgesehen sein, und auf der anderen Seite der Feder kann ein Abschnitt, der eine Schweißverbindung ermöglicht, vorgesehen sein.
Genauer können die Schlaufenabschnitte in kleinere Abschnitte unterteilt werden. Beispielsweise kann der Schlaufenabschnitt 102 in eine Endkurve 102A, Übergangsabschnitte 102B auf beiden Seiten der Endkurve und zwei Innenkurven 102B als Verlängerungen der Übergangsabschnitte unterteilt werden.
Die Endkurve bezieht sich in 1 auf den Abschnitt, der links von der linken gestrichelten Linie liegt, die Übergangsabschnitte beziehen sich auf den Abschnitt zwischen den gestrichelten Linien, und die Innenkurve bezieht sich auf den Abschnitt der Feder, der sich von der gestrichelten Linie rechts der Mitte des Befestigungselements 106 des Befestigungsabschnitts bei Betrachtung in der Längsrichtung der Feder, d. h. in der Richtung der X-Achse in 5, erstreckt.
Bei Anwendung aus Schwingungsisolationsgründen wird ein Befestigungsabschnitt entweder an der schwingenden Vorrichtung/Struktur oder der Vorrichtung/Struktur, die von den Schwingungen isoliert werden soll, befestigt. Der andere Befestigungsabschnitt wird an der gegenüberliegenden Vorrichtung/Struktur befestigt. Die Feder kann in ihrer Einfederungsrichtung als ein Schwingungsisolator wirken, wenn die Vorrichtung/Struktur, die an dem Befestigungsabschnitt befestigt ist, die Befestigungsabschnitte aufeinander zu drückt. Die größte Strecke, die sich die Befestigungsabschnitte in einer Einfederungssituation aufeinander zu bewegen können, ist bei s_max (4). Dabei kann die Feder so konstruiert sein, dass sie beispielsweise zur Vermeidung dauerhafter Transformationen der Struktur durchfedern kann. Die Wahl der Maßnahme wird beeinflusst von der Masse, die die Feder trägt, einer möglichen externen statischen Last, der Schwingungsamplitude und auch der Steifigkeit und Festigkeit des Herstellungsmaterials der Feder.
Die Feder kann auch in anderen Ausrichtungen verwendet werden. Die Feder kann als ein Schwingungsisolator in der vertikalen Richtung auch derart angewendet werden, dass die Vorrichtung/Struktur, die an den Befestigungsabschnitten befestigt ist, die Befestigungsabschnitte voneinander weg zieht. Diese Ausrichtung kann als Zugrichtungsausrichtung bezeichnet werden. Auch in solch einem Fall ist die größte gestartete Betriebsstrecke s_max, jedoch wird die Betriebsstrecke durch nichts begrenzt, wenn die Last über die Erhaltungsgrenze der Feder hinaus erhöht wird. Somit kann es bei solch einer Ausrichtung in der Feder stets zu plastischen Verformungen kommen, wenn die Betriebsstrecke nicht durch irgendeinen anderen Begrenzungsmechanismus begrenzt wird. Die Leistungsfähigkeit der Feder ist jedoch ähnlich wie bei der Einfederungsrichtung.
Die Feder funktioniert auch sehr gut, wenn sie in der Querausrichtung verwendet wird, so dass einer der Befestigungsabschnitte an der Vorrichtung/Struktur befestigt ist, wodurch die Feder in einer Querrichtung belastet wird. Dann können unter Verwendung der Feder Werte der Eigenfrequenz sogar 30 % geringer als bei der vertikalen Befestigung sein. Bei einer Überlastungssituation kann die Feder ähnlich wie bei der Spannungsrichtungsbefestigung eine plastische Verformung erfahren, wenn dies nicht irgendwie begrenzt wird.
Die Feder kann auch bei Belastung in ihrer Längsausrichtung verwendet werden, obgleich ihre Leistungsfähigkeit schlechter als bei der Verwendung in der vertikalen Ausrichtung ist. Dann wird einer der Befestigungsabschnitte an der Vorrichtung/ Struktur befestigt, wodurch die Feder in der Längsrichtung belastet wird. Dann können um etwa 10 % höhere Eigenfrequenzen im Vergleich zu Situationen, in denen die Feder vertikal befestigt ist, erzielt werden. Bei einer Überlastungssituation kann die Feder ähnlich wie bei der Zugrichtungsbefestigung eine plastische Verformung erfahren, wenn dies nicht irgendwie begrenzt wird.
Die Befestigungsrichtung wird in der Regel durch die Verwendung und deren Anforderungen bestimmt, wie z. B. Platzbedarf oder irgendeine andere Anforderung im Zusammenhang mit der Befestigung. Die statische vertikale Last ist ein kritischer und wichtiger Faktor bei der Auswahl der Feder und bei der Bestimmung der Befestigungsausrichtung. In der Regel wird bei der Schwingungsisolierung eine Biegung in alle drei Richtungen gewünscht, und es ist somit eine wichtige Eigenschaft, dass sich die Feder gemäß den Ausführungsformen unabhängig von der Befestigungsrichtung in alle drei Richtungen biegt und somit für eine geringe Eigenfrequenz in jeder Richtung und dabei eine gute Schwingungsisolationsfähigkeit in allen drei Richtungen sorgt.
2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines Federelements 200. Der Unterschied zur Ausführungsform von 1 besteht darin, dass bei dem Federelement von 2 lediglich ein Schlaufenbereich 202 als ein Schwingungsisolator wirkt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Schlaufenbereichs ist das Federelement offenendig zu den freiliegenden Befestigungsabschnitten 206 und 208, wobei das Federelement im Ganzen keine gleichförmige Schlaufe bildet. Die gezeigte Struktur ist in Situationen, in denen die Struktur von 1 mit zwei Schlaufenabschnitten Beispielsweise aus Platzgründen nicht anwendbar ist, besonders nützlich.
Die folgenden Figuren stellen Abmessungen im Zusammenhang mit dem Federelement dar, und es ist offensichtlich, dass die Abmessungsprinzipien auf Federelemente mit einem oder zwei Schlaufenbereichen anwendbar sind.
3 stellt bevorzugte Abmessungen und Beziehungen verschiedener Abschnitte der Schlaufenbereiche dar. Vorzugsweise sind die Endkurven, wie z. B. die Endkurve 302, so ausgebildet worden, dass sie einen zumindest zum Teil konvergierenden Abschnitt bei Bewegung von der Mitte der Endkurve zu den Enden der Endkurve umfassen. Bei einer Ausführungsform ist das Profil auf der gesamten Länge der Endkurve konvergent, wobei der breiteste Punkt des Profils bei Betrachtung von einer Seite in der Mitte der Endkurve liegen kann, der mit dem Buchstaben e in 3 dargestellt worden ist. Entsprechend kann die geringste Breite des Profils der Endkurve an den Enden der Endkurve liegen, die mit dem Buchstaben f in 2 dargestellt werden. Diese Konvergenzform stellt eine gleichmäßige Belastungsverteilung in einem großen Abschnitt der Endkurve sicher. Aufgrund der gleichmäßigen Belastungsverteilung wird die Steifigkeit der Feder mit Bezug auf die Fähigkeit, Lasten zu tragen, geringer, wobei geringere Eigenfrequenzwerte für das Feder-Masse-System bei Schwingungsisolationsverwendung erzielt werden können. Anders ausgedrückt wird die Leistungsfähigkeit der Feder verbessert.
Vorzugsweise stehen die größte Profilbreite e und die geringste Profilbreite f in Beziehung zueinander, so dass e/f = 1,6 bis 4. Die Breite des Profils kann sich auf der Strecke x₂, die durch gestrichelte Linien dargestellt wird, so ändern, dass sie im Wesentlichen parabolisch abnimmt, d. h. auf die zweite Ordnung als Funktion der Strecke. Die gezeigte Form wird bevorzugt, da die Feder eine ausreichende mechanische Festigkeit an dem Ende der Endkurve aufweist, jedoch können die Federeigenschaften durch eine dünnere Feder beträchtlich verbessert werden. Noch stärker bevorzugt liegt das erwähnte Verhältnis zwischen e/f = 1,6 und 3 oder noch stärker bevorzugt e/f = 1,6 bis 1,8, wenn die Länge der Feder abnimmt. Das Verhältnis e/f = 1,6 bis 1,8 kann beispielsweise in einer Situation infrage kommen, in der die Länge der Feder mindestens größtenteils Abmessungen gemäß der Darstellung in 1 aufweist und in einem kompakten Längsraum positioniert werden kann.
Die größte Breite p und die geringste Breite q der Innenkurven der Feder stehen in Beziehung zueinander, so dass p/q = 2 bis 5. Die Breite des Profils ändert sich über die Strecke x₁, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt wird, so dass die Breite im Wesentlichen quadratisch abnimmt, d. h. auf die zweite Ordnung als Funktion der Strecke. Diese Form ist zur Erzielung einer ausreichenden mechanischen Festigkeit am Ende des Befestigungsabschnitts unter weiterer Gewährleistung guter Federeigenschaften an dem anderen Ende der Innenkurve vorteilhaft. Noch stärker bevorzugt liegt das erwähnte Verhältnis zwischen p/q = 2 und 2,5, wobei die Federhöhe niedriger ist. Das Verhältnis p/q = 2 bis 2,5 kann bei einer Ausführungsform entsprechend den in 1 gezeigten Abmessungen, bei der die Feder in einen kompakten Raum in der Höhenrichtung platziert werden kann, anwendbar sein.
Die Form der Übergangsabschnitte kann von jenen, die in 3 dargestellt werden, abweichen. Vorzugsweise ist die konkave Innenseite des Bereichs glatt abgerundet worden, wobei die konvexe Außenseite der Feder unterschiedliche Formen aufweisen kann. Vorzugsweise ist die Breite des Übergangsabschnitts jedoch in dem gesamten Übergangsabschnitt größer gleich den Maßen f und q an den Enden des Übergangsabschnitts.
4 stellt die Form und die Maße einer Ausführungsform des Federelements dar. Wie ersichtlich ist, wird der Innenrand der Endkurve aus einem Kreissegment mit einem Radius r_i gebildet. Die Endkurve kann dahingehend definiert werden, aus einem Segment gebildet zu werden, das durch eine durch den Mittelpunkt des Radius gezogene Linie bei horizontaler Positionierung der Feder bestimmt wird, d. h. die Längsrichtung der Feder liegt in der horizontalen Ebene.
Wenn das Federelement wie oben erwähnt positioniert ist, kann die Innenkurve durch zunächst Ziehen einer vertikalen gestrichelten Linie, die über den Mittelpunkt des Befestigungsabschnitts verläuft, definiert werden. Auf dieser Linie werden zwei Punkte platziert. Der erste Punkt O wird auf Höhe des Massenmittelpunkts der Endkurve der Feder platziert. Der zweite Punkt B wird in einer Strecke x_i, wobei es sich um dieselbe Strecke wie die Strecke des Mittelpunkts des Innenrands der Kurve zu dem Punkt O handelt, über dem Punkt O platziert. Dann wird eine neue gestrichelte Linie durch den Punkt B gezogen, so dass ein Winkel zwischen dem Segment OB und der neuen Linie gebildet wird, wobei der Winkel im Wesentlichen α = 55° gemäß der Darstellung in 4 beträgt. Die neue Linie zeigt bei Schneiden der Innenkurve die Position, wo die Innenkurve endet und wo die geringste Breite q der Innenkurve, die in 3 dargestellt wird, liegt, an. Die in 3 gezeigte größte Breite p der Innenkurve liegt kurz vor dem Punkt, an dem die Außenrandlinie der Innenkurve beginnt, sich steiler zu dem Befestigungsabschnitt zu krümmen. Dieser stärker gebogene Abschnitt ist immer bei der Struktur vorhanden, mit Ausnahme der Konstruktion des eigentlichen Befestigungsabschnitts. Der Befestigungsabschnitt kann somit als der Abschnitt des Federelements, der auf diese verstärkte Abrundung außerhalb des Federbereichs folgt, betrachtet werden.
Entsprechend wird die Außenkurve der Endkurve des Federelements als ein Kreissegment, das durch den Radius r_o definiert wird, gebildet. Wie ersichtlich ist, liegen die Anfangspunkte der Radien r_o bei r_i, und somit liegen die Mittelpunkte der Kreissegmente, die die Außenkurve und die Innenkurve definieren, nicht in demselben Punkt, was zu Höhenvariation des Federprofils im Bereich der Endkurve führt.
Obgleich 4 einen Weg zur Implementierung einer Variation der Profilhöhe in dem Bereich der Endkurven zeigt, sind die Ausführungsformen nicht auf den gezeigten Weg beschränkt, sondern die Variation kann auch auf alternativen Wegen implementiert werden.
Oben ist die Variation der Profilhöhe im Bereich der Endkurve offenbart worden, aber auch die Innenkurven können ähnliche Bereiche, wo die Profilhöhe wie im Fall der Endkurven gleichermaßen variiert, umfassen.
5 stellt die Abmessungen des Federelements weiter dar. Das Federelement ist in ein Koordinatensystem platziert worden, wobei die X-Achse zur Längsrichtung der Feder, die Y-Achse zur Höhenrichtung der Feder und die Z-Achse zu der Querrichtung der Feder weist.
In der Querrichtung beträgt die Strecke von einer Seite zu der anderen Seite der Feder somit b. Vorzugsweise wird die Feder durch Ausschneiden aus einer Platte hergestellt, wobei die Querabmessung b durch die Dicke der Platte bestimmt wird. In dieser Richtung wird die Abmessung somit durch den Schneidprozess begrenzt, wobei die Abmessung praktisch zwischen b = 0,5 mm ... 200 mm variieren kann.
Die Längsabmessung (X-Achse) der Feder a, d. h. die Länge des Schlaufenbereiches, wird als der Abstand von dem Außenrand der Endkurve zu der Mitte der Feder (Punkt O in 3) definiert, und die Abmessung ist vorzugsweise so groß wie möglich, um eine Steifigkeit, die so gering wie möglich ist, zu erzielen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegt das Verhältnis zwischen a und b zwischen a/b = 7,5 ... 500.
Die untere Grenze 7,5 des erwähnten Wertebereichs ist vorteilhaft, da die Herstellung durch Ausschneiden aus einer Platte bei einem geringeren Verhältnis schwierig wäre. Des Weiteren nähme bei einem Verhältnis von weniger als 7,5 auch die Quersteifigkeit zu, wodurch sich die Leistungsfähigkeit der Feder in dieser Richtung für Schwingungsisolationszwecke verschlechtern würde.
Wenn der angewendete Verhältniswert a/b zu groß ist, müssen die Federn vorzugsweise miteinander gekoppelt verwendet werden, da die Federstruktur ansonsten nicht stabil ist, jedoch besteht ein Risiko des Knickens, wenn die Feder belastet wird. Der obere Wert 500 des Wertebereichs ist vorteilhaft, da die Feder in solchen Fällen noch immer wie oben dargestellt, einen oder zwei Schlaufenbereiche und mit diesen verbundene Befestigungsabschnitte umfassend, angewendet werden kann. Wenn ein Wert von mehr als 500 verwendet wird, ist die oben gezeigte Struktur nicht mehr anwendbar, sondern die Federn müssen auch von anderen Bereichen zusätzlich zu den Befestigungsabschnitten aus aneinander befestigt werden. Dies liegt daran, dass, wenn andere Abschnitte der Feder als der Befestigungsabschnitt in der Höhen- und Längsrichtung bezüglich anderen Federn gleiten können, es dazu kommen kann, dass die Feder unabhängig davon, wie viele Federn bei der Anordnung verwendet werden, knicken kann. Die Ursache dafür besteht darin, dass eine laminare Struktur im Vergleich zu einer homogenen Struktur bei Biegung weniger steif ist.
Oben ist offenbart worden, dass der bevorzugte Wertebereich a/b zwischen 7,5 ... 500 liegt, noch stärker bevorzugt liegt das erwähnte Verhältnis jedoch zwischen 10 ... 150, wenn die Quersteifigkeit der Feder stets ausreichend niedrig ist, um für eine hohe Leistungsfähigkeit auch in der Querrichtung zu sorgen. Wenn der Wert näher an dem Wert 10 liegt, kann eine einzige Feder zur Ausbildung eines Schwingungsisolators verwendet werden. Dabei ist die Feder mit diesem Wert noch immer möglich und durch Ausschneiden aus einer Platte leicht herzustellen. Andererseits wird, wenn der Wert nahe bei 150 liegt, der Schwingungsisolator in der Regel aus einigen Federn gebildet, und diese Anordnung ist nicht anfällig für Stabilitätsverlust.
Noch stärker bevorzugt und am stärksten bevorzugt liegt das Verhältnis zwischen dem Längsmaß des Schlaufenabschnitts und der Dicke der Feder zwischen 15 und 30, wenn der Schwingungsisolator ohne Zusammenbau aus einer Feder hergestellt werden kann. Dann ist die Steifigkeit der Feder in allen Richtungen niedrig und die Leistungsfähigkeit in allen Richtungen ist gut. Eine einzige Feder ist auch nicht anfällig für Stabilitätsverlust oder Knicken in dem gesamten Wertebereich.
Das Maß c in der Höhenrichtung (Y-Achse), bei dem es sich um die Strecke zwischen den Endpunkten der Endkurven an dem Außenrand der Feder handelt, ist vorzugsweise derart, dass das Verhältnis a/c = 1,25 und 4 beträgt.
Die Strecke L₁ zwischen den Befestigungspunkten oder anderen Befestigungsbereichen ist vorzugsweise so klein wie möglich. Das Verhältnis zwischen dem Maß zu dem Maß b ist L₁/b = 6 bis 100.
Das Federelement gemäß den Ausführungsformen wird vorzugsweise im Ganzen unter Verwendung lediglich eines Materials oder einer Materiallegierung hergestellt. Vorzugsweise wird das Federelement aus Metallmaterialien, wie z. B. Stahl, Titan oder Aluminium, hergestellt. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht darauf beschränkt, dass die Feder aus Stahl hergestellt wird, sondern das Federelement kann auch aus Elastomermaterialien, wie z. B. Polyamid, Polyethylen, ABS, Polycarbonat, Polypropylen oder verstärktem Kunststoff, wie z. B. Glasfaser oder Kohlefaser, hergestellt werden.
Wenn sich das Material in seinem elastischen Leistungsbereich linear verhält, wird die optimale Leistungsvorhersagbarkeit erzielt. Dabei bleibt auch die Kraft-Verlagerung-Beziehung der Feder in dem gesamten Anwendungsbereich linear, wodurch die Vorhersage des Verhaltens und der Abmessungen des Schwingungsisolationssystems erleichtert wird. Wenn die Eigenschaften des Materials in dem gesamten Verwendungstemperaturbereich im Wesentlichen konstant bleiben, wird die Erzielung der besten Vorhersagbarkeit gestattet.
Die Flächen der Feder können in zwei unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheitsklassen, die während der Herstellung ausgebildet werden, unterteilt werden. Unter Bezugnahme auf 5, die Fläche D, die sich auf die durchgängige Außenfläche der Feder, einschließlich der gekrümmten Abschnitte, bezieht, und die Fläche E, bei der es sich um die Innenfläche der Feder, die die gekrümmten Abschnitte enthält, handelt, ist die Oberflächenbeschaffenheit dieser Flächen mittelmäßig. Die Oberflächenbeschaffenheit kann z. B. der Oberflächenbeschaffenheit, die bei thermischem Schneiden oder Wasserstrahlschneiden erlangt wird, entsprechen.
Die Fläche F, bei der es sich um eine gerade Fläche handelt, so dass eine Fläche, die zu jedem Punkt auf der Fläche normal positioniert ist, stets in dieselbe Richtung innerhalb der Grenzen der Herstellungstoleranzen weist, und auch die ähnliche Fläche G auf der gegenüberliegenden Seite der Feder haben eine präzisere Oberflächenbeschaffenheitsanforderung. Die Oberflächenbeschaffenheit kann einer Walzfläche einer Stahlplatte, die durch Heißwalzen oder Kaltwalzen erlangt
wird, entsprechen. Dann ist es möglich, die Flächen F und G als Befestigungsflächen für Schraubenbefestigungen zu verwenden.
6 stellt ein beispielhaftes Benutzungsziel des Federelements gemäß den Ausführungsformen dar. 6 zeigt ein Gebläse 620, dessen Schwingungsverhalten gesteuert werden soll. Das Gebläse umfasst eine Befestigungsschiene 622, durch die das Gebläse an einer Basisstruktur 640, die auf einem Boden oder Ähnlichem angeordnet ist, befestigt ist. Statt einer direkten Befestigung des Gebläses an der Basisstruktur erfolgte die Befestigung durch die Schwingungsisolatoren 600 gemäß den Ausführungsformen. Die Schwingungsisolatoren 600 sind von ihren Befestigungsabschnitten an sowohl der Befestigungsschiene 622 des Gebläses als auch der Basisstruktur 640 des Bodens befestigt worden, wodurch die Befestigungsschiene in einem Abstand zur Basisstruktur bleibt, wobei der
Abstand durch das Federelement definiert wird. Durch die gezeigte Anordnung erzeugen die Federn eine Schwingungsisolation zwischen dem Gebläse und den Befestigungsschienen, wodurch die Befestigungsschienen an dem Boden oder anderen Basisstruktur so befestigt werden können, dass die von dem Gebläse herbeigeführten Schwingungen nicht in hohem Maße auf diese Befestigungsstruktur übertragen werden.
Obgleich 6 die Befestigungsabschnitte als einander ähnlich zeigt, können sie bei dieser und anderen Ausführungsformen anders implementiert sein, wie z. B. einer als eine Schraubenbefestigung und der andere als eine Schweißbefestigung.
Des Weiteren könnte, obgleich die obere Struktur 622, die untere Struktur 640 und die Feder gemäß der Darstellung in 6 eine voll integrierte Struktur bilden, alternativ dazu als ein Teil einer der Strukturen 622 oder 640 ausgebildet sein. Beispielsweise würde dies bei der Situation von 6 bedeuten, dass die Feder in die obere Struktur 622 geschnitten werden könnte, wenn sie ohne die untere Struktur 640 ausgeschnitten wird. Die untere Struktur könnte als eine separate Struktur hergestellt werden, so dass Räume für die unteren Hälften der Schlaufenbereiche der Feder und auch Löcher oder andere Befestigungsmittel zur Befestigung der Feder bereitgestellt werden.
7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Schwingungsisolation so ausgeführt wurde, dass sie in der Quer-, d. h. Z-Richtung gemäß der Darstellung in 5, erfolgt. Dann liegen die Befestigungsschiene 722, die zu der Struktur gehört, und eine separate Basisstruktur 740 in verschiedenen Ebenen in der Querrichtung der Feder, jedoch ist klar, dass die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind, sondern die Befestigung auch an in der selben Ebene liegenden Objekten erfolgen kann.
8 zeigt eine Ausführungsform der Verwendung des Federelements gemäß den Ausführungsformen, so dass der Schwingungsisolator aus zwei oder mehr Federn durch Verbinden der Federn Seite an Seite, so dass Federn (ein Paar oder einige Paare) durch Verwenden von Zwischenplatten oder anderen Strukturen getrennt werden, gebildet wird. Auf diese Art und Weise wird eine Art laminare Struktur gebildet. Ein Beispiel für solch eine Struktur wird in 8 dargestellt, wo die Federelemente 800A und 800B durch die Zwischenplatte 850 voneinander getrennt wurden. Die Zwischenplatte ist vorzugsweise aus demselben Material wie die Feder, wie zum Beispiel Stahl, kann jedoch auch aus einem anderen Material sein. Vorzugsweise ist die Zwischenplatte nur in dem Bereich des Befestigungsabschnitts angeordnet.
Durch Kombinieren einiger Federn ist es möglich, einen größeren Schwingungsisolator, der sich in alle Richtungen biegt, zusammen zu bauen. Bei solch einer Anordnung kann es zwei oder mehr Federn geben, z. B. wurde die Schwingungsisolationsanordnung in 9 unter Verwendung von acht Federn gebildet.
Ein Schwingungsisolator, der sich in alle Richtungen biegt, kann durch Verwenden von zwei Federn, z. B. derart, dass die Federn senkrecht zueinander gesetzt werden, wobei die Längsrichtung einer Feder mit der Querrichtung der anderen Feder zusammenfällt, gebildet werden. Wie 9 zeigt, können die Federn derart angeordnet werden, dass der/die Befestigungsbereich/Übergangsabschnitt/ Innenkurve in der Federschlaufe der senkrecht liegenden sitzt, und beispielsweise ist das angrenzende Paar von Federn 900A, 900B auf diese Art und Weise bezüglich des Paars von Federn 900C, 900D angeordnet.
10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Feder 1000 in demselben Herstellungsprozess, bei dem der Rahmen oder die Basisstruktur hergestellt wird, vollständig in den Rahmen oder die Basisstruktur 1022 der Vorrichtung integriert wird. Dies ist eine vorteilhafte Ausführungsform, da heutzutage die Vorrichtungen oftmals aus Platten hergestellt werden und das Integrieren eine sehr relevante Option bei vielen Vorrichtungen sein kann. Dabei kann durch Schneiden der Federform direkt in das Produkt während seiner Herstellung das Bereitstellen separater Federn und deren Befestigung an den Strukturen komplett vermieden werden. Die Ausführungsformen gestatten auch Herstellen einer Variation, bei der lediglich ein Befestigungsabschnitt als Teil der Vorrichtungsstruktur integriert wird und der andere Befestigungsabschnitt für das Inbetrachtziehen einer anderen Befestigungsweise, wie z. B. Befestigen durch Schraubenbefestigung oder durch Schweißen, konstruiert wird.
11A bis 11C stellen einige Ausführungsformen der Befestigungsabschnitte dar. 11A entspricht von ihrem Befestigungsabschnitt 1106 her der in 1 gezeigten Struktur, wo der Befestigungsabschnitt beispielsweise ein oder mehrere durch die Feder hindurchgehende Durchgangslöcher zur Schraubenverbindung umfasst. 11B zeigt ein Befestigungsglied 1106B, das mit der Struktur verschweißt ist. 11C stellt eine Struktur dar, bei der die Feder in die umgebende Struktur integriert worden ist, d. h. beispielsweise als Teil einer Platte ausgebildet worden ist, wie in 10 gezeigt wird. Der Befestigungsabschnitt 1106C zeigt eine mögliche Konstruktion für solch einen Befestigungsabschnitt.
Die Form des Befestigungsabschnitts kann in Abhängigkeit von der Anwendung und der Art der Befestigung variieren, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, wie die Befestigungsabschnitte implementiert werden.
In einigen Ausführungsformen kann eine Begrenzungsanordnung vorgesehen sein, die in Verbindung mit dem oder in der Nähe des Federelements angeordnet ist, um das Biegen und das Einfedern und das Knicken des Federelements in allen drei zueinander senkrecht verlaufenden Freiheitsgraden über jeweilige vorbestimmte Grenzen hinaus zu begrenzen. Bevorzugt wird eine solche Begrenzungsanordnung bei Anwendungen eingesetzt, die beispielsweise erdbebengefährdet sind. Ein Erdbeben könnte sich schwingungsmäßig so stark auf die Struktur auswirken, dass die Feder beschädigt werden könnte. Die Begrenzungsanordnungen sind dazu ausgestaltet, die auf die Federn ausgeübte Last auf ein solches Niveau zu begrenzen, dass die Spannung die Dehngrenze der Feder nicht überschreitet und die Eigenschaften der Feder dem Erdbeben standhalten können. Die Begrenzungsanordnung ist dazu ausgestaltet, die gegenseitige Bewegung der Befestigungsabschnitte des Federelements in allen drei Koordinatenrichtungen mechanisch zu verhindern.
Außer in Erdbebensituationen kann die Begrenzungsanordnung in Fahrzeugen vorteilhaft und anwendbar sein, bei denen ein Zusammenprall oder eine Unfallsituation die Überlastung oder das Reißen des Federelements oder der jeweiligen Befestigungen verursachen könnte.
Die Begrenzungsanordnung kann so bemessen sein, dass Lasten gehalten werden, die beispielsweise das 10-Fache der Lasten betragen, die für das Federelement normalerweise gestattet sind.
12A und 12B zeigen eine Ausführungsform einer Begrenzungsanordnung. Gezeigt werden eine erste Basisstruktur 1222, die an einer schwingenden Struktur angebracht ist, und eine Basisstruktur 1240, die an einer starren Struktur angebracht ist. Das Federelement 1200 ist zwischen den Strukturen angeordnet, so dass sich die Basisstrukturen nicht berühren und das Federelement den Abstand zwischen ihnen definiert. Die eigentliche Begrenzungsanordnung wird durch die Begrenzungsplatte 1201, die Begrenzungshülsen 1202 und die Verstellplatten 1203 gebildet.
Das Federelement 1200 hat Befestigungsabschnitte mit Öffnungen, in die Befestigungsglieder 1204 wie Bolzen oder Schrauben eingeführt worden sind. Zwischen dem Federelement 1200 und den Strukturen, deren gegenseitige Bewegung gedämpft werden soll, ist eine erste Begrenzungsplatte 1201 zum Begrenzen des Biegens/Einfederns der Feder in Längs- und Höhenrichtung angeordnet. Die Begrenzungsplatte 1201 ist an der Struktur 1240 mit fixierter Basis angebracht und ist somit im Grunde genommen feststehend.
Die Platte 1201 hat auch eine größere Öffnung zur Aufnahme der Hülsen 1202, die die Befestigungsglieder 1204 zur Befestigung an der sich bewegenden/ schwingenden Basisstruktur 1222 aufnehmen. Wie in den Zeichnungen gezeigt, besteht zwischen den Hülsen und den Rändern der größeren Öffnung ein gewisser Freiraum, wodurch sich die Hülsen 1202 in der Öffnung in vertikaler Höhenrichtung und in horizontaler Längenrichtung der Feder bewegen können. Wenn die Bewegung der Strukturen zueinander eine vorbestimmte, maximal zulässige Strecke überschreitet, trifft eine der Hülsen 1202 auf den Rand der Öffnung in der Begrenzungsplatte 1201 auf, wodurch eine Beschädigung des Federelements verhindert wird.
12A und 12B zeigen zwar zwei Befestigungsglieder an der oberen und der unteren Seite der Feder, es kann aber auch eine andere Anzahl derartiger Befestigungsglieder vorliegen, wie beispielsweise von eins bis drei. Ferner zeigen 12A und 12B zwar Basisplatten 1222, 1240, aber deren Verwendung ist nicht zwingend; die Befestigungsglieder 1240 könnten als Alternative direkt an den jeweiligen Strukturen angebracht sein.
13 hebt die Abmessungen zwischen den Öffnungen und den Hülsen 1302 in der Begrenzungsplatte 1301 hervor. Hinsichtlich der Längsbewegung ist eine vorbestimmte Strecke Δx1 eingestellt, wenn sich die bewegliche Struktur nach links bewegt, und eine vorbestimmte Strecke Δx2, wenn sich die bewegliche Struktur nach rechts bewegt. In der Höhenrichtung sind die entsprechenden Strecken Δy1 nach oben und Δy2 nach unten. Diese Abmessungen können unabhängig voneinander gewählt werden, so dass sich beispielsweise die zulässigen Abmessungen in der Höhenrichtung voneinander unterscheiden können.
Die Abmessungen bewegen sich vorzugsweise in den Bereichen Δx1 = 0,35b ... 2b und Δx2 = 0,35b ... 2b und Δy1 = 0,6b ... 3,4b und Δy2 = 0,6b ... 3,4b. Die vorbestimmten Abmessungen werden durch die Form der Öffnung sowie durch die Auslegung der Hülsen 1302 implementiert. Oben ist lediglich die Bewegung entlang den Koordinatenrichtungen (x- und y-Achse) erörtert worden; wenn jedoch eine Bewegung in beide dieser Richtungen zur gleichen Zeit erfolgt, wird diese auf ähnliche Weise in der Form der Öffnung in der Begrenzungsplatte und/oder in der Form der Hülsen 1302 berücksichtigt.
Obwohl die Hülsen nach der Darstellung einen kreisförmigen Querschnitt haben, kann der äußere Rand der Hülse 1302 als Alternative quadratisch, rechteckig, dreieckig oder polygonal sein. Wenn die Hülsenform nicht kreisförmig ist, muss dies bei der Definition der Freiräume zwischen der Hülse und der Öffnung berücksichtigt werden. Ferner ist die Zahl von Hülsen nicht auf zwei beschränkt; es können beispielsweise 1, 3 oder 4 von ihnen vorliegen.
In der Querrichtung (z-Richtung) erfolgt die Bewegungs-/Verschiebungs-/ Knickbegrenzung anders als in der Längs- und der Höhenrichtung, was unter Bezug auf 14A bis 14B dargestellt wird. Wenn sich die bewegliche Struktur 1422 quer entlang der z-Achse bewegt, bewegt sich auch der obere Befestigungsabschnitt des Federelements entsprechend. Die Begrenzungsplatte 1401 kann sich dementsprechend zwischen den Strukturen 1400 und 1422 bewegen.
An dem unteren Ende der Begrenzungsstruktur befindet sich jedoch eine Verstellplatte 1403 zwischen der Begrenzungsplatte 1401 und der starren Struktur 1440 sowie auch ähnlich zwischen der Platte 1401 und der Feder 1400. Die Verstellplatten verhindern, dass sich das untere Ende des Federelements in Querrichtung bezüglich der starren Struktur bewegt.
Dadurch kann sich die bewegliche Struktur 1422 nur über die Strecke Δz2 nach links bewegen, bevor die bewegliche Struktur 1422 mit der Begrenzungsplatte 1401 zusammenprallt. Und die bewegliche Struktur 1422 kann sich nur über die Strecke Δz1 nach rechts bewegen, bevor das Schwingungselement 1400 mit der Begrenzungsplatte 1401 zusammenprallt.
Ein Verstellen des Ausmaßes der Querverschiebung kann durch angemessene Wahl der Dicken Δz1 sowie Δz2 der Verstellplatten 1403 erfolgen. Die Dicken sind vorzugsweise derart, dass Δz1 = 0,75b ... 4.4b und Δz2 = 0,75b ... 4,4b. Die beiden Dicken können unabhängig voneinander sein und somit auch verschieden voneinander sein. In der Praxis muss sichergestellt werden, dass die aufeinanderprallenden Flächen in dem Schwingungselement, der beweglichen Struktur und der Begrenzungsplatte groß genug sind, um der Zusammenprallbelastung standzuhalten.
Wenn das Ziel darin besteht, dass verschiedene Komponenten der Begrenzungsanordnung sanft aufeinanderprallen, um beispielsweise Beschädigungen an Flächen zu vermeiden, wird in einer Ausführungsform Kautschuk oder ein ähnliches elastisches Material um das größere Loch der Begrenzungsplatte herum vorgesehen. In einer Ausführungsform können die Hülsen ferner aus elastischem Material hergestellt
sein oder können mindestens eine elastische Oberflächenbehandlung haben. In einer Ausführungsform umfasst die Hülse eine zusätzliche Prallfläche an dem Ende der Hülse mit einem größeren Querschnitt als die Hülse, um für eine hinreichende Prallfläche zu sorgen.
15A zeigt eine weitere Ausführungsform einer Begrenzungsanordnung. In dieser Ausführungsform ist das Federelement 1500 integral als Teil einer (beweglichen oder starren) Struktur ausgebildet, und der Begrenzer ist getrennt von dem Federelement angeordnet. In dieser Ausführungsform ist das Federelement als ein integraler Teil der ersten Struktur 1540 hergestellt. Dadurch kann gelten,
dass der Befestigungs- oder Verbindungsabschnitt der Feder den Bereich der Feder darstellt, der mit der ersten Struktur in Kontakt ist.
Der zweite Befestigungsabschnitt der Feder ist mittels Schrauben/Bolzen 1504 an der beweglichen Struktur 1522 befestigt. Der Abstand zwischen der starren und der beweglichen Struktur wird durch eine einzige Verstellplatte 1503 definiert. In Längs- und Höhenrichtung wird die Begrenzungsfunktion durch eine Öffnung 1501 in der Struktur 1540 und der Hülse 1502 bereitgestellt. Die Hülse 1502 hat einen kleineren Durchmesser als das Loch 1501, wodurch das Loch die Grenzen setzt, innerhalb derer sich die Hülse darin bewegt. In der Querrichtung ist die Verschiebung einerseits durch die miteinander zusammenprallenden Strukturen begrenzt und andererseits durch die erste Struktur 1540, die mit einer separaten Gegenplatte 1506 zusammenprallt.
15B zeigt ein Federelement 1500, das vollständig in die Plattenstruktur integriert ist, und in Verbindung damit ist ein Bewegungs-/Verschiebungs-/Biegungsbegrenzer angeordnet, der dazu ausgestaltet ist, eine Begrenzung in allen Richtungen vorzunehmen. Der von den Komponenten 1501 und 1502 bereitgestellte Begrenzermechanismus in der x- und der y-Richtung ist dem in 15A ähnlich. In 15B ist der Begrenzer in Höhenrichtung unter der Feder angeordnet. Hier ist auch eine Verstellplatte 1503 vorgesehen, mit der die maximale Verschiebung zwischen den Strukturen eingestellt wird. Es ist eine Gegenplatte vorgesehen, die verhindert, dass sich die Strukturen um mehr als die Dicke der Platte 1503 voneinander verschieben. Wie ersichtlich ist, ist an der anderen Seite der Feder ein ähnlicher Mechanismus vorgesehen, und es sind auch Komponenten 1503 und 1507 vorgesehen, um eine Querbewegung in die entgegengesetzte Richtung zu verhindern.
In den Ausführungsformen ist eine Begrenzeranordnung vorgesehen, um ein Federelement zu schützen, das zur Dämpfung von Schwingungen zwischen zwei Strukturen angeordnet ist, die sich bezüglich einander bewegen und/oder bezüglich einander schwingen. Die Begrenzeranordnung ist dazu ausgestaltet, die Bewegung der beiden Strukturen unterhalb vorbestimmter Sicherheitsgrenzen zu begrenzen, so dass das Federelement nicht über aufrechterhaltbare Grenzen hinaus gebogen/eingefedert/verdreht wird. Die Begrenzeranordnung ist für einen Betrieb in allen drei Koordinatenrichtungen ausgestaltet.
Die x- und y-Achsenverschiebungsbegrenzung beruht darauf, dass die Begrenzeranordnung eine feste erste Verbindung mit einer der Strukturen und eine bewegliche Verbindung mit der zweiten Struktur hat. Die bewegliche Verbindung umfasst eine Öffnung, in der sich eine Hülse bewegen darf, so dass die Ränder der Öffnung den Raum definieren, in dem sich die Hülse bewegen kann. Die Begrenzungsanordnung ist mit der Feder wirkverbunden. In einigen Ausführungsformen verwenden das Federelement und die Begrenzungsanordnung sogar dieselben Bolzen oder Schrauben zur Befestigung an den Strukturen. In anderen Ausführungsformen ist der Begrenzungsmechanismus neben der Feder, das heißt, er kann seitlich der Feder oder unterhalb oder oberhalb der Feder sein.
Für die z-Achsenquerbegrenzung ist einer der Befestigungsabschnitte bezüglich des anderen Befestigungsabschnitts der Feder beweglich. Einer der Befestigungsabschnitte ist festgelegt, und der andere kann sich in Querrichtung zu beiden Seiten des festgelegten Befestigungsabschnitts bewegen.
Die Begrenzungsanordnung ist in Situationen anwendbar, in denen das Federelement ein unabhängiges Produkt ist, das an den Strukturen anbringbar ist. Sie ist auch in halbintegrierten Lösungen anwendbar, wenn ein Befestigungs-/Verbindungsabschnitt in einer der Strukturen integriert ist und einer separat mittels Bolzen/Schrauben befestigt ist. Die Ausführungsformen sind auch in vollständig integrierten Lösungen anwendbar, bei denen die schwingenden Struktur eine Platte gemeinsam haben und die Feder darin hergestellt ist.
In einer Ausführungsform ist eine Federstruktur bereitgestellt, die ein Federelement umfasst, wie hierin dargestellt, wobei die Federstruktur eine Begrenzungsanordnung zum Begrenzen des Biegens und Einfederns und Knickens des Federelements über vorbestimmte Grenzen hinaus umfasst, wenn sie mit einer ersten Struktur und einer zweiten Struktur verbunden ist. Biegen und Einfedern beziehen sich hier auf den Betrieb des Federelements in der x- und der y-Richtung, und Knicken erfolgt in Querrichtung.
In einer Ausführungsform ist eine Federstruktur zur Begrenzung der Verschiebung der Strukturen in Längs- und Höhenrichtung des Federelements bereitgestellt, wobei die Begrenzungsanordnung eine starre Befestigung an einer der Strukturen umfasst, deren Bewegung bezüglich einander gedämpft werden soll, wobei die Begrenzungsanordnung ferner eine Hülse-Öffnungsanordnung umfasst, wobei der Durchmesser der Hülse kleiner als die Öffnung ist und es der Hülse gestattet ist, sich in der Öffnung zu bewegen, so dass die Zusammenprallpunkte zwischen der Hülse und der Öffnung die Grenzen für die Strukturbewegungen und dadurch die Grenzen für das Biegen oder Einfedern des Federelements definieren. Die Hülse-Öffnungsanordnung kann in einer separaten Begrenzungsplatte vorgesehen sein, die eine einheitliche Dicke haben kann. Die Begrenzungsplatte kann parallel zu der Montagerichtung des Federelements montiert sein. In einer anderen Ausführungsform liegt ein separates Federelement vor, und die Hülse-Öffnungsanordnung ist neben der Halterung des Federelements angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Federelement zur Hälfte oder vollständig in die Struktur integriert, wenn die Hülse-Öffnungsanordnung ebenfalls an der Struktur angeordnet ist.
In einer Ausführungsform ist eine Federstruktur bereitgestellt, bei der die Begrenzungsanordnung eine Begrenzungsplatte umfasst, wobei die Begrenzungsplatte eine oder mehrere erste Öffnungen zur Aufnahme eines ersten Befestigungsglieds umfasst, um ein Federelement starr an einer ersten Struktur zu befestigen, wobei die Begrenzungsplatte ferner eine oder mehrere zweite Öffnungen zur Aufnahme eines zweiten Befestigungsglieds umfasst, um das Federelement an einer zweiten Struktur zu befestigen, wobei eine Hülse um das Befestigungsglied vorgesehen ist, wobei die Hülse einen kleineren Querschnitt als die zweite Öffnung hat.
In einer Ausführungsform ist eine Federstruktur bereitgestellt, wobei die Begrenzungsanordnung zum Begrenzen eines Knickens des Federelements in Querrichtung eine feststehende Befestigung an mindestens einer der Strukturen umfasst, sowie zwei Begrenzungsflächen zum Begrenzen der Bewegung der Strukturen in der Querrichtung. Die Begrenzungsflächen können die Struktur und/ oder das Federelement von 14A sein, zwischen denen sich die Begrenzungsplatte bewegen kann. Die Begrenzungsflächen können auch die Platten 1506, 1507 von 15B sein.
In einer Ausführungsform ist eine Federstruktur bereitgestellt, bei der die Begrenzungscharakteristiken der Begrenzungsanordnung wählbar sind, indem eines oder mehrere der Folgenden gewählt wird/werden: Form einer Hülse 1202, Durchmesser einer Hülse 1202, Durchmesser der Öffnung 1501, die die Bewegungsgrenzen der Hülse definiert, Dicke der Platte 1203, 1403, 1503, die zwischen einem Federelement und einer Begrenzungsplatte 1201 oder zwischen einer Begrenzungsplatte 1201 und einer Struktur 1240 oder zwischen einem Federelement 1500 und einer Struktur 1522 oder zwischen einer Struktur und einer Gegenplatte 1507 angebracht ist. Dadurch lässt sich das Verstellen der Begrenzungscharakteristiken beispielsweise auf der Grundlage der Federkennlinie oder auf der Grundlage der Gebrauchsumgebung wählen.
Es versteht sich, dass die erfinderische Idee mit der Entwicklung der Technologie verschiedenartig implementiert werden kann. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen sind somit nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern können in den anhängigen Ansprüchen variieren.

Claims

Federelement, das mindestens einen Schlaufenabschnitt (102, 104) zur Bereitstellung von Schwingungsisolationseigenschaften des Federelements und einen Befestigungsabschnitt (106, 108), der mit dem Schlaufenabschnitt zur Befestigung oder Verbindung des Federelements an bzw. mit einer Struktur verbunden ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Längsmaßes (a) des Schlaufenabschnitts zu einem Quermaß (b) des Federelements zwischen 7,5 und 500 liegt.
Federelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis des Längsmaßes (a) des Schlaufenabschnitts zu einem Maß (c) in einer Höhenrichtung des Schlaufenbereichs zwischen 1,25 und 4 liegt.
Federelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der größten Breite (e) zu der geringsten Breite (f) eines Profils der Endkurve des Schlaufenabschnitts (102, 104) zwischen 1,6 und 4 liegt.
Federelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Innenfläche und eine Außenfläche der Endkurve des Schlaufenabschnitts (102, 104) Kreisbogenformen aufweisen und die Mittelpunkte der Kreise, die die Innenkurve und die Außenkurve definieren, an verschiedenen Punkten liegen.
Federelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement durch Schneiden aus einer Platte hergestellt worden ist, wobei die Schnittfläche (D), die die Querrichtung (b) des Federelements definiert, eine mittelmäßige Oberflächenbeschaffenheit aufweist und eine Fläche (F, G), die quer zu der Schnittfläche verläuft, eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die präziser als jene der Schnittfläche (D) ist.
Federelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement zwei Schlaufenabschnitte (102, 104) umfasst, die symmetrisch auf beiden Seiten des Befestigungsbereichs, der die Befestigungsabschnitte (106, 108) umfasst, angeordnet worden sind.
Federelement nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (100) im Ganzen aus einem Material oder einem Materialgemisch hergestellt worden ist.
Plattenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenstruktur (1022) ein Federelement (1000) nach einem vorhergehenden Anspruch umfasst, wobei das Federelement zumindest zum Teil als ein Abschnitt der Plattenstruktur ausgebildet ist.
Federstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstruktur mindestens zwei Federelemente (800A, 800B) nach einem vorhergehenden Anspruch umfasst, wobei die Federstruktur eine Zwischenplatte (1307) zwischen den zwei Federelementen umfasst, um sie voneinander getrennt zu halten.
Federstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstruktur mindestens zwei Federelemente (900A, 900D) nach einem vorhergehenden Anspruch umfasst, die quer zueinander positioniert sind, so dass die Längsrichtung einer der Federn auf die Querrichtung der anderen Feder eingestellt ist, und die Flächen, die die Dicke der Federn definieren, zumindest im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Federstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass die Federstruktur ein Federelement (1200) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, wobei die Federstruktur eine Begrenzungsanordnung zum Begrenzen des Biegens und Einfederns und Knickens des Federelements (1200) über vorbestimmte Grenzen hinaus umfasst, wenn sie mit einer ersten Struktur (1222) und einer zweiten Struktur (1240) verbunden ist.
Federstruktur nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung der Verschiebung der Strukturen (1222, 1240) in Längs- und Höhenrichtung des Federelements (1200) die Begrenzungsanordnung eine starre Befestigung an einer der Strukturen umfasst, deren Bewegung bezüglich einander gedämpft werden soll, wobei die Begrenzungsanordnung ferner eine Hülse-Öffnungsanordnung umfasst, wobei der Durchmesser der Hülse (1202, 1502) kleiner als die Öffnung (1501) ist und es der Hülse gestattet ist, sich in der Öffnung zu bewegen, so dass die Zusammenprallpunkte zwischen der Hülse und der Öffnung die Grenzen für die Bewegungen der Struktur (1222, 1240) und dadurch die Grenzen für das Biegen oder Einfedern des Federelements (1200) definieren.
Federstruktur nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsanordnung eine Begrenzungsplatte (1201) umfasst, wobei die Begrenzungsplatte eine oder mehrere erste Öffnungen zur Aufnahme eines ersten Befestigungsglieds (1204) umfasst, um ein Federelement (1200) starr an einer ersten Struktur (1240) zu befestigen, wobei die Begrenzungsplatte (1201) ferner eine oder mehrere zweite Öffnungen zur Aufnahme eines zweiten Befestigungsglieds umfasst, um das Federelement an einer zweiten Struktur (1222) zu befestigen, wobei eine Hülse (1202) um das zweite Befestigungsglied vorgesehen ist, wobei die Hülse (1202) einen kleineren Querschnitt als die zweite Öffnung hat.
Federstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsanordnung zum Begrenzen eines Knickens des Federelements (1400) in Querrichtung eine feststehende Befestigung an mindestens einer der Strukturen (1440) umfasst, sowie zwei Begrenzungsflächen (1400, 1422, 1506, 1507) zum Begrenzen der Bewegung der Strukturen in der Querrichtung.
Federstruktur nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungscharakteristiken der Begrenzungsanordnung wählbar sind, indem eines oder mehrere der Folgenden gewählt wird/werden: Form einer Hülse (1202), Durchmesser einer Hülse (1202), Durchmesser der Öffnung (1501), die die Bewegungsgrenzen der Hülse definiert, Auslegung der Öffnung (1501), die die Bewegungsgrenzen der Hülse definiert, Dicke der Platte (1203, 1403, 1503), die zwischen einem Federelement und einer Begrenzungsplatte (1201) oder zwischen einer Begrenzungsplatte (1201) und einer Struktur (1240) oder zwischen einem Federelement (1500) und einer Struktur (1522) oder zwischen einer Struktur und einer Gegenplatte (1507) angebracht ist.