DE3234270C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schwingungsdämpfende Aufhängung für zweidimensional bewegliche Bauteile mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Blattfederanordnungen, von denen jede mindestens zwei in verschiedenen parallelen Ebenen liegende Blattfedern gleicher Länge umfaßt, die zwischen ebenfalls zueinander parallelen starren Elementen angeordnet sind.

Eine derartige Aufhängung ist für einen zweidimensional stellungsgesteuerten bewegbaren Körper geeignet. Insbesondere bei einem Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen muß der bewegbare Körper so aufgehängt werden, daß er unter der Spurführungs- und Fokussiersteuerung keine Drehschwingungen ausführt, da die optische Leistungsfähigkeit beeinträchtigt wird, wenn die optische Achse des bewegbaren Körpers unter derartigen Drehschwingungen kippt.

Es ist üblich, eine Parallelblattfederanordnung zum drehfreien Aufhängen eines bewegbaren Körpers zu verwenden. Eine solche Parallelblattfeder-Anordnung weist zwei gleich lange Blattfedern sowie zwei starre Wände auf, welche die Enden der Blattfedern rechtwinkling zu- und beabstandet voneinander so festlegen, daß sie nicht in der gleichen Ebene liegen. Mit anderen Worten ist in der Seitenansicht eine derartige Parallelblattfeder-Anordnung rechteckig.

Eine der starren Wände ist an einem Fixblock, die andere am bewegbaren Körper befestigt. Die Parallelblattfeder- Anordnung hat für eine Bewegung in einer bestimmten Richtung eine hohe, für alle anderen aber eine geringe Nachgiebigkeit. Die Parallelblattfeder-Anordnung ist daher sinnvoll zum Aufhängen eines bewegbaren Körpers, der ohne Drehung sich auf einem Bogen bewegt. Bewegt sich ein bewegbarer Körper in einer Ebene, läßt der bewegbare Körper sich mit zwei herkömmlichen Parallelblattfeder-Anordnungen aufhängen, die in Reihe geschaltet sind.

Eine solche Aufhängung hat jedoch mindestens einen der folgenden Nachteile:

• a) Das die Parallelblattfedern verbindende Element ist so schwer, daß seine Resonanz die Bewegung des bewegbaren Körpers stört.
• b) Die Verbindung der parallelen Blattfedern ist kompliziert.
• c) Der bewegbare Körper bewegt sich auf einer gekrümmten Fläche, da der geometrische Ort der Bewegung der einzelnen Blattfedern ein Bogen ist.

Aus der US-PS 37 44 783 ist es bekannt, ein Federaufhängungssystem zu schaffen, um eine Trägheitsmasse auf einem Freiheitsgrad zu beschränken. Hierzu wird bei diesem bekannten Vorschlag so vorgegangen, daß die Blattfedern nicht so miteinander verbunden werden sollen, da sie einen schiefen Winkel bilden. Vielmehr ist dort eine Aufhängung für zweidimensional bewegbare Bauteile erläutert, bestehend aus mehreren in Reihe geschalteten Parallelblattfederanordnungen, von denen jede eine Vielzahl von Blattfedern gleicher Länge und gleichen Abstandes umfaßt, wobei die Blattfedern zwischen vergleichbar starren Elementen angeordnet sind und mit ihnen im Betrieb einen Winkel bilden, wobei wegen ihrer Fixierung an den starren Elementen alle Seiten der Blattfedern im wesentlichen in einem rechten Winkel zu einer imaginären Ebene liegen.

In der DE-OS 26 40 691 ist eine Aufhängung für zweidimensional bewegbare Bauteile bekannt, bei welcher die in Reihe geschalteten Blattfedern zwischen vergleichbar starren Elementen angeordnet sind und jede Blattfeder mit einem starren Element einen Winkel bildet, der auf Grund der Längenunterschiede zwischen den Blattfedern nicht gleich dem Winkel der anderen Parallelblattfeder- Anordnung ist, so daß sich zwei unterschiedliche, nicht rechtwinklige Winkel ergeben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine gattungsgemäße Aufhängung so auszubilden, daß eine Bewegung des daran aufgehängten Bauteiles in einer ersten Richtung nicht zwangsläufig zu einer Bewegung in einer zweiten Richtung in dieser Ebene führt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federn jeder der Blattfeder-Anordnungen zusammen mit den einander zugewandten Flächen der sie lagernden starren Elemente im Querschnitt gesehen einen Rhombus bilden und daß die Rhomben benachbarter Blattfederanordnungen unterschiedliche nichtrechtwinklige Winkel (R₁, R₂) aufweisen.

Vorteilhaft sind die Blattfedern zweier benachbarter Blattfederanordnungen rechtwinklig zueinander angeordnet.

Dabei können aber auch die Blattfedern einer Blattfederanordnung zueinander seitlich versetzt sein. Die wesentlichen Vorteile, die mit der erfindungsgemäßen Aufhängung erreichbar sind, lassen sich folgendermaßen zusammenfassen. Zunächst ist sie sehr stabil und arbeitet ungestört von ihren Resonanzen. Weiterhin weist sie eine hohe Festigkeit und eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf.

Die Aufhängung nach der Erfindung besteht aus in Reihe geschalteten Rhombus-Parallelblatt-Feder-Anordnungen (im folgenden als RPLS bezeichnet). Eine derartige RPLS-Anordnung besteht jeweils aus mehreren beabstandeten Blattfedern sowie zwei starren Wänden, an denen die Blattfedern unter einem anderen als einem rechten Winkel festgelegt sind. Mehrere RPLS lassen sich in Reihe schalten, indem man die starren Wände so anordnet, daß die Seitenflächen sämtlicher Blattfedern rechtwinklig zu einer gedachten Ebene liegen und die Fixierwinkel der Blattfedern der über eine Wand aneinandergrenzenden RPLS bezüglich der Ebene unterschiedlich sind, so daß sie nicht auf einer Geraden liegen. Da sämtliche Blattfedern der RPLS im rechten Winkel zur gedachten Ebene liegen, bewegt sich der geometrische Ort des bewegbaren Körpers in einer zur gedachten parallelen Ebene.

Die Aufhängung nach der Erfindung umfaßt mindestens zwei in Reihe geschaltete RPLS. Bei höherer Anzahl der in Reihe geschalteten RPLS läßt sich die Ausdehnung der Aufhängung in einer Richtung verringern.

Die RPLS hat mindestens zwei Blattfedern. Bei zunehmender Anzahl der Blattfedern in der RPLS nimmt die Gesamtquerschnittsfläche der Blattfedern bei konstanter Nachgiebigkeit und Länge proportional zur Anzahl der Blattfedern zu. Es ist daher zweckmäßig, die Anzahl der Blattfedern zu erhöhen, um die Wärmeleitfähigkeit und Festigkeit der Aufhängung zu steigern.

Weiterhin kann die Aufhängung einen bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch bezüglich seines Schwerpunkts ohne Störung der einen durch die andere Seite haltern, indem man die RPLS-Reihenschaltung beiderseits des bewegbaren Körpers so anordnet, daß die genannten gedachten Ebenen parallel zueinander liegen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1A, 1B und 1C seitliche Schnittdarstellungen einer Aufhängung ohne externe Kraft, mit (in der Zeichnung) nach rechts gerichteter externer Kraft bzw. (in der Zeichnung) abwärts gerichteter Kraft,

Fig. 2, 3, 4 und 5 Schnitte durch weitere Ausführungsformen,

Fig. 6A und 6B Draufsichten auf weitere Ausführungsformen der Aufhängung,

Fig. 7 eine Schrägprojektion einer Ausführungsform in der Stellanordnung für den Lesekopf eines optischen Informationsspeichersystems.

In Fig. 1A ist eine Seitenansicht durch eine Aufhängung mit zwei Rhombus-Parallelblattfeder-Anordnungen (RPLS) gezeigt. Die erste RPLS besteht aus zwei Blattfedern 2 a, 2 b der gleichen Länge, einer starren Wand 4 und einem Fixblock 1, der als die andere starre Wand fungiert. Die zweite RPLS besteht aus den beiden Blattfedern 2 c, 2 d der gleichen Länge, der starren Wand 4 und einem bewegbaren Körper 3, welcher die andere starre Wand bildet. Der Fixblock 1 legt ein Ende jeweils der beiden Federn 2 a, 2 b unter dem gleichen Fixierwinkel R₁ fest; die starre Wand 4 legt entsprechend das jeweils andere Ende der Blattfedern 2 a, 2 b fest. Die erste RPLS bildet dann einen Rhombus, wenn keine externe Kraft aufgebracht wird. Wirkt auf die erste RPLS eine externe Kraft, biegen die Blattfedern 2 a, 2 b analog zueinander aus, während die starre Wand 4 eine translatorische Bewegung erfährt. Der bewegbare Körper 3 wird dann in der in der Zeichnung mit X bezeichneten Richtung bewegt.

Andererseits legen der bewegbare Körper 3 und die starre Wand 4 entsprechend die Blattfedern 2 c, 2 d unter dem gleichen Fixierwinkel R₂ fest. Wirkt auf die zweite RPLS eine externe Kraft, wird der bewegbare Körper 3 translatorisch in der in der Zeichnung mit Y bezeichneten Richtung bewegt, wie dies oben erläutert ist.

Die einzelnen RPLS bewegen den bewegbaren Körper nicht auf einer Geraden, sondern auf einem Bogen. Trotz dieser Nichtlinearität der einzelnen RPLS wird der bewegbare Körper dabei in einer Ebene verschoben, die parallel zur Zeichenebene liegt, da sämtliche Blattfedern 2 a, 2 b, 2 c, 2 d rechtwinklig zu einer gedachten Ebene verlaufen, die parallel zur Zeichenebene liegt.

In Fig. 1B und 1C ist jeweils der tatsächliche Zustand der in Fig. 1A gezeigten 2D-Aufhängung gezeigt, wenn auf diese eine externe Kraft wirkt. Fig. 1A zeigt den Fall, daß die Winkel R₁ und R₂ entgegengesetzte Vorzeichen haben. Wenn in diesem Fall eine externe Kraft F in der Waagerechten wirkt (Fig. 1B), biegen beide RPLS analog aus; wirkt die externe Kraft F in der Vertikalen (Fig. 1C), biegen sich die erste und die zweite RPLS gegeneinander.

Die Nachgiebigkeit C _o der in Fig. 1A gezeigten Aufhängung gegenüber der externen Kraft F auf den bewegbaren Körper 3 wirkenden läßt sich ausdrücken zu

C _o = C₁ · cos² (R _o -R₁) + C₂ · cos² (R _o -R₂) (1)

wobei C₁ und C₂ die Nachgiebigkeiten der ersten bzw. zweiten RPLS in der Richtung X bzw. Y, R _o der Winkel der externen Kraft F bezüglich des Normalvektors n auf der starren Wand 4 sind. Gilt C₁=C₂=C _r sowie R₁-R₂=±π/2, geht Gl. (1) über in

C _o = C _r (2)

Die Beziehung (2) bedeutet, daß die Gesamt-Nachgiebigkeit der Aufhängung unabhängig von der Richtung in der zur gedachten parallelen Ebene ist, wenn die Nachgiebigkeit der ersten gleich der der zweiten RPLS und der Winkel zwischen einer Blattfeder der ersten RPLS und einer Blattfeder der zweiten RPLS ein rechter ist. In Fig. 2 ist ein Beispiel einer Aufhängung gezeigt, die richtungsunabhängig ist.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Aufhängung mit vier RPLS gezeigt, die über die starren Wände 4 a, 4 b, 4 c in Reihe geschaltet sind. Diese Aufhängung läßt sich mit kleineren Bauhöhen ausführen als eine Aufhängung aus nur zwei RPLS. Da die Funktion dieser Aufhängung theoretisch gleich der in Fig. 1A gezeigten ist, ist eine Beschreibung überflüssig.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform einer Aufhängung mit zwei RPLS gezeigt, die jeweils vier Blattfedern 2 aufweisen.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform einer Aufhängung gezeigt, welche den bewegbaren Körper beidseitig symmetrisch hält.

Liegen die gedachten Ebenen der reihengeschalteten RPLS parallel zueinander, behindern diese sich gegenseitig nicht, da eine Reihe von RPLS den bewegbaren Körper in einer Ebene führt, die nicht gekrümmt ist. In diesem Fall liegt der Mittelpunkt der Haltekraft im Schwerpunkt, so daß zwischen der Haltekraft und der Trägheitskraft ein nur schwaches Drehmoment auftritt. Die Aufhängung nach Fig. 5 arbeitet also sehr stabil.

In Fig. 6A ist eine Ausführungsform einer Aufhängung mit zwei RPLS dargestellt. Beide RPLS weisen zwei Blattfedern auf (Fig. 6A). Diese Blattfedern überdecken einander nicht, wenn im rechten Winkel zu ihnen betrachtet. Nach Fig. 6B sind bei einer Modifikation der Anordnungen nach Fig. 6A die Blattfedern 2 b, 2 d der Fig. 6A jeweils zu zwei Hälften unterteilt, die symmetrisch angeordnet sind. In diesen Fällen läßt die Aufhängung sich leicht mit einer zweiteiligen Metallform ausbilden. Anstelle der Blattfedern 2 b, 2 d lassen sich auch die Blattfedern 2 a, 2 c in Fig. 6A aufteilen.

Auf diese Weise erhält man eine Aufhängung für einen in einer Ebene bewegbaren Körper, die kaum eine mechanische Resonanz, eine hohe Festigkeit, eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe Stabilität zeigt. Insbesondere ist die beschriebene Aufhängung brauchbar für einen Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen, da die Spurnachführung im allgemeinen ein Stellelement erfordert, das den bewegbaren Körper 2dimensional translatorisch mit nur schwacher Resonanz und hoher Stabilität bewegt.

Ein Beispiel für eine Stellanordnung in einem Lesekopf für optisch gespeicherte Informationen mit einer Aufhängung ist in Fig. 7 gezeigt. Diese Stellanordnung bewegt eine Fokussierlinse 6, die einen Lese-Lichtpunkt auf der Informationsspur eines Informationsträgers ausbildet. Die Fokussierlinse 6 ist in einem Linsenhalter 5 gehalten, an welchem die Spurführungsspulen 7 a, 7 b und eine Fokussierspule 10 befestigt sind. Der bewegbare Körper besteht aus der Fokussierlinse 6, dem Linsenhalter 5, den Spurführungsspulen 7 a, 7 b und der Fokussierspule 10 und ist mit einer Aufhängung aus zwei Paaren von RPLS aufgehängt. Ein Paar RPLS besteht aus aus den Blattfedern 2 a und den starren Wänden 4 a, 4 b, 4 c, das andere Paar RPLS aus den Blattfedern 2 b und den starren Wänden 4 d, 4 e, 4 f. Die starren Wände 4 a, 4 d sind am Linsenhalter 5 befestigt, während die starren Wände 4 c, 4 f mit einem Fixblock (nicht gezeigt) gehalten sind. Die Spurführungsspule 7 a liegt im Luftspalt eines magnetischen Flußkreises aus den Magnetjochs 8 a und den Magneten 9 a, die andere Spurführungsspule 7 b im Luftspalt des magnetischen Flußkreises mit den Magnetjochs 8 b und den Magneten 9 b. Die Spurführungsspulen 7 a, 7 b treiben den bewegbaren Körper mit Hilfe der magnetischen Flußkreise an. Die Fokussierspule 10 liegt im Luftspalt von zwei magnetischen Flußkreisen mit den Magnetjochs 11 a, 11 b und einem Magnet 12 a, 12 b, um den bewegbaren Körper in der Fokussierrichtung anzutreiben. Die Aufhängung nach Fig. 7 erlaubt, den bewegbaren Körper parallel zur Spurnachführ- und zur Fokussierrichtung zu bewegen; andere Bewegungen sind unterdrückt.

Da diese Stellanordnung rotationssymmetrisch um die optische Achse der Fokussierlinse aufgebaut ist, arbeitet sie extrem stabil. Die Stabilität der Stellanordnung läßt sich auch verbessern, wenn man sie mit ebener Symmetrie aufbaut; eine maximale Stabilität erhält man, wenn man sie sowohl rotations- als auch ebensymmetrisch aufbaut.

Claims (3)

1. Schwingungsdämpfende Aufhängung für zweidimensional bewegliche Bauteile mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Blattfederanordnungen, von denen jede mindestens zwei in verschiedenen parallelen Ebenen liegende Blattfedern gleicher Länge umfaßt, die zwischen ebenfalls zueinander parallelen starren Elementen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn jeder der Blattfederanordnungen zusammen mit den einander zugewandten Flächen der sie lagernden starren Elemente im Querschnitt gesehen einen Rhombus bilden und daß die Rhomben benachbarter Blattfederanordnungen unterschiedliche spitze Winkel (R₁, R₂) aufweisen.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern zweier benachbarter Blattfederanordnungen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.

3. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern einer Blattfederanordnung zueinander seitlich versetzt sind.