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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Vorrichtungen,
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die geeignet sind, eine Plattform bzw. Abschnitte derselben gegen
Schallfrequenzschwingungen zu isolieren, und insbesondere Vorrichtungen, die mit
starren Bauelementen die Schallwellen dämpfen bzw. abschwächen, um Maschinen, mechanische
Bauteile oder Präzisionsbewegungsabläufe etc. gegen Störungen durch Schallfrequenzschwingungen
abzuschirmen.
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Es ist häufig wünschenswert oder sogar notwendig, die Obertragung
und Weiterleitung von Schallfrequenzschwingungen an einen bestimmten Ort zu begrenzen
bzw. zu verringern.
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So ist es z.B. erforderlich, daß gewisse hochempfindliche präzisionsgesteuerte
Bewegungsabläufe gegen von außen kommende Schallschwingungen und Vibrationen isoliert
sind.
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Ebenso erfordern häufig Schallempfänger, z.B. Unterwasserrichtschallempfänger,
eine Isolierung gegen Umgebungsschallschwing ngen, um zu verhindern, daß Schwingungen
aus anderen Quellen und anderen Richtungen als den gewünschten empfangen werden.
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Desgleichen ist es oft vorteilhaft, Schallschwingungsquellen zu isolieren,
um zu vermeiden, daß Personen oder Geräte in deren Umgebung durch Schallschwingungen
gestört werden.
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Aus diesem Grund werden bereits motorbetriebene Geräte, wie z.B. Werkzeugmaschinen,
häufig auf elastischen Unterlagen montiert, um die störenden Schwingungen und Vibrationen,
die solche Geräte verursachen, zu vermindern.
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In der Vergangenheit wurde zum Zweck der Abschirmung gegen und Dämpfung
von Schallschwingungen die Verwendung von Gummipolstern, Matten und ähnlichem vorgeschlagen.
Die Verwendung solcher hochelastischer Isoliermaterialien hat den Nachteil , daß
derartige Werkstoffe mit der Zeit ihre Elastizität verlieren und letztendlich hart
werden, wodurch der Abschirm- und Dämpfungseffekt verloren geht.
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Es wurden auch bereits Servosysteme vorgeschlagen, um Schwingungsgeräusche
wirksame zu löschen oder zu dämpfen.
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Derartige Systeme sind nicht nur verhältnismäßig teuer,
sondern
haben den weiteren Nachteil, daß sie sehr empfind lich und kompliziert und damit
störanfällig sind Solche nach dem Stand der Technik bekannten Servosysteme haben
sich daher als unwirtschaftlich und unzuverlässig erwiesen.
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Eine weitere bekannte Methode, um Schwingungsgeräusche zu löschen
oder zu dämpfen, besteht darin, eine durch Interferenz auslöschende Schwingung durch
das gleiche Medium zu senden, durch das sich die störenden Schallwellen fort pflanzen,
um so das Geräusch zu löschen oder zumindest deutlich zu verringern. Solche Systeme,
die gegenläufige Löschfrequenzschwingungen verwenden, haben sich jedoch als sehr
kostspielig und/oder wenig zuverlässig und hochempfindlich erwiesen. Des weiteren
beruhen alle vorbeschriebenen Methoden auf geringer Steifheit und haben folglich
nur geringe Stabilität.
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Es besteht daher seit langem der Wunsch nach Vorrichtungen9 die der
Isolierung gegen Schallschwingungen dienen und dabei vergleichsweise billig und
zugleich zuverlässig sind.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Schallisoliervorrichtung,
die die folgenden Bestandteile aufweist: - eine Plattform bzw. Auflagefläche zur
Aufnahme sehr gungsempfindlicher Einrichtungen; - starre Verbindungs-Bauelemente,
um die Plattform bzw Auflagefläche starr mit der Umgebung einschließlich von Schwingungsquellen
zu verbinden; sowie - Bauelemente einschließlich der genannten starren Bauele mente
zum AbschwAchen der Schwingungen im gewünschten Frequenzbereich.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es, starre Ver bindungs-
und Dämpfungsbauelemente vorzusehent mit denen Schwigung-n im Bereich des hörbaren
Schalls s sowie des Inf;---und Ultraschalls gelöscht oder zumindest wesentlich ver
ringert werden können.
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Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, die
Amplitude einer Geräuschschwingung in einem
gewählten Frequenzbereich
durch Bauelemente aus starren Materialien zu dämpfen, deren wirksame Länge durch
Falten und Zurückfalten vergrößert ist, um so einen wesentlich verlängerten Weg
für die Schwingungen in jenem Material zu liefern, wodurch deren Amplitude wirksam
verringert wird.
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In einer weiteren Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung werden
starre Verbindungsbauelemente verwendet, bei denen der Weg der Schwingungsleitung
Abschnitte unterschiedlicher Impedanzen aufweist, wodurch Reflektion und Interferenz
der Schallwellen in dem Verbindungsbauelement hervorgerufen werden.
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In einer ähnlichen Ausführungsform der Erfindung werden Bahnen für
die Schwingungsleitung verwendet, die bereichsweise aus verschiedenen Materialien
hergestellt sind, um so Bereiche höherer und niedrigerer Dichte bzw. Masse oder
höherer und niedrigerer Elastizität auszubilden.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung bedient sich starrer Verbindungselemente,
die aus Bereichen bestehen, die so gefaltet sind, daß sie einen kastenförmigen Raum
umschließen, in dem sich stehende gegenläufige Wellen ausbilden, die dazu dienen,
unerwünschte Schallfrequenzen wirksam zu löschen.
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Funktionsweise und Anwendung der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Beschreibung bevorzugter und in den Figuren dargestellter Ausführungsformen
verdeutlicht.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des
starren schallisolierenden Verbindungselementes.
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Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Verbindungselementes.
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Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführung
einer gegen Schallfrequenzen isolierten Plattform bzw. Auflage.
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Fig. 4 und 5 sind Schnitte durch weitere Ausführungsformen schallisolierender
Verbindungselemente nach der Erfindung.
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Fig. 6'ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform.
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Das Schallisolierungs-Bauelement 11 in Fig. 1 stellt eine starre Verbindung
mit der Auflage bzw. Plattform 12 her9 auf der ein schwingungsempfindliches Gerät
13 montiert ist.
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Die Auflage 12 ist, wie dargestellt, im wesentlichen waagrecht angeordnet,
wobei Bauelement 11 die Verbindung zu einer oder mehreren Schwingungsgeräuschquellen
oder damit in Verbindung stehenden Bauteilen, angedeutet durch die Pfeile 14 und
16, herstellt. 14 und 16 sind durch flache9 waagrechte Abschnitte 17 und 18 mit
dem Rest des Aufbaues verbunden. Die flachen, horizontalen Abschnitte 17 und 18
sind mit vertikalen Abschnitten 19 und 21 verbunden9 die ihrerseits mit den horizontalen
Abschnitten 22 und 23 verbunden sind. 22 und 23 wiederum sind über die vertikalen
Abschnitte 24 und 26 mit der Auflage 12 verbunden Die durch diesen Aufbau erzielte
Dämpfung beruht auf dem langen Weg, den die unerwünschten Schwingungen zurücklegen
müssen.
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Die Schwingungen müssen sich, statt direkt von den Schwingungsquellen
14 und 16 auf die Plattform 12 übertragen zu werden, durch die verwinkelte Bahn
der horizontalen und vertikalen Abschnitte des Bauelementes 11 fortpflanzen.
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Die horizontalen und vertikalen Abschnitte bewirken ihrerseits durch
die Veränderung der Schwingungsrichtung eine zusätzliche Dämpfung.
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Der Schnitt entsprechend Fig. 2 stellt eine andere usführungsform
einer erfindungsgemäßen starren Verbindung 30 mit einer schwingungsisolierten Plattform
32 dar, auf der ein schwingungsempfindliches Bauteil 33 montiert ist. Die Plattform
32 ist mit den im wesentlichen senkrechtcan Abschnitten 40 bzw. 50 verbundene die
ihrerseits d den ersten waagrechten Abschnitten 35a und 35b verbunden sind Die waagrechten
Abschnitte 35a und 35b sind mit den senkrechten Abschnitten 34 und 36 und über diese
mit den zwei ten, cberer waagrechten Flächen 37 und 38 verbunden Diese oberen, waagrechten
Abschnitte 37 und 38 stehen mit 9 dn wesentlichen senkrechten Abschnitten 29 und
31 in Verein dung, die ihrerseits zu dritten, waagrechten Abschnitten 42 und 43
führen, welche mit den senkrechten Abschnitten
44 und 46 verbunden
sind. Diese wiederum führen zu den waagrechten Abschnitten 47 und 48.
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In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden
Schallschwingungen, die durch die umgebende Luft übertragen werden, durch schallabsorbierendes
Material 49 gedämpft, mit dem die aus den verschiedenen Abschnitten gebildeten Hohlräume
ausgestattet sind. Auf diese Art können Schwingungen, die normalerweise durch die
Luft übertragen werden, gedämpft werden.
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Es soll an dieser Stelle erwähnt werden, daß die Abmessungen der verschiedenen
Abschnitte des Verbindungsbauelementes so angepaßt werden können, daß gegenläufige,
stehende Wellen entstehen, die mit den Schwingungen interferieren und so einen Teil
der Schwingungen in den horizontalen und vertikalen Abschnitten löschen. Es kann
also durch die Wahl der Länge der einzelnen Abschnitte eine Dämpfung der Schwingungen
nicht nur durch die Verlängerung des von den Schwingungen zurückzulegenden Weges
erreicht werden; bei entsprechenden Abmessungen wird durch diese selbst ein weiterer
Beitrag zur Schwingungsdämpfung erzielt. Liegt z.B. eine Schwingung im Bereich von
0,1 bis 10 kHz vor, so kann diese gedämpft werden, wenn die Abschnitte 37 und 32
beispielsweise eine Länge von 1 bis 5 cm haben. In diesem Fall interferiert die
sich zwischen den Abschnitten 32 und 37 ausbildende stehende Welle löschend mit
den durch diese Abschnitte geleiteten Schwingungen.
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Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform 51 weist eine schallisolierte
Plattform 53 auf, die über die bandartigen Abschnitte 54 bzwo 56 mit der oder den
Schwingungsquelle(n) verbunden ist. Die Abschnitte 54 und 56 sind jeder unter einem
Winkel von 45 gefaltet. Um z.B. zu erreichen, daß die Bandabschnitte senkrecht zur
ursprünglichen Richtung verlaufen, ist der einen Teil des Abschnittes 54 bildende
Abschnitt 57 umgefaltet; das gleiche gilt für den einen Teil des Abschnittes 56
bildenden Abschnitt 58. Die Abschnitte 57 und 58 sind wiederum unter einem Winkel
von 90 abgewinkelt und bilden die Abschnitte 59 und 60, die di-
rekt
mit der Auflage 53 verbunden sind. In den durch die gefalteten Abschnitte gebildeten
Hohlräumen kann schalldämpfendes Material angebracht werden, um so die Schwingungsdämpfung
zu unterstützen.
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Die Größe der gefalteten Abschnitte kann erfindungsgemäß so gewählt
werden, daß durch die Abschnitte 58 und 59 übertragene Schwingungen in der Auflage
53 gelöscht werden. Beispiele für Abmessungen bei einer Frequenz von weniger als
10 kHz sind in der nachstehenden Tabell aufgeführt: Abschnitte ~ Länge * 56 ca.
10 cm 58 ca. 10 cm 61 ca. 10 cm 53 ca. 10 cm *Die Abmessungen hängen von der Dicke,
Elastizität und Dichte des verwendeten Material ab.
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Das in Fig. 4 gezeigte starre Verbindungselement 71 stellt nur eine
Hälfte des eigentlichen Verbindungsaufbaus dar, der im wesentlichen symmetrisch
um den Punkt 72 der Plattform bzw. Auflage 73 angeordnet ist. Die Auflage 73 wird
durch den im wesentlichen senkrechten Abschnitt 74 getragen, der mit der Schwingungsquelle
76 über das Verbindungs teil 77 gekoppelt ist. Alle Abschnitte einschließlich der
Auflage 73 bestehen aus dem gleichen Material. Jeder Abschnitt weist jedoch einen
mit diesem integrierten Teil größerer Masse auf, die in der Fig. 4 mit 78, 79 und
81 bezeichnet sind. Durch diese Bereiche größerer nasse wird die Schwingungsgeschwindigkeit
beim Durchgang durch das starre Verbindungselement 71 geändert, was zu einer Reflexion
der Schallwellen führt, wodurch Fortpflanzungs störungen und löschende Interferenzen
bewirkt werden.
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Fig. 5 stellt das starre Verbindungselement 91 ebenfalls nur zur Hälfte
des um den Punkt 92 der Auflage 93 symmetrisch aufgebauten Elementes dar. Der Hauptdämpfungseffekt
der Vorrichtung 91 wird durch die unterschiedlichen Massen im senkrechten Absrhnitt
94, der den waagrechten Ab-
schnitt 96 mit der Auflage 93 verbindet,
bewirkt. Der Abschnitt 96 ist mit der Schaliquelle 97 verbunden. Beim Obergang vom
Abschnitt 96 zum Abschnitt 94 werden die Schwingungen von der unterschiedlichen
Masse, Elastizität bzw. Dichte des Abschnitts 94 derart beeinflußt, daß Frequenz
und Amplitude gedämpft werden..
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Fig 6 stellt eine Kombination der dämpfenden Vorrichtungen nach der
Erfindung dar, wobei das Verbindungsbauelement 101 eine Auflage bzw. Plattform 102
aufweist, die zwischen zwei senkrechten Abschnitten 103 und 104 aufgehängt ist;
die senkrechten Abschnitte 103 und 104 bestehen aus einem von dem Material der Plattform
102 abweichenden Material und sind mit im wesentlichen waagrechten Abschnitten 106
und 107 verbunden, die ihrerseits mit den senkrechten Abschnitten 108 und 109 in
Verbindung stehen. Einige oder alle der genannten Abschnitte wie z.B. 103, 104,
106, 107, 108 und 109 können aus dem gleichen Material bestehen, während die Abschnitte
111 und 112 vorzugsweise aus einem anderen Material hergestellt sind. Die Abschnitte
111 und 112 sind mit den im wesentlichen senkrechten Abschnitten 113 und 114 verbunden,
die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material bestehen wie die Abschnitte 103,
104, etc.
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und mit den im wesentlichen waagrechten Abschnitten 116 und 117 verbunden
sind, welche wiederum vorteilhafterweise aus dem gleichen Material bestehen wie
die Auflage 102 und die waagrechten Abschnitte 111 und 112. Die Abschnitte 116 und
117 stehen mit den Schwingungsquellen 118 und 119 in Kontakt, wie durch die Pfeile
angedeutet.
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Die Dämpfung mit der Vorrichtung nach 101 wird sowohl durch das Falten
des Fortpflanzungsweges der Schwingungen als auch durch die Verwendung unterschiedlicher
Werkstoffe für die einzelnen Abschnitte erzielt. Es muß bemerkt werden.
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daß in den Räumen zwischen den senkrechten Abschnitten,z.B.
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103 und 108 bzw. 104 und 109, schalldämpfendes Material 119 bzw. 121
abgebracht werden kann, um die Übertragung der Schwingungen im Luftraum zwischen
benachbarten vertikalen Bauteilen zu verringern. Gleichfalls kann schalldämpfendes
Material
in den Räumen zwischen den senkrechten Abschnitten 108 und 113 bzw. 109 und 114
angebracht werden.
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Die Schall- und Schwingungsdämpfung wird in den beschriebenen starren
Verbindungen durch die Verlängerung des zurückzulegenden Weges, die Auswahl geeigneter
Abmessungen zur Erzielung einer löschenden Interferenz der Schwingungsa frequenzen
in den Auflagen bzw. Plattformen,und durch die Verwendung verschiedener Werkstoffe
für die einzelnen Abschnitte der Verbindungsvorrichtung erzielt. Es werden also
Verbindungsvorrichtungen beschrieben, in denen eine im wesentlichen starre Verbindung
zwischen der Schallfrequenzschwingungsquell e und der von den schallfrequenten Schwingungen
zu isolierenden Auflage besteht. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird die Isolierung
jedoch nicht, wie üblich, durch Elemente höherer Elastizität oder durch komplizierte
Rückkopplungssysteme erzielt, sondern durch die Verwendung starrer Verbindungsabschnitte.
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Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen dient lediglich
der Darstellung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens und schränkt diesen in keiner
Weise ein.