DE3332239C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum aktiven Unterdrücken von Schwingungen bei einer Maschine mit einem Gehäuse, einer Achse und zumindest einem Körper, der sich im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse bewegt.

Um in einer Maschine einen oder mehrere Teile in Bewegung zu setzen, ist es notwendig, eine Kraft auf diese Teile auszuüben. Die Grundlagenphysik beschreibt, daß eine Kraft nicht einfach auf einen einzigen Körper ausgeübt werden kann, sondern auf zwei Körper ausgeübt werden muß. Daher muß bei Anwendung einer Kraft, um einen Körper in einer Maschine in Bewegung zu setzen, gleichzeitig eine Gegenkraft auf den Rest der Maschine ausgeübt werden. Demzufolge lösen die Reaktionskräfte in der Maschine Schwingungserscheinungen in der Maschine aus.

Es wurden in der Vergangenheit viele Verfahren zum Steuern und Dämpfen des Pegels ungewünschter mechanischer Schwingungen in Maschinen beschrieben. Einige dieser Verfahren werden in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Fundamental Conceps of Vibration Control" von Jerome E. Ruzicka (Sound and Vibration, July 1971, S. 16 . . . 23) beschrieben.

Beispielsweise wird für passive Schwingungsisolierung und Schwingungsabsorption eine Kombination von Federn und Dämpfern zum Isolieren des Schwingungskörpers von der Umgebung und zum Absorbieren und Ableiten von Schwingungsenergie benutzt. Probleme mit diesen Verfahren beziehen sich jedoch auf die Tatsache, daß diese Technik nicht gleichzeitig zum Verringern der Amplitude der Verschiebung der Maschine durch die Schwingungseinflüsse und der sich durch den Maschinenblock fortpflanzenden Schwingungskräfte verwendbar ist. Außerdem verhält sich eine Maschine mit passiver Schwingungsisolierung und Schwingungsabsorption nicht wie eine konstante mechanische Impedenz (d. h. sie verhält sich nicht wie ein massiver Körper mit konstanter Masse). Dieser letztge­ nannte Faktor kann in Luft- und Raumfahrtanwendungen Probleme mit sich bringen.

Ein weiteres Schwingungsdämpfungsverfahren be­ zieht sich auf die mechanische Auswuchtung. Ein rhom­ bischer Antrieb ist ein Beispiel dieser Methode, bei der jeder beweglichen Masse durch eine auswuchtende Gegen­ masse entgegengewirkt wird, die in der Gegenrichtung der beweglichen Masse mechanisch angetrieben wird. Probleme mit dieser Methode ergeben sich daraus, daß die Aus­ wuchtung durch die Genauigkeit, Symmetrie und Linearität einer jeden Ausgleichskomponente begrenzt wird. Weiter beinhaltet das mechanische Auswuchten ungewünschte Kon­ struktionsbedingungen, wie z. B. wesentlich größere Maschinenvolumen und eine größere Anzahl be­ weglicher Teile. Außerdem kann die Durchführung dieser Methode durch zeitliche oder externe Einflüsse stark beeinträchtigt werden.

Ein anderes damit verknüpftes Schwingungs­ dämpfungsverfahren ist der passive Schwingungsausgleich, bei dem man sich beim Trägheitsausgleich einer resonieren­ den Feder-Gegenmasse-Kombination bedient. Dieses Ver­ fahren ist einigermaßen wirksam, wenn die auszugleichende Trägheitskraftunwucht bei einer einfachen konstanten Frequenz zunächst sinusförmig ist. Die Feder-Masse- Kombination kann auf diese Frequenz so abgestimmt werden, daß sie auf Schwingungen durch Oszillieren zur Abhilfe der Schwingungen anspricht. Jedoch ist die Wirksamkeit dieses Verfahrens beschränkt, weil ein Ausgleich nur bei der einfachen ausgewählten Frequenz auftritt, die Höhe des Ausgleichs von den Eigenschaften der mechanischen Verbindung zwischen der Maschine und ihrer Umgebung ab­ hängig ist und die Durchführung durch zeitliche oder externe Einflüsse stark beeinträchtigt sein kann. Wie im Fall der mechanischen Auswuchtung muß außerdem jeder bewegliche Körper normalerweise mit einer Feder-Gegen­ masse-Kombination ausgerüstet werden. Dies ergibt wieder größere Maschinenvolumen und eine größere Anzahl be­ weglicher Teile.

Das bisher neueste beschriebene Verfahren der Schwingungsdämpfung bedient sich der aktiven Schwingungs­ isolierung und Schwingungsabsorption. In diesem Ver­ fahren wird ein Fühler an der schwingenden Maschine be­ festigt. Der Fühler erzeugt ein Ausgangssignal, das zur Beschleunigung der Maschine proportional ist. Das Fühler­ ausgangssignal wird von einem Signalprozessor verarbeitet, der ein Steuersignal zum Antreiben einer Reaktionsmasse derart erzeugt, daß die Gesamtbeschleunigung der Maschine verringert wird (siehe z. B. US-PS 40 83 433 und "Comparison of Optimized Active and Passive Vibration Absorbers", von J. Morison et al., Joint Automatic Control Conference of the American Automatic Control Council, 11973, S. 932 . . . 938).

Diese neuen aktiven Schwingungsdämpfer sind nicht ganz problemlos. Da das Rückkopplungssignal aus der Gesamtbewegung der Maschine herrührt, wird der Netto­ ausgleich durch die Eigenschaften des Maschinenblocks beeinflußt. Der mechanische Block beschränkt daher die Leistung und kann auch die Stabilität der Rückkopplungs­ schleife beeinflussen. Außerdem wird mit diesem Schema versucht, die Maschine in einem einzigen Trägheitsreferenz­ rahmen zu halten. Hierdurch wird eine Schwankung der mecha­ nischen Impedanz der Maschine sowohl mit der Frequenz als auch mit der Zeit verursacht. Der Schwingungsdämpfer wirkt sich also in einen Widerstand und in eine Gegenwirkung jeder Bewegung der Maschine aus, ob diese nun eine Schwingung oder eine Translation ist. Diese Probleme können sehr wichtig sein, wenn die Maschine mit dem Schwingungsdämpfer in der Luftfahrt oder in der Raumfahrt verwendet werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Leistungsfähigkeit in der Zeit oder durch externe Einflüsse möglichst wenig beeinträchtigt wird und die eine minimale Änderung im Grundplan der Maschine erfordert, wobei eine möglichst geringe Änderung in der mechanischen Impedanz der Maschine auftreten soll.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch folgende Elemente:

• a) eine Gegenmasse, die in bezug auf das Gehäuse in einer Richtung parallel zur Achse linear hin und her bewegt werden kann,
• b) einen mit dem Gehäuse gekoppelten Motor zum Antreiben der Gegenmasse in einer Richtung parallel zur Achse,
• c) Mittel zum Fühlen der axialen Position des beweglichen Körpers oder einer zeitllichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse, wobei dieses Mittel ein Ausgangssignal erzeugt,
• d) Mittel zum Fühlen der axialen Position der Gegenmasse oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse, wobei dieses Mittel ein Ausgangssignal erzeugt, und
• e) eine Steuereinrichtung, durch welche der Motor in Abhängigkeit aller Fühler-Ausgangssignale so angesteuert wird, daß die axiale Beschleunigung der Gegenmasse in einer entgegengesetzten Richtung zur axialen Beschleunigung des beweglichen Körpers erfolgt, wobei die Größe der Beschleunigung der Gegenmasse gleich ist dem Produkt aus der Beschleunigung des beweglichen Körpers und seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin,

• a) daß die Maschine mehrere Körper aufweist, die sich im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse bewegen,
• b) daß getrennte Mittel zum Fühlen der axialen Position eines jeden beweglichen Körpers oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position vorgesehen sind, wobei jedes Fühlermittel ein getrenntes Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Bewegung des zugeordneten beweglichen Körpers ist, und
• c) daß die Steuereinrichtung den Motor derart steuert, daß die Größe der axialen Beschleunigung der Gegenmasse gleich ist der Vektorsumme der Produkte aus der axialen Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers und seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse.

Vorzugsweise enthalten die Fühlermittel je einen Beschleunigungsmeßwert-Umwandler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Beschleunigung ist. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Fühlermittel je einen Geschwindigkeitsmeßwert-Umwandler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Geschwindigkeit ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten die Fühlermittel je einen Positonsmeßwert-Umwandler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Position ist. Derartige Fühlermittel besitzen relativ stabile Ausgänge und sind verhältnismäßig einfach aufgebaut.

Vorzugsweise enthält die Steuereinrichtung

• a) Verstärkermittel zum getrennten Verstärken des Ausgangssignals eines jeden Fühlermittels, wobei dieses Verstärkermittel getrennte verstärkte Ausgangssignal erzeugt, die jedem beweglichen Körper und der Gegenmasse zugeordnet sind,
• b) Mittel zum Addieren der verstärkten Ausgangssignale, wobei dieses Addiermittel ein Fehlersignal erzeugt, und
• c) Rückkopplungsverstärkermittel zum Verstärken des Fehlersignals und zum Erzeugen eines Signals zum Treiben des Motors.

Als Verstärkermittel können ein oder mehrere Verstärker vorgesehen sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind Federmittel zum Erzeugen einer Kraft zwischen der Gegenmasse und dem Gehäuse vorgesehen, wobei diese Kraft im wesentlichen als eine lineare Funktion des axialen Abstandes zwischen der Gegenmasse und einer Gleichgewichtsposition der Gegenmasse variiert. Die Anordnung der Federmittel zwischen der Gegenmasse und dem Gehäuse dient zur Verringerung der Leistungsaufnahme. Der Motor, der Federmittel und die Gegenmasse können auf die voherrschende Schwingungsfrequenz der Maschine abgestimmt werden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß das Federsignal ein Maß für die Netto-Relativ-Bewegung zwischen den beweglichen Teilen der Maschine, der Gegenmasse und des Maschinengehäuses ist. Da die Gesamtbewegung der Maschine nicht detektiert wird, wird die Einrichtung nicht durch die Wahl des Maschinenblocks beeinflußt. Daher kann ein steifer Block benutzt werden, was sich dahingehend auswirkt, daß sich die mechanische Impedanz der Maschine wie eine reine Masse verhält.

Da ein Fehlersignal erzeugt und zum Motor zurückgeführt wird, der die Gegenmasse treibt, hat die Einrichtung des weiteren viele der Vorteile eines Regelkreises. Die Rückkopplung kann Nicht-Linearitäten des Motors, der Feder und der Lager ausgleichen. Sie kann weiter nicht sinusförmige oder sinusförmige Störungen mit schwankender Frequenz ausgleichen. Außerdem kann die Änderungen in der Umgebung oder einen Rückgang der Beschaffenheit in der Zeit ausgleichen. Toleranzen sind nicht dermaßen kritisch wie bei der reinen Auswuchtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß eine einzige Gegenmasse beliebiger Abmessung, beliebiger Anordnung und eines beliebigen Hubs eine komplizierte Kombination innerer Oszillationskörper einer Maschine ausgleichen kann. Hierdurch werden zunächst beschränkende Aufbaubedingungen beseitigt.

Die Erfindung wird an Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers, der auf einer schwingenden Maschine angeordnet ist,

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Steuereinrichtung für einen Schwingungsdämpfer nach der Erfindung,

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Maschine mit einem Körper, der sich in einer hin- und hergehenden Drehbewegung bewegt, und mit einer Gegenmasse, die sich in einer parallelen Ebene in einer Drehbewegung linear hin- und herbewegen kann, zum Gebrauch in einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer.

Fig. 1 zeigt einen Schwingungsdämpfer nach der Erfindung in der Kombination mit einer Maschine darge­ stellt, deren Schwingung abzuschwächen ist. Die Maschine 10 enthält einen oder mehrere bewegliche Körper 11a-c. In Fig. 1 wird der bewegliche Körper 11c mit der Masse m₁ linear entlang der Achse 12 der Maschine vom Motor 14 hin- und herbewegt. Der Körper mit der Masse m₂ wird ent­ lang der Achse 12 vom Motor 16 linear hin- und herbewegt. Schließlich wird der Körper mit der Masse m_n entlang der Achse 12 von der Feder 18 (und einer nicht dargestell­ ten Quelle zum Zuführen des in der Zeit verloren gehenden geringen Energiebeitrags) linear hin- und herbewegt.

Obgleich nur drei bewegliche Körper in Fig. 1 dargestellt sind, kann erfindungsgemäß jede Anzahl derartiger Körper in der Maschine 10 vorgesehen werden. Außerdem kann im allgemeinen jeder Körper auf jedem Weg (gekrümmt oder gerade und in einer, zwei oder drei Richtungen) sich bewegen, und der Weg eines jeden beweg­ lichen Körpers kann verschieden sein.

In der Praxis kann die Maschine 10 beispielsweise ein Stirling-Cryogenerator sein. Die beweglichen Teile in einem derartigen Generator enthalten Kolben und Ver­ dränger, die sich parallel zu einer oder mehreren Achsen hin- und herbewegen. In manchen Fällen können die Kolben von linearen Schwingspulenmotoren vom Typ mit beweglichem Magnet getrieben werden. In manchen Fällen können die Verdränger indirekt durch den Fluß des Arbeitsgases durch die Zylinder getrieben werden.

In Stirling-Cryogeneratoren und sonstigen Maschinen, in denen eine Schwingung durch innere beweg­ liche Körper ausgelöst wird, ist es oft wünschenswert, einen Teil der Maschine schwingungsfrei zu machen. Da man sich normalerweise das Maschinengehäuse schwingungsfrei wünscht, ist es zweckmäßig, dieses als den Referenzpunkt für die zu dämpfende Schwingung zu nehmen. Also kann jede Bezugsnahme auf das Gehäuse in dieser Beschreibung auch andere wählbare Bezugspunkte umfassen.

Der Schwingungsdämpfer nach Fig. 1 enthält eine Steuereinrichtung 20 mit Signaleingängen aus Um­ wandlern und mit einem Ausgang zum Treiben des Motors 24. Der Motor 24 treibt die Gegenmasse 26 in einer Rich­ tung parallel zur Achse 12 an. Die Feder 28 kann gegebenenfalls zwischen der Gegenmasse 26 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden, um die Gegenmasse 26 im Mittel in der Hubmitten­ stellung zu zentrieren. Zusätzlich können die Feder 28 und die Gegenmasse 26 auf die vorherrschende Schwingungs­ frequenz abgestimmt werden, wenn vorhanden, um Energie zu sparen. Dies ist vorteilhaft, wenn die zu dämpfende Störung, wie bekannt, eine vorherrschende Schwingung bei einer konstanten Frequenz enthält. Der Effekt davon wäre eine wesentliche Verringerung der Motorantriebsleistung.

Umwandler können beispielsweise Positions­ meßwert-, Geschwindigkeitsmeßwert- oder Beschleunigungs­ meßwertfühler oder Kombinationen derartiger Fühler sein. Positionsmeßwertumwandler mit linearen variablen Diffe­ renzialübertragern (LVDT) werden bevorzugt, weil sie einen relativ einfachen und preisgünstigen Aufbau haben und ihre Ausgangsspannung verhältnismäßig linear und zeitlich stabil ist. Jedoch können andere geeignete Um­ wandler im Schwingungsdämpfer nach der Erfindung verwendet werden.

Zum Dämpfen der Schwingung einer Maschine müssen die Meßwertumwandler die Position der in der Maschine beweglichen Körper 11 oder eine zeitliche Ableitung oder ein Zeitintegral dieser Position in bezug auf jenen Teil der Maschine messen, der schwingungsfrei sein soll (das Gehäuse). Diese große Auswahl ergit sich aus nachstehen­ der Analyse.

Zunächst wird der Impuls p aller beweglichen Teile in der Maschine bzw. im Schwingungsdämpfer durch nachstehende Gleichung gegeben:

(Für obige und folgende Gleichungen sind die verschiedenen Symbole in der Tabelle 1 definiert).

Da die ausgeübte Kraft von einem beweglichen Körper gleich der Änderungsrate des Impulses mit der Zeit ist (die erste zeitliche Ableitung des Impulses), kann die Gleichung (1) in geänderter Form wie folgt geschrieben werden:

Nunmehr wird

gesetzt.

Dabei entfallen die letzten zwei Terme der Gleichung (2), und die Maschine bzw. der Schwingungsdämpfer wirkt auf die Umgebung genau wie eine Gesamtmasse von der Größe

M + M_c + Σm_i (4)

Also sind die ganze, nicht konstante, mechanische Impedanz und die Schüttelkraft beseitigt.

Erfindungsgemäß ist die Schwingungsdämpfung voll­ ständig, insofern die Gleichung (3) gilt. Da es möglich ist, die Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers 11a-c und der Gegenmasse 26 direkt zu messen, ist es wünschenswerter, die Position eines jeden zu messen. Dies geschieht mit Positionsfühlern. Dementsprechend wird, statt der Gleichung (3) als Kriterium für Schwingungsdämpfung, bevorzugt folgende Gleichung eingesetzt:

M_cX_c = Σm_iX_i (5)

So ist, wenn die Gleichung (5) erfüllt wird, die Gleichung (3) und daher die Schwingung beseitigt.

Um den Motor 24 so zu steuern, daß die Bewegung der Gegenmasse 26 die Gleichung (5) erfüllt, kann ein elektronisches Signal erzeugt werden, das bei­ spielsweise einen Wert gleich Null hat, wenn die Gleichung (5) erfüllt wird. Wenn jeder Meßwertumwandler 22 eine Ausgangsspannung hat, die eine lineare Funktion seiner Eingangsspannung ist, beispielsweise einige Volt pro Meter, was bevorzugt wird, würde das elektronische Signal wie folgt aussehen:

Tabelle 1

m_i ist die Masse des 1. beweglichen Körpers
M_c ist die Masse der Gegenmasse
M ist die Masse aller Teile der Maschine bzw. des Schwingungs­ dämpfers, die sich in bezug auf das Gehäuse nicht be­ wegen
X_i ist der Weg des 1. beweglichen Körpers in bezug auf seine Mittelstelle gegen das Maschinengehäuse
X_c ist der Weg der Gegenmasse in bezug auf ihre Mittelstelle gegen das Maschinengehäuse
Z ist der Weg der vollständigen Maschine in bezug auf einen Bezugsträgheitsrahmen
T_i ist die Meßwertumwandlerkonstante für den 1. beweg­ lichen Körper (z. B. Volt pro Meter)
T_c ist die Meßwertumwandlerkonstante für die Gegenmasse (z. B. Volt pro Meter)
F ist die Nettokraft zwischen der Maschine und ihrer Um­ gebung
V_i ist das Spannungsausgangssignal aus dem 1. Positions­ meßwertumwandler
V_c ist das Spannungsausgangssignal aus dem Gegenmassen- Positionsmeßwertumwandler.

Die vorbeschriebene Schwingungsdämpfungstheorie kannn in der Praxis im Steuersystem nach Fig. 2 benutzt werden. In Fig. 2 wird die Ausgangsspannung V_i eines jeden Positionsmeßwertumwandlers mit Ausnahme des Gegenmassen- Positionsmeßwertumwandlers zunächst durch einen Gewichtungs­ faktor W_i verstärkt, bevor sie einem Summierungsverstärker 32 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung V_c des Gegenmassen- Positionsmeßwertumwandlers gelangt direkt an den Sum­ mierungsverstärker 32. Jeder Gewichtungsfaktor W_i wird durch folgende Gleichung gegeben

die einfach durch Neuordnung der Gleichung (6) erhalten wird. Selbstverständlich können andere geeignete Gewich­ tungsschemata auch erfindundgsgemäß verwendet werden. Vor­ zugsweise werden Operationsverstärker oder andere lineare Niederleistungsverstärker zur Verwirklichung der Gewichtung der Meßwertumwandler-Ausgangsspannungen verwendet. Also ist die Ausgangsspannung des Summierungs­ verstärkers 32 ein Fehlersignal

V_error = ΣW_iV_i - V_c (8)

Wenn dieses Fehlersignal auf Null gebracht wird, wird auch die Gleichung (3) erfüllt.

Auf andere Weise ist es möglich, die Beschleu­ nigung eines jeden beweglichen Körpers und der Gegenmasse direkt zu messen und dafür die Quantitäten in der Gleichung (3) direkt zu berechnen. Folgerichtig kann jede andere zeitliche Ableitung oder jedes andere Zeitintegral der Positionen der beweglichen Körper und der Gegenmasse be­ nutzt werden, was direkt oder indirekt mit den Beschleuni­ gungen in Zusammenhang gebracht werden kann. Es ist auch möglich, die Meßwertumwandler 22 zu mischen, z. B. können Positionsmeßwertumwandler, Geschwindigkeitsmeßwertum­ wandler und Beschleunigungsmeßwertumwandler in je einem bestimmten Gerät verwendet werden. In diesem Fall können die Meßwertumwandler-Ausgangsspannungen elektronisch zeit­ lich differenziert oder integriert werden, um kompatible Signale für den Summierungsverstärker 32 zu erzeugen.

Summierungsverstärker 32 kann jeder geeignete Verstärker sein, beispielsweise ein Operationsverstärker. Die Ausgangsspannung des Summierungsverstärkers 32 muß möglichst linear über die gewünschte Bandbreite sein (mehrere Male die Schwingungsgrundfrequenz).

Sobald das Fehlersignal erhalten wird, wird es vorzugsweise durch den Ausgleicher 34 oder ein anderes Gerät verarbeitet, das dazu dient, die Steuereinrichtung in ihrem Operationsbereich zu stabilisieren. Die Aus­ gangsspannung des Ausgleichers 34 wird vom Steilheits­ verstärker 36 verstärkt, dessen Ausgangsspannung zum An­ treiben des Motors 24 benutzt wird. Der Verstärker 36 ist vorzugsweise ein Hochleistungsverstärker, wie zum Beispiel ein impulsbreitenmodulierter Verstärker.

Die Motorkraftkonstante wird mit B. L. dargestellt, worin B das Magnetfeld und L die Länge der Motor­ spule ist. Schließlich treibt der Motor 24 die Gegen­ masse 26 so an, daß die Position der Gegenmasse mit der Zeit variiert. Der Block 38 in Fig. 2 stellt die Um­ wandlungsfunktion im Verhältnis der Position X_c der Gegen­ masse zur Motorkraft dar. Das Symbol b ist der Dämpfungs­ faktor, k ist die Federkonstante und s ist die Laplace- Umwandlungsvariable.

Der an Hand der Fig. 2 beschriebene Dämpfer bringt das Fehlersignal auf Null. Wenn zum Beispiel die gewogene Mittelposition der beweglichen Körper negativ ist, ist das Referenzsignal (ΣW_iV_i) positiv. Wenn die Position der Gegenmasse positiv ist, ist V_c auch positiv. Wenn nunmehr die Größe der gewogenen Mittelposition der beweglichen Körper die Größe der Position der Gegenmasse überschreitet, überschreitet die Größe des Referenz­ signals den Wert von V_c. Infolgedessen ist das Fehlersignal der Gleichung (8) positiv und die Gegenmasse bewegt sich in der positiven Richtung, bis V_Fehler gleich Null ist. Änderungen in der gewogenen Mittelposition der beweglichen Körper werden von in der Position der Gegenmasse induzierten Änderungen gefolgt, so daß V_Fehler immer auf Null kommt und die Schwingung auf ein Mindestmaß gebracht wird.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Einnfachheit halber ist diese Ausführungsform mit einem einfachen beweglichen Körper 40 dargestellt, der sich drehend um die Achse 42 hin- und herbewegt. Zum Gegenwirken des durch die Bewegung des beweglichen Körpers 40 erzeugten Schwingungsmoments wird eine Gegenmasse 44 in einer Drehbewegung um die Achse 42 in einer der Bewegung des beweglichen Körpers 40 entgegen­ gesetzten Richtung angetrieben.

Im allgemeinen wird die Bewegung der Gegenmasse 44, wenn die Bewegung des beweglichen Körpers 40 nicht einheitlich ist und/oder es viele Körper in einer Dreh­ bewegung um die Achse 42 gibt, durch die Verwendung eines Dämpfers nach Fig. 2 gesteuert. Statt axialer Positions­ meßwertumformer würden die Meßwertumformer jedoch die Winkelposition eines jeden beweglichen Körpers und der Gegenmasse fühlen.

Claims (8)

1. Einrichtung zum aktiven Unterdrücken von Schwingungen bei einer Maschine (10) mit einem Gehäuse (30), einer Achse (12) und zumindest einem Körper (11a), der sich im Gehäuse (30) mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse (12) bewegt, gekennzeichnet durch folgende Elemente:

• a) eine Gegenmasse (26), die in bezug auf das Gehäuse (30) in einer Richtung parallel zur Achse (12) linear hin- und herbewegt werden kann,
• b) einen mit dem Gehäuse (30) gekuppelten Motor (24) zum Antreibenn der Gegenmasse (26) in einer Richtung parallel zur Achse (12),
• c) Mittel (22a) zum Fühlen der axialen Position des beweglichen Körpers (11a) oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse (30), wobei dieses Mittel (22a) ein Ausgangssignal erzeugt,
• d) Mittel (22d) zum Fühlen der axialen Position der Gegenmasse (26) oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse (30), wobei dieses Mittel (22d) ein Ausgangssignal erzeugt, und
• e) eine Steuereinrichtung (20), durch welche der Motor (24) in Abhängigkeit aller Fühler-Ausgangssignale so angesteuert wird, daß die axiale Beschleunigung der Gegenmasse (26) in einer entgegengesetzten Richtung zur axialen Beschleunigung des beweglichen Körpers (11a) erfolgt, wobei die Größe der Beschleunigung der Gegenmasse (26) gleich ist dem Produkt aus der Beschleunigung des beweglichen Körpers (11a) und seiner Masse m_n geteilt durch die Masse M_c der Gegenmasse (26).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Maschine (10) mehrere Körper (11a-c) aufweist, die sich im Gehäuse (30) mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse (12) bewegen,
• b) daß getrennte Mittel (22a-c) zum Fühlen der axialen Position eines jeden beweglichen Körpers (11a-c) oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position vorgesehen sind, wobei jedes Mittel (22a-c) ein getrenntes Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Bewegung des zugeordneten beweglichen Körpers (11a-c) ist,
• c) und daß die Steuereinrichtung (20) den Motor (24) derart steuert, daß die Größe der axialen Beschleunigung der Gegenmasse (26) gleich ist der Vektorsumme der Produkte aus der axialen Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers (11a-c) und seiner Masse m_1,2,n geteilt durch die Masse M_c der Gegenmasse (26).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlermittel (22a-d) je einen Beschleunigungsmeßwert-Umwandler enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Beschleunigung ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlermittel (22a-d) je einen Geschwindigkeitsmeßwert-Umwandler enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Geschwindigkeit ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlermittel (22a-d) je einen Positionsmeßwert-Umwandler enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Größe eine Funktion der Position ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) enthält:

• a) Verstärkermittel zum getrennten Verstärken des Ausgangssignals eines jeden Fühlermittels (22a-d), wobei dieses Verstärkermittel getrennte verstärkte Ausgangssignale erzeugt, die jedem beweglichen Körper (11a-c) und der Gegenmasse (26) zugeordnet sind,
• b) Mittel zum Addieren der verstärkten Ausgangssignale, wobei dieses Addiermittel ein Fehlersignal erzeugt, und
• c) Rückkopplungsverstärkermittel zum Verstärken des Fehlersignals und zum Erzeugen eines Signals zum An­ treiben des Motors (24).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Federmittel (28) zum Erzeugen einer Kraft zwischen der Gegenmasse (26) und dem Gehäuse (30), wobei diese Kraft im wesentlichen als eine lineare Funktion des axialen Abstandes zwischen der Gegenmasse (26) und einer Gleichgewichtsposition der Gegenmasse (26) variiert.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (24) auf dem Gehäuse (30) starr befestigt ist.