DE3540431A1 - Vorrichtung zur minderung von vibrationen - Google Patents

Description

RGA 81,524 Ks/Ri

U.S. Serial No. 671,900

Filed: November 15, 1984

RGA Corporation 201 Washington Road, Princeton, N.J. (US)

Vorrichtung; zur Minderung von Vibrationen

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Verminderung oder Beseitigung der Einflüsse von Erschütterungen auf ein Objekt.

Bestimmte feine Maschinen und wissenschaftliche Instrumente können recht empfindlich gegenüber äußeren Erschütterungen sein. Im allgemeinen unterscheidet man zwischen zwei Effekten, nämlich erstens hochfrequenten Erschütterungen, die eine mechanische Resonanz in Teilen der Maschine oder deren Gestell hervorrufen können, und zweitens niedrigfrequente Erschütterungen, die eine nichtresonante Formänderung der Grundstruktur der Maschine bewirken können. Normalerweise läßt sich der erstgenannte Effekt, der typischerweise bei Frequenzen im Bereich von 100 bis 1000 Hz auftritt, durch das einfache Mittel der Lagerung des Systems auf dünnen Gummikissen eliminieren. Der zweitgenannte Effekt, der typischerweise durch Gebäudeerschütterungen im Frequenzbereich von, 2 bis 25 Hz hervorgerufen wird, ist viel schwieriger zu eliminieren, und zu seiner Beseitigung sind einige ausgeklügelte schwingungsdämpfende Lagerungen entwickelt worden. Diese niedrig-

frequenten Vibrationen sind es, auf die sich die vorliegende Erfindung richtet.

Die einfachste Methode der Isolation gegenüber Erschütterungen besteht darin, das zu isolierende Gerät (oder seine Plattform) auf einer leder zu lagern, die eine Feder- oder Kraftkonstante λ. hat. Es sind dämpfende und mit Verbundfedern ausgestattete Vorrichtungen verwendet worden, um die Energieabsorption eines passiven Systems zu steigern. Obwohl solche passiven Systeme ziemlich viel ausrichten können, ist am Ende immer noch eine gewisse Lageveränderung des Gerätes oder der Plattform in Kauf zu nehmen.

Es sei der Fall einer passiven Lagerung betrachtet, bestehend aus einer Masse M, die auf einer Feder mit der Kraftkonstanten λ abgestützt ist, wie in Fig. 1a gezeigt. Was interessiert, ist die Vertikalbewegung y* der Masse M als Reaktion auf eine Bewegung ^ ^-^er Haltefläche. Wenn J2 öifle harmonische Bewegung mit der Winkelfrequenz u) und der Amplitude ao ist, dann ist die Antwort y* ebenfalls eine harmonische Bewegung mit einer Amplitude β._λ , so daß y^ = a^ e , wobei i die Quadratwurzel von -1 ist. Außerdem ist bekannt, daß

Bei hohen Frequenzen ist der Klammerausdruck im ITenner der rechten Seite der Gleichung (1) groß und a^, daher klein, das heißt die "Hochfrequenzisolierung" ist gut. Bei einer Frequenz <jö_q gedoch, welche die Gleichung

λ
'35.

.erfüllt, wird die Amplitude a^ unendlich, was für ein Gerät in der Praxis bedeutet, daß eine gewisse Dämpfung eingeführt werden muß. _ 5 _

" * * * * ft ft

-ο-Ι Bei dem gedämpften System nach Fig. 1b, das einen Dämpfungsfaktor Γ hat, gibt es eine "Zähigkeits"-Kraft F, die mit der

Amplitude F = Γλ · ^ (y^- y₂)wirkt. Die Übertragungsfunktion des gedämpften Systems ist:

^a1 1 +

Die Amplitude a, ist nun komplex (d.h. phasenverschoben), bei Resonanz ist sie jedoch auf folgendes Maß reduziert:

1/2

² 2

|2iu=co_{0 r} «

In der Praxis ist die Wahl des Dämpfungsfaktors Γ ein Kompromiß zwischen niedriger Resonanzamplitude (Gleichung 3) und genügender Hochfrequenzisolierung. Die Gleichung (2) zeigt, daß für die hohen Werte von Γ, die zur Erzielung einer niedriger Resonanzamplitude nötig sind, das Amplitudenmaß a./ap gegen eins geht, d.h. daß keine Dämpfung der Schwingungsamplitude erfolgt. Kompliziertere Pedersysteme können zwar eine bessere Hochfrequenzisolierung bringen, das Problem der Amplitudenaufschaukelung bei Resonanz jedoch bleibt.

Um einige der Nachteile eines passiven Systems zu überwinden, sind verschiedene dynamische Vibrationsdämpfungssysterne entwickelt worden. Im allgemeinen fühlen diese Systeme die Vibration oder Schwingung-und erzeugen Gegenkräfte, um die Schwingungstreibenden Kräfte auszulöschen. Solche dynamischen Systeme sind dazu verwendet worden, bestimmte strukturelle Resonanzen zu eliminieren (d.h. relativ hohe Frequenzen, also die oben angesprochene Resonanzbedingung). In derartigen Systemen wurden die Korrektar-

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kräfte unter Verwendung elektrischer Spulen oder Druckgaswandler abgeleitet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte dynamische Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, um die Vibration eines Objekts gegenüber einer Bezugsfläche zu reduzieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebene Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den UnteranSprüchen gekennzeichnet.

Eine erfindungsgemäße dynamische Dämpfungsvorrichtung enthält einen Beschelunigungsmesser, der durch geeignete Mittel wie z.B. eine Konsole am Objekt befestigt ist. Eine Masse ist mit dem Beschleunigungsmesser derart gekoppelt, daß der Beschleunigungsmesser als Antwort auf eine längs einer Achse gehende Beschleunigung der Masse ein Ausgangssignal erzeugt, das der Beschleunigung entspricht. Die Vorrichtung enthält ferner einen Wandler, der zwischen das Befestigungsmittel und die Bezugsfläche gekoppelt ist, um Kräfte entlang der Achse zu erzeugen, die der ,gefühlten Beschleunigung der Masse entgegenwirken.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Figuren 1a und 1b, die bereits behandelt wurden, sind

schematische Darstellungen passiver Antivibrationssysteme gemäß dem Stand der Technik; 30

Fig. 2 zeigt, teilweise in Schnittansicht, eine erfindungsgemäße Vorrichtung von der Seite;

Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Be-' schleunigungsmessers in der Vorrichtung nach Pie;. 2;

Fig. 4- zeigt das Schema einer elektronischen Schaltungs-

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anordnung zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 5 veranschaulicht, wie mehrere Vorrichtungen nach Fig. 1 angeordnet werden können, um eine Verminderung der Vibration in sechs Preiheitsgraden zu erreichen.

Gemäß der Pig. 2 liegt ein Objekt 100, das gegenüber den Einflüssen von Erschütterungen isoliert werden soll und z.B. eine Tischplatte oder ein wissenschaftliches Instru- , ment sein kann, auf einem Gummiblock 102 auf. Der Gummiblock 102 stützt sich auf einen Untersatz 104· aus Metall, der seinerseits auf einer Bezugsfläche 106 ruhti, z.B. auf dem Boden des Raumes, in dem sich das Objekt 100 befindet.

Mit dem Objekt 100 ist eine dynamische Antivibrationsvorrichtung 10 gekoppelt, um Erschütterungen des Objekts entgegenzuwirken. Hierzu ist am Objekt eine Konsole 12 durch Schrauben oder andere Mittel befestigt. Alternativ kann die Konsole 12 auch ein mit dem Objekt einstückiger Bestandteil sein. Obwohl die Konsole 12 irgendeine von mehreren verschiedenen Formen annehmen kann, ißt sie in der Fig. 1 als allgemein L-förmiges Element dargestellt, das einen vom Objekt 100 wegstehenden Schenkel 14· hat. Auf der oberen Oberfläche des Schenkels 14- befindet sich ein Beschleunigungsmesser 16, der seinerseits eine Masse 18 trägt, z.B. ein 1 Kg schweres glockenförmiges Metallstück. Der Beschleunigungsmesser erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das repräsentativ für die Beschleunigung der Masse 18 ist. Dieses Signal wird einer Rückkopplungsschleife zugeführt, um einen elektromechanischen Wandler zu steuern, wie es ausführlicher weiter unten beschrieben wird.

Wie in Fig. 3 näher dargestellt, enthält der Beschleunigungsmesser 16 einen unteren Stützblock 34·, der auf dem

Konsolenschenkel 14· aufliegt und eine durchgehende Öffnung 36 hat, die von einem mittleren Ort in der oberen Fläche des Stützblocks zu einer der Seiten führt (Fig. 2). Auf der Oberseite des Stützblocks 34- liegt ein erstes Stück aus wärmeisolierendem Material 38 wie z.B. Glas. Das isolierende Material 38 hat eine Durchgangsöffnung 39, die mit der Öffnung 36 in der oberen Fläche des Stützblocks 34· fluchtet. Auf der Oberseite des Isolier Stücks 38 liegt ein Drucklagerblock 4-0 aus Stahl, der ebenfalls eine Durchgangsöffnung 4-1 hat, die mit den Öffnungen im ersten Isolier stück 38 und im Stützblock 34· fluchtet. Durch die erwähnten Öffnungen ist ein erster Draht 4-2 geführt, dessen eines Ende elektrisch mit dem Drucklagerblock 4-0 verbunden ist.

Auf der oberen Seite des Drucklagerblocks 4-0 sitzt ein piezoelektrischer Wandler 4-4-. Der Wandler 4-4- ist eine silberbeschichtete piezoelektrische Scheibe, die in Axialrichtung polarisiert ist. Die niedrigste mechanische Resonanz der Antivibrationsvorrichtung 10 muß höher liegen als 10 KHz, damit eine ausreichende Verstärkung in der Rückkopplungsschleife eingeführt werden kann. Um dies zu erreichen, muß das piezoelektrische Material 4-4- im Kompressionsmodus benutzt werden, da Biegungsmoden (bimorphe Elemente) zu "weich" sind. Die silberbeschichtete untere Oberfläche der Scheibe 44, die den Drucklagerblock 4-0 berührt, hat eine Ringausnehmung 4-6, in der das Silber entfernt ist, so daß ein mittlerer kreis- oder scheibenförmiger Teil des Silbers 4-8 gebildet ist, der von einem ringförmigen Teil 50 umgeben ist. Die Ringausnehmung 4-6 ist so angeordnet, daß der mittlere Teil 4-8 des Silberbelags über der öffnung 4-1 liegt und keinen elektrischen Kontakt mit dem Drucklagerblock 4-0 hat. Ein zweiter Draht 4-2 ist mit seinem einen Ende an den mittleren Teil 48 der Silberschicht angeschlossen. Der ringförmige Silberteil 50 ist in elektrischem Kontakt mit dem Drucklager block 4-0. Die äußere Hauptoberfläche des piezoelektrischen Wandlers 44

-ιοί steht in Berührung mit einem zweiten Stück 54 aus wärmeisolierendem Material, das dem Isolierstück 38 gleicht, jedoch keine Öffnung hat. Ein oberer Stützblock 56 ruht auf der anderen Oberfläche des gläsernen Isolierstückes 5²J-. Wie in Pig. 2 zu erkennen ist, liegt die Masse 18 auf dem oberen Stützblock 56 auf und- sind die Bestandteile des Beschleunigungsmessers 16 sowie die Masse 18 bezüglich einer Mittelachse 32 zentriert angeordnet.

Weil typisches piezoelektrisches Material auch pyroelektrisch ist, sind die Isolierstücke 38 und 54- vorgesehen, um eine Wärmeisolierung des piezoelektrischen Wandlers 44 zu bewirken und dadurch ungewollte Spannungen zu reduzieren, die durch Temperaturänderungen im piezoelektrischen Material hervorgerufen werden könnten. Zusätzlich ist die Vorrichtung aber auch temperaturkompensiert. Irgendwelche Temperaturänderungen in der Umgebung der Vorrich- ' tung bewirken gleich große und entgegengesetzte Ladungen an den beiden Hauptoberflächen der piezoelektrischen Scheibe 44, aber gleiche Ladungen an den Bereichen 48 und 50» so daß sich im Resultat keine Änderung des Ausgangssignals ergibt.

Gemäß der !ig. 2 ist mit der unteren Oberfläche des Konsolenschenkeis 40 ein elektromechanischer Wandler 20 verbunden, um als Antwort auf ein vom Beschleunigungsmesser 16 angelegtes elektrisches Signal Kräfte gegen die Konsole 12 auszuüben. Ein geeigneter Typ für den elektrischen Wandler ist z.B. ein Lautsprecher, der an der unteren Seite des Schenkels 14 befestigt ist, wobei sein Konus 21 nach unten zielt. Es können jedoch auch andere Typen von Wandlern wie z.B. ein Solenoid oder ein pneumatischer Zylinder verwendet werden. Der Wandler 20 wird von unten durch einen Block 22 abgestützt, der im Falle eines Lautsprechers auf die Mitte des Konus geklebt ist, und zwar in inniger Berührung mit der Schwingspule des Lautsprechers. An der vom Lautsprecher abgewandten Oberfläche des Blocks 22 ist die

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flache Oberfläche einer Halbkugel 24 befestigt, die aus magnetischem Material besteht. Die gewölbte Oberfläche der Halbkugel berührt eine Auflagerkonstruktion 26, die aus einem auf der -^e zugsoberf lache 106 ruhenden Ring 28 und einem innerhalb des Rings angeordneten Magneten 30 besteht. Der Magnet 30 ist im Reibschluß mit dem Ring 28 in einer noch zu beschreibenden Weise verbunden und befindet sich in magnetischem Kontakt mit der Halbkugel Die verschiedenen Elemente der Antivibrationsvorrichtung 10 sind zentral auf der Achsenlinie 32 angeordnet, die durch den Berührungspunkt zwischen der Halbkugel 24· und dem Magneten 30 läuft. Bei der speziellen, in Fig. 2 dargestellten Orientierung der Vorrichtung 10 erstreckt sich die Achse 32 in Vertikalrichtung, senkrecht zur Bezugs-Oberfläche 106.

Das sich aufgrund von Schwingungen (Vibrationen) der Masse 18 ergebende Ausgangssignal des Beschleunigungsmesser 16 erfährt, bevor es als Korrektursignal auf den elektromechanischen Wandler 20 rückgekoppelt wird, eine Verarbeitung durch eine elektrische Schaltungsanordnung, ähnlich wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Die Verarbeitung besteht im Grunde aus einer Integration, mit einer gewissen Dämpfung niedriger und hoher Frequenzen. Die aus dem Beschleunigungsmesser 16 geführten Drähte 42 und 52 sind mit der Eingangsklemme der Schaltung und mit Massepotential verbunden. Da das piezoelektrische Element 44 eine reine Kapazität (0) ist, muß die Schaltung einen Parallelwiderstand (R) bieten, um die Gleichstrombedingungen zu definieren. Die niedrigste Frequenz 1/RC, auf die das Element anspricht, muß so gewählt werden, daß sie niedriger ist als die niedrigstfrequente Komponente der zu kompensierenden Schwingungen. Der Widerstand R bewirkt eine Rauschsp_annung mit dem Effektivwert (quadratischer Mittelwert)

Δ V² = 4kTR (Af), wobei

und

_ 12 — '

Mir typische Werte von C <··.< 1 nF liegen die Rauschspannungen in der Größenordnung von etwa M-AiV. Die Masse 18 muß genügend groß gewählt werden, so daß die kleinsten zu messenden Beschleunigungen Signale ergeben, die stärker sind als dieser begrenzende Rauschwert.

Aus den erwähnten Gründen ist ein Vorverstärker A1 mit einer Eingangsimpedanz von 1000 Megohm vorgesehen, die mit dem piezoelektrischen Wandler 44 verbunden ist. Ein sogenannter Transkonduktanz-Operationsverstärker A2 mit veränderbarer Verstärkung ist eingangsseitig an den Ausgang des Vorverstärkers A1 angeschlossen und ausgangsseitig mit einem Integrator A3 verbunden. Das Signal am Eingang des Integrators wird durch Elemente R^ und CL gefiltert, die nur Signale durchlassen, deren Frequenz höher ist als ein vorbestimmter Grenzwert, der typischerweise bei 1 Hz liegt. Die Integrationszeitkonstante C^Rp sollte ungefähr gleich 1 sein oder größer.

Der Ausgang des Integrators A3 ist über einen Serienwiderstand R3 mit dem Eingang eines Endverstärkers A4 gekoppelt. Der Eingang des Verstärkers A4 ist über einen Widerstand Rn und daneben über die Reihenschaltung eines Kondensators Gj- und eines Widerstandes R,- mit Massepotential verbunden. Die Widerstände R^, R^ und R₁- und der Kondensator G(- bilden eine Teilerkette, die eine Dämpfung hoher Frequenzen oberhalb etwa 200 Hz bewirkt, was die Verwendung einer höheren Verstärkung in der Rückkopplungsschleife vor dem Einsetzen hochfrequenter Schwingungen gestattet.

Das Ausgangssignal des Verstärkers A4 wird auf den Wandler 20 gekoppelt.

Die Endstufe A^ ist ein für Schaltbetrieb ausgelegter Verstärker, der einen sehr hohen Wirkungsgrad in der Leistungsumwandlung bringt. Diese Stufe kann bis zu 30 Watt abgeben, jedoch liegt die erforderliche Leistung bei normalen Bedingungen (in Labor-Umgebung mit einer maximalen Beschleu-

— 13 —

• ♦ · · »♦**.> i

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nigung des Objekts von etwa 10 cm/sec bei 20 Hz) deutlich unter einem Watt. Volle Leistung ist normalerweise nur erforderlich zur Isolierung gegenüber Kräften, die direkt auf das gehaltene Objekt 100 ausgebübt werden (z.B.

bei Handberührung). Wegen des großen Unterschiedes zwischen der mittleren Leistung und der maximalen Leistung ist es zweckmäßig, als Leistungsquelle für die Vorrichtung 10 wiederaufladbare Batterien zu verwenden und einen Kleinlader zu benutzen, der genügend Leistung zur Deckung des mittleren Verbrauchs liefert.

Es gibt zwei sehr wesentliche und grundlegende Unterschiede zwischen dynamischen und passiven Systemen zur Isolierung gegenüber Vibrationen. Aus der obigen Gleichung (2) ist zu entnehmen (wie oben diskutiert), daß Γ nicht zu groß sein darf, wenn man eine wirksame Isolierung mit dem passiven System erzielen will. Andererseits zeigt die . Gleichung (4), daß für das dynamische System der DämpfungD-term ■ willkürlich groß sein kann (großes k^), wobei die Isolierung mit zunehmender Dämpfung verbessert wird. Dieser Unterschied rührt daher, daß im Fall des passiven Systems die Dämpfung proportional zur Kelativgeschwindigkeit zwischen der Masse und der Bezugsoberfläche 106 ist, während für den Fall des dynamischen Systems die Dämpfung proportional zur absoluten Geschwindigkeit ist. Eine absolute Geschwindigkeit kann man sich vorstellen als Geschwindigkeit relativ zu einer virtuellen Inertialebene; somit ist eine hohe Dämpfung beim dynamischen System äquivalent mit einer starken Kopplung an eine Inertial-Bezugsebene, und daher ist die Kopplung umso fester, je besser die Isolierung ist.

' Aus dieser Unterscheidung heraus wird klar, daß die passiv abgestützte Masse auf ihrer Abstützung "schwimmt", während die dynamisch abgestützte Masse im wesentlichen starr gehalten wird. Dieser Unterschied wird offenbar, wenn man den Fall betrachtet, daß äußere Kräfte direkt auf die abgestütz-

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te Masse einwirken (z.B. durch Handberührung, elektrische Zuleitungen, Pumpleitungen usw.). Für das passive System bewirkt eine Kraft F = F_Qe , die mit einer Frequenz IjJ y> U an die Masse gelegt wird, eine Beschleunigung P P
d y./dt = F/M, ungedämpft durch das Abstützungssystem.

Für das dynamische System ist eine direkt an das abgestützte Objekt gelegte Kraft in jeder Hinsicht äquivalent mit einer über das Abstützungssystem einwirkenden Kraft und wird daher kompensiert.
10

Da die Masse 18 (m) vom piezoelektrischen Wandler- 44 abgestützt wird, ist die am Wandler entwickelte Spannung V

P P

proportional der absoluten Beschleunigung (d y^/dt ) der Masse. Diese Spannung wird integriert, um einen Strom Ί5 K- Wdt zu erzeugen, der seinerseits eine Kraft kgl im elektromechanischen Wandler 20 erzeugt, wobei k^ eine Konstante ist. Die Gleichung, welche die Bewegung der Vorrichtung 10 beschreibt, ist daher:

m

di

_c ^y₁ k₁ dy₁

wobei I rx, wdt ~ m ■ dt = r: » m -=rr— *

J _dt2 k₂ dt

wobei k,- eine durch den Verstärkungsfaktor des Integrators bestimmte Konstante ist. Es gilt somit:

woraus sich leicht ableiten läßt, daß für die Amplitude a. als Antwort auf eine Antriebsamplitude j^ = a^ e¹ folgendes gilt:

a /a₂

/₂ ^

(λ-mtj ) - ik^m ω

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" * 354043^

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Die Amplitude a,, nimmt daher mit zunehmenden Werten von k,. (Verstärkung) ab.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau der Vorrichtung verursacht das Ausgangssignal der Schaltung nach I¹Ig. 4 Kräfte im elektromechanischen Wandler 20, die den schwingenden Kräften in der Masse 18 und somit denjenigen des Objekts 100 entgegenwirken. Die vom Wandler 20 ausgeübte Kraft und die vom Beschleunigungsmesser 16 gemessene Komponente der Beschleunigung der Masse 18 sind beide längs der gemeinsamen Achse 32 gerichtet. Da die Kraft zwischen der tragenden Fläche 106 und der Konsole 12 wirken muß, ist es notwendig, das von der Konsole 12 abgewandte Ende des Wandlers in derartiger Weise mit der Oberfläche 106 zu koppeln, daß die Kopplung in Richtung der gemeinsamen Achse 32 starr und senkrecht zu dieser Richtung nachgiebig ist. Die Halbkugel 24 bringt eine solche Nachgiebigkeit in Querrichtung. Während einer Querbewegung des Stützblocks 22 wiegt sich die Halbkugel 24 auf dem Magneten 30, was eine Drehung oder Schwenkung der Schwingspule des Lautsprechers bewirkt. Während einer übermäßigen Querbewegung kann die Halbkugel 24 auf dem Magneten 30 rutschen, so daß eine Beschädigung des Lautsprechers 20 verhindert wird.

Der Magnet selbst kann starr am Boden befestigt sein oder, wie in Pig. 2 gezeigt, in einem Reibschluß gehalten werden, so daß er entlang der gemeinsamen Achse 32 gleiten kann, wenn die Kraft einen bestimmten Betrag überschreitet. Hierdurch wird eine Beschädigung der Vorrichtung infolge überstarker, auf das Objekt ausgeübter Kräfte vermieden. Natürlich muß die Reibungskraft zwischen dem Magneten 30 und dem Haltering 28 schwächer sein als die magnetische Kuppelkraft zwischen der Halbkugel 24 und dem Magneten 30, sie muß jedoch größer sein als das Maximum der vom Wandler 20 erzeugten Kraft. Die Kombination der Halbkugel 24, des Magneten 30 und des Halterings 28 bilden eine sich voll-

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ständig selbst ausrichtende Kupplung zwischen der Bezugsoberfläche 106 und dem Wandler 20.

Die Vorrichtung 10 nach Fig. 2 bewirkt eine Dämpfung nur solcher Kräfte, die längs der Achse 32 gerichtet sind.

Bei einem dreidimensionalen Aufbau 100', wie er in Fig. 5 gezeigt ist, kann es sechs Grade einer Bewegung geben (drei Fortschreitungs- und drei Rotations-Freiheitsgrade). Daher ist zur Isolierung vor Erschütterungen ein Minimum von sechs Antivibrationsvorrichtungen 10 erforderlich, es können aber auch mehr Vorrichtungen verwendet werden, um die verfügbaren Korrekturkräfte zu vergrößern.

Eine geeignete Anordnung, die in Fig. 5 dargestellt ist, enthält acht solcher Vorrichtungen. Das Objekt 100', z.B. eine Tischplatte, liegt an seinen vier Ecken auf Stützsäulen aus Gummi 102' und Stahl 104' auf. An einer Seitenfläche sind_? an Punkten 201 und 202,zwei Antivibrationsvorrichtungen 10 ähnlich der Vorrichtung nach Fig. 2 angeordnet, um eine Dämpfung in Vertikalrichtung zu bewirken, wie es mit den durch die betreffenden Punkte gehenden Pfeilen angedeutet ist. Auf der gegenüberliegenden Seitenfläche des Objekts 10O¹ sind zwei weitere Vorrichtungen 10 in vertikaler Orientierung an P^unkten 203 und 204 angeordnet. In der Mitte der vier Seitenflächen, an Punkten 211 bis 214, befinden sich vier zusätzliche Antivibrationsvorrichtungen 10, um eine Vibrationsdämpfung in Horizontalrichtung zu bewirken, wie es die horizontalen Pfeile zeigen. Natürlich müssen für die horizontal wirkenden Vorrichtungen die jeweiligen Konsolen 12 und anderen Elemente der Vorrichtungen eine Orientierung haben, die um 90° gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Orientierung gedreht ist. Für die horizontalen Vorrichtungen muß die den Magneten 30 haltende Reibschlußverbindung in geeigneter Weise geändert werden, ebenso die Halterung des Rings 28 auf der Oberfläche 106.

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Mit den acht am Objekt 100' angebrachten Vorrichtungen
werden alle translatorischen oder rotatorischen Vibrationskräfte in den jeweiligen Beschleunigungsmessern gefühlt, so daß die passenden Gegenkräfte in den zugehörigen Wandlern erzeugt werden können.

Claims (8)

1. Patentansprüche

   Dynamische Vorrichtung zur Minderung der Vibration eines Objekts gegenüber einer Bezugsfläche, mit einer Halterung wie z.B. einer Konsole zur Befestigung der Vorrichtung am Objekt, gekennzeichnet durch:

   einen Beschleunigungsmesser (16);

   eine Masse (18), die mit dem Beschleunigungsmesser in derartiger Weise gekoppelt ist, daß der Beschleunigungsmesser als Antwort auf längs einer Achse (3?.) p;o-1.5 richtete Beschleunigung der Masse ein Ausgangssignnl erzeugt, das der Beschleunigung entspricht;

   einen Wandler (20), der zwischen die HpJ ternnp; (1,°) und die Bezugsflache (100) gekoppelt ist, um als Antwort auf das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers Kräfte entlang der Achse zu erzeugen, die der gemessenen Beschleunigung der Masse entgegenwirken.

   — ρ _

   BAD

   t to * - J

   — p —
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (20) folgendes enthält:

   eine elektromechanisch^ Einrichtung (Lautsprecher) zur Erzeugung von Gegenkräften als Antwort auf das Ausgangssignal des Beschleunigungsmessers (16);

   eine zwischen die elektromechanisch^ Einrichtung und die Bezugsfläche (100) gekoppelte Einrichtung (22, 24, 26), welche die von der elektromechanischen Einrichtung erzeugten Kräfte auf Richtungen längs der Achse (32) sondert.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftsondernde Einrichtung folgendes aufweist:

   einen Block (22), der mit einer halbkugeligen Oberfläche (24) versehen ist und am Wandler (20) anliegt, wobei seine halbkugelige Oberfläche vom Wandler abgewandt ist;

   eine auf der Bezugsfläche befindliche Auflagerkonstruktion (26), die in Berührung mit der halbkugeligen Oberfläche des Blocks (22) ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß der die halbkugelige Oberfläche aufweisende Teil (24) des Blocks (22) aus magnetischem Material besteht und daß die Auflagerkonstruktion (26) einen Magneten (30) enthält, der in Berührung mit der halbkugeligen Oberfläche ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagerkonstruktion (26) eine Stütze (28) und den Magneten (30) enthält und daß der Magnet die Stütze im Reibschluß berührt, um dem Magneten zu erlauben, sich relativ zur Stütze parallel entlang der Achse (32) zu bewegen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser (16) einen piezoelektrischen Wandler (48) aufweist. - 3 -

   "* 3 —
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsmesser (16) folgendes enthält:

   ein erstes Stück wärmeisolierenden Materials (38)? das von der Halterung (12) getragen wird; einen elektrisch leitenden Drucklagerblock (4-0) mit einer ersten Oberfläche, die in Berührung mit dem ersten wärmeisolierenden Material (38) steht und davon abgestützt wird, und mit einer zweiten Oberfläche, die in Berührung mit dem piezoelektrischen Wandler (48) steht;

   ein zweites Stück wärmeisolierenden Materials (5'O* das in Berührung mit dem piezoelektrischen Wandler steht und die Masse (18) abstützt.
8. 8. Dynamisches System mit einer Vielzahl von Vorrichtungen jeweils nach Anspruch 1 zur Minderung der Vibration eines Objektes gegenüber einer Bezugsfläche, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Objekt (10O¹) und die Bezugsfläche den Vor-

   20· richtungen gemeinsam ist;

   daß jede Vorrichtung zwischen einen jeweils zugeordneten Punkt (211, 212, 213, usw.) am Objekt und die Bezugsfläche gekoppelt ist und derart angeordnet ist, daß es eine Beschleunigung seiner zugehörigen Masse längs seiner zugehörigen, durch das gemeinsame Objekt gehenden Achse mißt und dieser Beschleunigung entgegenwirkt.