DE3737934C2 - - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
- F16F7/14—Vibration-dampers; Shock-absorbers of cable support type, i.e. frictionally-engaged loop-forming cables
Description
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsisolator mit
einer Grundplatte, wenigstens einem mit dieser verbundenen
Befestigungsstab sowie ersten und zweiten Dämpfungseinrichtungen,
die jeweils mehrere elastische
Biegeelemente umfassen, welche gestaffelt einerseits
am Befestigungsstab und andererseits an einem oberhalb
des Befestigungsstabs parallel zu diesem angeordneten
Tragstab befestigt sind und jeweils in einer Ebene liegen,
die unter einem spitzen Neigungswinkel gegenüber
der durch den Befestigungsstab definierten Horizontalen
geneigt ist, wobei die Neigung der Biegeelemente
der ersten Dämpfungseinrichtung gleich, aber entgegengesetzt
der Neigung der Biegeelemente der zweiten Dämpfungseinrichtung
ist.
Der Zweck solch eines Isolators ist es, die Einwirkungen
von Vibrationen und Stößen zwischen einer getragenen
Masse und einer Tragstruktur aufzufangen.
Ein solcher Isolator ist beispielsweise aus der EP-A1
00 59 134 bekannt. Bei diesem bekannten Isolator werden
die Dämpfungseinrichtungen jeweils von einem Kabel
gebildet, dessen einzelne Schlaufen die Biegeelemente
bilden. Diese Kabel sind durch einen als Tragstab dienenden
oberen Stab geführt und außerdem durch einen
einzigen unteren Stab, der als Befestigungsstab dient.
Dieser bekannte Schwingungsisolator hat jedoch den
Nachteil, daß sein Dämpfungsverhalten bei Beanspruchung
in seitlicher Richtung gegenüber dem Dämpfungsverhalten
bei axialer bzw. Kompressionseinwirkung unzureichend
ist. Zwar wird bei dem bekannten Schwingungsisolator
versucht, dies durch am unteren Stab
vorgesehene Stützvorrichtungen zu kompensieren. Jedoch
gelingt dies nur unzureichend. Ferner führen Versuche,
das Verhalten des Isolators in Richtung irgendeiner
seiner Achsen zu modifizieren, in unerwünschter Weise
zu erheblichen Abhänderungen des Verhaltens in Richtung
der anderen Achsen, was den Fachmann daran hindert,
das gewünschte optimale Verhalten in allen drei Achsen
gleichermaßen zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungsisolator
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß
sich eine verbesserte Kontrolle des Verhaltens entlang
aller drei zueinander orthogonalen Achsen ergibt und
dabei insbesondere ein möglichst gleichartiges Dämpfungsverhalten
entlang aller Achsen erreicht werden
kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwei parallele
Befestigungsstäbe vorgesehen sind und die Biegeelemente
als einzelne, voneinander getrennte Teile ausgebildet
sind, die jeweils mit wenigstens einem Endbereich
an einem Befestigungsstab befestigt sind.
Erfindungsgemäß werden die Dämpfungseinrichtungen jeweils
von mehreren einzelnen, voneinander getrennten
Biegeelementen gebildet, und es sind zwei parallele
Befestigungsstäbe vorgesehen, an denen jeweils ein
Ende jedes Biegeelementes befestigt ist. Dadurch ergibt
sich eine Befestigung jedes Biegeelementes in seinem
unteren Bereich an zwei Punkten, nämlich an den
beiden parallelen Befestigungsstäben. Auf diese Weise
werden die Dämpfungseigenschaften bei seitlicher Beanspruchung
erheblich verbessert, ohne daß gleichzeitig
die Eigenschaften entlang den anderen Achsen beeinträchtigt
werden. Zusätzlich ergeben sich weitere Vorteile,
nämlich die Möglichkeit, durch unterschiedliche
Beabstandung der Befestigungsstäbe das Biegeverhalten
der einzelnen Biegeelemente einzustellen. Weiterhin
lassen sich die Winkel zur Einstellung der Dämpfungseigenschaften
wählen, unter denen die Biegeelemente
von den Befestigungsstäben gehalten werden. Es ist
auch denkbar, die einzelnen, voneinander getrennten
Teile der Biegeelemente voneinander verschieden zu
gestalten, beispielsweise durch unterschiedliche Materialwahl.
Dann läßt sich gezielt ein unterschiedliches
Dämpfungsverhalten entlang verschiedener Achsen
erzeugen, wenn dies im Bedarfsfall gewünscht ist.
Wenn jedes Biegeelement von einem durchgehenden Teil
gebildet wird, beispielsweise einem Drahtseilabschnitt,
dann ist auch das andere Ende an einem (dem
anderen) Befestigungsstab befestigt. Alternativ hierzu
kann jedes Biegeelement auch aus zwei Einzelelementen
bestehen, die mit ihrem einen Ende an einem der Befestigungsstäbe
und mit ihrem anderen Ende am Tragstab
befestigt sind.
Zusätzlich werden die einzelnen Biegeelemente so gehalten,
daß sie von den Befestigungsstäben unter einem
spitzen Winkel auswärts vortreten. Die Befestigungsstäbe
sind geteilt, so daß Neigung und Winkel der
Biegeelemente verstellbar sind. Bei einem solchen
Aufbau wird eine stabile Bogenkontur erhalten, die ein
symmetrischeres Verhalten bezüglich Stößen und Vibrationen
entlang aller drei Achsen zeigt. Ein weiterer
Vorteil liegt darin, daß das Verhalten je nach den
jeweiligen Vibrations- und Stoßbedingungen in anderer
Weise eingestellt werden kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung durch die folgende
detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, wobei die Bezugnahme auf die
Ausführungsform nur der Veranschaulichung der Erfindung
dient. In den Figuren zeigt
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen
Schwingungsisolator;
Fig. 2 eine seitliche Ansicht eines Schwingungsisolators;
Fig. 3 eine isometrische Ansicht eines Isolators;
Fig. 4 eine Endansicht des Schwingungsisolators,
die in durchbrochenen Linien ein Verfahren
zu dessen Herstellung veranschaulicht;
Fig. 5 eine Ansicht eines typischen herkömmlichen
Schwingungsisolators; und
Fig. 6 mehrere Kurven, die das verbesserte Verhalten
des erfindungsgemäßen Isolators gegenüber
dem in Fig. 5 gezeigten bekannten
Schwingungsisolators veranschaulichen.
Wie die Fig. 1 bis 4 zeigen, umfaßt ein Schwingungsisolator
10 ein Paar paralleler länglicher, eine
Basis bildender Befestigungsstäbe 12, 14, von denen jeder
die Form eines individuellen Paares kolinearer
Befestigungsstabelemente 12 a, 12 b und 14 a, 14 b aufweisen kann, die
auf einer Grundplatte 16 angebracht werden können,
welche an dem vibrierenden Gegenstand befestigt ist.
Kolinear mit und über den Haltestäben 12, 14 ist ein
länglicher, lasttragender Tragstab 18 angeordnet. Der
Tragstab 18 ist mit geeignet dimensionierten durchgehenden
Bohrungen 20 versehen, die dazu ausgelegt
sind Befestigungselemente aufzunehmen, um den Stab an
der zu isolierenden schwingungsempfindlichen Last
festzulegen.
Dämpfungseinrichtungen 22, 24 stützen den Tragstab
18 über den Befestigungsstäben 12, 14 ab und dienen zum
Abfangen von Schwingungen und Stößen. Die erste
Dämpfungseinrichtung 22 sützt ein erstes Ende des
Tragstabs 18 oberhalb eines ersten Endes der Befestigungsstäbe
12, 14 und verläuft insbesondere zwischen dem
Tragstab 18 und den Befestigungsstabelementen 12 a und 14 a. Die
erste Dämpfungseinrichtung 22 besteht aus einer
Serie von einzelnen Biegeelementpaaren 26 a, 26 b, 28 a,
28 b und 30 a, 30 b. Wie man sieht, erstreckt sich ein
Einzelelement jedes Biegeelementpaares zwischen dem
ersten Befestigungsstabelement und dem Tragstab 18, während sich
ein zweites Einzelelement des Biegeelementpaares
zwischen dem zweiten Befestigungsstabelement und dem Tragstab 18
erstreckt.
In gleicher Weise besteht die zweite Dämpfungseinrichtung
24 aus einzelnen Biegeelementpaaren 32 a,
32 b, 34 a, 34 b und 36 a, 36 b, die sich zwischen den
Befestigungsstabelementen 12 b, 14 b und dem Tragstab 18 erstrecken.
Die einzelnen Biegeelementpaare 26, 28 und 30 der
ersten Dämpfungseinrichtung 22 sind jeweils in
einer Serie von Ebenen angeordnet, die alle
unter spitzen Winkeln im Gegenuhrzeigersinn bezüglich
der Horizontalen geneigt sind, welche durch die Ebene
der Grundplatte 16 und Befestigungsstäbe 12, 14 definiert
ist. Wie Fig. 2 zeigt, können diese Ebenen im wesentlichen
parallel zueinander liegen, in welchem Fall
sie jeweils einen gleichen Neigungswinkel R gegenüber
der Horizontalen bilden. Die Einzelelemente jedes
Biegeelementpaares sind in einer gemeinsamen Ebene
ausgerichtet. Die einzelnen Biegeelementpaare 32, 34
und 36 der zweiten Dämpfungseinrichtung 24 sind
ähnlich in einer Serie von Ebenen ausgerichtet, wobei
die Ebenen gegenüber der Horizontalen im gleichen
Neigungswinkel geneigt sind wie die entsprechenden
Biegelemente der ersten Dämpfungseinrichtung
22, jedoch im Uhrzeigersinn bezüglich der Horizontalen.
Dementsprechend sind die Dämpfungseinrichtungen
22, 24 in gleicher, aber entgegengesetzter
Weise geneigt. Wie die Figuren zeigen, liegen die
Biegelemente 32, 34 jeweils unter dem gleichen
Winkel in Uhrzeigerrichtung. Die Neigungswinkel R
betragen vorzugsweise zwischen 50 und 70°, können
aber über diesen Bereich hinausgehen. Die einzelnen
Biegeelementpaare 26 bis 26 können jeweils die Form
eines einzelnen länglichen Biegeelementes aufweisen,
welches sich ununterbrochen durch den Tragstab 18
erstreckt und in einem Paar gegenüberliegender Endbereiche
endet, welche an den gegenüberliegenden
Befestigungsstäben 12 und 14 befestigt sind. Alternativ kann
jedes einzelne Biegeelement aus Einzelelementen bestehen,
wobei dann ein erstes Ende des Einzelelementes
an einem Haltestab und ein zweites Ende am
Befestigungsstab 18 befestigt ist.
Wie am besten in Fig. 4 erkennbar ist, kann jedes
Befestigungselement 12 a, 12 b, 14 a und 14 b die Form einer
winkeligen Anordnung 38 mit im wesentlichen fünfeckigem
Querschnitt haben, die zur Auflage auf der
Grundplatte 16 ausgelegt ist und eine einwärts und
aufwärts gerichtete Oberfläche 40 unter einem Winkel
Φ bezüglich der Horizontalen aufweist. Die jeweiligen
Biegeelemente, die die Form von mehrsträngigen Drahtseilen
aufweisen können, werden zwischen der Anordnung
38 mit fünfeckigem Querschnitt und einem im
Querschnitt rechteckigen Kappenteil 42 in einer Reihe
halbkreisförmiger Bohrungen 44 in den einandner gegenüberliegenden
Flächen so eingeklemmt, daß die Endbereiche
der Biegeelemente 26 bis 36 in den
Befestigungsstäben 12, 14 eingebettet sind und sich unter dem Winkel Φ zur Horizontalen
daraus erstrecken.
Zusätzlich können die Biegeelementpaare unterschiedliche
Charakteristiken zeigen. Beispielsweise können
die Paare 26 und 36 aus einem Drahtseil mit einem ersten
Durchmesser gebildet sein, während die Paare 28
und 34 sowie 30 und 32 aus einem Drahtseil mit anderem
Durchmesser gebildet sind, abhängig von dem Gesamtverhalten,
das der Isolator zeigen soll. Vorzugsweise
werden die Dämpfungseinrichtungen 22 und
24 symmetrisch zueinander ausgebildet. Geeignete Befestigungsmittel
(nicht gezeigt) halten die Teile der
Haltestäbe um die Biegeelementenden zusammen. Der
Winkel Φ liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 35
und 55°, kann sich aber auch über diesen Bereich hinaus
erstrecken. Obwohl vorzugsweise der Winkel Φ für
jedes Biegeelement konstant sein soll, kann er zwischen
verschiedenen Biegeelementpaaren abwechseln, um
das Verhalten des Isolators zu modifizieren. Die
Winkel sollten bezüglich der beiden Dämpfungseinrichtungen
22 und 24 symmetrisch sein.
Der Tragstab 18 kann aus einem oberen und einem unteren
Plattenteil 46 und 48 bestehen, welche gegenüberliegende
halbkreisförmige Bohrungen 50 aufweisen,
die es gestatten, die Biegeelemente im Tragstab 18
einzubetten und zu halten. Geeignete Befestigungsmittel
wie Schraubbolzen 52 werden verwendet, um die
Plattenteile 46, 48 zusammenzuhalten.
Die Konstruktion des Schwingungsisolators 10 mit den
in den Figuren gezeigten Drahtseil-Biegeelementen
kann in üblicher Weise durchgeführt werden. Wie Fig. 4
zeigt, werden die Kappenteile 42 der Befestigungsstabelemente
12 a, 12 b, 14 a und 14 b sowie das untere Plattenteil 48
des Tragstabs 18 in der gewünschten Ausrichtung zueinander
mittels Paßstücken 56 auf einem drehbaren
Dorn 54 angeordnet. Der Dorn und die Paßstücke weisen
eine Größe auf, die der gewünschten Beziehung zwischen
den Befestigungsstabelementen entspricht.
Ein Drahtseil aus einem Stück größerer Länge wird zunächst
in einer halbkreisförmigen Bohrung 44 im Kappenteil
42 eingeklemmt. Nachfolgend wird der Dorn gedreht
und das Seilstück durch die entsprechende halbkreisförmige
Bohrung im unteren Plattenteil 48 und
die entsprechende halbkreisförmige Bohrung 44 im gegenüberliegenden
Kappenteil 42 geführt, was dem Element
eine Vorspannung aufprägt. Nachfolgend wird das
Drahtseil in der erhaltenen Stellung festgeklemmt und
abgeschnitten. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis
sich alle Biegeelemente, die die fertigen Dämpfungseinrichtungen
bilden, an ihrer Stelle befinden.
Nachfolgend werden das obere Plattenteil 46 des Tragstabs
18 und die unteren Teile 38 der Befestigungsstabelemente
12 a, 12 b, 14 a und 14 b zusammen mit der Grundplatte 16
an den entsprechenden, auf dem Dorn angeordneten Teilen
festgelegt. Nachdem die Festlegung durchgeführt
ist, werden die Drahtseilelemente auf ihre endgültige
Länge gebracht. Jetzt kann der vollständige Schwingungsisolator
vom Dorn abgezogen werden.
Ein erfindungsgemäßer Schwingungsisolator zeigt eine
verbesserte und einheitlichere Reaktion auf Schwingungen
im Vergleich mit einem ansonsten äuqivalenten
Isolator herkömmlicher Bauweise. Fig. 6 zeigt mehrere
Kurven, die das Verhalten eines erfindungsgemäßen
Isolators mit sechs Schlingen gemäß den Fig. 1 bis 4
und das Verhalten eines herkömmlichen gewendelten
Isolators mit sechs Schleifen äquivalenter Größe gemäß
Fig. 5 veranschaulichen. Bei beiden Vorrichtungen
sind die Biegeelemente aus einem 6×19-Drahtseil mit
einem Durchmesser von 2,8 cm gebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsisolator beträgt
der Winkel R 60° und der Winkel Φ 45°.
Wie ersichtlich, liegen die Federungsraten hinsichtlich
Kompression und Roll-/Scherverhalten (Kurven 58
und 60) bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsisolator
wesentlich näher beieinander als die Kurven 62 und
64, die das Kompressionsverhalten sowie das Roll-/
Scherverhalten des bekannten Isolators zeigen. Kompression,
Roll- und Scherverhalten entsprechen den
drei hauptsächlichen zueinander normalen Raumrichtungen.
Zusätzlich zeigen die Resonanzfrequenzen für
Kompression und Roll-/Scherverhalten beim erfindungsgemäßen
Schwingungsisolator erheblich weniger Divergenz
als beim bekannten Isolator. Beide Faktoren veranschaulichen
ein symmetrischeres Ansprechverhalten
beim erfindungsgemäßen Isolator. Zusätzlich kann das
Ansprechverhalten durch Einstellung der Winkel R und
Φ wie gewünscht weiter abgestimmt werden.
Claims (9)
1. Schwingungsisolator mit einer Grundplatte (16), wenigstens
einem mit dieser verbundenen Befestigungsstab
(12, 14) sowie ersten und zweiten Dämpfungseinrichtungen
(22, 24), die jeweils mehrere elastische
Biegeelemente (26, 28, 30; 32, 34, 36) umfassen, welche
gestaffelt einerseits am Befestigungsstab (12,
14) und andererseits an einem oberhalb des Befestigungsstabs
(12, 14) parallel zu diesem angeordneten
Tragstab (18) befestigt sind und jeweils in einer Ebene
liegen, die unter einem spitzen Neigungswinkel ( R )
gegenüber der durch den Befestigungsstab (12, 14) definierten
Horizontalen geneigt ist, wobei die Neigung
der Biegeelemente (26, 28, 30) der ersten Dämpfungseinrichtung
(22) gleich, aber entgegengesetzt der Neigung
der Biegeelemente (32, 34, 36) der zweiten Dämpfungseinrichtung
(24) ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Befestigungsstäbe
(12, 14) vorgesehen sind und die Beigeelemente
(26, 28, 30; 32, 34, 36) als einzelne, voneinander
getrennte Teile ausgebildet sind, die jeweils mit
wenigstens einem Endbereich an einem Befestigungsstab
(12, 14) befestigt sind.
2. Schwingungsisolator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (26,
28, 30; 32, 34, 36) ein erstes Einzelelement (26 a,
28 a, 30 a; 32 a, 34 a, 36 a) umfaßt, das mit einem ersten
Endbereich am ersten Befestigungsstab (14) und mit einem
zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt
ist, sowie ein zweites Einzelelement (26 b, 28 b, 30 b;
32 b, 34 b, 36 b) aufweist, das mit einem ersten Endbereich
am zweiten Befestigungsstab (12) und mit einem
zweiten Endbereich am Tragstab (18) befestigt ist.
3. Schwingungsisolator nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsstäbe
(12, 14) jeweils von ersten und zweiten kolinearen
Befestigungsstabelementen (12 a, b; 14 a, b) gebildet werden und
die Dämpfungseinrichtungen (22, 24) an den zugeordneten
Befestigungsstabelementen (12 a, 14 a; 12 b, 14 b) befestigt sind.
4. Schwingungsisolator nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Befestigungsstabelement (12 a,
b; 14 a, b) einzeln in wählbarer Position auf der
Grundplatte (16) angeordnet werden kann.
5. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis
4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26,
28, 30; 32, 34, 36) aus Drahtseil gebildet sind.
6. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1
oder 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß jedes Biegeelement (26,
28, 30; 32, 34, 36) aus einem einstückigen Drahtseilsegment
besteht.
7. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis
6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeelemente (26,
28, 30; 32, 34, 36) unter spitzen Winkeln ( Φ ) bezüglich
der Horizontalen auswärts von den Haltestäben (12,
14) vortreten.
8. Schwingungsisolator nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die spitzen Winkel ( Φ ) im Bereich
zwischen 35 und 55° liegen und ggf. alle von
gleicher Größe sind.
9. Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Neigungswinkel ( R ) im
Bereich zwischen 50 und 70° liegen und ggf. alle von
gleicher Größe sind.
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