DE4110601A1 - Schwingungsisoliereinrichtung - Google Patents
SchwingungsisoliereinrichtungInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schwingungsisoliereinrichtung
zum Einsetzen zwischen einen schwingenden und einen in
Schwingung versetzenden Körper zum Verhindern der Übertragung
von Schwingungen. Insbesondere betrifft sie Verbesserungen
in einer Montageanordnung für eine zwischengelegte piezo
elektrische Einlage in einer Schwingungsisoliereinrichtung
mit einer solchen Einlage.
Die japanischen Patentveröffentlichungen 63 53 617 und
63 2 61 300 beschreiben eine Technologie, bei der eine piezoelek
trische Einlage oder ein piezoelektrisches Stellglied als
Zwischenstück in einer vorbestimmten Position einer Dämp
fungseinrichtung verwendet wird, die zwischen zwei Körper
eingefügt ist, die ein schwingendes System bilden. Die
piezoelektrische Einlage wird mit Hilfe von Daten ange
steuert, die durch einen Beschleunigungssensor und einen
Lastsensor ermittelt werden.
In den vorstehend angegebenen Veröffentlichungen über eine
solche Schwingungsisoliertechnologie ist jedoch nichts über
die Art und Weise ausgesagt, wie eine derartige zwischen
gelegte piezoelektrische Einlage oder ein piezoelektrisches
Stellglied sicher angebracht wird.
Wenn die Schwingungsisoliereinrichtung für einen Fahrzeug
motor über eine solche piezoelektrische Einlage zu instal
lieren ist, ist es erforderlich, die piezoelektrische Ein
lage aus Sicherheitsgründen sicher zu positionieren. Bei den
herkömmlichen Befestigungsarten kann jedoch nicht erwartet
werden, daß die piezoelektrische Einlage ihre Funktion rich
rig ausübt. Es ist ein Verfahren bekannt, das in Fig. 12A
dargestellt ist, bei dem eine piezoelektrische Einlage fest
dadurch angebracht wird, daß sie auf ein Montageteil gebon
det wird, das zwischen einem schwingenden Körper b und einem
Körper c, bei dem Schwingungen zu vermeiden sind, angebracht
ist. Bei diesem Verfahren führen die Schwingungen in verti
kaler Richtung zu einem fortschreitenden Lösen der Bondstel
le, wobei die gewünschte Funktion des piezoelektrischen
Zwischenteils a allmählich verlorengeht. Darüber hinaus ist
die Bondstelle empfindlich auf Dreh- und Seitenkräfte und
ist daher in der Praxis von wenig Nutzen. Auch werden Ver
schraubungen verkompliziert.
Um die vorstehend genannten Nachteile zu umgehen, könnte
daran gedacht werden, eine piezoelektrische Einlage zwischen
einem schwingenden Körper b und einem Schwingungen isolie
renden Körper c anzuordnen und die drei Teile als Einheit
mit Hilfe einer Befestigungsschraube d zu befestigen. Die
Befestigungsschraube d würde dann jedoch die Ausdehnung und
Kontraktion der piezoelektrischen Einlage begrenzen und da
mit die Funktionsfähigkeit der piezoelektrischen Einlage
halbieren.
Wenn ein elastisches Teil e zwischen eine piezoelektrische
Einlage a und einen schwingenden Körper b eingefügt wird,
wird zwar die Expansion und Kontraktion der piezoelektri
schen Einlage a nicht beschränkt, jedoch beeinflußt die
elastische Verformung des elastischen Teils die Auswirkung
der piezoelektrischen Einlage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schwingungs
isoliersystem anzugeben, das maximales Ausnutzen des Effekts
eines Teils aus piezoelektrischen Material, d. h. einer pie
zoelektrischen Einlage, gewährleistet, insbesondere eine
Schwingungsisoliereinrichtung, die einen verbesserten
Schwingungsisoliereffekt aufgrund einer verbesserten Anbrin
gungsart für die piezoelektrische Einlage gewährleistet und
dabei kompakt und standfest ist, Massenherstellung zugäng
lich ist und einfach angebracht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schwingungs
isoliereinrichtung gelöst, die zwischen einen schwingenden
Körper und einen in Schwingung versetzten Körper einzufügen
ist, welche Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß min
destens einer der beiden Körper mit einer Schwingungsiso
liereinheit verbunden ist, die mit Hilfe einer Befestigung
gegen ihn drückt, mit einer zwischengelegten piezoelektri
schen Einlage, wobei die Befestigung eine vorgegebene Feder
konstante [K] aufweist oder sie dazu in der Lage ist, piezo
elektrische Verschiebung auszuüben.
Der Begriff "Befestigung" bedeutet dabei die gesamte Anord
nung einer Befestigungsschraube, eines elastischen Teils
oder einer piezoelektrischen Einlage und einer Schraube,
einschließlich einer flachen Unterlagscheibe in besonderen
Fällen. Der Begriff "vorgegebene Federkonstante [K]" bedeu
tet die Federkonstante einer solchen Befestigungsanordung
insgesamt, jedoch ohne den Fall eines piezoelektrischen statt
des elastischen Teils. Da jedoch die Teile neben dem elasti
schen Teil feste Körper sind, ist die Federkonstante des
elastischen Teils der bestimmende Faktor in der vorgegebenen
Federkonstante [K] der Befestigungsanordnung insgesamt.
Die Federkonstante [K] kann einfach mit Hilfe der folgenden
Formel (1) gefunden werden, die unter Bezugnahme auf Fig. 6
aufgestellt ist, die die Kraft-Verschiebungs-Beziehung für
eine piezoelektrische Einlage bei sich ändernder Spannung
darstellt.
[K] Lmax (1/Dr - α/Dmax) (1)
wobei
Lmax: maximale Ausgangskraft der piezoelektrischen Einlage
Dmax: maximale Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
Dr: erforderliche Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
L₁: Summe der Belastungskraft und der Befestigungs kraft, die auf die piezoelektrische Einlage wir ken
τD = Dr/Dmax, τL = L1/Lmax, τ = τL/τD
τ 1, α = 1
τ1, α=τ
Lmax: maximale Ausgangskraft der piezoelektrischen Einlage
Dmax: maximale Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
Dr: erforderliche Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
L₁: Summe der Belastungskraft und der Befestigungs kraft, die auf die piezoelektrische Einlage wir ken
τD = Dr/Dmax, τL = L1/Lmax, τ = τL/τD
τ 1, α = 1
τ1, α=τ
Bei einer Schwingungsisoliereinrichtung, wie einer erfin
dungsgemäßen, bei der eine piezoelektrische Einlage an einer
Schwingungsisoliereinheit an einer Stelle angeordnet ist,
mit der diese gegen einen schwingenden Körper drückt, wird
eine Spannung so an die piezoelektrische Einlage angelegt,
daß diese Schwingungen entgegengesetzter Phase zu denen des
schwingenden Körpers erzeugt, wodurch sich die Schwingungen
im wesentlichen aufheben.
In einem Schwingungsisoliersystem, in dem eine piezoelektri
sche Einlage an der Stelle einer Schwingungsisoliereinheit
angebracht ist, mit der diese in den gegen in Schwingung
versetzten Körper drückt, wird eine solche Spannung an die
piezoelektrische Einlage gelegt, daß diese mit einer Phase
schwingt, die der Phase der Schwingung entgegengesetzt ist,
die auf die Schwingungsisoliereinrichtung übertragen wird.
In einem Schwingungsisoliersystem, bei dem eine piezoelek
trische Einlage an beiden Stellen angeordnet ist, mit denen
gegen das schwingende bzw. das in Schwingung versetzte Teil
gedrückt wird, können die in den vorstehenden Absätzen be
schriebenen Funktionen gemeinsam angewendet werden. Statt
dessen kann die Anordnung auch so sein, daß die übertragenen
Schwingungen von der piezoelektrischen Einlage auf der Seite
des in Schwingung versetzten Körpers festgestellt werden und
rückgekoppelt werden, um die übertragenen Schwingungen mit
Hilfe der piezoelektrischen Einlage auf der Seite des
schwingenden Körpers zu minimieren.
Die piezoelektrische Einlage wird über eine elastische Un
terlagscheibe befestigt, die an einer vorgegebenen Stelle
eingefügt wird. Fig. 5 zeigt Befestigungszusammenhänge bei
einer solchen Anordnung als dynamisches Modell.
Die Schwingungen des schwingenden Körpers werden durch die
Schwingungen der piezoelektrischen Einlage aufgehoben. Um
eine für die Schwingung der piezoelektrischen Einlage aus
reichende Amplitude erzielen zu können, ist es erforderlich,
daß die Federkonstante der Befestigung innerhalb eines vor
gegebenen Bereichs liegt, der mit den Charakteristiken der
piezoelektrischen Einlage verknüpft ist. Die Kraft-Verschie
bungs-Beziehung für die piezoelektrische Einlage, die ein
piezoelektrisches Teil ist, wird im allgemeinen mit Hilfe
der angelegten Spannung als Parameter ausgedrückt, wie in
Fig. 6 dargestellt.
Genauer gesagt, wird die Einlage zu einem Punkt D verscho
ben, wenn eine Belastungskraft und eine Befestigungskraft
auf die piezoelektrische Einlage in einem Ausgangszustand
von 0 Volt wirken. Da die der Spannung unterworfene piezo
elektrische Einlage sich ausdehnen muß, um die Federkonstante
der Befestigung entgegenzuwirken, wirkt sie entlang der Li
nie DF. Die Maximalamplitude, die dabei erzielt wird, ist Dr
(=DE). Anders gesagt, wenn die erforderliche Verschiebung
der piezoelektrischen Einlage, d. h. ihre Amplitude, Dr ist,
darf die Federkonstante der Befestigung nicht größer als
EF/DE sein. Wenn die Federkonstante größer ist als dieser
Wert, wird, z. B. der Punkt F durch den Punkt F′ im Bereich
II ersetzt ist, so daß die zulässige Verschiebung, d. h. die Am
plitude, der piezoelektrischen Einlage D′e (=DE′) ist, was
gerade der erforderlichen Verschiebung entspricht. Die vor
stehend angegebene Beziehung wird durch die Formel (1) aus
gedrückt.
Statt des genannten elastischen Teils, das eine elastische
Unterlagscheibe ist, kann auch eine Befestigung verwendet
werden, die piezoelektrische Verschiebung ausführen kann,
d. h. ein piezoelektrisches Teil oder eine piezoelektrische
Unterlagscheibe. In diesem Fall kann die äquivalente Feder
konstante dadurch verringert werden, daß die piezoelektri
sche Unterlagscheibe mit umgekehrter Phase im Vergleich zu
derjenigen der piezoelektrischen Einlage in Schwingung ver
setzt wird. Wenn die piezoelektrische Unterlagscheibe mit
der umgekehrten Phase und derselben Amplitude wie die piezo
elektrische Einlage in Schwingung versetzt wird, kann die
äquivalente Federkonstante unabhängig von starken Befesti
gungskräften Null werden, wodurch es ermöglicht wird, daß
die piezoelektrische Einlage ihre mögliche Wirkung voll aus
übt.
Die vorliegende Erfindung hat die folgenden Wirkungen:
1) Die piezoelektrische Einlage kann auf einfache Weise an
vorhandenen Schwingungsisolierbefestigungen z. B. dadurch
angebracht werden, daß sie in Form einer Unterlagscheibe an
einer vorgegebenen Stelle des Schwingungsisoliersystems zwi
schengelegt wird, oder sie in einer Aussparung in einem Me
tallteil des Systems untergebracht wird. Diese Vorgehens
weise erfordert kein kompliziertes Umkonstruieren und ist
universell anwendbar.
(2) Wenn in der Vergangenheit eine Gegenmaßnahme gegen Hoch
frequenzschwingungen ergriffen wurde, waren Maßnahmen gegen
tiefe Frequenzen erschwert, und die Systemlebensdauer wurde
erniedrigt. Um diese nachteiligen Effekte auszuschließen,
waren aufwendige strukturelle Abänderungen erforderlich. Bei
der Erfindung sind derartige Änderungen jedoch nicht erfor
derlich, aber es kann dennoch die Systemwirkung im Hochfre
quenzbereich, wo die Wirkung bei bekannten Systemen beson
ders schlecht war, ohne nachteilige Auswirkung auf den Nie
derfrequenzbereich verbessert werden.
(3) Die piezoelektrische Einlage ist stabil, einfach im Auf
bau und ihrer Struktur, und sie kann direkt die Schwingungs
isoliereinrichtung in Schwingung versetzen. Daher ist sie
nicht nur stabil und standfest, um dauerhafte Wirkung zu ge
währleisten, sondern sie ist auch in ihrer Anwendung univer
sell, da sie einfach an vorhandene Anordnungen angebracht
werden kann.
(4) Das elastische Teil oder die piezoelektrische Unterlag
scheibe mit der vorgegebenen Federkonstante stehen nicht in
direktem Kontakt mit der piezoelektrischen Einlage, sondern
sie sind an einer Fläche gegenüber der Fläche mit der piezo
elektrischen Einlage angebracht und durch eine Schraube be
festigt. Daher besteht der Nachteil des Anbringens der pie
zoelektrischen Einlage durch Bonden nicht, weswegen die Wir
kung der piezoelektrischen Einlage ohne Nachteile voll aus
genutzt werden kann. Darüber hinaus absorbiert die Feder
kraft des elastischen Teils oder die Schwingung der piezo
elektrischen Unterlagscheibe einen Teil der Schwingungen des
schwingenden Körpes und derjenigen des in Schwingung ver
setzten Körpers, was dabei hilft, das erforderliche Aus
gleichsvermögen der piezoelektrischen Einlage zu verringern,
was wiederum verringerte Mengen an piezoelektrischem Mate
rial und damit erhöhte Wirtschaftlichkeit zur Folge hat.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren
veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Fig. 1 bis 4 sind Längsschnitte durch verschiedene Ausfüh
rungsbeispiele der Erfindung;
Fig. 5 und 6 sind Diagramme, die eine Kraft-Verschiebungs-
Beziehung darstellen, wie sie zum Bestimmen der Federkon
stante gemäß der Erfindung dient;
Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungs
beispiel der Erfindung;
Fig. 8A ist eine Draufsicht auf dasselbe Ausführungsbei
spiel;
Fig. 8B ist ein Längsschnitt durch den wichtigsten Teil
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Fig. 8C ist eine Draufsicht auf dasselbe Ausführungsbei
spiel;
Fig. 9 und 9A sind Diagramme, die denjenigen der Fig. 6 bzw.
5 entsprechen, wobei tatsächliche Werte eingesetzt sind;
Fig. 10A bis 10F sowie Fig. 10A und 11B sind Diagramme, die
Steuerungssysteme für eine piezoelektrische Einlage und eine
piezoelektrische Unterlage darstellen, wobei letztere zu
einer Befestigung gehört, die gemäß der Erfindung piezoelek
trische Verschiebung ausführen kann; und
Fig. 12A bis 12C sind Diagramme, die die Befestigungsart
eines piezoelektrischen Stellglieds bei bekannten Dämpfungs
einrichtungen zeigen.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß dem die Erfindung
auf eine abgedichtete Maschinenbefestigung vom Fluidtyp an
gewendet ist. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Schwin
gungsisolierbasis auf einem Elastomer wie Gummi. Diese bil
det eine umgebende Wand für einen ersten Fluidraum 8a, der
im folgenden beschrieben wird. Fest mit der Basis 1 ist ein
Befestigungsmetall 2 verbunden, das eine Befestigungsschrau
be 2a trägt. Mit Hilfe dieser Befestigungsschraube 2a ist
die Basis 1 mit einem Befestigungsrahmen M₁ eines schwingen
den Körpers verbunden, der zu tragen ist, wie mit einem
Fahrzeugmotor. Eine äußere Metallhülse 3 erstreckt sich in
Form eines Zylinders von der Basis 1 nach unten und ist mit
dem abgeschrägten unteren Rand der Basis 1 verbunden.
Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Aufnahmemetall mit einem
konkaven Abschnitt, der eine Befestigungsschraube 4a zum Be
festigen an einem Fahrgestell, Rahmen oder dergleichen
trägt. Dieses Aufnahmemetall 4 weist ein offenes Ende 4b
auf, das in das untere Ende der Hülse 3 eingreift und diese
mit Hilfe eines geeigneten Befestigungsmittels festhält,
z. B. durch eine Verstemmung. Die untere Öffnung der Hülse 3
wird durch eine Membran 5 aus einem flexiblen Metall ver
schlossen. Eine innere Kammer, die durch die Membran 5 und
die Basis 1 umschlossen wird, ist abgedichtet und mit einem
Fluid 6 gefüllt. Diese innere Kammer wird durch eine Zwi
schenplatte 7 in einen ersten Fluidraum 8a und einen zweiten
Fluidraum 8b unterteilt. Die Zwischenplatte 7 ist an die
innere Umfangswand der Hülse 3 angepaßt. Der äußere Umfangs
rand der Zwischenplatte 7 und die Umfangskante der Membran 5
werden dicht zwischen dem Aufnahmemetall 4 und der Hülse
gehalten, wodurch die zwei Fluidräume 8a und 8b abgedichtet
gehalten werden. Die Zwischenplatte 7 ist zentrisch mit ei
ner Öffnung 9 versehen, durch die Fluid 6 zwischen den bei
den Fluidräumen 8a und 8b ausgetauscht werden kann.
Im obigen System bilden die Schwingungsisolierbasis 1, die
Metallhülse 3 und das Aufnahmemetall 4 eine Schwingungsiso
liereinheit. Eine solche Schwingungsisoliereinheit ist an
allen Befestigungsrahmen M₁ und M₂ am schwingenden Körper
bzw. am in Schwingung versetzten Körper angebracht.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß
eine erste und eine zweite piezoelektrische Einlage 10, 11
in das System in vorgegebenen Positionen eingebaut sind.
Jede der beiden piezoelektrischen Einlagen 10 und 11 ist
eine Platte mit geeigneter Dicke und der Form einer Unter
lagscheibe. Die piezoelektrische Einlage 10 drückt gegen die
Oberfläche des Befestigungsmetalls 2, die dem Befestigungs
rahmen M₁ zugewandt ist. Die piezoelektrische Einlage 11
drückt gegen die Oberfläche des Aufnahmemetalls 4, die dem
Befestigungsrahmen M₂ des in Schwingung versetzten Körpers
zugewandt ist. Die unterlagscheibenförmigen piezoelektrischen
Einlagen 10, 11 sind so ausgebildet, daß die Befestigungs
schrauben 2a bzw. 4a jeweils lose hindurch passen. Die pie
zoelektrischen Einlagen 10, 11 sind zwischen die Oberflächen
der Befestigungsmetalle M₁, M₂ und die zugehörigen Metalle 2
bzw. 4 eingebettet. Die Befestigungsschrauben 2a bzw. 4a
erstrecken sich durch die jeweiligen Befestigungsmetalle M₁,
M₂, die piezoelektrischen Einlagen 10, 11 und die Metalle 2,
4. Die Befestigungsschrauben 2a, 4a werden mit zugehörigen
Muttern über elastische Teile 10′, 11′ befestigt, die je
weils eine vorgegebene Federkonstante aufweisen und auf der
anderen Seite der Befestigungsrahmen M₁, M₂ liegen als die
piezoelektrischen Einlagen 10, 11.
Streng gesprochen ist die Federkonstante [K] gemäß Anspruch 1
nicht die Federkonstante dieses elastischen Teils 10′ oder
11′, sondern diejenige der gesamten Befestigungsanordnung
einschließlich der Befestigungsschrauben 2a bzw. 4a, der
Mutter und der flachen Unterlagscheibe.
Die piezoelektrische Einlage 10, 11 muß nicht unterlagschei
benförmig sein, sondern sie kann auch blockförmig, münzen
förmig oder anders ausgebildet sein. In Fig. 1 drücken die
piezoelektrischen Einlagen 10 und 11 gegen das Befestigungs
metall 2 benachbart zum schwingenden Körper bzw. das Aufnah
memetall 4 benachbart zum in Schwingung versetzten Körper.
Statt dessen können, wie in Fig. 2 dargestellt, die piezo
elektrischen Einlagen 10, 11 teilweise in das Befestigungs
metall 2 bzw. das Aufnahmemetall 3 eingebettet sein. Darüber
hinaus können die piezoelektrischen Einlagen 10, 11 in die
Befestigungsrahmen M₁ bzw. M₂ in einer Art und Weise einge
bettet sein, wie sie in den Fig. 7 und 8A dargestellt ist
(in Fig. 7 ist das Befestigungsmetall von der Seite der
Schwingungsisoliereinheit gesehen dargestellt).
Die Befestigungsposition der Befestigungsschrauben 2a oder
4a ist die Mitte des Befestigungsmetalls 2 bzw. des Aufnah
memetalls 4 in Fig. 1. Statt dessen können das Aufnahmeme
tall 2 und das Empfangsmetall 4 auch langgestreckt sein, und
Befestigungsschrauben können an beiden Enden angebracht
sein. Fig. 3 zeigt einen Fall, gemäß dem eine Befestigungs
schraube 4a an beiden Enden des Aufnahmemetalls 4 angebracht
ist. In beiden Fällen ist es erforderlich, daß die Befesti
gung über ein elastisches Teil 10′, 11′ mit vorgegebener
Federkonstante erfolgt, das an der Oberfläche liegt, die der
Oberfläche des Aufbaus mit der piezoelektrischen Einlage 10,
11 gegenüberliegt.
Das Schwingungsisoliersystem gemäß Fig. 1 ist eine abgedich
tete Einrichtung vom Fluidtyp, während das Schwingungsiso
liersystem von Fig. 2 die Elastizität eines Gummielementes
nutzt. Obwohl nicht dargestellt, kann ein Schwingungsiso
liersystem auch die Elastizität von Luft oder jede beliebige
andere Schwingungsisoliereinrichtung nutzen.
Die piezoelektrische Einlage 10, 11 besteht aus einem piezo
elektrischen Keramikmaterial wie PZT oder einem piezoelek
trischen Hochpolymeren PVDF. Abhängig vom jeweiligen Fall
kann nur eine der beiden dargestellten piezoelektrischen
Einlagen 10, 11 verwendet werden oder beide.
Das elastische Teil, das zum Befestigen der Befestigungs
schraube verwendet wird, ist üblicherweise eine elastische
Unterlagscheibe wie eine Gummiunterlagscheibe, eine Feder
scheibe oder dergleichen. Im Fall einer elastischen Scheibe
ist die Federkonstante von erheblicher Bedeutung. Ein Ver
fahren zum Bestimmen dieser Konstante wird nun unter Bezug
nahme auf die Fig. 7, 8A und 9 erläutert.
Als piezoelektrische Einlagen, die piezoelektrische Teile
sind, wurden vier AE0505D16 (5×5×20 mm) Elemente, herge
stellt von NEC Corp., pro Satz verwendet und angeordnet, wie
durch die Bezugszeichen 10-1, 10-2, 10-3 und 10-4 in den
Fig. 7 und 8A anzugeben.
Fig. 9 zeigt die Kraft-Verschiebungs-Beziehung für die pie
zoelektrische Einlage mit den genannten vier Elementen pro
Satz mit der angelegten Spannung als Parameter, sowie den
maximalen Leistungswert. Fig. 9A zeigt ein dymanisches Mo
dell des befestigten Teils.
Es wird angenommen, daß als Maschinenbelastung oder als Be
lastungskraft 100 kg auf die Maschinenbefestigung pro Ein
heit der Schwingungsisoliereinrichtung wirken und daß eine
Befestigungskraft von 100 kg durch den Bolzen zum Befestigen
ausgeübt wird. Dann wird die piezoelektrische Einlage einer
Druckkraft von 200 kg ausgesetzt. Unter der Annahme, daß die
angelegte Spannung dabei 0 Volt ist, wird die piezoelektri
sche Einlage um 9 µm zusammengedrückt und zum Punkt D ver
schoben.
Es wird angenommen, daß die von der Maschine zur Schwin
gungsisoliereinrichtung übertragene Schwingung eine Frequenz
von 5000 Hz und eine Amplitude von ±5 µm oder eine Maximal
amplitude von 10 µm aufweist. Die Schwingung habe eine Be
schleunigung von 5 g. Die Isolierung solcher Schwingungen
wird nachfolgend beschrieben.
Um die Übertragung der Schwingung zu verhindern, sollte die
piezoelektrische Einlage mit umgekehrter Phase zur Schwin
gung und mit gleicher Amplitude wie diese schwingen. Wenn
jedoch die herkömmliche Schraubenbefestigung ohne elastische
Unterlagscheibe verwendet wird, wie in Fig. 12B dargestellt,
passiert es, da die Federkonstante der Schraube etwa
200 kg/µm ist, daß, wie in Fig. 9 dargestellt, wenn versucht
wird, die piezoelektrische Einlage durch Anlagen einer Span
nung zur Schwingung anzuregen, diese nur entlang der Linie
DF′ bewegt wird, was nur zu einer Amplitude von 0,7 µm
führt, wodurch der gewünschte Schwingungsisoliereffekt nicht
erzielt werden kann. Es ist aus Fig. 9 ersichtlich, daß zum
Erhalten der erforderlichen Amplitude von 10 µm es in diesem
Fall erforderlich ist, eine elastische Unterlagscheibe mit
einer Federkonstante zu verwenden, die 13 kg/µm nicht über
schreitet. Zum Beispiel kann dies dadurch erzielt werden,
daß eine elastische Unterlagscheibe aus Gummi mit einer Flä
che von 5 cm² und einer Dicke von 1 mm verwendet wird.
Statt der elastischen Unterlagscheiben 10′, 11′, wie sie in
den Fig. 1 bis 3 und 5 dargestellt sind, können auch piezo
elektrische Unterlagscheiben 19, 20 verwendet werden, die
eine piezoelektrische Verschiebung erfahren, wie in Fig. 4
dargestellt. Als derartige piezoelektrische Unterlagscheiben
werden solche verwendet, die mit umgekehrter Phase und der
selben Amplitude schwingen wie die piezoelektrischen Elemen
te 10-1, 10-2, 10-3 und 10-4, wie in den Fig. 8B und 8C dar
gestellt. In diesem Fall erfolgt, wie aus Fig. 9 ersicht
lich, die Wirkung der piezoelektrischen Einlage entlang der
Linie DF′′. Dies entspricht einer Federkonstanten von
0 kg/µm. Dies ist eine Federkonstante, die den Wert 13 kg/µm
nicht überschreitet. Es ist dadurch möglich, die erforderli
che Amplitude von 10 µm zu erzielen und eine Schwingung mit
maximaler Verschiebung von 16 µm zu verursachen.
Die Fig. 10A bis 10F zeigen verschiedene Beispiele für
Steuerblockdiagrammme, wie sie in den in den Fig. 1 und 7
dargestellten Schwingungsisoliersystemen verwendet werden.
Die Fig. 11A und 11B zeigen Beispiele von Steuerblockdia
gramme, wie sie in den in den Fig. 4 und 8B dargestellten
Schwingungsisoliersystemen verwendet werden. In den Darstel
lungen repräsentieren durchgezogene Linien das Schwingungs
system und gestrichelte Linien das Signalsystem. Die Bezugs
zeichen 10, 11 bezeichnen die piezoelektrischen Einla
gen, 12, 13, 16 oder 17 eine Verschiebung, Kraft oder einen
anderen Sensor, und 18 bezeichnet einen Einsteller für die
Amplitude, Masse, Vorspannung und dergleichen. Diese Ein
richtungen wirken alle in bekannter Weise steuernd oder re
gelnd.
In den Fig. 11A und 11B gibt eine Steuerung 18-1 entgegenge
setzte Signale an eine piezoelektrische Einlage 10 und eine
piezoelektrische Unterlagscheibe 19. Wenn z. B. ein positives
Signal an die Einlage 10 gegeben wird, wird ein negatives
Signal an die Unterlagscheibe 19 gegeben. Auf dieselbe Weise
gibt eine Steuerung 18-2 Signale an eine Einlage 11 und eine
Unterlagscheibe 20. Dadurch wird erreicht, daß die Unterlag
scheibe mit umgekehrter Phase wie die Einlage schwingt.
Claims (2)
1. Schwingungsisoliersystem, das zwischen einen schwingen
den Körper und einen in Schwingung versetzten Körper einzu
fügen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der
beiden Körper mit einer Schwingungsisoliereinheit mit Hilfe
einer Befestigungseinrichtung (10′, 11′) verbunden ist, wo
bei die Schwingungsisoliereinheit gegen den Körper über eine
zwischengelegte piezoelektrische Einlage (10, 11) drückt,
und wobei die Befestigungseinrichtung eine Federkonstante
[K] aufweist, die durch folgende Formel gegeben ist:
[K] Lmax (1/Dr - α/Dmax)wobei
Lmax: maximale Ausgangskraft der piezoelektrischen Einlage
Dmax: maximale Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
Dr: erforderliche Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
L₁: Summe der Belastungskraft und der Befestigungs kraft, die auf die piezoelektrische Einlage wir ken
τ D = Dr/Dmax, τL = L1/Lmax, τ = τL/τD
τ 1, α = 1
τ 1, α = τ
Lmax: maximale Ausgangskraft der piezoelektrischen Einlage
Dmax: maximale Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
Dr: erforderliche Verschiebung der piezoelektrischen Einlage
L₁: Summe der Belastungskraft und der Befestigungs kraft, die auf die piezoelektrische Einlage wir ken
τ D = Dr/Dmax, τL = L1/Lmax, τ = τL/τD
τ 1, α = 1
τ 1, α = τ
2. Schwingungsisoliereinrichtung, die zwischen einen
schwingenden Körper und einen in Schwingung versetzten Kör
per einzufügen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
einer der Körper mit einer Schwingungsisoliereinheit mit
Hilfe einer Befestigungseinrichtung, die eine piezoelektri
sche Verschiebung ausführen kann, verbunden ist, wobei eine
piezoelektrische Einlage (10, 11) eingefügt ist.
Applications Claiming Priority (2)
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