DE4233212B4

DE4233212B4 - spring system

Info

Publication number: DE4233212B4
Application number: DE19924233212
Authority: DE
Inventors: Reinhold Mohr; Klaus-Peter Heiland
Original assignee: Integrated Dynamics Engineering GmbH
Current assignee: Integrated Dynamics Engineering GmbH
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1992-10-02
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2012-10-03
Also published as: DE4233212A1

Abstract

Federsystem zur Abfederung einer Masse (1), deren Stellung zu einer Unterlage mittels einer Nachstelleinrichtung veränderbar ist,
umfassend:
einen ersten, mit fluidem kompressiblem Medium gefüllten Raum (20, 41) mit Einwirkung von der abzufedernden Masse (1) und auf die abzufedernde Masse (1), und
einen zweiten, mit fluidem kompressiblem Medium gefüllten Raum (24, 42),
dadurch gekennzeichnet,
dass eine fluide Verbindung vom ersten Raum (20, 41) zum zweiten Raum (24, 42) herstellbar und unterbrechbar ist, und
dass der erste Raum (20, 41) aufgrund der Größe des Raumes und der Kompressibilität des eingefüllten Mediums eine hohe Federsteifigkeit erzeugt, wenn unabhängig von dem zweiten Raum (24, 42) wirksam, und eine niedrige Federsteifigkeit gebildet wird, wenn beide Räume miteinander verbunden wirksam sind.Spring system for cushioning a mass (1) whose position can be changed to a base by means of an adjusting device,
full:
a first, filled with fluid compressible medium space (20, 41) with the action of the mass (1) to be sprung and on the mass (1) to be sprung, and
a second space (24, 42) filled with fluid compressible medium,
characterized,
that a fluid connection from the first space (20, 41) to the second space (24, 42) can be produced and interrupted, and
that the first space (20, 41) generates high spring rigidity due to the size of the space and the compressibility of the charged medium when acting independently of the second space (24, 42) and low spring stiffness is formed when both spaces are connected to each other are effective.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Federsystem zur Abfederung einer Masse, auf ein Verfahren zum Einstellen der Lage einer Masse, die ein Maschinenteil oder ein Messgerät darstellt sowie auf die Verwendung eines Federsystems, dessen Steifigkeit und/oder Dämpfung in mindestens zwei Zustände schaltbar ist.The The invention relates to a spring system for cushioning a Mass, on a method for adjusting the position of a mass, the represents a machine part or a measuring device as well as the use a spring system whose stiffness and / or damping in at least two states switchable is.

Um Maschinenteile oder Messgeräte gegen einwirkende Schwingungen aus der Umgebung zu isolieren, werden Luftfedern zwischen dem Maschinenteil bzw. dem Messgerät und der Umgebung eingefügt. Diese Luftfedern sind relativ weich eingestellt, woraus eine niedrige Eigenfrequenz des Systems Feder-Masse (bestehend aus der Luftfeder und dem Maschinenteil oder dem Messgerät) resultiert. Dadurch werden die Störschwingungen aus der Umgebung, welche erfahrungsgemäß höherfrequent sind, nicht auf den zu schützenden Maschinenteil oder das Messgerät übertragen.Around Machine parts or measuring devices to isolate against acting vibrations from the environment Air springs between the machine part or the measuring device and the Environment inserted. These air springs are set relatively soft, resulting in a low Natural frequency of the system spring-mass (consisting of the air spring and the machine part or the measuring device). This will be the spurious vibrations from the environment, which are experience higher frequency, not on the one to be protected Machine part or transmit the meter.

Derart schwingungsisolierte Maschinenteile oder Messgeräte werden andererseits relativ zum Hauptteil der Maschine bzw. zu ihrer Umgebung verschoben, beispielsweise um eine neue Messung vorzunehmen, wobei die neue Lage möglichst rasch eingenommen werden soll. Die Lageveränderung führt unweigerlich zur Anregung von Schwingungen, deren Ausklingen man abwarten muss, wenn genaue Messungen oder, im Falle von Werkzeugmaschinen, genaue Bearbeitungen vorgenommen werden sollen.so On the other hand, vibration-isolated machine parts or measuring devices become relative shifted to the main part of the machine or to their environment, for example to make a new measurement, with the new location as possible should be taken quickly. The change in position inevitably leads to stimulation of vibrations, the end of which must be awaited, if accurate measurements or, in the case of machine tools, precise machining done should be.

Bei einem so genannten Dämpfungssockel ( DE 39 21 824 C1 ) gibt es luftgefüllte, über Kanäle verbundene Räume zur Bildung von Luftfedern, deren Innendruck so geregelt wird, dass auftretenden Vibrationen einer Nutzlast entgegengewirkt wird. Die Nutzlast ist horizontal verschiebbar. Während der Verschiebung wird keine Änderung der Federsteifigkeit der Luftfeder vorgenommen.In a so-called damping base ( DE 39 21 824 C1 ) there are air-filled spaces connected by channels to form air springs whose internal pressure is controlled so that occurring vibrations of a payload is counteracted. The payload is horizontally displaceable. During the shift, no change in the spring stiffness of the air spring is made.

Das aktive Vibrationsisolationssystem nach US-A-4 757 980 basiert darauf, dass ein Servoventil mit variabler Drossel einen hydraulischen Strom in Abhängigkeit von einem Steuersignal regelt, das in Abhängigkeit von Sensoren gewonnen wird. Der hydraulische Strom wird einem Stützzylinder zugeführt, der einen Dämpfer mit variablem Dämpfungskoeffizient der Viskosität bildet. Eine Verschiebung der Nutzlast wird nicht beschrieben und auch keine Umschaltung der Dämpfung bei dem Verschieben der Nutzlast.The active vibration isolation system according to US-A-4 757 980 is based thereon, that a variable throttle servo valve generates a hydraulic flow dependent on controlled by a control signal obtained in response to sensors becomes. The hydraulic flow is fed to a support cylinder, the a damper with variable damping coefficient the viscosity forms. A shift of the payload is not described and also no switching of the damping when moving the payload.

Bei der Anti-Vibrationslagerung nach der DE-AS 1 288 940 wird ein Sack mit geregeltem Füllungsgrad in einer Kammer benutzt, um den Druck in einem pneumatischen Lager zu steuern. Eine Verschiebung der gelagerten Masse (Schiffsantrieb) ist nicht beabsichtigt oder möglich.at the anti-vibration bearing according to DE-AS 1,288,940 becomes a bag with regulated degree of filling used in a chamber to control the pressure in a pneumatic bearing to control. A shift in the stored mass (ship propulsion) is not intended or possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Federsystem, insbesondere für eine Nachstelleinrichtung zum Einstellen der Lage eines Maschinenteils oder eines Messgerätes, zu schaffen, bei dem abgefederte, bewegte Massen verhältnismäßig rasch zur Ruhe kommen, wenn sie ihre jeweils neue Stellung eingenommen haben.Of the Invention is based on the object, a spring system, in particular for one Adjustment device for adjusting the position of a machine part or a measuring device, to create at the sprung, moving masses relatively quickly to rest when they take their new position to have.

Die Erfindung wird in den Ansprüchen 1, 13 und 14 definiert.The Invention is in the claims 1, 13 and 14 defined.

Die gestellte Aufgabe wird im Prinzip dadurch gelöst, dass die Steifigkeit des Federsystems in mindestens zwei Zustände schaltbar ist und/oder unterschiedlich große Dämpfungen des Federsystems wirksam gemacht werden.The Asked problem is solved in principle by the fact that the rigidity of the Spring system is switchable in at least two states and / or different size losses the spring system are made effective.

Dadurch ist es möglich, die Schwingungsisolierung der abgefederten Masse in dem weichen Zustand des Federsystems und mit kleiner Dämpfung aufrechtzuerhalten, während zur Verschiebung der Masse das Federsystem in seinen harten Zustand, gegebenenfalls kombiniert mit großer Dämpfung, gebracht wird mit der Folge, dass infolge der Verschiebung angeregte Schwingungen relativ hochfrequent sind, geringere Amplituden aufweisen und rascher ausklingen. Dadurch kann die Zykluszeit der Nachstelleinrichtung wesentlich verkürzt werden.Thereby Is it possible, the vibration isolation of the sprung mass in the soft Condition of the spring system and with little damping to maintain while to shift the mass of the spring system to its hard state, if necessary combined with great Damping, is brought with the result that excited as a result of the shift Vibrations are relatively high frequency, have lower amplitudes and finish sooner. As a result, the cycle time of the adjusting device significantly shortened become.

Das Federsystem kann wenigstens zwei mit kompressiblen Medien gefüllte Räume aufweisen, die miteinander in Verbindung stehen. Es können Medien mit hoher Kompressibilität (Gase, insbesondere Luft) und/oder mit geringer Kompressibilität (Flüssigkeiten, insbesondere Hydrauliköl) zur Anwendung kommen.The Spring system may have at least two spaces filled with compressible media, the communicate with each other. Media with high compressibility (gases, in particular air) and / or with low compressibility (liquids, especially hydraulic oil) come into use.

In einem Ausführungsbeispiel weisen wenigstens ein, vorzugsweise ein weiterer Raum je eine Mediumsverdrängungseinrichtung auf, die unterschiedliche Verdrängungspositionen einnehmen kann bzw. können, so dass der bzw. jeder Raum eine Volumenveränderung von wenigstens 1:10 erfährt, um die unterschiedlichen Steifigkeiten und damit Eigenfrequenzen des Systems Feder-Masse zu erzeugen. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich die Federkonstante aufgrund der Größe des jeweiligen Raums und der Kompressibilität des eingefüllten Mediums. Große Räume erzeugen weiche Federn, und kleine Räume bringen harte Federn mit sich. Die Volumenänderung sollte möglichst groß sein und beträgt in der Praxis 1:25 und mehr.In an embodiment have at least one, preferably another space per a medium displacement device on, the different displacement positions can or can so that the or each room a volume change of at least 1:10 learns to the different stiffnesses and thus natural frequencies of the Systems to produce spring mass. In this embodiment, the results Spring constant due to the size of each room and the compressibility of the filled Medium. Size Create spaces soft springs, and small spaces bring hard springs with them. The volume change should be as possible be great and is in practice 1:25 and more.

Zur Volumenänderung kann statt der Mediumsverdrängungseinrichtung vorzugsweise eine Schaltung mit zwei Räumen und einem Durchlasselement verwendet werden, wobei das Durchlasselement beide Räume zu einem einheitlich wirkenden Raum verbinden kann, wodurch eine weiche Feder gebildet wird, oder beide Räume im Hinblick auf kurzzeitige Vorgänge voneinander trennt, wie dies z.B. durch eine drosselnde Verbindung realisiert werden kann.To change the volume, instead of the Medi Preferably, a circuit having two spaces and a passage member is used, wherein the passage member may connect both spaces to a uniformly acting space, whereby a soft spring is formed, or both spaces with respect to short-term operations separated from each other, such as by a throttling Connection can be realized.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:embodiments The invention will be described with reference to the drawing. Showing:

1 eine Schemaskizze eines Federsystems, 1 a schematic diagram of a spring system,

2 ein Luftfedersystem mit einer schematisch dargestellten Mediumsverdrängungseinrichtung, 2 an air spring system with a schematically represented medium displacement device,

3 ein Luftfedersystem mit mehreren Räumen nach einer ersten Variante, 3 an air spring system with several rooms according to a first variant,

4 nach einer zweiten Variante, 4 according to a second variant,

5 nach einer dritten Variante, 5 according to a third variant,

6 nach einer vierten Variante, 6 according to a fourth variant,

7 eine kombinierte Luft-Flüssigkeits-Feder, 7 a combined air-liquid spring,

8 eine Niveauregulierung für eine Feder, 8th a level control for a spring,

9 eine weitere Niveauregulierung, 9 another level control,

10 ein Federsystem, von oben gesehen, teilweise aufgebrochen, und 10 a spring system, seen from above, partially broken, and

11 einen Schnitt entlang der Linie XI-XI in 10. 11 a section along the line XI-XI in 10 ,

1 stellt eine schematische Darstellung einer Masse 1, eines Federsystems 2 und einer abstützenden Umgebung oder Unterlage 3 dar. Bei der Masse 1 kann es sich um eine Maschine, ein Maschinenteil oder ein Meßgerät handeln, während als Unterlage 3 das Fundament der Maschine, der Maschinentisch oder der Maschinenhauptteil dienen kann. Das Federsystem enthält eine Luftfeder 4 und eine mechanische Feder 5, die mittels eines Antriebs 6 in Anlage zu der Masse 1 gefahren werden kann, normalerweise aber außer Anlage steht. Als Alternative zu der mechanischen Feder 5 ist noch eine Flüssigkeitsfeder 7 angedeutet, die ebenfalls die Masse 1 mit der Unterlage 3 verbindet. Die Luftfeder 4 weist zwei Räume 8 und 9 auf, die über eine Drossel 10 miteinander verbunden sind. Die obere Begrenzung des Raumes 8 wird durch eine Membran oder einen Balg 11 gebildet, der unter der Einwirkung des Gewichts der Masse 1 steht. 1 represents a schematic representation of a mass 1 , a spring system 2 and a supporting environment or underlay 3 dar. At the mass 1 it can be a machine, a machine part or a measuring instrument while as a support 3 the foundation of the machine, the machine table or the machine body can serve. The spring system contains an air spring 4 and a mechanical spring 5 that by means of a drive 6 in attachment to the crowd 1 can be driven, but usually out of order. As an alternative to the mechanical spring 5 is still a liquid spring 7 implied, which is also the mass 1 with the pad 3 combines. The air spring 4 has two rooms 8th and 9 on that over a choke 10 connected to each other. The upper limit of the room 8th is through a membrane or a bellows 11 formed, which under the action of the weight of the mass 1 stands.

Zur Schwingungsisolierung der Masse 1 gegenüber der Unterlage 3 wird die harte Feder 5 bzw. 7 unwirksam gemacht, so daß nur die Luftfeder 4 die Masse 1 auf der Unterlage 3 abstützt. Die Luftfeder 4 ist relativ weich eingestellt, so daß Erschütterungen der Unterlage 3, denen gewöhnlich eine hohe Frequenz zukommt, nicht auf die Masse 1 übertragen werden. Der Wert der Drossel 10 wird im Hinblick auf maximale Dämpfung gewählt, wobei Luftbewegungen zwischen den beiden Räumen 8 und 9 ermöglicht werden. Indem der Antrieb 6 ausgefahren wird, wird die relativ steife mechanische Feder 5 wirksam gemacht und stützt die Masse 1 ab. Wenn nunmehr die Masse 1 aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung verfahren wird, erfährt sie eine Beschleunigung und eine Abbremsung, wodurch Schwingungen angeregt werden. Diese Schwingungen sind infolge der steiferen Feder 5 relativ hochfrequent und weisen eine geringe Amplitude auf. Wenn demnach die Feder 5 in der neuen Stellung der Masse 1 wieder unwirksam gemacht wird, klingen diese Schwingungen relativ schnell aus, so daß die Masse 1 relativ rasch zur Ruhe kommt und störungsfrei mit einer Messung oder einer Maschinenoperation begonnen werden kann. Bei der Anwendung der Flüssigkeitsfeder 7 kann außer einer hohen Steifigkeit auch eine große Dämpfung von Schwingungen erzielt werden.For vibration isolation of the mass 1 opposite the pad 3 becomes the hard spring 5 respectively. 7 made ineffective, so that only the air spring 4 the mass 1 on the pad 3 supported. The air spring 4 is set relatively soft, so that shocks of the pad 3 that usually have a high frequency, not the mass 1 be transmitted. The value of the throttle 10 is chosen in terms of maximum damping, with air movements between the two spaces 8th and 9 be enabled. By the drive 6 is extended, the relatively stiff mechanical spring 5 made effective and supports the Earth 1 from. If now the mass 1 is moved from a first position to a second position, it experiences an acceleration and a deceleration, whereby vibrations are excited. These vibrations are due to the stiffer spring 5 relatively high frequency and have a low amplitude. If so, the spring 5 in the new position of the mass 1 is made ineffective, these vibrations sound relatively quickly, so that the mass 1 comes to rest relatively quickly and can be started trouble-free with a measurement or a machine operation. When using the liquid spring 7 In addition to a high rigidity, a large damping of vibrations can be achieved.

2 zeigt eine Luftfeder 4, deren beide Räume 8 und 9 jeweils teilweise durch eine Blase 12 bzw. 13 ausgefüllt ist. Die Blasen können über ein Leitungssystem und ein Schaltventil 14 mit einer Flüssigkeit aus einer Quelle 15 gefüllt bzw. in einen Tank 16 entleert werden. Der Raum 8 erfährt dabei eine Volumenänderung von wenigstens 1:10. Die Füllung der Räume 8 und 9 wird über nicht dargestellte Anschlüsse so gesteuert, daß sich ein passender Luftdruck in der Feder einstellt. Infolge der Änderung des Volumens des Raumes 8 kann die Federcharakteristik auf hart oder weich gestellt werden. Demgemäß lassen sich die Effekte erzielen, wie im Zusammenhang mit 1 erläutert. 2 shows an air spring 4 whose two rooms 8th and 9 each partially through a bubble 12 respectively. 13 is filled. The bubbles can be via a pipe system and a switching valve 14 with a liquid from a source 15 filled or in a tank 16 be emptied. The space 8th experiences a volume change of at least 1:10. The filling of the rooms 8th and 9 is controlled via not shown connections so that adjusts a suitable air pressure in the spring. As a result of the change in the volume of the room 8th the spring characteristic can be set to hard or soft. Accordingly, the effects can be achieved as related to 1 explained.

2 ist als Schema zu verstehen und soll die Volumenänderung von wenigstens 1:10 infolge der Mediumsverdrängungseinrichtung 12 darstellen. 2 is to be understood as a scheme and should the volume change of at least 1:10 as a result of the medium displacement device 12 represent.

3 bis 6 stellen Luftfedersysteme dar, deren Steifigkeit sich rasch (innerhalb von etwa 50 bis 100 ms) schalten läßt. Im einzelnen ist dem Balg 11 jeweils ein kleiner Luftraum 20 zugeordnet, der über eine Leitung 21 und 22 sowie 23 mit relativ großen Räumen 24/25 bzw. 26 verbunden werden kann. Hierzu eignen sich passende Ventile, beispielsweise ein Dreiwegeventil 27 (3), oder zwei Zweiwegeventile 28, 29 (4) oder ein einzelnes Zweiwegeventil 28 bzw. 30 (5 und 6). Der Leitung 23 ist eine Drossel 33 zugeordnet, die im Falle der 3 und 4 auch in dem Ventil 27 bzw. 29 einbezogen sein kann. Die Ventile 27 bis 30 werden vorzugsweise elektromagnetisch bewegt. 3 to 6 represent air spring systems whose stiffness can be switched quickly (within about 50 to 100 ms). In particular, the bellows 11 each a small airspace 20 assigned, via a line 21 and 22 such as 23 with relatively large spaces 24 / 25 respectively. 26 can be connected. Suitable valves are suitable for this purpose, for example a three-way valve 27 ( 3 ), or two two-way valves 28 . 29 ( 4 ) or a single two way valve 28 respectively. 30 ( 5 and 6 ). The line 23 is a throttle 33 assigned in the case of 3 and 4 also in the valve 27 respectively. 29 can be involved. The valves 27 to 30 are preferably moved electromagnetically.

Die dargestellten Schaltstellungen in 3 bis 6 zeigen das Federsystem mit harter Federcharakteristik und überkritischer Dämpfung. Dies wird dadurch erreicht, daß die Drossel 33 den kleinvolumigen Raum 20 von dem großvolumigen Raum 24 bzw. 26 für die relativ hochfrequenten Schwingungen abkoppelt. Wenn demgegenüber die Ventile umgeschaltet werden, steht eine Durchlaßverbindung großen Kalibers zwischen dem kleinvolumigen Raum 20 und einem der großvolumigen Räume 24 oder 26 zur Verfügung, so daß sich die Räume 20 und 24 bzw. 26 gewissermaßen vereinigen und die Masse 1 über einen großvolumigen Raum 20/24 bzw. 20/26 abgefedert wird. Demgemäß wird eine weiche Federcharakteristik eingestellt. Die Drossel 10 sorgt für eine gewisse Dämpfung von Schwingungen, die in der Luftsäule 20/24 auftreten.The illustrated switch positions in 3 to 6 show the spring system with hard spring characteristic and supercritical damping. This is achieved in that the throttle 33 the small volume 20 from the large volume 24 respectively. 26 decouples for the relatively high-frequency vibrations. In contrast, when the valves are switched, there is a large-caliber passage connection between the small-volume space 20 and one of the large-volume rooms 24 or 26 available, so that the rooms 20 and 24 respectively. 26 to some extent unite and the mass 1 over a large volume 20 / 24 respectively. 20 / 26 is cushioned. Accordingly, a soft spring characteristic is set. The throttle 10 provides some damping of vibrations in the air column 20 / 24 occur.

7 zeigt ein kombiniertes Luft-Flüssigkeits-Federsystem 40, enthaltend einen Behälter 41 und einen Behälter 42, die über ein Schaltventil 43 miteinander verbunden sind. Der Behälter 41 ist mit Flüssigkeit gefüllt und in zwei Kammern 44 und 45 unterteilt, die über eine Drossel 46 miteinander verbunden sind. Die Kammer 44 ist außerdem über die Leitung 47 und das Ventil 43 mit dem unteren Ende des Behälters 42 verbunden, in welchem Flüssigkeit bis zu dem Spiegel 48 gefüllt ist. Der Spiegel 48 liegt höher als die Membran 11. Oberhalb des Spiegels 48 erstreckt sich eine Luftfeder 50 mit zwei Kammern 51 und 52, einer verbindenden Drossel 53 und einem Druckluftanschluß 54. Der Druckluftanschluß 54 dient zur Zufuhr eines ausreichend großen Luftdrucks pü in der Luftfeder 50 zum Ausgleich des Gewichts der Masse 1. Über dem Druckanschluß 54 ist außerdem eine Niveauregulierung der Masse 1 möglich. Das Ventil 43 hat eine Durchgangsstellung und eine Sperrstellung. In der Durchgangsstellung ist das Federsystem 40 auf "weich" eingestellt, da die Flüssigkeit gewissermaßen als Übertrager für die Luftfeder 50 wirkt, welche eine weiche Feder mit einstellbarer Dämpfung darstellt. Bei gesperrtem Ventil 43 sitzt die Masse auf der Flüssigkeitsfeder 41, der infolge der Drossel 46 eine gewisse Dämpfung zukommt. Abgesehen von der hohen Steifigkeit der Flüssigkeitsfeder 41 gegenüber der Luftfeder 50 sind auch deren Dämpfungswerte unterschiedlich. Mit dem Umschalten des Ventils 43 können demgemäß auch unterschiedliche Dämpfungswerte wirksam gemacht werden. Es ist dabei möglich, in der Absperrstellung des Ventils 43 eine enge Drossel 49 wirksam werden zu lassen, die für eine starke Dämpfung der Flüssigkeitsfeder sorgt. 7 shows a combined air-liquid spring system 40 containing a container 41 and a container 42 that has a switching valve 43 connected to each other. The container 41 is filled with liquid and in two chambers 44 and 45 divided, which has a throttle 46 connected to each other. The chamber 44 is also over the line 47 and the valve 43 with the lower end of the container 42 connected in which liquid up to the mirror 48 is filled. The mirror 48 is higher than the membrane 11 , Above the mirror 48 extends an air spring 50 with two chambers 51 and 52 , a connecting throttle 53 and a compressed air connection 54 , The compressed air connection 54 serves to supply a sufficiently large air pressure pü in the air spring 50 to balance the weight of the mass 1 , Above the pressure connection 54 is also a level control of the mass 1 possible. The valve 43 has a passage position and a blocking position. In the passage position is the spring system 40 set to "soft", since the liquid in a sense as a transformer for the air spring 50 acts, which is a soft spring with adjustable damping. With locked valve 43 the mass sits on the liquid spring 41 that due to the throttle 46 there is a certain amount of damping. Apart from the high stiffness of the liquid spring 41 opposite the air spring 50 their damping values are also different. By switching the valve 43 Accordingly, different attenuation values can be made effective. It is possible, in the shut-off position of the valve 43 a tight throttle 49 take effect, which ensures a strong damping of the liquid spring.

Das Luftvolumen in den Räumen 51 und 52 bestimmt die Eigenfrequenz in der weichen Stellung des Federsystems. Wegen der druckübersetzenden Wirkung der in Reihe geschalteten Flüssigkeits- und Luftfeder können auf diese Weise sehr kleine Federungssysteme für große Massen mit geringer Eigenfrequenz gebaut werden.The volume of air in the rooms 51 and 52 determines the natural frequency in the soft position of the spring system. Because of the pressure-translational effect of the series-connected liquid and air spring can be built in this way very small suspension systems for large masses with low natural frequency.

8 zeigt, wie ein Federungssystem 2 mit einer Niveauregulierung 60 kombiniert werden kann. Die Stellung x – u der Masse 1 wird über Sensoren ermittelt und über ein Übertragungsglied 61 einem Verstärker 62 mit kleiner Regelverstärkung und einem Verstärker 63 mit großer Regelverstärkung zugeführt. Wie dargestellt, kann es sich bei den Verstärkern 62 und 63 um Pneumatikventile handeln, und zwar um Proportional-Druckregelventile oder Proportional-Volumenstromregelventile, z.B. IDE-MV1 oder Fairchild TXCP-90G3, in mechanopneumatischer oder elektropneumatischer Ausführung. Die Ventile können eine mittlere Sperrstellung, eine linke Zuführstellung und eine rechte Abführstellung einnehmen. In der Zufuhrstellung wird eine Druckluftquelle 64 bzw. 65 mit einem Schaltventil 66 verbunden, welches zwei Stellungen einnehmen kann und dabei bestimmte welches der Regelventile 62 oder 63 wirksam wird, d.h. ob die Ausgangsleitung 68 oder die Ausgangsleitung 69 auf die Niveauregulierungsleitung 67 geschaltet wird, welche in die Kammer 9 der Luftfeder 4 führt. 8th shows how a suspension system 2 with a level control 60 can be combined. The position x - u of the mass 1 is determined via sensors and via a transmission link 61 an amplifier 62 with small control gain and an amplifier 63 supplied with large control gain. As shown, it can be at the amplifiers 62 and 63 To act pneumatic valves, namely to proportional pressure control valves or proportional flow control valves, eg IDE-MV1 or Fairchild TXCP-90G3, in mechanopneumatic or electropneumatic design. The valves can assume a middle blocking position, a left feeding position and a right discharging position. In the feed position becomes a compressed air source 64 respectively. 65 with a switching valve 66 connected, which can take two positions while certain which of the control valves 62 or 63 becomes effective, ie whether the output line 68 or the output line 69 to the level control line 67 which is switched into the chamber 9 the air spring 4 leads.

Die Stellung des Schaltventils 66 erlaubt die Niveauregelung des Federungssystems mit unterschiedlicher bzw. mindestens in zwei Zuständen schaltbarer Regelverstärkung. Ein Federungssystem mit hoher Eigensteifigkeit hat eine relativ hohe Resonanz- bzw. Eigenfrequenz. Ein stabiles Regelungsverhalten kann trotz relativ hoher Regelverstärkung gewährleistet werden. In einer weichen Stellung des Federsystems wäre die Niveauregelung wegen der hohen Regelverstärkung instabil. Deshalb wird im weichen Zustand der Regler mit großer Verstärkung durch einen Regler mit kleiner Verstärkung ersetzt.The position of the switching valve 66 allows the level control of the suspension system with different or at least in two states switchable control gain. A suspension system with high inherent rigidity has a relatively high resonance or natural frequency. A stable control behavior can be ensured despite relatively high control gain. In a soft position of the spring system, the level control would be unstable because of the high control gain. Therefore, in the soft state, the high gain controller is replaced by a low gain controller.

Die Schaltung der Regelverstärkung kann durch das Schaltventil 66 erfolgen. Dieses Schaltventil kann analog zum Umschalten der Steifigkeit des Federungssystems nach einem "Schwingungsgefährdungskriterium" erfolgen. Im Einsatz können Steifigkeit und Regelverstärkung gleichzeitig geschaltet werden.The circuit of the control gain can by the switching valve 66 respectively. This switching valve can be done analogously to switching the rigidity of the suspension system according to a "vibration hazard criterion". In use, stiffness and control gain can be switched simultaneously.

Das Schwingungsgefährdungskriterium kann auch von dem Bewegungszustand der Masse 1 abhängig gemacht werden. Bei einer Schwingungsanregung nahe und oberhalb der Eigenfrequenz des Systems Masse-Feder wird der Regler 62 mit der kleinen Regelverstärkung zugeschaltet, und bei einer Anregung unterhalb der Eigenfrequenz wird der Regler 63 wirksam geschaltet. Auf diese Weise ist es möglich, die Niveauregulierung rasch nachzuregeln, ohne in die Gefahr der Anregung von Regelschwingungen zu geraten. So lange es ungefährlich ist, wird der Regler 63 mit der großen Regelverstärkung benutzt, und wenn das System schwingungsgefährdet ist, wird der Regelverstärker 62 mit der kleinen Regelverstärkung benutzt, der zwar eine längere Regelzeit benötigt, dafür aber weniger störanfällig ist.The vibration hazard criterion can also be based on the state of motion of the mass 1 be made dependent. At a vibration excitation near and above the natural frequency of the system mass-spring is the controller 62 with the small control gain switched on, and at a stimulation below the natural frequency of the controller 63 activated. That's the way it is it is possible to adjust the level control quickly, without risking excitation. As long as it is safe, the regulator will 63 is used with the large control gain, and if the system is vulnerable to vibration, the control amplifier 62 used with the small control gain, which indeed requires a longer control time, but is less susceptible to interference.

Das Schaltsignal für das Schaltventil 66 kann in dem Falle, daß es sich bei der Masse 1 um eine gelagerte Maschine handelt, von dieser gelagerten Maschine selbst erzeugt werden. Zum Beispiel wird eine elektrische Signalspannung (typischerweise ± 10 V), die der Motordrehzahl eines Verfahrschlittens der gelagerten Maschine proportional ist, mittels einer Differenzierschaltung bearbeitet und mit einem Grenzwertsignal verglichen. Bei Überschreiten des Grenzwertes (d.h. Überschreiten einer bestimmten Beschleunigung des Schlittens) wird das Schwingungsgefährdungskriterium als gegeben erachtet und die hohe Steifigkeit und/oder Dämpfung des Federsystems 2 wirksam gemacht.The switching signal for the switching valve 66 can in the case that it is in the mass 1 being a stored machine, produced by this stored machine itself. For example, an electrical signal voltage (typically ± 10V) proportional to the motor speed of a carriage of the stored machine is processed by a differentiator circuit and compared to a threshold signal. Exceeding the limit (ie exceeding a certain acceleration of the carriage), the vibration hazard criterion is considered to be given and the high stiffness and / or damping of the spring system 2 made effective.

Das Schaltsignal für das Ventil 66 kann auch durch einen Schwingungssensor ausgelöst werden, der durch die Schwingungen der Masse 1 erregt wird und bei Überschreiten eines Grenzwertes den Schaltvorgang für das Ventil 66 auslöst.The switching signal for the valve 66 can also be triggered by a vibration sensor, by the vibrations of the mass 1 is energized and when a limit value is exceeded, the switching process for the valve 66 triggers.

9 zeigt eine Variante der Niveauregulierung. Anstelle des Schaltventils 66 ist ein Schaltventil 70 vorgesehen, welches die Ausgangsleitung 69 des Regelventils 63 mit der Niveauregulierungsleitung 67 verbindet bzw. die Verbindung absperrt. Die Anschlußleitung 68 des Regelventils 62 führt unmittelbar in die Kammer 9 der Luftfeder. Da der Regler 62 eine kleine Verstärkung aufweist und somit langsam ist, kann er eventuell auftretende Schwingungen der Masse 1 nicht verstärken, so daß nur länger dauernde Lageänderungen der Masse 1 ausgeregelt werden, wie es für eine Niveauregulierung erforderlich ist. Der Regler 63 mit der größeren Verstärkung hingegen wird nur dann wirksam gemacht, wenn das Kriterium für Zulässigkeit großer Regelverstärkung erfüllt ist. 9 shows a variant of the level control. Instead of the switching valve 66 is a switching valve 70 provided, which is the output line 69 of the control valve 63 with the level control line 67 connects or shuts off the connection. The connection line 68 of the control valve 62 leads directly into the chamber 9 the air spring. Because the regulator 62 has a small gain and thus is slow, it can be possibly occurring vibrations of the mass 1 not strengthen, so that only longer-lasting changes in position of the mass 1 be regulated, as is necessary for a level control. The regulator 63 on the other hand, with the higher gain, it is only made effective if the criterion for permissibility of large control gain is met.

10 und 11 zeigen die praktische Ausführungsform eines Federsystems nach der in 6 skizzierten Version. Die abgefederte und verschiebbare Masse ist als Platte 1 dargestellt, zu der noch die Masse des Maßgeräts oder des Maschinenteils hinzugerechnet werden muß, das auf der Platte aufruht. Der Balg oder die Membran 11 ist mittels einer ringförmigen Platte 31 auf der Oberseite eines kastenförmigen Gehäuses 32 befestigt, das durch eine Querwand 34 zur Bildungü von Kammern oder großvolumigen Räume 24 und 25 unterteilt ist, die einen Inhalt von etwa 1000 cm³ bzw. 4000 cm³ aufweisen. Der zwischen der Membran 11 und der Oberseite des Kastens 32 gebildete kleinvolumige Raum 20 steht über einen Rohrstutzen 21 mit dem Ventil 30 in Verbindung, dessen Auslaßkanal 22 in den großvolumigen Raum 24 führt. Das Verhältnis der Volumina der Räume 20 zu 24 bzw. 25 beträgt 1 : 25 bzw. 30. Der Luftdruck in den Räumen 20, 24, 25 beträgt etwa 2–6 bar und ist der Last angepaßt, die auf der Platte 1 aufruht. 10 and 11 show the practical embodiment of a spring system according to the in 6 sketched version. The sprung and displaceable mass is as a plate 1 shown, to which still the mass of the measuring device or the machine part must be added, which rests on the plate. The bellows or the membrane 11 is by means of an annular plate 31 on the top of a box-shaped housing 32 fastened by a transverse wall 34 for the formation of chambers or large-volume rooms 24 and 25 is divided, which have a content of about 1000 cm ³ or 4000 cm ³ . The between the membrane 11 and the top of the box 32 formed small-volume space 20 stands over a pipe socket 21 with the valve 30 in connection, the outlet channel 22 in the large volume 24 leads. The ratio of the volumes of the rooms 20 to 24 respectively. 25 is 1: 25 or 30. The air pressure in the rooms 20 . 24 . 25 is about 2-6 bar and is adapted to the load on the plate 1 rests.

Das Ventil 30 kann in seine beiden Schaltstellungen mittels eines Elektromagneten 35 verschoben werden, wie es bekannt ist. In der einen Schaltstellung ist der Durchlaß durch das Ventil genügend weit, so daß die Räume 20 und 24 wirkungsmäßig vereinigt werden können, um den großvolumigen Raum zur Bildung einer weichen Feder darzustellen. In der anderen Schaltstellung wird die Drossel 33 wirksam gemacht, und die Räume 20 und 24 sind voneinander getrennt. Vom Raum 20 aus gesehen bedeutet dies, daß ein effektives Volumen im Verhältnis 1 : 25 variabel ist. Demgemäß ist die Eigenfrequenz im Verhältnis 1 : 5 veränderbar.The valve 30 can in its two switching positions by means of an electromagnet 35 be moved as it is known. In one switch position, the passage through the valve is sufficiently far, so that the rooms 20 and 24 can be effectively combined to represent the large volume space to form a soft spring. In the other switching position, the throttle 33 made effective, and the spaces 20 and 24 are separated from each other. From the room 20 This means that an effective volume of 1: 25 is variable. Accordingly, the natural frequency in the ratio 1: 5 changeable.

Die Luftfeder weist noch einen Wegmesser 71 auf, der den Abstand der Platte 1 von dem Gehäuse 32 mißt, um den Höhenmeßwert einer Niveauregulierung zuzuführen, die mit dem Federsystem gekoppelt sein kann und den Raum 20 geringfügig vergrößert oder verkleinert, um die richtige Höhenlage der Platte 1 einzustellen. Diese geringfügige Veränderung der Größe des Raums 20 erfolgt durch Zu- und Abfuhr von Druckluft.The air spring still has a odometer 71 on that the distance of the plate 1 from the case 32 Measures to supply the height measurement of a level control, which can be coupled to the spring system and the space 20 slightly enlarged or reduced to the correct height of the plate 1 adjust. This slight change in the size of the room 20 is done by supplying and removing compressed air.

Das Federsystem ist mit Bezug auf schwere Massen in einem Freiheitsgrad rein vertikal beschrieben worden. Es versteht sich jedoch, daß jeder schwingungsisolierte Körper im Raum mit allen sechs Starrkörperfreiheitsgraden mit einer der oben beschriebenen Versionen auch horizontal oder rotatorisch geregelt werden kann.The Spring system is with respect to heavy masses in one degree of freedom described purely vertically. It is understood, however, that every vibration isolated body in the room with all six rigid body degrees of freedom with one of the above versions also horizontal or can be controlled rotationally.

Claims

Spring system for cushioning a mass ( 1 ) whose position can be changed to a base by means of an adjusting device, comprising: a first space filled with fluid-compressible medium ( 20 . 41 ) with the action of the mass to be absorbed ( 1 ) and on the mass to be mitigated ( 1 ), and a second space filled with fluid compressible medium ( 24 . 42 ), characterized in that a fluid connection from the first space ( 20 . 41 ) to the second room ( 24 . 42 ) is producible and interruptible, and that the first room ( 20 . 41 ) produces a high spring stiffness due to the size of the space and the compressibility of the filled medium, if independent of the second room ( 24 . 42 ) is effective, and a low spring stiffness is formed when both spaces are connected to each other effectively.

Spring system according to claim 1, characterized in that the medium of the first and the second space ( 20 . 24 ) is gaseous, and that the first space ( 20 ) small volume, the two interconnected spaces ( 20 . 24 ) are large-volume.

Spring system according to claim 2, characterized in that the second space ( 24 ) via a throttle ( 10 ) connected side room ( 25 ) assigned.

Spring system according to claim 2 or 3, characterized in that a further, large-volume space ( 26 ) via a switching valve device ( 27 ; 29 ; 30 ) and / or a throttle ( 33 ) with the first, small-volume room ( 20 ) is connectable.

Spring system according to claim 1, characterized in that the first space ( 41 ) is filled with a less compressible medium that the second space ( 42 ) in one area ( 50 ) with compressible medium and in another area ( 48 ) is filled with the less compressible medium, and that the first and second spaces ( 41 . 42 ) via a switch connection ( 43 ) and can be separated from each other to set a soft spring system or a hard spring system.

Spring system according to claim 5, characterized in that the area ( 50 ) with compressible medium in two via a throttle ( 53 ) associated chambers ( 51 . 52 ) is divided to give the soft spring system a first damping.

Spring system according to claim 6, characterized in that the first space ( 41 ) in two via a throttle ( 46 ) associated chambers ( 44 . 45 ) is divided to impart a second damping to the hard spring system.

Spring system according to claim 1, characterized in that the first and second space in an air spring ( 4 ) as a differential space to a medium displacement device ( 12 ) can be formed, which can take different displacement states, so that a volume change of at least 1:10 between the first space and the second space comes about to produce different stiffness and thus natural frequencies of the spring system.

Spring system according to claim 8, characterized in that the air spring ( 4 ) with regard to damping two via a throttle ( 10 ) connected rooms ( 8th . 9 ) having.

Spring system according to claim 9, characterized in that the medium displacement device ( 12 ) through bubbles filled with liquid ( 12 . 13 ) in the rooms ( 8th . 9 ) of the air spring ( 4 ) is formed.

Spring system according to one of claims 1 to 10, characterized in that the mass ( 1 ) via a bellows ( 11 ) or a membrane to the first room ( 8th . 20 . 41 ) is coupled.

Spring system with zero position according to one of claims 1 to 11, characterized in that the zero position of the spring system via a follower ( 61 . 62 . 63 ), which has a first controller ( 62 ) with a small control gain and a second controller ( 63 ) having a large control gain, and in that, depending on a vibration hazard criterion, the controller ( 63 ) is made effective or ineffective with large control gain.

Method for adjusting the position of a mass, the represents a machine part or a measuring device, by means of a Spring system according to one of claims 1 to 12, with the following steps: a) connecting the machine part or measuring device with the Spring system whose stiffness and / or damping in at least one first and a second state is switchable, wherein the machine part or the meter a first Takes position, b) switching the spring system in the second Condition with big Stiffness and / or large Damping, c) Moving the machine part or the measuring device to a second position and d) switch back the spring system in the first state with low stiffness and / or small attenuation.

Use of a spring system whose stiffness and / or damping is switchable in a first and a second state, in an adjusting device for shifting the position of a mass, which is a machine part or a measuring device, between a first and second position, wherein the first state is small Stiffness and / or small damping means and is turned on during the relative rest of the mass, and the second state means high stiffness and / or high attenuation and is turned on during the displacement of the mass to in the second state, the disturbing vibrations caused by the shifting process brin more quickly in order to protect the device in the first state, which is achieved by subsequent switching from the second to the first state, before the occurring in relative rest disturbing vibrations from the environment.