DE69304903T2

DE69304903T2 - Frequenzabhängige starre mechanische kupplungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69304903T2
Application number: DE69304903T
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Guilloud; Michel Lapautre; Marc Lepretre; Daniel Trouchet
Original assignee: Bertin et Cie SA
Current assignee: Bertin Technologies SAS
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1993-04-02
Publication date: 1997-05-15
Anticipated expiration: 2013-04-03
Also published as: WO1993021460A1; EP0633989B1; DE69304903D1; US5568847A; EP0633989A1; FR2689951B1; FR2689951A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die starre mechanische Verbindung zwischen zwei Strukturen.
Vorrichtungen für die starre mechanische Verbindung, welche insbesondere für die Aufhängung oder das Tragen einer Struktur durch eine weitere Struktur verwendet werden, weisen im allgemeinen ein Verbindungselement mit mehr oder weniger hoher Steifigkeit wie beispielsweise eine Feder oder einen Block aus einem Elastomermaterial auf, welches zum Abschwächen der Bewegungen zwischen den beiden Strukturen sowie das Filtern von Schwingungen mit einer Einrichtung vom "Stoßdämpfer"-Typ verbunden ist. Solche Vorrichtungen werden in der Automobilindustrie für die Aufhängung der Karosserie und der Antriebsgruppe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Sie zeichnen sich im wesentlichen dadurch aus, daß sie Energie dissipieren und Beanspruchungen übertragen, wobei sich die übertragenen Beanspruchungen proportional zu den Schwingungsgeschwindigkeiten verhalten.
Es sind ebenso hydraulische Einrichtungen zum Filtern von Schwingungen tiefer Frequenzen bekannt, welche insbesondere in der Automobilindustrie eingesetzt werden und zwei mit Flüssigkeit gefüllte und durch einen engen Durchlaß miteinander verbundene Kammern mit elastisch verformbaren Wänden aufweisen, wobei die Resonanzanregung der Masse der in dem engen Durchlaß gestauten Flüssigkeit eine Dämpfung der Schwingungen auf eine vorgegebene tiefe Frequenz gestattet. Der geringe Wert der durch diese Vorrichtungen dämpfbaren Schwingung hängt mit dem relativ geringen Steifigkeitswert des Blockes bzw. der Blöcke aus Elastomermate rial zusammen, aus denen diese Kammern gefertigt sind. Diese geringe Steifigkeit hat jedoch Verformungen der Kammerwände zur Folge, welche sich durch eine teilweise Übertragung von Beanspruchungen bei der zu dämpfenden Frequenz bemerkbar machen.
Falls es hingegen nötig ist, mechanische Verbindungen mit hoher oder sehr hoher Steifigkeit einzusetzen, wie dies beispielsweise bei der Aufhängung eines zwischen einer Turbine und einem Rotor angebrachten Hauptgetriebegehäuses an einem Helikopterrumpf der Fall ist, so sind die bekannten Vorrichtungen nicht anwendbar, und es wurde vorgeschlagen, vom Rotor erzeugte und durch das Getriebegehäuse übertragene Schwingungskräfte auszugleichen, indem man ihnen in einer entgegengesetzten Richtung wirkende Trägheitskräfte mit einem gleichen Betrag entgegenwirken läßt, welche durch Massen erzeugt werden, die durch Hebel mit den Aufhängungsstreben des Hauptgetriebegehäuses verbunden sind. Die Hebel stellen eine Verstärkung zur Verfügung, welche es ermöglicht, das Gewicht der an Bord mitgeführten Massen zu verringern. Trotzdem ist dieses Gewicht immer noch hoch, und das Filtern der durch den Rotor erzeugten tiefen Erregungs frequenz ist nicht zufriedenstellend gewährleistet.
Es sind auch aktive Systeme gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, beispielsweise durch die Schrift WO-A-89/05930, welche einen Schwingungsabsorber mit einer Feder und einer Dämpfungseinrichtung beschreibt, welche derart parallel zueinander angeordnet sind, daß sie ein Aufhängungssystem bilden, wobei die Dämpfungseinrichtung in einem Zylinder zwei einander gegenüberliegende und durch eine Öffnung mit geringem Durchmesser verbundene Kammern aufweist. Eine aktive Einrichtung mit einer Betätigungseinrichtung und einer Pumpe steht mit der Dämpfungseinrichtung in Verbindung, um einen Differentialdruck zwischen den beiden Seiten der Öffnung zu erzeugen, welcher den auf den Absorber aufgebrachten Schwingungen entgegenwirkt.
Die Erfindung hat insbesondere das Ziel, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen.
Sie hat eine Vorrichtung zur Aufgabe, welche eine starre mechanische Verbindung zwischen zwei Strukturen herstellen kann, welche überdies die Übertragung einer tiefen Frequenz eines gegebenen Wertes aufhebt bzw. zumindest weitestgehend verringert, ohne Energie aufzunehmen.
Sie hat des weiteren eine Vorrichtung dieser Art zur Aufgabe, welche verläßlich, leicht und platzsparend ist.
Zu diesem Zweck wird hiermit eine Vorrichtung für die frequenzbegrenzende starre mechanische Verbindung zwischen zwei Strukturen vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung ein Element zur Übertragung von statischen Beanspruchungen zwischen den beiden Strukturen und eine dichte Zylinder/Kolben-Einheit aufweist, deren Kolben einstückig mit der einen Struktur ausgebildet ist und deren Zylinder einstückig mit der anderen Struktur ausgebildet ist, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Element zur Übertragung von statischen Beanspruchungen ein Zugelement mit hoher Steifigkeit ist, welches parallel zur Achse der Zylinder/Kolben-Einheit und an seinen Enden einstückig mit den Strukturen ausgebildet ist, sowie dadurch, daß die Vorrichtung Einrichtungen zum Erzeugen einer Trägheit aufweist, welche der Verschiebung des Kolbens im Zylinder als Reaktion auf eine stoßartige oder quasi-stoßartige Beschleunigung unverzüglich entgegenwirkt, wobei diese Einrichtungen zumindest aufweisen: eine Leitung, deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt des Kolbens ist und welche die zwei jeweils auf einer Seite des Kolbens im Zylinder gebildeten Kammern miteinander verbindet; sowie eine im wesentlichen nicht-viskose Flüssigkeit, welche den Zylinder und die Leitung zur Gänze ausfüllt, wobei diese letzteren im wesentlichen unelastisch und unter der Einwirkung der Druckänderungen nicht verformbar sind, so daß der Übertragung auf die eine der Strukturen einer auf die andere der Strukturen aufgebrachten stoßartigen oder quasi- stoßartigen Beschleunigung, welche eine Verschiebung des Kolbens im Zylinder in einer Richtung hervorruft, von der Trägheit der in der anderen Richtung in der Leitung verdrängten Flüssigkeit entgegengewirkt wird, wobei diese am Kolben betrachtete Trägheit gleich der Masse der in der Leitung enthaltenen Flüssigkeit ist und mit dem Quadrat des Verhältnisses zwischen dem Arbeitsquerschnitt des Kolbens und dem Innenquerschnitt der Leitung zunimmt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es somit, eine auf den Zylinder bzw. den Kolben aufgebrachte stoßartige oder quasi-stoßartige Kraft zumindest teilweise durch eine im wesentlichen gleichwertige und entgegengesetzt gerichtete Trägheitskraft auszugleichen, welche durch die mit hoher Beschleunigung stattfindende Verdrängung der im Inneren der die beiden Kammern des Zylinders verbindenden Leitung enthaltenen Flüssigkeit erzeugt wird. Die resultierende, dem Kolben aufgeprägte Trägkeit wird mit dem Verhältnis des Quadrates des Querschnitts von Kolben und Leitung, d.h. dem Verhältnis der Querabmessungen von Kolben und Leitung zur vierten Potenz, verstärkt. Falls dieses Verhältnis in der Größenordnung 10 liegt, liegt der Faktor der Trägheitsverstärkung in der Größenordnung 10&sup4;. Hierdurch läßt sich unter Verwendung einer geringen Flüssigkeitsmasse ein hoher Wert einer Trägheitskraft erzeugen.
Um Energieverluste aufgrund von Reibung zu verhindern, ist es wichtig, daß die Flüssigkeit, mit welcher der Zylinder und die Leitung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gefüllt sind, eine möglichst geringe Viskosität aufweist. Die sehr geringen Reibungsverluste aufgrund der Verwendung einer sehr wenig viskosen Flüssigkeit unterscheiden die erfindungsgemäße Vorrichtung äußerst eindrucksvoll von den im Stand der Technik bekannten Systemen vom "Stoßdämpfer"-Typ, welche im wesentlichen Energie dissipieren oder absorbieren.
Es ist ebenfalls von Bedeutung, daß der Zylinder und die Leitung, welche die Flüssigkeit mit sehr geringer Viskosität enthalten, unter der Einwirkung der Druckschwankungen im wesentlichen nicht-verformbar sind, da sich jegliche Verformung von Zylinder oder Leitung durch eine Verschlechterung der erwähnten Trägheitsverstärkung und durch eine Kraftübertragung auswirkt.
Gemäß einem weiteren Merkmal sind die Abmessungen der Leitung und das Verhältnis zwischen dem Kolbenquerschnitt und dem Leitungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Zugelementes sowie von einer Erregung sfrequenz festgelegt, um die Übertragung dieser Erregungsfrequenz im wesentlichen aufzuheben oder zumindest weitestgehend zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es insbesondere, eine von einer der Strukturen erzeugte oder auf diese aufgebrachte tiefe Erregungsfrequenz zu blockieren, welche andernfalls auf die jeweils andere Struktur übertragen würde. Beispielsweise im Fall der Aufhängung des Hauptgetriebegehäuses bei einem Helikopter ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, eine durch die Drehung der Rotorblätter bei stabilisiertem Betrieb erzeugte tiefe Fre quenz, weiche je nach dem Helikoptertyp zwischen ca. 15 und 30 Hz liegt, zu blockieren.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen können des weiteren in Reihe geschaltet sein, um entweder ein Kamm-Frequenzfilter oder ein Tiefpaßfilter zu schaffen.
Auf vorteilhafte Weise ist der statische Druck der den Zylinder und die Leitung füllenden Flüssigkeit höher als mindestens die Hälfte der Gesamtamplitude der Schwankungen des Flüssigkeitsdrucks, um Kavitationserscheinungen zu vermeiden. Auf diese Weise wird ein Flüssigkeitsdruck gewährleistet, der immer höher als der Sättigungsdruck der Flüssigkeit ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
- erstreckt sich das Zugelement in Axialrichtung durch den Kolben und den Zylinder, die ringförmig ausgebildet sind und das Zugelement axial umgeben,
- ist das Zugelement eine zylindrische Röhre,
- ist die Leitung wendelförmig um den Zylinder herum angeordnet und weist beispielsweise eine in der Außenfläche des Zylinders ausgebildete und an ihren Enden zum Inneren des Zylinders hin offene wendelförmige Rille sowie einen am Zylinder befestigten und dichtend auf dessen Außenwandung aufgebrachten zylindrischen Mantel auf.
Eine solche Vorrichtung kann mit einem Gesamtgewicht von ca. 7 kg verwirklicht werden, so daß sie eine der vier Aufhängungsstreben eines Hauptgetriebegehäuses in einem He likopter darstellt, und ermöglicht es durch Oszillieren einer Flüssigkeitsmasse in der Größenordnung von einem Kilogramm, eine Trägheitskraft zu entwickeln, welche derjenigen einer Masse von 700 kg entspricht, wodurch die durch die Drehung der Rotorblätter bei stabilisiertem Betrieb erzeugten und durch das Hauptgetriebegehäuse auf den Rumpf übertragenen Schwingungen im wesentlichen ausgeglichen werden können, so daß die restlichen am Rumpf auftretenden Beschleunigungen in der Größenordnung von 0,01 bis 0,02 g liegen, was einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit der zu dem gleichen Zweck eingesetzten bekannten Systeme um einen Faktor 10 entspricht.
Ein besseres Verständnis der Erfindung sowie weiterer Merkmale, Einzelheiten und Vorteile davon erschließt sich durch die Lektüre der folgenden Beschreibung, welche beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erfolgt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schemadarstellung des Grundgedankens der Erfindung;
Fig. 2 eine Schemaansicht einer erfindungsgemäßen Aufhängungsstrebe im Axialschnitt;
Fig. 3 eine Schemadarstellung der Reihenschaltung einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Bildung eines Tiefpaßfilters
In der Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 10 und 12 jeweils eine von zwei durch die erfindungsgemäße Vorrichtung starr miteinander zu verbindenden Strukturen, wobei die Vorrichtung ein Element 14 zur Übertragung statischer Beanspruchungen aufweist, das schematisch als Feder mit sehr hoher Steifigkeit dargestellt ist, und dessen beide Enden an den Strukturen 10 und 12 befestigt sind, sowie eine Einheit von Zylinder 16 - Kolben 18 parallel zu dem Element 14, wobei der Zymder 16 beispielsweise einstückig mit der Struktur 12 ist, während der Kolben 18 mittels einer Kolbenstange 20 an der Struktur 10 befestigt ist, welche sich dichtend durch die beiden Enden des Zylinders 16 hindurch erstreckt, und wobei der Kolben 18 selbst auf im wesentlichen dichtende Weise im Inneren des Zylinders 16 verschiebbar ist. Eine Leitung 22, deren Innenquerschnitt kleiner als die Arbeitsoberfläche des Kolbens 18 ist, ver bindet die zu beiden Seiten des Kolbens 18 im Zylinder ausgebildeten Kammern miteinander. Der Zylinder 16 und die Leitung 22 sind starr und nicht-verformbar und mit einer Flüssigkeit mit sehr geringer Viskosität gefüllt.
Wenn eine stoßartige oder quasi-stoßartige Beschleunigung mit einer in der Darstellung der Fig. 1 vertikalen Komponente auf die Struktur 10 aufgebracht wird, ruft sie eine sehr beschränkte Längung bzw. Komprimierung des starren Elementes 14 und eine Verschiebung mit entsprechender Amplitude und Richtung im Inneren des Zylinders 16 hervor. Die Verschiebung des Kolbens 18 im Zylinder 16, beispielsweise in der durch den Pfeil 24 angedeuteten Richtung, mit einer Amplitude, die beispielsweise in der Größenordnung von einem Millimeter oder weniger liegt, ruft in der Leitung 22 eine Verdrängung der Flüssigkeit mit sehr geringer Viskosität, welche den Zylinder 16 und die Leitung 22 vollständig ausfüllt, in der entgegengesetzten Richtung hervor, wie sie durch den Pfeil 26 angedeutet ist. Die Masse der in der Leitung 22 enthaltenen und durch die Bewegung des Kolbens 18 im Zylinder 16 verdrängten Flüssigkeit besitzt eine am Kolben 18 betrachtete Trägheit, welche gleich der Masse der in der Leitung 22 enthaltenen Flüssigkeit mal dem Quadrat des Verhältnisses des Arbeitsquerschnitts des Kolbens 18 und des Innenquerschnitts der Leitung 22, d.h. mal dem Verhältnis der entsprechenden Querabmessungen des Kolbens 18 und der Leitung 22 zur vierten Potenz ist, was aus der nachfolgenden Rechnung hervorgeht:
Fe soll die den Kolben 18 im Zylinder 16 verschiebende Kraft und Γe die Beschleunigung des Kolbens 18, S die Arbeitsfläche des Kolbens, P1 und P2 die Flüssigkeitsdrücke über bzw. unter dem Kolben 18, und M die Masse der beweglichen Teile sein. Somit erhält man:
Fe = (P1 - P2) 5 + M Γe
Andererseits hat man in der Leitung 22:
P1 - P2 = L Γf
mit als der volumenbezogenen Masse der Flüssigkeit, L der Länge der Leitung 22 und Γf der Beschleunigung der Flüssigkeit in der Leitung 22.
Aufgrund der Erhaltung der Durchsätze im Zylinder 16 und in der Leitung 22 ergibt sich
Γf = (S/s) Γe
mit s als dem Innenquerschnitt der Leitung 22.
Daraus ergibt sich:
Γe = L (S/s) Γe × S + M Γe = [ L s (S/s)² + M] Γe
oder: F = (Mi + M) Γe
mit Mi = m (S/s)²
wobei Mi die auf den Kolben aufgebrachte Trägheitsmasse und m = L s die Masse der in der Leitung 22 enthaltenen Flüssigkeit ist.
Es zeigt sich, daß hiermit die Trägheit des Kolbens 18 um eine Größe Mi erhöht wird, die gleich der Masse m der in der Leitung 22 enthaltenen Flüssigkeit mal dem Quadrat des Verh:iltnisses Sis ist, wobei dieses Verhältnis gleich dem Verhältnis aus dem Arbeitsquerschnitt des Kolbens 18 und dem Innenquerschnitt der Leitung 22 ist.
Diese dem Kolben aufgeprägte Trägheitsmasse kann sehr groß sein, selbst wenn es sich nicht um eine schwere Masse handelt. Wenn die Masse der in der Leitung 22 enthaltenen Flüssigkeit 1,5 kg beträgt und das Verhältnis S/s gleich 30 ist, beträgt die aufgebrachte Trägheitsmasse Mi 1350 kg.
Bei dem dargestellten Beispiel besitzt die Leitung 22 eine Länge, die deutlich größer als diejenige des Zylinders 16 ist, was es ermöglicht, die Masse m der -in der Leitung 22 enthaltenen Flüssigkeit ohne Vergrößerung deren Querschnittes 5 zu vergrößern, was somit den angestrebten Effekt der Trägheitsverstärkung begünstigt.
Betrachtet man nun eine auf die Struktur 10 aufgebrachte Schwingungskraft, so gibt es eine Frequenz, bei der die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen überhaupt keine dynamische Kraft auf die Struktur 12 überträgt (bei Annahme einer idealen Flüssigkeit ohne Viskosität und damit ohne Reibung).
Es soll Fe = Acoswt die auf die Struktur 10 aufgebrachte Schwingungskraft, A deren Amplitude und w ihre Pulsation bzw. Frequenz, sowie K die Steifigkeit des Elements 14 sein.
Die auf die Struktur 12 übertragene Schwingungskraft ist also durch K A - Mi w² A ausgedrückt.
Ist die Pulsation w gleich (K/Mi)½, so ist die auf die Struktur 12 aufgebrachte Schwingungskraft gleich Null (unter Vernachlässigung der Reibungsverluste in der Flüssigkeit, die aufgrund der sehr niedrigen Viskosität der Flüssigkeit sehr gering sind). Bei gleichmäßigem Betrieb sind die Verdrängungsgeschwindigkeiten in der Vorrichtung in 90º-Phasenverschiebung mit den aufgebrachten Kräften, so daß die in die Vorrichtung dissipierte Leistung gleich Null ist (unter Vernachlässigung der geringen Flüssigreibungsverluste).
Somit zeigt sich, daß die durch das starre Element 14 auf die Struktur 12 übertragene Schwingungskraft bei einer gegebenen Erregungsfrequenz mittels einer entgegengesetzt wirkenden, gleichwertigen Trägheitskraft, welche aus der Beschleunigung einer sehr geringen Flüssigkeitsmasse in der Leitung 22 resultiert, augenblicklich ausgeglichen werden kann.
Ist diese Frequenz bekannt, so ist es ausgehend von der Steifigkeit K des Elements 14 und dem Querschnittverhältnis S/s einfach, diejenigen Abmessungen der Leitung 22 zu bestimmen, mit denen dieses Resultat erhalten werden kann.
Wohlgemerkt kann eine Mehrzahl von Leitungen 22 parallel am Zylinder 16 vorgesehen sein, wie beispielsweise unter 22' in Fig. 1 dargestellt ist, wobei die Leitungen 22, 22' unterschiedliche Abmessungen aufweisen, und jede Leitung mit einem gesteuerten Magnetventil 28 ausgerüstet ist.
Hierdurch können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung nacheinander mehrere Erregungsfrequenzen gefiltert werden, indem man jeweils das Magnetventil einer der Leitungen 22, 22' öffnet und die Magnetventile der anderen Leitungen schließt.
In Fig. 2 ist eine praktische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
Die Vorrichtung der Fig. 2 stellt eine Aufhängungsstrebe dar, welche mit ihren Enden 30 und 32 an zwei Strukturen wie etwa dem Hauptgetriebegehäuse und dem Rumpf eines Helikopters angebracht werden soll. Die beiden Befestigungsenden dieser Aufhängungsstrebe sind durch eine axiale Zugstrebe 34 starr miteinander verbunden, welche aus einer hohlen Stahlröhre mit einer Länge von ca. 80 cm, einem Durchmesser von 30 mm, einer Wandstärke von einem Millimeter und einer Steifigkeit von ca. 2,5 x 10&sup7;N/m gebildet ist.
Eine zylindrische Hülse 36 umgibt mit Zwischenraum den oberen Abschnitt der Röhre 34, indem sie mit ihrem oberen Ende am Teil 30 befestigt ist und an ihrem unteren Ende einen rohrzylinderförmigen Kolben 38 trägt, welcher mit Zwischenraum den Mittelabschnitt der Röhre 34 umgibt. Dieser Kolben 38 ist gleitverschieblich dichtend in einem zylindrischen Körper 40 angebracht, dessen unteres Ende mittels einer röhrenförmigen Hülse 42 mit dem unteren Befe stigungsteil 32 der Vorrichtung verbunden ist. Die Außenum fangsoberfläche des zylindrischen Körpers 40 weist eine wendelförmige Rille 44 im wesentlichen über ihre gesamte Länge auf, auf welcher dichtend eine zylindrische Ummantelung 46 einstückig mit dem Körper 40 aufgebracht ist. Diese wendelförmige Rille steht mit dem Inneren des zylindrischen Körpers 40 über Öffnungen 48 in Verbindung, welche an den axialen Enden dieses Körpers beidseitig von dem röhrenförmigen Kolben 38 gebildet sind. Die axialen Enden des zylindrischen Körpers 40 sind des weiteren durch Metallbälge 50 dichtend mit den entsprechenden axialen Enden des röhrenförmigen Kolbens 38 verbunden. Der durch die Metallbälge 50, die Innenfläche des zylindrischen Körpers 40 und die Enden des Kolbens 38 begrenzte Raum ist mit einer Flüssigkeit mit möglichst geringer Viskosität (beispielsweise in der Größenordnung von 10&supmin;&sup6; MKSA) gefüllt, welche ebenso die wendelförmige Rille 44 füllt.
Es zeigt sich, daß diese mit Flüssigkeit gefüllte wendelförmige Rille 44 gleichbedeutend mit der Leitung 22 von Fig. 1 ist. Die Länge der wendelförmigen Rille 44 beträgt beispielsweise 3,7 m und ihr Querschnitt für den Flüssigkeitsdurchtritt 4 cm². Die effektive Fläche 5 des röhrenförmigen Kolbens 38 beträgt beispielsweise 95 cm², was ein Verhältnis von 23,75 ergibt. Bei einer Masse von 1,5 kg der in der wendelförmigen Rille 44 enthaltenen Flüssigkeit ist die zusätzliche Trägheitsmasse 704 kg. Das Gesamtgewicht dieser Aufhängungsstrebe beträgt ca. 7,5 kg.
Der statische Flüssigkeitsdruck in dieser Aufhängungsstrebe liegt beispielsweise in der Größenordnung von 15 bar und wird problemlos von den Metallbälgen 50 gehalten.
Falls es gewünscht ist, einen höheren statischen Flüssigkeitsdruck zu verwenden (was es ermöglicht, den Raumbedarf der Vorrichtung unter Beibehaltung der aufgebrachten Trägheit in der Querrichtung zu vermindern, indem die Verringerung des Querschnitts 5 durch die Vergrößerung der Länge L ausgeglichen wird), so können an den Enden des zylindrischen Körpers 40 Queranschläge 52 vorgesehen sein, auf welchen die Anschläge abgestützt sind, wobei die Anschläge 52 am zylindrischen Körper 40 befestigt sind und bezüglich der Hülse 36, des Kolbens 38 und/oder des Zugelementes 34 gleitverschieblich angeordnet sind.
Die Flüssigkeit kann unter Druck in den zylindrischen Körper oder in dessen wendelförmige Rille eingebracht werden oder auch mittels der Bälge beim Auffüllen des inneren Rauminhalts der Hülse 36, des Kolbens 38 und der Hülse 42 mit einem Druckgas (beispielsweise Stickstoff mit einem Druck von einigen -zig bar) unter Druck gesetzt werden.
In diesem Fall stellt die Aufhängungsstrebe ein dichtes gekapseltes Element dar, welches mit Gas und Flüssigkeit mit hohem Druck gefüllt ist.
In Fig. 3 ist schematisch die Reihenschaltung einer Mehrzahl von erfindungsgemäßen Vorrichtungen dargestellt, welche ein Tiefpaßfilter bilden. Das System umfaßt im we sentlichen n zylindrische Kolben 18, welche in Reihe gleitverschieblich in einem Zylinder 16 angebracht sind, n Zugstreben 14 einer Steifigkeit K, welche die Kolben 18 untereinander verbinden, sowie einen Endkolben 18 an einem Ende des Zylinders 16, welches mit einem Befestigungsstück 54 zur Befestigung an einer Struktur versehen ist, wobei durch das andere Ende des Zylinders 16 eine Stange 56 für die Befestigung an einer anderen Struktur dichtend hindurchverläuft, und diese Stange 56 einstückig mit dem anderen Endkolben 18 ausgebildet ist. Jeder der Kolben 18 weist eine enge Leitung für den Durchtritt von Flüssigkeit wie etwa eine in seiner Umfangsfläche ausgebildete, wendelförmige Rille 58 auf. Eine unter Druck stehende Flüssigkeit mit sehr geringer Viskosität füllt den Zylinder 16 und die wendelförmigen Rillen 58 vollständig.
Das System verhält sich im Hinblick auf die Schwingungskräfte wie ein Tiefpaßfilter und weist eine Grenzfrequenz von gleich (1/2 π) [4 K/(M + Mi)]½ auf, wobei K die Steifigkeit einer Zugstrebe 14, M die Masse eines Kolbens 18 und Mi die Trägheitsmasse ist, welche an einem Kolben 18 anliegt und wie in der oben erwähnten Formel definiert ist, so daß keine Schwingungskraft mit einer Frequenz, die höher als oder gleich der erwähnten Grenzfrequenz ist, durch das System von einer Struktur auf die andere übertragen wird.
Als Alternative können auch eine Mehrzahl von Vorrichtungen wie diejenige von Fig. 2 Ende an Ende angebracht werden, so daß sie ein Kamm-Frequenzfilter bilden, wenn jeder Vorrichtung eine andere tiefe Frequenz zugeordnet wird, was sich bei bestimmten Anwendung als vorteilhaft erweist.
Außerdem ist zu bemerken, daß die Erfindung für den Fachmann leicht erkennbar auf die Dämpfung von Dreh- und Torsions-Schwingungsbewegungen anwendbar ist.

Claims

1. Vorrichtung für die frequenzbegrenzende starre mechanische Verbindung zwischen zwei Strukturen, wobei die Vorrichtung ein Element zur Übertragung von statischen Beanspruchungen zwischen den Strukturen (10, 12) und eine dichte Zylinder/Kolben-Einheit aufweist, deren Kolben (18) einstückig mit der einen Struktur ausgebildet ist und deren Zylinder (16) einstückig mit der anderen Struktur (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Übertragung von statischen Beanspruchungen ein Zugelement (14) mit hoher Steifigkeit ist, welches parallel zur Achse der Zylinder/Kolben-Einheit und an seinen Enden einstückig mit den Strukturen (10, 12) ausgebildet ist, sowie dadurch, daß die Vorrichtung Einrichtungen zum Erzeugen einer Trägheit aufweist, welche der Verschiebung des Kolbens im Zylinder als Reaktion auf eine stoßartige oder quasi-stoßartige Beschleunigung unverzüglich entgegenwirkt, wobei diese Einrichtungen zumindest aufweisen: eine Leitung (22), deren Querschnitt kleiner als der Querschnitt des Kolbens (18) ist und welche die zwei jeweils auf einer Seite des Kolbens im Zylinder (18) gebildeten Kammern miteinander verbindet; sowie eine im wesentlichen nicht-viskose Flüssigkeit, welche den Zylinder (16) und die Leitung (22) zur Gänze ausfüllt, wobei diese letzteren im wesentlichen unelastisch und unter der Einwirkung der Druckänderungen nicht verformbar sind, so daß der Übertragung auf die eine der Strukturen einer auf die andere der Strukturen aufgebrachten stoßartigen oder quasi-stoßartigen Beschleunigung, welche eine Verschiebung des Kolbens (18) im Zylinder (16) in einer Richtung hervorruft, von der Trägheit der in der anderen Richtung in der Leitung (22) verdrängten Flüssigkeit entgegengewirkt wird, wobei diese am Kolben (18) betrachtete Trägheit gleich der Masse der in der Leitung (22) enthaltenen Flüssigkeit ist und mit dem Quadrat des Verhältnisses zwischen dem Arbeitsquerschnitt des Kolbens (18) und dem Innenquerschnitt der Leitung (22) zunimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Leitung (22) und das Verhältnis zwischen dem Querschnitt des Kolbens (18) und dem Querschnitt der Leitung (22) in Abhängigkeit von der Steifigkeit des Zugelementes (14) sowie von einer Erregungsfrequenz bestimmt sind, um die Übertragung dieser Erregungsfrequenz im wesentlichen aufzuheben oder zumindest sehr weitgehend zu reduzieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druck der im Zylinder (16) und in der Leitung (22) befindlichen Flüssigkeit größer als mindestens die Hälfte der Gesamtamplitude der Druckänderung ist, um Kavitationserscheinungen in der Flüssigkeit zu vermeiden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Leitungen (22, 22') mit unterschiedlichen Abmessungen aufweist, welche parallel zueinander die zwei jeweils auf einer Seite des Kolbens im Zylinder gebildeten Kammern verbinden, sowie Steuereinrichtungen wie beispielsweise Elektroventile (28) zum Verschließen der einen oder der anderen Leitung.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Zugelement (34) in Axialrichtung durch den Kolben (38) und den Zylinder (40) erstreckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (38) und der Zylinder (40) ringförmig ausgebildet sind und das Zugelement (34) axial umgeben.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (34) eine zylindrische Röhre ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (44) wendelförmig um den Zylinder herum angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung eine in der Außenfläche des Zylinders (40) ausgebildete und an ihren Enden zum Inneren des Zylinders hin offene wendelförmige Rille (44) sowie einen am Zylinder befestigten und dichtend auf dessen Außenwandung aufgebrachten zylindrischen Mantel (46) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: mehrere Kolben (18), welche gleitverschieblich in einem gleichen Zylinder (16) hintereinandergeschaltet sind und jeweils eine Leitung (58) mit geringem Durchmesser aufweisen, deren Enden jeweils auf einer Seite des Kolbens zum Inneren des Zylinders hin offen sind; mehrere Zugelemente (14), welche die Kolben (18) untereinander verbinden und einen endseitig angeordneten Kolben (18) mit einem Ende desjenigen Zylinders (16) verbinden, welcher eine Einrichtung zur Befestigung an einer der Strukturen aufweist; eine Befestigungseinrichtung, welche sich abgedichtet durch das andere Ende des Zylinders (16) erstreckt, um den anderen endseitig angeordneten Zylinder (18) mit der anderen Struktur zu verbinden; sowie eine im wesentlichen nicht-viskose Flüssigkeit, welche den Zylinder (16) und die Leitungen (58) der Kolben (18) ausfüllt; wobei diese Vorrichtung ein Tiefpaßfilter in Bezug auf die auf eine der Strukturen einwirkenden Schwingungskräfte darstellt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere der vorstehend bezeichneten Vorrichtungen in Reihe zwischen die Strukturen geschaltet aufweist, so daß sie ein Kamm-Frequenzfilter darstellt, wobei jede der Vorrichtungen auf eine andere tiefe Frequenz als die anderen Vorrichtungen abgestimmt ist.