DE69405266T2

DE69405266T2 - Dynamischer Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE69405266T2
Application number: DE69405266T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiko Aida; Kiyoshi Hattori; Eiji Manome; Hiroshi Miyano; Toshiaki Nasuda; Yoshiyuki Sakurai
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-02-18
Filing date: 1994-02-18
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-02-19
Also published as: EP0611900A1; EP0611900B1; US5445249A; DE69405266D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen dynamischen Schwingungsdämpfer, mit dem Schwingungen einer Ziel- oder Objektstruktur in waagrechten zweidimensionalen Richtungen unterdrückt werden können.
Im allgemeinen enthält ein dynamischer Schwingungsdämpfer ein Zusatzgewichtsteil, das durch Schwingungen einer Trägheitskraft unterworfen ist, ein Steifigkeitselement zum Erzeugen einer Reaktionskraft zu der Trägheitskraft, die auf den Zusatzgewichtsteil wirkt, und ein Dämpfüngselement zum Aufnehmen der Schwingungsenergie.
Ein herkömmlicher dynamischer Schwingungsdämpfer ist derart konstruiert, daß Schwingungen in einer speziellen Richtung einer Zielstruktur durch das Schwingen eines Zusatzgewichtsteils unterdrückt werden. Wenn es eine Mehrzahl von Richtungen gibt, in denen Schwingungen kontrolliert werden müssen, muß die Schwingungskontrolleinrichtung daher die gleiche Anzahl von dynamischen Schwingungsdämpfern enthalten wie die Anzahl der Schwingungsrichtungen.
Ein dynamischer Schwingungsdämpfer entsprechend dem Oberbegriff des beigefügten Hauptanspruchs ist aus der GB-PS 744041 bekannt, die ein Absorptions- oder Dämpfungssystem in einem Maschinenwerkzeugteil beschreibt, das im Betrieb einer selbstinduzierten Schwingung ausgesetzt ist. Bei diesem bekannten Dämpfüngssystem wird ein bewegliches Gewicht von Spiralfedern gehalten, so daß das bewegliche Gewicht in jede radiale Richtung schwingen kann, das heißt in jedwelche Richtung einer senkrechten Ebene. Die Verwendung von Spiralfedern bedeutet eine begrenzte Flexibilität bezüglich der effektiven Federkonstanten. Weiter benötigt der Einbau der Spiralfeder einigen Aufwand beim Einbau des Schwingungsdämpfers.
In der US-A-4, 471, 331 ist eine magnetisch gehaltene Werkstückbefestigung beschrieben, die eine Halterung zum Halten einer Tafel mit einer gedruckten Schaltung enthält an der gearbeitet werden muß. Die Halterung kann innerhalb einer waagrechten Ebene in einfacher Weise gedreht werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Halterung mit einem abwärts vorstehenden kegelstumpfförmigen Bereich mit Umfangsstufen konstruiert ist, in die toroidale Permanentmagneten eingebettet sind. Eine Montageeinrichtung ist mit einem Hohlraum ausgebildet, der komplementär zu dem vorstehenden konischen Bereich ist und mit kreisförmigen Stufen versehen ist, in denen toroidale Permanentmagneten eingebettet sind. Wenn der vorstehende Bereich der Halterung in dem Montagehohlraum angeordnet wird, werden die Magneten m der Halterung und der Montageeinrichtung seitlich zueinander ausgerichtet, wobei bestimmte Magnete in der Halterung zusätzlich so positioniert sind, daß sie die Magnete in der Montageeinrichtung überlagern. Die Polarität der Magnete ist so gewählt, daß die überlagernden Magnete sich gegenseitig abstoßen und die Halterung in seitlichem Abstand von der Montageeinrichtung halten. Benachbarte Magnete des beweglichen Bereiches der Magneteinrichtung und benachbarte Magnete der stationären Magneteinrichtung haben die gleichen Magnetpole. Weiterhin haben sich gegenüberliegende Pole der beiden Magnete, die in senkrechter Richtung voneinander entfernt sind, die gleiche Polarität.
Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen dynamischen Schwingungsdämpfer zu schaffen, bei dem ein einziges bewegliches Gewichtsteil derart gehalten bzw. abgestützt ist, daß es Schwingungen in jedwelcher Richtung von zwei waagrechten Dimensionen ausgesetzt werden kann, um die Schwingungen einer Zielstruktur zu kontrollieren, wobei ein einfacher Einbau möglich ist.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird mit einem dynamischen Schwingungsdämpfer entsprechend dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.
Die beigefügten Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungs gemäßen dynamischen Schwingungsdämpfers gerichtet.
Ein Aspekt der Strukturen und Charakteristika der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß, wenn das bewegliche Gewichtsteil sich aus seinem stationären Zustand herausbewegt, das heißt wenn das Zentrum der Magnetanordnung des beweglichen Teils von dem Zentrum der ortsfesten Magnetanordnung abweicht, die der beweglichen Magnetanordnung gegenüberliegt, eine anziehende Kraft zwischen den verschiedenen Magneten wirkt, die sich gegenüberliegen, wenn das bewegliche Gewichtsteil in einem stationären Zustand ist, und die Magnete in ihre ursprüngliche Zustände zurückbewegt. Wenn die Position des Magneten in der Magnetanordnung abweicht, nähert sich der Magnet den benachbarten Magneten mit einem von diesem Magneten verschiedenen Magnetpol, so daß dazwischen eine abstossende Kraft erzeugt wird. Diese Kräfte wirken als eine rücktreibende Kraft, die die Magnetanordnung des beweglichen Teils und des festen Teils, die in radialer Richtung versetzt worden sind, in ihre ursprünglichen Positionen zurückbewegt. Da die Magnete koaxial zueinander angeordnet sind, kann weiter die gleiche Rückstellkraft relativ zu einer Verschiebung in jedwelcher Richtung der waagrechten zwei Dimensionen erzielt werden.
Die auf die Zielstruktur durch eine Schwingungsstörung, wie ein Erdbeben, übertragene Energie wird durch die Schwingungen des beweglichen Gewichtsteils wirksam absorbiert und die Resonanz der Zielstruktur kann auf diese Weise eliminiert werden. Weiter können Schwingungen in jedwelcher Richtung der waagrechten zwei Dimensionen abgeschwächt werden.
Gleichzeitig bewegt sich die Leiterplatte der magnetischen Dämpfereinrlchtung relativ zu dem Magnetfeld in dem Joch, in dem die Magnete an dessen entgegengesetzten End- bzw. Stirnflächen angeordnet sind. Daher wird in der Leiterplatte ein Wirbelstrom erzeugt, und die Bewegung der Leiterplatte wird aufgrund der Wechselwirkung zwischen dem Wirbelstrom und dem Magnetfeld in dem Joch eingeschränkt und gedämpft. Folglich wird Schwingungsenergie absorbiert und eine Dämpfung erreicht.
Die Grundlagen und weitere Merkmale der Erfindung werden aus dem nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dynamischen Schwingungsdämpfers;
Fig. 2 einen waagrechten Schnitt des dynamischen Schwingungsdämpfers der Fig. 1.
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines in Fig. 1 dargestellten Jochbereiches in einem abgeänderten Beispiel.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen senkrechten Schnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen dynamischen Schwingungsdämpfers. Fig. 2 zeigt einen waagrechten Schnitt der Fig. 1.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein bewegliches Gewichtsbauteil 1, das als Schwingungsdämpfer dient, mit einer Magnetanordnung 2 des beweglichen Teils (bewegliche Magnetanordnung 2) versehen, die aus zylindrischen Magneten besteht. Die zylindrischen Magnete sind koaxial in Form mehrerer Zylinder derart angeordnet, daß benachbarte Magnete verschiedene Magnetpole haben. Das bewegliche Gewichtsteil 1 und die bewegliche Magnetanordnung 2 sind in einem zylindrischen Behälter 3 mit einer Oberplatte 4 und einer Unterplatte 5 auf einer stationären Seite, der beweglichen Magnetanordnung 2 gegenüberliegend, angeordnet, der einen feststehenden Teil bildet.
In den Zwischenraum zwischen der Oberplatte 4 und der Bodenplatte 5 des zylindrischen Gefäßes 3 sind jeweilige Elemente des dynamischen Schwingungsdämpfers aufgenommen, eine an der Innenseite der Oberplatte 4 angebrachte feststehende Magnetanordnung 6 und eine an der Innenseite der Bodenplatte 5 angebrachte feststehende Magnetanordnung 6. Jede der feststehenden Magnetanordnungen 6 hat die gleiche Form wie die entsprechende der beweglichen Magnetanordnung 2 und ist von der beweglichen Magnetanordnung 2 in senkrechter Richtung durch einen vorbestimmten Spalt 7 getrennt. In jeder der feststehenden Magnetanordnungen 6 sind die Magnetpole derart angeordnet, daß sie jeweils den zylindrischen Magneten gegenüberliegend sind und von den Magnetpolen in dem beweglichen Gewichtsteil 1 in einem stationären Zustand verschiedene Magnetpole haben.
Vier Lager (Kugellager) sind in gleichen Winkelabständen an der Oberseite und der Unterseite des beweglichen Gewichtsteils 1 in einer waagrechten Ebene befestigt und Aufnahmen 9 sind den Lagern 8 gegenüberliegend an der Oberplatte 4 und der Bodenplatte 5 befestigt. Die Berührung zwischen jedem der Lager 8 mit der entsprechenden Aufnahme 9 schränkt die senkrechte Position des beweglichen Gewichtsteils 1 ein, um dadurch den Spalt 7 auf einem festen Wert zu halten. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es auf diese Weise möglich, die Steifigkeit, mit der das bewegliche Gewichtsteil 1 in waagrechter Richtung gehalten ist, einzustellen, indem die von den Magneten der beweglichen Magnetanordnung 2 und der ortsfesten Magnetanordnung 6 hervorgerufenen magnetischen Kräfte eingestellt werden und der Spalt 7 ebenfalls eingestellt wird.
Um die Dämpfungskraft, die auf das bewegliche Gewichtsteil 1 wirkt, zu optimieren, ist weiter bei der vorliegenden Ausführungsform eine magnetische Dämpfereinrichtung ausgebildet, indem vier Leiterplatten 10 und vier Jocheinrichtungen 11 vorgesehen sind. Jede der Jocheinrichtungen 11 ist aus einem an der Seitenwand des Gefäßes 3 zu befestigenden Basisbereich und Jochbereichen zusammengesetzt, die sich von dem Basisbereich aus parallel erstrecken, um eine im wesentlichen D -Gestalt zu schaffen. Die Leiterplatten 10 sind an der Umfangsflächen des beweglichen Gewichtsteils 1 in gleichen Winkelabständen in einer horizontalen Ebene derart angebracht, daß jede der Leiterplatten 10 sandwichartig zwischen zwei Magneten angeordnet ist, die an den distalen Enden der Jochbereiche der Jocheinrichtung 11 angeordnet sind, welche Jocheinrichtung 11 an der seitlichen Umfangsfläche des zylindrisches Gefäßes 3 befestigt sind, wobei zwischen den Leiterplatten 10 und den Magneten 12 ein Spalt 13 besteht.
Es ist daher möglich, die Dämpfüngskraft einzustellen, die auf das bewegliche Gewichtsteil 1 wirkt, indem die Magnetkräfte eingestellt werden, die von den Magneten 12, dem Spalt 13 und der Anzahl der vorgesehenen magnetischen Dämpfer hervorgerufen werden.
Das ausgezeichnete Verhalten der dynamischen Schwingungsdämpfer, d.h. eine rücktreibende Kraft, die das bewegliche Gewichtsteil 1 in seine stationäre Lage zurücktreibt, kann erhalten werden, indem die Abstände zwischen den mehreren Zylindern entsprechend der für das bewegliche Gewichtsteil 1 erforderlichen Verschiebung eingestellt werden. Das heißt, die Abstände der zylindrischen Magnete können derart eingestellt werden, daß beispielsweise der zentrale N-Pol der beweglichen Magnetanordnung 2 von dem S-Pol nicht angezogen wird, der über dem N-Pol in der ortsfesten Magnetanordnung 6 angeordnet ist, die sich neben dem zentralen N-Pol befindet.
Im folgenden wird die Funktion der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Wenn sich das bewegliche Gewichtsteil 1 aus seinem stationären Zustand bzw. seiner stationären Lage herausbewegt, d.h. wenn das Zentrum der beweglichen Magnetanordnung 2 vom Zentrum der ortsfesten Magnetanordnung 6, die der beweglichen Magnetanordnung 2 gegenüberliegt, abweicht, wirkt zwischen den verschiedenen Magneten eine anziehende Kraft, welche Magnete sich einander gegenüberliegen, wenn das bewegliche Gewichtsteil 1 sich in seinem stationären Zustand befindet, und bewegt die Magnete in ihre ursprünglichen Zustände bzw. Lagen zurück. Wenn die Position des Magneten in der Magnetanordnung abweicht, nähert sich des weiteren der Magnet dem benachbarten Magneten mit einem zu diesem Magneten unterschiedlichen magnetischen Pol an, so daß zwischen den Magneten eine abstoßende Kraft erzeugt wird. Diese Kräfte wirken als rücktreibende Kraft, die die bewegliche Magnetanordnung 2 und die ortsfesten Magnetanordnungen 6, die in radialer Richtung gegenüber ihren ursprünglichen Positionen versetzt sind, zurück in ihre Ausgangsposition bewegen. Da die Magnete koaxial zueinander angeordnet sind, wird die gleiche rücktreibende Kraft bezüglich einer Verschiebung in jedwelche Richtung der waagrechten zwei Dimensionen erhalten.
Bei einer Abänderung der ersten Ausführungsform ist die ortsfeste Magnetanordnung 6 aus permanenten Magneten und Elektromagneten zusammengesetzt. Auf diese Weise kann die von der ortsfesten Magnetanordnung 6 erzeugte magnetomotorische Kraft variabel gemacht werden, und die Halte- bzw. Tragsteifigkeit des beweglichen Gewichtsteils 1 in waagrechter Richtung kann auf diese Weise einfach eingestellt werden.
Da das bewegliche Gewichtsteil 1 horizontal völlig berührungsfrei gehalten ist mit Ausnahme seines Bereiches, bei dem die senkrechte Position durch die Lager 8 und die Aufnahmen 9 eingeschränkt ist, kann bei der vorliegenden Ausführungsform eine durch Vibrationen oder eine Ermüdung des Tragbauteils hervorgerufene Kontaktreibung ausgeschlossen werden. Im Ergebnis wird ein Schwingungsdämpfer mit hoher Verläßlichkeit geschaffen.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Jocheinrichtung 11. In Fig. 3 ist das Joch 11 (Jochteile 11a, 11b) mit den Magneten 12 (12a, 12b), die an den sich gegenüberliegenden Ober- und Unterseiten seiner distalen Enden vorgesehen sind, mit einem ortsfesten Block 54 mittels einer Führungsstange 53 gekuppelt. Die senkrechte Bewegung der Führungsstange 53 relativ zu dem ortsfesten Block 54 wird durch Sicherungsscheiben 55 eingeschränkt. Ein oberer Bereich der Führungsstange 53 ist mit einem Rechtsgewinde versehen und bildet eine rechtsgängige Schraube 56 und ein unterer Bereich der Führungsstange 53 ist mit einem linkshändigen Gewinde versehen und bildet eine linksgängige Schraube 57. Die rechtsgängige Schraube 56 ist mit dem oberen Jochteil 11a in Schraubeingriff und die linksgängige Schraube 57 ist in Schraubeingriff mit einem unteren Jochteil 11b. Die Führungsstange 53 ist nicht in Schraubeingriff mit dem ortsfesten Block 54. Eine Drehung eines Endes der Führungsstange 53 ermöglicht daher, daß das obere und das untere Jochteil 11a und 11b gleichzeitig gegensinnig um die gleiche Strecke gedreht bzw. verschoben werden, d.h. es ist möglich, die Spalte 13a und 13b zwischen der Leiterplatte 10 und dem oberen und unteren Magnet 12a und 12b gleichzeitig und in gleichem Ausmaß zu verstellen. Die Jochteile 11a und 11b sind über eine Gleitfläche 58 in Berührung mit dem ortsfesten Block 54, um eine Magnetpfad-Querschnittsfläche eines Magnetkreises sicherzustellen.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß der erfmdungsgemaße dynamische Schwingungsdämpfer ein bewegliches Gewichtsteil enthält, das als dynamischer Schwin gungsdämpfer wirkt, eine an dem beweglichen Gewichtsteil vorgesehene bewegliche Magnetanordnung, in der zylindrische Magnete derart koaxial angeordnet sind, daß benachbarte Magnete unterschiedliche Magnetpole haben, in zu der beweglichen Magnetanordnung gegenüberliegender Beziehung vorgesehene feststehende Teile und eine an jedem der feststehenden Teile vorgesehene feststehende Magnetanordnung, in der die Magnetpole derart angeordnet sind, daß sie jeweils den zylindrischen Magneten des beweglichen Gewichtsteils gegenüberliegen und im stationären Zustand zu den Magnetpolen unterschiedliche Magnetpole haben. Da das bewegliche Gewichtsteil von einer Magnetkraft horizontal getragen wird, die zwischen dem beweglichen Gewichtsteil und dem feststehenden Teil wirkt, wird es in jedwelcher Richtung der waagrechten zwei Dimensionen mit gleicher Steifigkeit bzw. Kraft gehalten. Folglich kann unter Verwendung eines einzigen beweglichen Gewichts die Dämpfüngswirkung unabhängig von der Schwingungsrichtung erreicht werden.
Wenn das Dämpfungselement aus der Leiterplatte und dem Joch zusammengesetzt ist, wird die Bewegung des beweglichen Gewichtsteils zusätzlich eingeschränkt und in einem berührungsfreien Zustand gedämpft, um Schwingungsenergie zu absorbieren. Auf diese Weise wird eine sehr verläßliche Dämpfüngswirkung erzielt.

Claims

1. Dynamischer Schwingungsdämpfer enthaltend:

einen beweglichen Gewichtsteil (1), der als dynamischer Schwingungsdämpfer dient; und

einen feststehenden Teil (3), der in sich gegenüberliegender Beziehung zu dem beweglichen Gewichtsteil vorgesehen ist, gekennzeichnet durch,

eine für den beweglichen Gewichtsteil (1) vorgesehene Magneteinrichtung mit einer Magnetanordnung (2), die eine Mehrzahl zylindrischer Magnete enthält, die koaxial zueinander derart angeordnet sind, daß benachbarte zylindrische Magnete verschiedene Magnetpole haben;

eine an dem feststehenden Teil vorgesehene Magnetanordnung (6), die eine Mehrzahl von Magneten mit Magnetpolen aufweist, die in einem stationären Zustand ver schieden von den Magnetpolen der zylindrischen Magneten sind, die jeweils den entsprechenden Magneten an dem feststehen Teil gegenüberliegend mit einem vorbestimmten Spalt (7) zwischen ihnen angeordnet sind,

wobei der bewegliche Gewichtsteil von einer Magnetkraft horizontal getragen ist, die zwischen dem beweglichen Gewichtsteil und dem feststehenden Teil wirkt.

2. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Spalt (7) einstellbar ist.

3. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Gewichtsteil (1) ein zylindrisches äußeres Aussehen hat und in einem zylindrischen Behälter (3) mit einem Oberteil und einem Unterteil und einem zwischen dem Oberteil und dem Unterteil angeordneten Umfangsseitenteil angeordnet ist und daß die Magnetanordnung (6) des feststehenden Teils an dem Oberteil und dem Unterteil des zylindrischen Behälters angeordnet ist.

4. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Lagern (8) an der Oberseite und der Unterseite des beweglichen Gewichtsteils (1) angeordnet ist und eine Mehrzahl von Lageraufnahmen (9) an den Innenseiten des Oberteils und des Unterteils des zylindrischen Behälters (3) angeordnet ist, so daß sie die entsprechenden Lager aufnehmen, um dadurch den Spalt (7) zwischen der Magnetanordnung (1) des beweglichen Teils und der Magnetanordnung (6) des feststehenden Teils aufrechterhalten.

5. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (8) und Lageraufnahmen (9) in einer waagrechten Ebene in gleichen Winkelabständen angeordnet sind.

6. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß er weiter eine magnetische Dämpfereinrichtung (10, 12) aufweist mit einer Mehrzahl von Leiterplatten (10), die an einer äußeren Umfangsfläche des beweglichen Gewichtsteils (1) angebracht sind, und eine Mehrzahl von Jocheinrichtungen (11), die an einer Innenseite der Umfangsseitenteile des zylindrischen Gefaßes (3) an den Leiterplatten entsprechenden Bereichen befestigt sind, wobei jede Jocheinrichtung ein Paar von einander zugewandten Jochteilen hat, und ein Paar von Magneten (12) an den einander zugewandten Flächen der gepaarten Jochteile mit einem Spalt (13) vorgesehen ist, in die die entsprechenden Leiterplatten mit Zwischenraum emgesetzt sind.

7. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatten (10) und die Jocheinrichtung (11) in einer waagrechten Ebene in gleichen Winkelabständen vorgesehen sind.

8. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Leiterplatten (10) und der Jocheinrichtungen (11) einstellbar ist.

9. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Jocheinrichtungen (11) ein Paar von Jochteilen (11a, 11b) und ein Jochteilbefestigungsbauteil (54) aufweist, welches Jochteilbefestigungsbauteil eine Innenseite aufweist, an der die einen Enden der gepaarten Jochteile verschiebbar anliegen, und die Joch-s teile andere Enden aufweisen, die einander zugewandt sind.

10. Dynamischer Schwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der Jochteile (11a, 11b) mittels einer Schraube (53) einstellbar an dem Jochteilbefestigungsbauteil (54) befestigt sind.