DE69831603T2 - Multiaxialer effizienter aktiver schwingungsdämpfer - Google Patents

Multiaxialer effizienter aktiver schwingungsdämpfer Download PDF

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Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Geräte und Systeme zur Steuerung akustischer Geräusche und/oder Schwingungen und bezieht sich insbesondere auf aktiv gesteuerte Einrichtungen zur Geräusch- und/oder Schwingungssteuerung mittels aktiver Gebildesteuerungsverfahren (ASC).
  • Zum Stand der Technik gehören mannigfache Einrichtungen, die entwickelt worden sind, um den Geräusch- und/oder Schwingungsproblemen entgegenzuwirken. Zu Ihnen gehören passive Behandlungen, passive angepaßte Schwingungsabsorber (TVAs), adaptive TVA (ATVAs), aktive Geräuschsteuerung (ANC), aktive Gebildesteuerung (ASC) und aktive Isolationssteuerung (AIC), die alle hier kurz beschrieben werden. Passive Behandlungen, so beispielsweise Klangdämpfungsabschirmungen sind im allgemeinen bei der Dämpfung hochfrequenter Geräusche effektiv, jedoch im allgemeinen bei der Dämpfung niedrigfrequenter Geräusche, beispielsweise niedrigfrequenter Motortöne, uneffektiv. Festzustellen ist, daß passive Abschirmungen relativ massiv sein müssen, um niedrigfrequente Geräuschübertragungen in einen Fahrzeuginnenraum hinein zu verringern. Daher werden im allgemeinen für niedrigfrequente Schwingungs-/Geräuschunterdrückungen andere Mechanismen verwendet.
  • Passive angepaßte Schwingungsabsorber (TVAs) sind bekannte Vorrichtungen, die bei der Absorption niedrigfrequenter Schwingungen Verwendung finden, um an ihrem Befestigungspunkt lokale Schwingungsreduzierung zu schaffen. TVAs können auch bei der Beseitigung niedrigfrequenter Geräusche innerhalb eines Fahrzeuginnenraums effektiv sein, die von der umgebenden Konstruktion abgestrahlt werden. Obgleich TVAs im allgemeinen zur Dämpfung niedrigfrequenter Geräusche gut geeignet sind, sind sie, was ihren Bereich und ihren Wirkungsgrad anbelangt, im allgemeinen etwas beschränkt. Wie aus der zum Stand der Technik gezeigten 1 ersichtlich, weisen passive TVAs eine aufgehängte angepaßte Masse 32 auf, die (zusammen mit der Steifigkeit der Feder 30) so angepaßt ist, daß sie eine mitschwingende Eigenschwingungszahl (fn) aufweist, die im allgemeinen Schwingungen der schwingenden Konstruktion 22 an der Befestigungsstelle beseitigt oder absorbiert. Der o. g. Nachteil der passiven TVAs besteht darin, daß sie nur bei einer bestimmten Eigenschwingungszahl (fn) oder in einem schmalen Frequenzbereich um diese herum wirksam sind. Deshalb können TVA ineffektiv sein, wenn sich die Störfrequenz ändert, so daß die TVA bei ihrer Eigenfrequenzzahl (fn) nicht erregt wird. Darüber hinaus können passive TVAs nicht in der Lage sein, die geeignete Magnitude oder Phaseneinstellung der Kräfte zu erzeugen, die benötigt werden, um Schwingungen wirksam zu unterdrücken und/oder zu steuern. In Flugzeugen können passive TVAs an den inneren Aussteifungsringen oder Trägern des Rumpfes oder Joches angebracht werden. US-Patent Nr. 3 490 556 von Bennett, Jr. u. a. mit dem Titel "Aircraft Noise Reduction System With Tuned Vibration Absorbers" beschreibt eine passive Schwingungsdämpfungsvorrichtung zur Anbringung an dem Rumpf eines Flugzeugs zwecks Absorption von Schwingungen bei Drehfrequenzen N1 und N2.
  • Wenn ein breiterer Bereich der Schwingungsbeseitigung verlangt wird, können verschiedene adaptive TVAs benutzt werden. So lehrt beispielsweise US-Patent Nr. 3 487 888 von Adams u. a. mit dem Titel "Cabin Engine Sount Suppresser" eine adaptive TVA, der die Resonanzfrequenz (fr) durch Verändern der "Länge" eines Trägers oder der Festigkeit eines elastischen Polstermaterials zwecks Anpassung eingestellt werden kann. Obgleich der Schwingungsdämpfungsbereich mit adaptiven TVAs vergrößert werden kann, können sie immer noch für gewisse Anwendungsfälle etwas ineffektiv sein, so daß ihr Einstellbereich nicht groß genug sein kann oder sie nicht in der Lage sein können, dynamische Kräfte so stark zu reduzieren, daß aktustische Geräusche oder die Schwingungen, die in einem Fahrzeuginnenraum herrschen ganz erheblich verringert werden, obgleich sie unter gewissen Umständen ziemlich effektiv sein können.
  • In gewissen Anwendungsfällen, bei denen ein höherer Geräuschpegel und/oder eine höhere Schwingungsdämpfung verlangt wird, lassen sich aktive Isolationssteuersysteme (AIC) zur Geräusch-/Schwingungssteuerung innerhalb des Fahrzeugs verwenden. AIC-Systeme sind mit "aktiven Befestigungen" versehen, die zwischen dem Motor (Störungsquelle) und seiner Tragkonstruktion (Rahmen, Träger, usw.) befestigt sind. Aktive Befestigungen enthalten ein aktiv angetriebenes Element, das die aktiven Steuerkräfte zur Schwingungsisolierung erzeugt und seine Übertragung vom Motor in die Fahrzeugstruktur verhindert. Die sich in den meisten Fällen ergebende Wirkung ist eine Verringerung der Störung durch innere Schallgeräusche sowie eine Schwingungsverringerung. Zu den bekannten AIC-Systemen gehört der Vorwärtsübertragungstyp, bei dem Bezugssignale von Bezugssensoren dazu benutzt werden, ein Signal zu erzeugen, das als Indikator der Motorschwingungen) für den Steuerungsprozeß ist. In gleicher Weise erzeugen Fehlersensoren Fehlersignale, die das Restgeräusch/Schwingung anzeigen. Diese Bezugs- und Fehlersignale werden durch die digitale Steuerung verarbeitet, um Ausgangssignale der geeignete Phase und Größe (Gegenschwingung) zu erzeugen und dadurch mit der aktiven Befestigung eine Leistungsabgabe zu erreichen, die zur Verringerung der Schwingungsübertragung vom Motor auf die Konstruktion dient und die Steuerung des inneren Schallgeräusches und der Konstruktionsschwingung bewirkt.
  • US-Patent 5 551 650 mit dem Titel "Acitve Mounts For Aircraft Engines" beschreibt ein derartiges AIC-System. Darüber hinaus beschreibt das gewöhnlich genannte US-Patent 5 174 552 von Hodgson u. a. mit dem Titel "Fluid Mount With Active Vibration Control" einen Typ einer aktiven Fluidbefestigung. Es sei darauf hingewiesen, daß offenbar in gewissen Anwendungsfällen unzureichender Platz vorhanden sein kann, um die aktiven Elemente in der aktiven Befestigung aufzunehmen. Darüber hinaus können andere Schwingungswege in die Konstruktion hinein bestehen oder die geeigneten Antriebsrichtungen, die für eine gute Schwingungsdämpfung erforderlich sind, lassen sich nur schwer innerhalb der Raumverhältnisse der aktiven Befestigung erreichen. Deshalb können unter diesen Umständen andere Typen der aktiven Steuerung zur Anwendung gelangen, so beispielsweise die aktive Geräuschsteuerung (ANC) oder die aktive Struktursteuerung (ASC).
  • Aktive Geräuschsteuersysteme (ANC) sind ebenfalls gut bekannt. ANC-Systeme weisen mehrere akustische Wandler auf, so beispielsweise Lautsprecher, die innerhalb des Fahrzeugraums/Fahrgastraums in bestimmter Weise angeordnet sind. Diese Lautsprecher werden in Abhängigkeit von Eingangssignalen betrieben, welche von Eingangssensoren stammen, die für die Störungs- und Fehlersignale der Fehlersensoren, die in dem Fahrzeuginnenraum verteilt sind, kennzeichnend sind. Eingangssignale können von Motorgeschwindigkeiten, -beschleunigungen oder dgl. abgeleitet werden. Die Ausgangssignale zu den Lautsprechern werden im allgemeinen über eine digitale Steuerung gemäß einem bekannten alternativen Steueralgorithmus des Vorwärtsübertragungstyps, beispielsweise des x-gefilterten, kleinsten Durchschnittsquadrat-Algorithmus (LMS) oder dgl. gesteuert. Die anhängige US-Patentanmeldung 08/553 227 von Billoud mit dem Titel "Active Noise Control System For Closed Spaces Such As Aircraft Cabins" beschreibt ein derartiges ANC-System. Weitere Abhandlungen von ANC-Systemen können in dem US-Patent 5 526 292 von Hodgson u. a. mit dem Titel "Broadband Noise And Vibration Reduction" gefunden werden. ANC-Systeme haben den Nachteil, daß sie sich mit keinem einzigen mechanischen Schwingungsproblem befassen, das existieren kann und daß sie im Nachhinein nur schwer an bestimmte Fahrzeuge anpaßbar sind. Darüber hinaus benötigen sie mit steigender Geräuschfrequenz eine größere Anzahl Fehlersensoren und Lautsprecher, um eine ausreichende Dämpfung des gesamten Geräusches zu erreichen.
  • Gewisse ASC-Systeme, die zum Stande der Technik gehörende AVAs verwenden, können dieses Problem der Benötigung einer großen Anzahl von Fehlersensoren dadurch lösen, daß sie den Schwingungsarten der Fahrzeugkonstruktion direkt entgegentreten. So läßt sich beispielsweise durch Anbringung einer Schwingungsvorrichtung, beispielsweise eines Trägheitsschüttelapparates oder AVAs an der inneren Oberfläche des Rumpfes, wie dies im US-Patent 4 715 559 von Fuller beschrieben ist, eine gesamte Dämpfung mit einer minimalen Anzahl von Fehlersensoren erreichen. Jedoch sind die erforderlichen Veränderungen zur nachträglichen Anpassung von AVAs in dieser Hinsicht problematisch, weil die Innenraumausstattung entfernt und konstruktive Abänderungen an den Trägern oder Versteifungsrahmen vorgenommen werden müssen. Darüber hinaus ist zur Steuerung von Tönen höherer Ordnung eine große Anzahl von AVAs erforderlich, wodurch für jedes AVA und den zugehörigen Verstärker große Energieanforderungen bestehen. Daher sind bekannte ASC-Systeme notwendigerweise nur schwer rückwirkend einzubauen und viele erfordern den Einsatz vieler Trägheitsschütteinrichtungen, um Töne höherer Ordnung effizient zu steuern. Das US-Patent 5 310 137 von Yoerkie, Jr. u. a. beschreibt die Verwendung von AVAs zur Beseitigung hochfrequenter Schwingungen eines Hubschraubergetriebes. Obendrein ist Yoerkie, Jr. u. a. ein Feedback-System.
  • Wie im Stand der Technik beschrieben, auf den sich 2 bezieht, weisen aktive Schwingungsabsorber (AVAs) eine Abstimmasse 32, ein Gehäuse 28, eine die Abstimmasse 32 flexibel tragende Feder 30 und einen Kraftantrieb 40 (Spule und Magnetanordnung oder dgl.) zum Zwangsantrieb der Abstimmasse 32 entlang ihrer Wirkungsachse A-A auf. Die Steifigkeit der Feder 30 und die Masse der Abstimmasse 32 können so gewählt werden, daß der AVA bei einer vorherrschenden Frequenz leichter angetrieben wird. Einen Stand der Technik zeigt auch 3, und zwar in Form eines aktiven Vielfachfreiheitsgrad-Schwingungsabsorbers (MDOF AVA). Die MDOF AVAs weisen einen besonders flexiblen Körper 26 auf. Die Masse des Gehäuses 28 und die Steifigkeit des zusätzlichen flexiblen Körpers 26 sind so abgestimmt, daß eine zweite Resonanzfrequenz entsteht. Weitere Be schreibungen von AVAs und MDOF AVAs lassen sich in der anhängigen US-Patentanmeldung 08/322 123 mit dem Titel "Active Tuned Vibration Absorber", der mitanhängigen PCT-Anmeldung PCT/US 95/13 610 (WO 96/12 121) mit dem Titel "Active Systems and Devices Including Acitve Vibration Absorbers (AVAs)", der anhängigen US-Patentanmeldung 08/698 544 mit dem Titel "Active Noise and Vibration Control System", der US-Patentanmeldung 08/693 742 mit dem Titel "Acivte Structural Control System and Method Including Active Vibration Absorbers (A-VAs), und der US-Anmeldung 08/730 773 mit dem Titel "Hybrid Active-Passive Noise and Vibration Control System for Aircraft" finden. 4 zeigt eine bevorzugte bekannte Konstruktion zur Erreichung von aktiven Kräften in mehreren Richtungen. Die AVAs (die auch MDOF AVAs sein können) sind an einem steifen Bügel 38 angebracht, der über nicht dargestellte Befestigungsmittel an der Konstruktion 22 befestigt ist. Die gezeigten Trägheitschwinger/AVAs 25, 25' werden mit passender Frequenz, Amplitude und Phase entlang ihrer Wirkungsachsen aktiv angetrieben, um dadurch in geeigneter Weise Geräusch und/oder Schwingung zu steuern.
  • Die oben beschriebenen einzelnen AVAs sind deshalb nachteilig, weil sie entweder massenineffizient, also nicht in der Lage sind, in mehrfachen Richtungen zu wirken, oder große Mengen elektrische Energie benötigen. Daher besteht seit langem offensichtlich ein Bedarf für eine AVA-Anordnung, die in viele Richtungen wirkende, aktive Schwingungskräfte erzeugt, um in einem Gebilde effektiv Schwingungen zu steuern und die wirksam ist und mit minimalen Massen und Energien auskommt, um die erforderlichen Beseitigungskräfte zu erzeugen.
  • Daher befaßt sich die Erfindung im Lichte der Vorteile und Nachteile des Standes der Technik mit einer aktiven Schwingungsabsorberanordnung (AVA), die zur Steuerung des Geräusches und/oder der Schwingung verwendet wird, welche von einer Schwingungsquelle verursacht wird.
  • Erfindungsgemäß wird eine aktive Schwingungsabsorptionsanordnung zur Anbringung an eine schwingende Struktur geschaffen, die einen ersten Trägheitsschüttelapparat mit einem ersten Gehäuse und einer ersten vorherrschenden Schwingungsachse sowie einen zweiten Trägheitsschüttelapparat mit einem zweiten Gehäuse, das mit dem ersten Gehäuse starr verbunden ist, aufweist, wobei der zweite Trägheitsschüttelapparat eine zweite vorherrschende Schwingungsachse besitzt, die orthogonal in Bezug auf die erste vorherrschende Achse ausge richtet ist, und wobei ein flexibler Körper die ersten und zweiten Gehäuse an der angebrachten Schwingungsstruktur aufhängt.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, betreffend die AVA-Anordnung, besteht darin, daß sie später in der Praxis leicht ohne wesentliche Abänderungen an der Struktur wieder angebracht werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Anordnung über einen breiten Frequenzbereich Schwingungen steuern kann, um dadurch unerwünschte und störende akustische Geräusche innerhalb des Fahrzeugraums zu beeinflussen. Außerdem kann die erfindungsgemäße AVA-Anordnung vorteilhafterweise Schwingungen in vielen Richtungen steuern. Des weiteren kann die erfindungsgemäße AVA-Anordnung große dynamische Kräfte mit einer weniger massiven Einrichtung erzeugen. Des weiteren hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß sie effizient ist, um auf diese Weise die Anforderungen an Größe und Energie zu verringern. Darüber hinaus kann die AVA-Anordnung eine große Zahl Schwingungsfrequenzen steuern.
  • Die oben erwähnten und weitere Merkmale sowie Vorteile und Kennzeichen der Erfindung werden im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 eine quergeschnittene Seitenansicht eines bekannten abgestimmten Schwingungsabsorbers (TVA);
  • 2 eine quergeschnittene Seitenansicht eines bekannten aktiven Schwingungsabsorbers (AVA);
  • 3 eine quergeschnittene Seitenansicht eines bekannten viele Freiheitsgrade aufweisenden aktiven Schwingungsabsorbers (MDOF AVA);
  • 4 eine quergeschnittene Seitenansicht eines bekannten AVA-Einbaus;
  • 5 und 6 teilweise quergeschnittene Seiten- bzw. Bodenansichten der erfindungsgemäßen viele Richtungs-AVA-Anordnungen;
  • 7 und 8 teilquergeschnittene Seiten- bzw. Stirnansichten einer anderen Ausführungsform der Vielrichtungs-AVA-Anordnung;
  • 9 eine teilquergeschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Vielrichtungs-AVA-Anordnung; und
  • 10 eine teilquergeschnittene Seitenansicht mehrerer Vielrichtungs-AVA-Anordnungen, eingebaut in ein aktives Struktursteuersystem (ASC).
  • In der Zeichnung, in der gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, zeigen die 5 und 6 ganz allgemein bei 20 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen AVA. Diese Ausführungsform ist besonders für die Steuerung von Schwingungen und Geräuschen in einem unter dem Flugzeugrumpf angebrachten Turbinentriebwerk, beispielsweise an dem Flugzeug mit der Bezeichnung DC-9, verwendbar. Der AVA 20 weist ein Gehäuse 24 auf, das eine erste Abstimmungsmasse 32 trägt, die so ausgerichtet ist, daß sie durch den aktiven Kraftantrieb 40 in einer ersten Richtung (längs der Achse A-A) aktiv schwingt. Außerdem trägt er eine zweite Abstimmungsmasse 32', die längs einer zweiten Richtung (längs der Achse B-B) wirkt und aktiv schwingt, welche im wesentlichen senkrecht zu der ersten Richtung liegt. Des weiteren ist wenigstens ein elastischer Körper 26 vorhanden, der das Gehäuse 24 flexibel trägt. Der AVA 20 ist an der Struktur 22 (also ein Rahmen, Pylon, usw.) durch eine Befestigungseinrichtung unter gleichen, jedoch vorzugsweise durch in die Struktur eingreifende Schrauben über eine einzelne Befestigungsvorrichtung 38 befestigt. Der gezeigte flexible Körper 26 ist vorzugsweise ein metallener Kragrahmen, so daß sich dessen Steifigkeit durch Einstellen der Länge l, des Durchmessers d und des verwendeten Materialmoduls abstimmen läßt. Andere Ausführungsformen werden im folgenden beschrieben, wobei der flexible Körper 26 mehrere flexible Träger oder flexible Elastomerabschnitte aufweist.
  • Bei dieser Ausführungsform besteht die Verkleidung 24 aus den Gehäusen 28, 28' der Trägheitskraftantriebe 25, 25'. Jeder Trägheitskraftantrieb 25, 25' weist eine Abstimmungsmasse 32, 32' und wenigstens eine, vorzugsweise jedoch mehrere Federn 30, 30' auf, die die Abstimmungsmassen 32, 32' in Bezug auf die Gehäuse 28, 28' tragen. Außerdem sind aktive Kraftgeneratoren 40, 40' vorhanden, die die Abstimmungsmassen 32, 32' mit der geeigneten Frequenz, Amplitude und Phase aktiv antreiben, um die Steueraufgabe zu bewerkstelligen, d. h. Schwingungs- und Geräuschsteuerung. Es sei darauf hingewiesen, daß die Steifigkeit der Federn 30, 30', der flexiblen Körper 26, 26', die Abstimmungsmasse 32, 32' und die Massen der Verkleidung 24 so gewählt werden, daß die geeigneten Resonanzfrequenzen f1 und f2 erreicht werden. Beispielsweise könnte f1 auf etwa 120 hz eingestellt werden und f2 auf etwa 186 hz.
  • Die 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform der AVA-Anordnung 20a, die auf die Praxis bezogen und experimentell getestet worden ist. Diese AVA-Anordnung 20a weiset einen ersten und zweiten Schwerkraftschüttler 25a, 25a' auf, die an einer Zwischenplatte 34a fest angebracht sind. Die entsprechenden Achsen (A-A, B-B) der Schüttler 25a, 25a' sind im wesentlichen rechtwinklig angeordnet. Die Zwischenplatte 34a wird dann in Bezug auf eine Grundplatte 36a flexibel getragen, die an der Struktur 22a angebracht ist, und zwar vorzugsweise durch eine einzige Befestigungsschraube 38a. Die Vorrichtung zur flexiblen Abstützung der Zwischenplatte 34a in Bezug auf die Grundplatte 36a weist vorzugsweise mehrere flexible Trägerkörper 26a, 26a', 26a'', 26a''' auf. Vorzugsweise sind vier beabstandete Träger an den Ecken angeordnet, obgleich auch mehr als vier Verwendung finden könnten. Durch Benutzung einer Vielzahl von trägerähnlichen flexiblen Körpern 26a, 26a', 26a'', 26a''' läßt sich die Bewegung des Zwischenkörpers 34a in den verlangten Frequenzen auf eine im allgemeinen planare Bewegung beschränken, und zwar in einer Ebene etwa parallel zur Ebene der Bodenplatte 36a.
  • Jeder Trägheitskraftschüttler 25a, 25a' weist ein Gehäuse 28a, 28a' auf, das über Pratzen, Bolzen oder dgl. mit der Zwischenplatte 34a fest verbunden ist. Die Schüttler 25a, 25a' sind mit Trägheitskraftabstimmungsmassen 32a, 32a' versehen, welche durch wenigstens eine Feder, vorzugsweise jedoch durch zwei Federn 30a, 30a', 30a'', 30a''' getragen werden. Die Massen der Abstimmungsmassen 32a, 32a' und die Steifigkeit der Federn 30a, 30a', 30a'', 30a''' sind in Verbindung mit der Steifigkeit des flexiblen Körpers 26a26a''' gewählt, sowie der Masse des Gehäuses 24a, um die geeigneten Resonanzfrequenzen f1 und f2 zu erhalten. Die Einrichtung, mit der die inneren Abstimmungsmassen 32a, 32a' dazu gebracht werden, sich nur axial zu bewegen, weisen steife, radiale Falten, Lager oder dgl. auf, die in radialer Richtung sehr steif sind und in axialer Richtung ausreichend weich sind, um die passende Bewegung und axiale Frequenzabstimmung zu erhalten. Eine detailliertere Beschreibung dieses Antriebstyps, die als Träg heitskraftschüttler Verwendung findet, gibt das US-Patent 5 231 336 von van Namen mit der Bezeichnung "Actuator for Active Vibration Control".
  • Es sei darauf hingewiesen, daß ein geeigneter Antrieb der Abstimmungsmassen 32a, 32a' auch über elektrische Stromleitungen 42a, 42a' erfolgen kann, wodurch erste und zweite Spulen 44a, 44a', 46a, 46a' erregt werden, die längs der entsprechenden Achsen A-A und B-B Kräfte erzeugen können. Die richtige Phaseneinstellung dieser Kräfte kann entlang der Achse A-A, entlang der Achse B-B oder entlang irgendeiner anderen Achse in derselben Ebene wie die Achsen A-A und B-B Kräfte erzeugen. Nur als Beispiel ist die Hauptmasse (Gehäuse 24a) annähernd 5 kg und die Hauptsteifigkeit der flexiblen Körper 26a, 26a', 26a'', 26a''' kombiniert ist annähernd 25.000 Ib./in. (4.375.000 N/m). In gleicher Weise betragen die Abstimmungsmassen 32a, 32a' vorzugsweise annähernd je 1 kg, und die kombinierten Steifigkeiten der Federn 30a, die auf die Massen 32a, 32a' einwirken, sind annähernd 5.000 Ib./in. (875.000 N/m). Daher betragen die vorherrschenden Resonanzfrequenzen etwa f1 = 120 hz und f2 = 186 hz. Jede der Massen 32a, 32a' der Trägheitsschüttler weist Permanentmagnete 45a, 45a' und Polstücke 47a, 47a, 49a, 49a' für den direkten magnetischen Fluß auf.
  • 9 zeigt eine andere Ausführungsform der AVA-Anordnung 20b, die einen ersten Trägheitsschüttler 25b mit einem ersten Gehäuse 28b und einer ersten vorherrschenden Schwingungsachse B-B (die Achse läuft in das Papier hinein und aus ihm heraus), ferner einen zweiten Trägheitsschüttler 25b' mit einem zweiten Gehäuse 28b', das in Bezug auf das erste Gehäuse 25b starr befestigt ist und mit einer zweiten vorherrschenden Schwingungsachse A-A, die im wesentlichen rechtwinklig zur ersten vorherrschenden Achse B-B ausgerichtet ist, sowie einen flexiblen Körper 26b auf, an dem das erste und das zweite Gehäuse 28b, 28b' elastisch aufgehängt sind. Die Trägheitsschüttler 25b, 25b' sind an der mittleren Platte 34b befestigt. Darüber hinaus können zwischen der mittleren Platte und dem zweiten Schüttler 25b optionale Träger 48, 48b' angebracht sein. Bei dieser Ausführungsform ist der flexible Körper 26b ein ebener Elastomerteil, der zwischen der Grundplatte 36b und der mittleren Platte 34b eingebunden ist. Die Grundplatte 36b weist vorzugsweise einen einzelnen Gewindekörper auf, der zur Befestigung in dem Gebilde 22b dient. Die Schüttler 25b, 25b' können Spulen- und Magnetanordnungen zum Antrieb der in ihnen befindlichen Abstimmungsmassen aufweisen. Alternativ dazu können piezoelektrische oder magnetostriktive Antriebe für den Antrieb der Abstimmungsmassen Verwendung finden.
  • 10 zeigt mehrere AVA-Anordnungen 20c, 20c', die sich innerhalb eines aktiven Gebildesteuersystems (ASC) 66c befinden. Gezeigt ist ein Motor 56c, der durch Motorhalterungen 58c, 58c' an einer Jochanordnung 50c angebracht ist. Die Jochanordnung 50c ist mit der Trägerkonstruktion 52 verbunden, die mit dem Rumpf 54c des Flugzeugs in Verbindung steht. Die AVA-Anordnungen 20c, 20c' sind am Bodenteil der Jochanordnung 50c dort, wo die Jochanordnung 50c mit dem Träger 52c in verbindung steht, angebracht. Ein Bezugssignal wird durch den Bezugssensor 60c vorzugsweise an die digitale Steuervorrichtung 62c abgegeben. Der Bezugssensor 60c kann ein Beschleunigungsmesser, Geschwindigkeitsmesser oder dgl. sein und erzeugt ein Signal, das für die Störung (Frequenz, Phase und/oder Amplitude) repräsentativ ist. Fehlersensoren 64c, die in der Fahrzeugkabine an wichtigen Stellen angeordnet sind, geben an die Steuervorrichtung 62c Fehlersignale ab, die für den Restgeräuschpegel in der Flugzeugkabine kennzeichnend sind.
  • Die Steuervorrichtung 62c verarbeitet das Bezugssignal und die Fehlersignale und erzeugt Antriebssignale für die AVA-Anordnungen 20c, 20c', um die Abstimmungsmassen (32a, 32a' der 7, 8) und das Gehäuse 24a, (7, 8) aktiv anzutreiben. Steueralgorithmen beispielsweise Gefiltert-x LMS, oder dgl., können zur Steuerung der Anordnungen von 20c, 20c' benutzt werden. Da die Trägheitsschüttler in den Anordnungen wesentlich kleiner sind als die in 4 gezeigten bekannten AVAs, ist die Masse des Systems geringer, und die Verstärker 68, 68c' können kleiner sein. Deshalb ist die für den Antrieb der AVA-Anordnungen 20c, 20c' erforderliche Energie ebenfalls geringer.
  • Zusammenfassend läßt sich aus der obigen Beschreibung entnehmen, daß die Erfindung eine AVA-Anordnung aufweist mit einem ersten Trägheitsschüttler, der ein erstes Gehäuse und eine erste vorherrschende Schwingungsachse aufweist, und mit einem zweiten Trägheitsschüttler, der ein zweites Gehäuse aufweist, das fest mit dem ersten Gehäuse verbunden ist, sowie eine zweite vorherrschende Schwingungsachse, die rechtwinklig zu der ersten vorherrschenden Achse angeordnet ist, und mit einem elastischen Körper, an dem die ersten und zweiten Gehäuse aufgehängt sind.
  • Obgleich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform im Detail beschrieben worden sind, sind mannigfache Modifikationen, Abweichungen, Änderungen und Anpassungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne daß vom Schutzumfang der Erfindung, der durch die Ansprüche definiert wird, abgewichen wird. Alle derartigen Modifikationen, Abweichungen und Änderungen sollen Teil der Erfindung sein.

Claims (14)

  1. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) zur Anbringung an ein schwingendes Gebilde (22), gekennzeichnet durch einen ersten Trägheitsschüttelapparat (25) mit einem ersten Gehäuse (28), das flexibel an einer ersten Abstimmasse (32) angebracht ist und eine erste vorherrschende Schwingungsachse (A-A) sowie einen zweiten Trägheitsschüttelapparat (28') mit einem zweiten Gehäuse (28'), das mit dem ersten Gehäuse fest verbunden ist und mit einer zweiten Abstimmasse (32') flexibel in Verbindung steht, wobei der zweite Trägheitsschüttelapparat eine zweite vorherrschende Schwingungsachse (B-B) aufweist, die orthogonal zu der ersten vorherrschenden Achse (A-A) angeordnet ist, und wobei ein flexibler Körper (26) vorhanden ist, der das erste und das zweite Gehäuse an dem angebrachten Schwingungsgebilde aufhängt.
  2. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Körper (26) wenigstens einen flexiblen Träger aufweist.
  3. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine flexible Träger mehrere flexible Balken aufweist.
  4. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren flexiblen Balken wenigstens vier flexible Balken sind.
  5. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren flexiblen Balken mit Abstand seitlich nebeneinander liegen, so daß die Schwingung der Trägheitsschüttelapparate (25, 25') aus einer im wesentlichen planaren Bewegung besteht.
  6. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flexible Körper (26) einen Elastomerteil bildet.
  7. Aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerteil darüber hinaus einen ebenen Elastomerteil bildet, der auf Scherung beansprucht wird.
  8. Aktives Steuersystem für ein Gebilde mit einer aktiven Schwingungssteueranordnung (20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch a) einen Bezugssensor (60c), der ein Bezugssignal erzeugt, das für eine Störung kennzeichnend ist, b) einen Fehlersensor (64c), der ein Fehlersignal erzeugt, das einen Restwert bedeutet und c) eine Steuereinrichtung (62c) zur Verarbeitung des Bezugssignals und des Fehlersignals und Schaffung von Antriebssignalen, um den ersten und den zweiten Trägheitsschüttelapparat (25, 25') in der aktiven Schwingungsdämpferanordnung (20) anzutreiben.
  9. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schwingungsdämpferanordnung (20) Bestandteil eines Fahrzeugs ist.
  10. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist.
  11. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung an einer Jochanordnung (50) des Luftfahrzeugs angebracht ist.
  12. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Trägheitsschüttelapparat (25) oder der zweite Trägheitsschüttelapparat (25') aktiv von einer aus Spule und Magnet bestehenden Anordnung (40) angetrieben werden.
  13. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Trägheitsschüttelapparat (25) oder der zweite Trägheitsschüttelapparat (25') von einem Magnetostriktionsantrieb aktiv angetrieben werden.
  14. Aktives Gebildesteuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der erste Trägheitsschüttelapparat (25) oder der zweite Trägheitsschüttelapparat (25') aktiv durch einen piezoelektrischen Antrieb angetrieben werden.
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