FI12778Y1

FI12778Y1 - Jousielementti

Info

Publication number: FI12778Y1
Application number: FIU20190122U
Authority: FI
Inventors: Samuel Suvanto
Original assignee: Labrys Oy
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-10-15
Also published as: DE202020003792U1; US20210156451A1; US11754141B2; EP3825571A1

Abstract

1. Jousielementti, käsittäen ainakin yhden silmukkaosion (102, 104) jousielementin värähtelyneristysominaisuuden toteuttamiseksi, ja silmukkaosuuteen yhteydessä olevan kiinnitysosion (106, 108) jousielementin kiinnittämiseksi tai yhdistämiseksi rakenteeseen, tunnettu siitä, että silmukkaosuuden pituussuuntaisen mitan (a) suhde jousielementin poikittaissuuntaiseen mittaan (b) on välillä 7.5 ... 500. Lisäksi suojavaatimukset 2-10.

Description

JOUSIELEMENTTI

ALA Keksintö liittyy värähtelynhallinnassa käytettävän jousielementin ra- kenteeseen.

TAUSTA Värähtelynhallinta on laajasti tunnettu mekaniikan osa-alue. Pyrkimyk- senä värähtelynhallinnassa on tyypillisesti kyetä vähentämään rakenteiden vä- rähtelyä erilaisin passiivisin tai aktiivisin keinoin. Passiivisina keinoina voidaan pitää muun muassa ilman ulkoista energianlähdettä tai ohjausta toimivia jousia, joilla eristetään värähtelevä rakenne toisesta rakenteesta siten, että epätoivottu värähtely ei kulkeudu rakenteiden välillä. Passiivisesti toimivat vaimentimet ab- sorboivat värähtelyn energiaa, ja siten vähentävät värähtelyn amplitudin suu- ruutta. Rakenteeseen voidaan myös sisällyttää niin sanottu passiivinen massa- vaimennin, joka on jousen ja massan yhdistelmä. Tämän yhdistelmän ominais- taajuus viritetään sellaiselle taajuudelle, joka vastaa rakenteen ongelmallista omi- naistaajuutta ja siten kumoaa tällä ominaistaajuudella tapahtuvaa värähtelyä. Värähtelynhallinnan komponenteilla voidaan myös pyrkiä vähentä- mään tai ehkäisemään erilaisista iskumaisista kuormituksista syntyvää värähtely- tai kuormitusvaikutusta rakenteisiin. Värähtelynhallinnalla saadaan parhaimmil- laan aikaiseksi hyvin vähän värähtelevä rakenne, joka tuottaa vähän värähtelyä sekä melua ympäristöön ja on erittäin pitkäikäinen. Tällöin ympäristövaikutukset värähtelyn ja melun kannalta jäävät pieniksi ja rakenne sekä sen ulkopuoliset ra- kenteet eivät esimerkiksi vaurioidu parhaassa tapauksessa missään vaiheessa käyttöikänsä aikana. > Edellä mainittuihin mekaanisen värähtelynhallinnan osa-alueisiin on N kehitetty useita ratkaisuja. On kuitenkin vielä tarvetta jouselle, joka on yksinker- - tainen ja taloudellinen valmistaa ja on erittäin suorituskykyinen värähtelyneristi- O menä kaikkiin värähtelysuuntiin.

I & LYHYT SELITYS N Keksinnön tavoitteena on esittää ratkaisu edellä mainitun ongelman ai- S nakin osittaiseksi poistamiseksi. Tavoite saavutetaan keksinnöllä, joka on itsenäi- > sen suojavaatimuksen kohteena. Edullisia suoritusmuotoja on kuvattu epäitsenäi- > sissä suojavaatimuksissa. Keksinnön mukaisella jousielementillä saavutetaan se etu, että se on yksinkertainen ja taloudellinen valmistaa ja on erittäin suorituskykyinen värähtely- neristimenä kaikkiin värähtelysuuntiin.

KUVIOT Keksintöä ja sen edullisia suoritusmuotoja esitetään seuraavissa kuvi- oissa, joissa kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista jou- sielementtiä sivusuunnasta; kuvio 2 esittää keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista jou- sielementtiä; kuvio 3 havainnollistaa jousielementtiin liittyviä mitoituksia; kuvio 4 niin ikään havainnollistaa jousielementtiin liittyviä mitoituksia; kuvio 5 edelleen havainnollistaa suoritusmuotojen mukaiseen jou- sielementtiin liittyviä mitoituksia; kuvio 6 havainnollistaa erästä esimerkkiä jousielementin käytöstä vä- rähtelyneristimenä kuvio 7 havainnollistaa toista esimerkkiä jousielementin käytöstä väräh- telyneristimenä; kuvio 8 havainnollistaa kahden jousielementin käyttämistä yhdessä vä- rähtelyneristimen muodostamiseksi; kuvio 9 havainnollistaa useiden jousielementtien käyttämistä yhdessä värähtelyneristimen muodostamiseksi; kuvio 10 havainnollistaa jousielementin integroimista osaksi levyraken- netta; ja kuvio 11 esittää eräitä suoritusmuotoja kiinnitysosan toteuttamiseksi. oO

N YKSITYISKOHTAINEN SELITYS = Suoritusmuodot liittyvät uuteen, esimerkiksi levystä leikkaamalla, le- O vyyn leikkaamalla/lävistämällä/muotoiltavalla tai valamalla valmistettavaan jou- I seen/jousielementtiin, jota voidaan hyödyntää värähtelyneristystarkoituksiin eli > estämään värähtelyn kulkeutuminen rakenteesta toiseen. Suoritusmuotojen mu- N kainen jousielementti on ohutrakenteinen, joustaa kaikkiin suuntiin ja on matala- & profiilinen. Jousielementin avulla voidaan muodostaa passiivinen värähtelyneris- S tinjärjestely sijoittamalla yksi tai useampi jousielementti kuormaa kantavaksi ra- > kenteeksi kahden massallisen kappaleen välille.

Jousielementin mahdollisia käyttökohteita ovat kaikki rakenteet ja vä- rähtelevät laitteet koneenrakennusteollisuudessa, rakennusteollisuudessa, ajo- neuvoteollisuudessa tai missä tahansa muussa käyttökohteessa, jossa rakentei- den mekaanista värähtelyä halutaan hallita tai halutaan käyttää jousta muissa mahdollisissa jousten nykyisin tunnetuissa tai myöhemmin kehitetyissä käyttöso- velluksissa. Esimerkkejä käyttökohteista ovat muun muassa prosessilaitteet, ajo- neuvot, herkät sähkölaitteet, moottorit ja mittalaitteet.

Kuvio 1 havainnollistaa keksinnön erään suoritusmuodon mukaista jou- sielementtiä 100. Karkealla tasolla kuvion 1 jousielementti voidaan jaotella kahteen silmukkaosioon 102 ja 104, jotka silmukkaosiot yhtyvät jousen keskikohdassa si- ten, että silmukkaosiot 102 ja 104 yhdessä muodostavat täyden ja yhtenäisen sil- mukan. Jousielementtiin 100 kuuluu myös kiinnitysosio, johon voi kuulua ensim- mäinen kiinnityselementti 106 silmukan ensimmäisellä puolella ja toinen kiinnitys- elementti 108 silmukan toisella puolella jousen kiinnittämiseksi kohteeseen, jonka värähtelyjä halutaan hallita. Kuvion 1 esittämä jousielementti on edullisesti sym- metrinen siten, että silmukkaosiot ja kiinnitysosiot ovat keskenään symmetrisiä jou- sielementin keskikohdan suhteen. Esimerkiksi kiinnitysosiot voidaan kuitenkin to- teuttaa myös epäsymmetrisinä kuviosta 1 poiketen. Kiinnitysosiot voivat olla eri puolella jousta erityyppiset, esimerkiksi ruuvikiinnityksen mahdollistava osio jou- sen toisella puolella ja hitsauskiinnityksen mahdollistava osio toisella puolella jousta.

Edelleen tarkennettuna, silmukkaosiot voidaan jaotella vielä pienempiin osioihin. Esimerkiksi silmukkaosio 102 voidaan jakaa päätykaareen 102A, siirty- maalueisiin 102B päätykaaren molemmilla puolilla, ja kahteen sisäkaareen 102C siirtymäalueiden jatkeina. Päätykaarella tarkoitetaan kuviossa 1 vasemmanpuo- leisen katkoviivan vasemmalle puolelle jäävää osiota, siirtymäalueella katkoviivo- = jen välistä aluetta, ja sisäkaarella jousen osuutta, joka ulottuu oikeanpuoleiselta = katkoviivalta aina kiinnitysalueeseen kuuluvan kiinnityselementin 106 keskikoh- N taan jousen pituussuunnassa, eli kuviossa 5 esitetyssä x-akselin suunnassa. N Värähtelyneristämiskäytössä toinen kiinnitysosa kiinnitetään joko vä- E rähtelevään laitteeseen/rakenteeseen tai laitteeseen/rakenteeseen johon värähte- N lyn ei haluta siirtyvän. Toinen kiinnitysosa taas kiinnitetään vastakkaiseen laittee- = seen/rakenteeseen. Jousi voi toimia värähtelyneristimenä puristussuunnassaan, 2 jolloin kiinnitysosaan kiinnitettävä laite/rakenne puristaa kiinnitysosia kohti toisi- S aan. Suurin etäisyys, jonka kiinnitysosat voivat liikkua toisiaan vasten puristusti- lanteessa, ON Synax (Kuvio 4). Tällöin jousi voidaan esimerkiksi suunnitella siten,

että se voi pohjata, niin ettei pysyviä muodonmuutoksia vielä jää rakenteeseen. Mitan valintaan vaikuttavat jousen kantama massa, mahdollinen ulkoinen staatti- nen kuormitus sekä värähtelyn amplitudin arvo, sekä toisaalta jousen valmistus- materiaalin jäykkyys sekä lujuus.

Jousta voidaan käyttää myös muissa asennoissa. Jousi toimii värähte- lyneristimenä pystysuunnassa myös siten, että kiinnitysosaan kiinnitettävä laite/ra- kenne vetää kiinnitysosia etäämmäs toisistaan. Tätä asentoa voidaan kutsua ve- tosuuntaiseksi asennoksi. Tällöinkin jousen suurin sallittu likematka On Sax, mutta mikään ei rajoita jousen liikematkaa, mikäli kuormaa lisätään yli jousen kes- torajan. Tässä asennossa jouseen voi siis aina syntyä plastista muodonmuutosta, mikäli likematkaa ei rajoiteta jollain muulla rajoitinmekanismilla. Suorituskyvyltään jousi on kuitenkin vastaava kuin puristussuunnassakin.

Jousi toimii myös erittäin hyvin, mikäli sitä käytetään poikittaisessa suunnassa siten, että toinen kiinnitysosista on kiinnitetty laitteeseen/rakenteeseen, joka kuormittaakin jousta poikittaiseen suuntaan. Tällöin jousta käyttäen voidaan saavuttaa värähtelyn ominaistaajuudelle arvoja, jotka ovat jopa 30% pienemmät kuin pystysuunnan asennuksissa. Jousi voi ylikuormitustilanteessa plastisoitua sa- malla tavalla kuin vetosuuntaisessa asennuksessakin mikäli tätä ei ole rajoitettu jollakin tavalla.

Jousta voidaan käyttää myös pituussuunnassaan kuormitettuna, vaikka sen suorituskyky on heikompi kuin pystysuunnassa käytettynä. Tällöin siis toinen kiinnitysosista on kiinnitetty laitteeseen/rakenteeseen, joka kuormittaakin jousta pitkittäiseen suuntaan. Tällöin jousella päästään ominaistaajuuksien osalta noin 10% korkeampiin taajuuksiin kuin pystysuunnan asennuksissa. Jousi voi ylikuor- mitustilanteessa plastisoitua samalla tavalla kuin vetosuuntaisessa asennukses- sakin mikäli tätä ei ole rajoitettu jollakin menetelmällä.

S Asennussuunta määräytyy yleensä käyttötarpeesta, kuten esimerkiksi a tilankäytöstä tai muusta kiinnittämiseen liittyvästä tarpeesta. Staattinen pystysuun- N tainen kuorma on kriittinen ja tärkeä mitoittava tekijä jousen valinnassa sekä asen- N nussuunnan määrityksessä. Tyypillisesti värähtelyneristyksessä jousto halutaan E aina jokaiseen kolmeen suuntaan ja tärkeä ominaisuus onkin, että suoritusmuoto- N jen mukainen jousi joustaa asennussuunnasta huolimatta erittäin hyvin kaikkiin = kolmeen suuntaan ja antaa näin alhaisen ominaistaajuuden jokaisessa suunnassa 2 sekä sitä kautta hyvän värähtelyneristyskyvyn kaikkiin kolmeen suuntaan.

N

Kuviossa 2 on esitetty jousielementin 200 toinen edullinen suoritus- muoto. Erona kuvion 1 esittämään suoritusmuotoon on se, että kuvion 2 jou- sielementtiin kuuluu vain yksi värähtelyneristimenä toimiva silmukkaosio 202. Ky- seisen silmukkaosion vastakkaisella puolella jousielementti on avoin päättyen va- paina oleviin kiinnitysosioihin 206 ja 208, jolloin jousielementti ei kokonaisuudes- saan muodosta yhtenäistä silmukkaa. Esitetty rakenne on erityisen käyttökelpoi- nen tilanteissa, joissa esimerkiksi tilasyistä ei voida käyttää kuvion 1 esittämää kahteen silmukkaosioon perustuvaa rakennetta.

Seuraavissa kuvioissa havainnollistetaan jousielementtiin liittyviä mitoi- tuksia ja on selvää, että esitettävät mitoitusperiaatteet soveltuvat sekä yhdestä, että kahdesta silmukkaosiosta koostuvaan jousielementtiin.

Kuviossa 3 havainnollistetaan silmukkaosioiden eri osioiden edullisia di- mensioita ja suhteita. Edullisesti päätykaaret, kuten päätykaari 302, on muotoiltu siten, että se käsittää ainakin osittain kaventuvan osuuden edetessä päätykaaren keskikohdasta päätykaaren päitä kohti. Eräässä suoritusmuodossa profiili on olen- naisesti koko päätykaaren matkalta kaventuva, jolloin profiilin levein kohta sivulta- päin tarkasteltuna voi olla päätykaaren keskikohdassa, jota on merkitty kuviossa 3 kirjaimella e. Vastaavasti päätykaaren pienin profiilin leveys voi olla päätykaaren päätekohdissa, jota on merkitty kuviossa 2 kirjaimilla f. Tällä kaventuvalla muotoi- lulla saavutetaan rakenteeseen tasainen jännitysjakauma erittäin suureen osaan päätykaarta. Tasaisen jännitysjakauman avulla jousen jäykkyys suhteessa kuor- mankantokykyyn laskee, jolloin värähtelyneristinkäytössä voidaan saavuttaa ma- talampia arvoja jousi-massa-systeemin ominaistaajuuksille. Toisin sanoen jousen suorituskyky paranee.

Edullisesti päätykaarien suurin profiilin leveys e ja pienin profiilin leveys > f suhtautuvat toisiinsa siten, että e/f = 1.6 ...4. Profiilin leveys voi muuttua katko- S viivan avulla esitetyllä matkalla x, siten, että se pienenee suunnilleen parabolisesti = eli toiseen potenssiin edetyn matkan suhteen. Esitetty muoto on edullinen, koska N päätykaaren päässä jousella on riittävä mekaaninen vahvuus mutta sopivasti N jousta kaventamalla voidaan jousiominaisuuksia parantaa merkittävästi. Vieläkin E edullisemmin mainittu suhde on välillä e/f = 1.6 ...3 tai vieläkin edullisemmin N e/f = 1.6...1.8 jousen pituuden pienentyessä. Suhde e/f = 1.6... 1.8 tulee kysee- = seen esimerkiksi tilanteessa, joissa jousi on pituudeltaan ainakin olennaisesti ku- 2 vion 1 mittasuhteita vastaava ja siten voidaan sijoittaa pituussuunnassa kompaktiin S tilaan.

Jousen sisäkaarien suurin profiilin leveys p ja pienin profiilin leveys g suhtautuvat toisiinsa siten, että p/g = 2...5 Profiilin leveys muuttuu katkoviivan avulla esitetyllä matkalla x, siten, että se pienenee suunnilleen neliöllisesti eli toi- seen potenssiin edetyn matkan suhteen. Tämä muoto on edullinen, jotta saavute- taan riittävän suuri mekaaninen kestävyys kiinnitysalueen päässä silti varmistaen hyvät jousiominaisuudet sisäkaaren toisessa päässä. Vieläkin edullisemmin mai- nittu suhde on välillä että p/g = 2. ...2.5 jousen korkeuden madaltuessa. Suhde p/q =2...2.5 voi ilmentyä esimerkiksi kuvion 1 mittasuhteita vastaavassa tilan- teessa, jolloin jousi voidaan sijoittaa korkeussuunnassaan kompaktiin tilaan.

Siirtymäalueiden muoto saattaa vaihdella siitä mitä kuviossa 3 on esi- tetty. Edullisesti alueen kovera sisäpuoli on pyöristetty sulavaksi, kun taas jousen kupera ulkopuoli voi puolestaan saada erilaisia muotoja. Edullisesti kuitenkin, siir- tymäalueen leveys on koko siirtymäalueella suurempi tai yhtä suuri kuin siirtymä- alueen päätyjen mitat f ja g.

Kuviossa 4 havainnollistetaan jousielementin erään suoritusmuodon mukaista muotoa ja mitoitusta. Kuten nähdään, päätykaaren sisäreuna muodostuu ympyräsegmentistä, jonka säde on r;. Päätykaari voidaan määritellä muodostuvan mainitun säteen keskipisteen kautta piirretyn suoran määrittämästä segmentistä, kun jousielementti on asetettu vaaka-asentoon eli jousen pituussuunta on horison- taalitasossa.

Jousielementin ollessa asetettuna edellä kuvattuun asentoon, voidaan sisäkaaren sijainti määrittää siten, että piirretään aluksi kiinnitysosan pituussuun- taisen keskikohdan kautta kulkeva pystysuora katkoviiva. Tälle katkoviivalle sijoi- tetaan kaksi pistettä. Ensimmäinen piste O sijoitetaan jousen päätykaaren massa- keskipisteen tasalle. Toinen piste B sijoitetaan pisteen O yläpuolelle etäisyydelle x;, joka on sama etäisyys kuin päätykaaren sisäreunan ympyräkaaren keskipis- = teen etäisyys pisteestä O. Tällöin piirretään uusi katkoviiva pisteen B kautta siten, = että janan OB sekä uuden piirretyn viivan välille muodostuu kulma, joka on olen- N naisesti a = 55° kuvan 4 mukaisesti. Tällöin tämä uusi viiva leikatessaan sisä- N kaarta osoittaa sijainnin, jossa sisäkaari päättyy, ja jossa sisäkaaren kuvioon 3 E merkitty pienin profiilin leveys g sijaitsee. Kuvioon 3 merkitty sisäkaaren suurin N profiilin leveys p, sijaitsee juuri ennen pistettä, jossa sisäkaaren ulkopuolinen reu- Ss naviiva alkaa kaareutua jyrkemmin kohti kiinnitysosiota. Tämä jyrkemmin kaareu- 2 tuva muoto sisältyy aina rakenteeseen riippumatta varsinaisen kiinnitysosion muo- S toilusta. Kiinnitysosion voidaankin katsoa olevan se osio jousielementistä, joka seuraa tämän jyrkkenevän pyöristyksen jälkeen jousen ulkopuolisella alueella.

Vastaavasti jousielementin päätykaaren ulkokaari muodostuu säteen ro määrittämänä ympyräsegmenttinä. Kuten nähdään, säteiden ro ja ri alkupisteet ja näin ollen ulkokaaren ja sisäkaaren määrittävien ympyräkaarien keskipisteet eivät sijaitse samassa pisteessä, mikä johtaa päätykaarien alueella jousen profiilin kor- keuden vaihteluun.

Vaikka kuviossa 4 on esitetty yksi tapa toteuttaa profiilin korkeuden vaihtelu päätykaarien alueella, suoritusmuodot eivät ole rajoittuneet esitettyyn ta- paan vaan vaihtelu voidaan toteuttaa myös muilla tavoin.

Edellä on kuvattu profiilin korkeuden vaihtelu päätykaaren alueella, mutta myös sisäkaaret voivat sisältää vastaavia alueita, joissa profiilin korkeus vaihtelee vastaavalla tavalla kuin päätykaarien tapauksessa.

Kuviossa 5 havainnollistetaan edelleen jousielementin mitoitusta. Jou- sielementti on kuviossa asetettu koordinaatistoon, jossa x-akseli osoittaa jousen pituussuuntaan, y-akseli jousen korkeussuuntaan ja z-akseli jousen poikittaissuun- taan.

Poikittaissuunnassa etäisyys jousen toiselta sivulta toiselle sivulle on näin ollen b. Edullisesti jousi valmistetaan levystä leikkaamalla, jolloin poikittais- suuntainen mitta b määräytyy levypaksuuden perusteella. Tässä suunnassa mit- taa rajoittaa tällöin leikkausprosessi, jolloin mitta voi käytännössä vaihdella välillä b = 0.5 mm ... 200 mm.

Jousen pituussuuntainen (x-akseli) mitta a eli silmukkaosuuden pituus määritellään jousen päätykaaren ulkoreunan etäisyytenä jousen keskikohtaan (piste O kuviossa 3), on edullisesti mahdollisimman suuri mahdollisimman pienen jäykkyyden saavuttamiseksi. Keksinnön edullisissa suoritusmuodoissa mitta a:n ja mitta b:n välinen suhde voi vaihdella välillä a/b = 7.5 ... 500.

Mainitun arvoaluevälin alaraja 7.5 on edullinen koska sitä pienemmällä = suhteella on jousen valmistaminen esimerkiksi levystä leikkaamalla vaikeaa. Arvoa = 7.5 pienemmällä suhteella myös jousen poikittaissuuntainen jäykkyys kasvaa, jol- N loin sen suorituskyky värähtelyneristämistarkoituksessa tähän suuntaan laskee. N Mikäli suhdearvo a/b kasvaa suureksi, on jousia edullisesti käytettävä E toisiinsa liitettyinä sillä muutoin jousirakenne ei ole stabiili vaan syntyy riski nurjah- N dukselle tai lommahdukselle jousta kuormitettaessa. Suoritusmuotojen mukaisen = arvoalueen yläraja 500 on edullinen, koska tällöin jousta voidaan edelleen käyttää 2 esitetyn rakenteisena käsittäen yhden tai kaksi silmukkaosiota ja näihin yhtey- S dessä olevat kiinnitysosiot. Mikäli arvo kasvaa yli 500, ei esitetty rakenne enää ole käyttökelpoinen, vaan toisiinsa liitetyt jouset on kiinnitettävä toisiinsa muiltakin alu- eilta kuin pelkästään esitetyiltä kiinnitysalueiltaan. Tämä siksi, että jousten muiden osien kuin kiinnitysosien kyetessä liukumaan suhteessa vierekkäisiin jousiin kor- keussuunnassaan sekä pituussuunnassaan voidaan päätyä tilanteeseen, jossa värähtelyneristin on herkkä nurjahtamaan tai lommahtamaan riippumatta siitä kuinka paljon jousia kokoonpanossa käytetään. Juurisyy tähän on se, että lami- naarinen rakenne ei ole niin jäykkä taivutustilanteissa kuin homogeeninen ra- kenne.

Edellä on esitetty, että edullinen arvoalue a/b on välillä 7.5 ... 500, mutta vieläkin edullisemmin mainittu suhde on välillä 10 ... 150, jolloin jousen poi- kittaissuuntainen jäykkyys on aina riittävän alhainen tuottaakseen hyvän suoritus- kyvyn myös poikittaissuuntaan. Arvon ollessa lähempänä lukua 10, voidaan käyt- tää yksittäistä jousta muodostamaan värähtelyneristin. Samalla jousi on vielä tässä vaiheessa helppo valmistaa esimerkiksi levystä leikkaamalla. Kun taas arvon ol- lessa lähellä lukemaa 150 muodostuu värähtelyneristin tyypillisesti useista jou- sista, ja tämä kokoonpano ei ole herkkä stabiliteetin menetykselle.

Vieläkin edullisemmin, ja kaikista edullisimmin, silmukkaosuuden suhde jousen paksuuteen on välillä 15 ... 30, jolloin voidaan muodostaa värähte- lyneristin yhdestä jousesta ilman kokoonpanoa. Tällöin jäykkyys kaikkiin suuntiin on alhainen ja siten myös suorituskyky kaikkiin suuntiin on hyvä. Samaten yksit- täinenkään jousi ei ole herkkä stabiliteetin menetykselle eli nurjahdukselle tai lom- mahdukselle koko tällä alueella.

Jousen pystysuuntainen (y-akseli) mitta c, eli päätykaarien loppupistei- den välinen etäisyys jousen ulkoreunalla, on edullisesti sellainen, että suhde a/c =

1.25 ...4.

> Kiinnityspisteiden tai muiden kiinnitysalueiden välinen etäisyys L, on S edullisesti mahdollisimman pieni. Mitan suhde jousen mittaan b on L,/b = 6... 100. = Suoritusmuotojen mukainen jousielementti valmistetaan kokonaisuu- N dessaan vain yhtä materiaalia tai materiaaliseosta käyttäen. Edullisesti jou- A sielementti valmistetaan metallimateriaaleista kuten teräs, titaani tai alumiini. Suo- E ritusmuodot eivät ole kuitenkaan rajoittuneita siihen, että jousielementti valmiste- N taan metallista, vaan jousielementti voidaan valmistaa myös esimerkiksi elasto- = meerimateriaaleista, kuten polyamidi, polyeteeni, ABS, polykarbonaatti tai polypro- 2 peeni tai lujitemuovista, kuten lasikuitu tai hiilikuitu. S Materiaalin käyttäytyessä elastisella alueellaan lineaarisesti saavute- taan paras ennustettavuus suorituskyvylle. Tällöin myös jousen voima — siirtymä yhteys pysyy lineaarisena koko käyttöalueella, mikä helpottaa värähtelyneristys- järjestelmän käyttäytymisen ennustamista ja sitä kautta mitoittamista. Käytettävän materiaalin ominaisuuksien pysyessä lähes muuttumattomina koko käyttölämpö- tila-alueella, saavutetaan paras ennustettavuus.

Jousen pinnat voidaan jaotella kahteen eri pinnanlaatuluokkaan, jotka syntyvät valmistuksen seurauksena. Viitaten kuvioon 5, Pinta D, joka on koko jou- sen ulkopuolisen kaarevia osioita sisältävän alueen ympäröivä yhtäläinen pinta, sekä pinta E, joka on koko jousen sisäpuolisen kaarevia osioita sisältävän alueen ympäröivä pinta, ovat pinnanlaadultaan sallivia. Pinnanlaatu voi vastata esimer- kiksi termisessä leikkauksessa tai vesileikkauksessa saavutettavaa pinnanlaatua. Pinta F, joka on suora pinta siten että mihin tahansa pinnan pisteeseen asetettu pintanormaali osoittaa aina samaan suuntaan valmistustoleranssien rajoissa, sekä jousen vastakkaiselta puolelta löytyvä samanlainen pinta G ovat pinnanlaatuvaati- muksiltaan tarkempia. Pinnanlaatu voi vastata esimerkiksi kylmävalssatun tai kuu- mavalssatun teräslevyn valssauspintaa. Tällöin on mahdollista käyttää pintoja F ja G esimerkiksi ruuviliitosten liitospintoina.

Kuviossa 6 havainnollistetaan suoritusmuotojen mukaisen jousielemen- tin erästä esimerkinomaista käyttökohdetta. Kuviossa 6 on esitetty puhallin 620, jonka värähtelykäyttäytymistä halutaan hallita. Puhaltimeen kuuluu kiinnityskisko 622, jonka avulla puhallin kiinnitetään esimerkiksi lattiassa tai vastaavassa ole- vaan runkorakenteeseen 640. Sen sijaan, että puhallin kiinnitettäisiin suoraan run- korakenteeseen, kiinnitys on toteutettu suoritusmuotojen mukaisen värähtelyneris- timien 600 avulla. Värähtelyneristimet 600 on kiinnitetty kiinnitysosioistaan sekä puhaltimen kiinnityskiskoon 622, että lattian runkorakenteeseen 640, jolloin kiinni- tyskisko jää asennettuna jousielementin määrittämän etäisyyden päähän runkora- kenteesta. Esitetyllä asennuksella jouset muodostavat värähtelyneristyksen puhal- = timen sekä kiinnityskiskojen välille, jolloin kiinnityskiskot voidaan kiinnittää lattiaan = tai muuhun runkorakenteeseen siten, ettei puhaltimen tuottama värähtely kulkeudu N merkittävissä määrin tähän kiinnitysrakenteeseen.

N Vaikka kuvion 6 suoritusmuodossa kiinnitysosiot on esitetty keskenään E samanlaisina, voivat ne tässä ja muissa suoritusmuodoissa olla tarpeen mukaan N eri tavallakin toteutettuna, esimerkiksi toinen kiinnitysosio ruuvikiinnityksenä ja toi- = nen hitsikiinnityksenä.

2 Edelleen, vaikka kuviossa 6 on esitetty, että yläpuolinen rakenne 622, S alapuolinen rakenne 640 ja jousi 600 muodostavat täysin integroidun rakenteen, jousi voidaan vaihtoehtoisesti muodostaa osaksi vain toista rakenteista 622 tai

640. Esimerkiksi kuvion 6 tilanteessa tämä tarkoittaisi sitä, että jousi voitaisiin lei- kata yläpuoliseen rakenteeseen 622 tämän leikkauksen yhteydessä ilman alapuo- lista rakennetta 640. Alapuolinen rakenne voitaisiin valmistaa erillisrakenteena si- ten, että siinä on tilat jousen silmukoiden alapuolisia puolikkaita varten, että reiät tai muut kiinnitysvälineet jousen kiinnittämistä varten.

Kuviossa / on esitetty suoritusmuoto, jossa värähtelyneristys on järjes- tetty tapahtumaan jousen poikittaissuunnassa eli z-suunnassa kuvion 5 mukai- sesti. Tällöin laitteeseen kuuluva kiinnityskisko 722 ja laitteesta erillinen runkora- kenne 740 sijaitsevat eri tasoissa jousen poikittaissuunnassa, mutta on selvää, että suoritusmuodot eivät ole tähän rajoittuneita vaan kiinnitykset voidaan tehdä myös samassa tasossa oleviin kappaleisiin.

Kuviossa 8 on esitetty eräs esimerkki suoritusmuotojen mukaisen jou- sielementin käytöstä, siten, että luodaan kahdesta tai useammasta jousesta koos- tuva värähtelyneristin liittämällä jousia rinnakkain siten, että jouset (yksi pari tai useampi) erotetaan toisistaan välilevyillä tai muilla rakenteilla. Näin muodostuu eräänlainen laminaarinen rakenne. Yksi mahdollinen esimerkki tästä rakenteesta on esitetty kuviossa 8, jossa jousielementit 800A ja 800B on erotettu toisistaan välilevyllä 850. Välilevy on edullisesti samaa materiaalia kuin jousi, esimerkiksi te- rästä mutta voi olla myös eri materiaalia. Edullisesti välilevy on järjestetty vain kiin- nitysalueelle.

Yhdistämällä useampi jousi, voidaan kokoonpanna suurempi kaikkiin suuntiin joustava värähtelyneristin. Tällaisessa kokoonpanossa voi olla kaksi tai useampi jousi, kuten esimerkiksi kuviossa 9 värähtelyneristinkokoonpano on muo- dostettu kahdeksan jousen avulla.

Kaikkiin suuntiin joustava värähtelyeristin voidaan muodostaa esimer- kiksi kahdella jousella siten, että jouset asetetaan kohtisuoraan toisiinsa nähden, = jolloin toisen jousen pituussuunta on yhtenevä toisen jousen poikittaissuunnan = kanssa. Kuten kuviossa 9 on esitetty, jouset voidaan sijoittaa siten, että jousen N kiinnitysalue/siirtymäalue/sisäkaari sijoittuu kohtisuoraan olevan jousen silmukan N sisäpuolelle, kuten esimerkiksi rinnakkainen jousipari 900A, 900B on asetettu tällä E tavalla kohtisuoraan jousipariin 900C, 900D nähden.

N Kuviossa 10 on esitetty suoritusmuoto, jossa jousi 1000 on integroitu Ss taysin laitteen runko- tai alustarakenteeseen 1022 samassa valmistusprosessissa, 2 jossa runko- tai alustarakenne valmistetaan. Tämä on edullinen suoritusmuoto, S sillä nykyiset laitteet/rakenteet ovat usein levystä valmistettuja ja integrointi voi olla erittäin mahdollinen vaihtoehto useassa tuotteessa. Tällöin erillisten jousien han- kinta ja kiinnitys rakenteisiin voidaan kokonaisuudessaan välttää, kun jousen muoto leikataan runkorakenteen valmistusvaiheessa suoraan tuotteeseen. Suori- tusmuodosta on myös mahdollista valmistaa variaatio, jossa vain toinen kiinnitys- osa on integroitu osaksi laitteen rakennetta ja toinen kiinnitysosa puolestaan on muotoiltu jotain toista kiinnitystarkoitusta ajatellen kuten ruuviliitos tai hitsiliitos.

Kuvioissa 11A-11C havainnollistetaan kiinnitysosioiden eräitä suoritus- muotoja. Kuvio 11A vastaa kiinnitysosioltaan 1106 kuviossa 1 esitettyä rakennetta, jolloin kiinnitysosioon kuuluu yksi tai useampi jousesta läpi menevä reikä esimer- kiksi ruuviliitosta varten. Kuviossa 11B on esitetty kiinnitysväline 1106B, joka on hitsattu kiinni rakenteeseen. Kuvio 11C esittää rakennetta, jossa jousi on integroitu ympäröivään rakenteeseen eli muodostettu osaksi esimerkiksi levyä kuviossa 10 havainnollistetulla tavalla. Kiinnitysosa 1106C esittää erästä mahdollista muotoilua tällaiselle kiinnitysosalle.

Kiinnitysosien muoto voi vaihdella sovelluskohteesta ja kiinnitystavasta riippuen ja keksintö ei olekaan näin ollen rajoittunut siihen, miten kiinnitysosat to- teutetaan.

On selvää, että tekniikan kehittyessä keksinnöllinen ajatus voidaan to- teuttaa eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät olekaan rajoittuneita edellä esitettyihin suoritusmuotoihin vaan voivat vaihdella suojavaatimusten puitteissa.

oO

O

N 0

N

I a a

N N

O o

O N

Claims

SUOJAVAATIMUKSET

1. Jousielementti, käsittäen ainakin yhden silmukkaosion (102, 104) jou- sielementin värähtelyneristysominaisuuden toteuttamiseksi, ja silmukkaosuuteen yhteydessä olevan kiinnitysosion (106, 108) jousielementin kiinnittämiseksi tai yh- distämiseksi rakenteeseen, tunnettu siitä, että simukkaosuuden pituussuun- taisen mitan (a) suhde jousielementin poikittaissuuntaiseen mittaan (b) on välillä

7.5 ... 500.

2. Suojavaatimuksen 1 mukainen jousielementti, tunnettu siitä, että jousielementin silmukkaosuuden (102, 104) pituussuuntaisen mitan (a) suhde silmukkaosuuden korkeussuuntaiseen mittaan (c) on 1.25 ... 4.

3. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen jousielementti, tun - nettu siitä, että silhukkaosuuden (102, 104) päätykaaren profiilin suurimman leveyden (e) suhde profiilin pienimpään leveyteen (f) on välillä 1.6 ... 4.

4. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen jousielementti, tun - nettu siitä, että silmukkaosuuden (102, 104) päätykaaren sisäpinta ja ulkopinta ovat muodoltaan ympyränkaaria, ja sisäkaaren määrittävän ympyrän keskipiste ja ulkokaaren määrittävän ympyrän keskipiste sijaitsevat eri pisteissä.

5. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen jousielementti, tun - nettu siitä, että jousielementti on valmistettu levystä leikkaamalla, jolloin jou- sielementin poikittaissuunnan (b) määrittävä leikkauspinta (D) on pinnanlaadul- o taan salliva, ja leikkauspintaan nähden kohtisuora pinta (F, G) on pinnanlaadultaan > tarkempi kuin leikkauspinta (D).

=

6. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen jousielementti, tun - N nettu siitä, että jousielementti käsittää kaksi silmukkaosiota (102, 104), jotka E: ovat järjestetyt symmetrisesti kiinnitysosiot (106, 108) käsittävän kiinnitysalueen N molemmin puolin.

>

7. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen jousielementti, tun - S nettu siitä, että jousielementti (100) on valmistettu kokonaisuudessaan yhdestä materiaalista tai materiaaliseoksesta.

8. Levyrakenne, tunnettu siitä, että levyrakenne (1022) käsittää jonkin edellisen suojavaatimuksen mukaisen jousielementin (1000), joka on aina- kin osittain muodostettuna osaksi levyrakennetta.

9. Jousitusrakenne, tunnettu siitä, että jousitusrakenne käsittää ainakin kaksi jonkin edellisen suojavaatimuksen mukaista jousielementtiä (800A, 800B), joka jousitusrakenne käsittää välilevyn (1307) mainitun kahden jou- sielementin välissä pitämässä niitä erillään toisistaan.

10. Jousitusrakenne, tunnettu siitä, että jousitusrakenne käsittää ainakin kaksi jonkin edellisen suojavaatimuksen mukaista jousielementtiä (900A, 900D) asetettuna kohtisuoraan toisiinsa nähden siten, että toinen jousi on pituus- suunnassaan asetettu toisen jousen poikittaissuuntaan ja jousien paksuuden mää- rittävät pinnat ovat ainakin olennaisesti yhdensuuntaisissa tasoissa keskenään.

oO

O

N 0

N

I a a

N

O o

O

N