DE19802163A1

DE19802163A1 - Vibration-damping spring system for computer instruments

Info

Publication number: DE19802163A1
Application number: DE19802163A
Authority: DE
Inventors: Timo Juutilainen
Original assignee: CONTROL EXPRESS FINLAND Oy
Current assignee: CONTROL EXPRESS FINLAND Oy
Priority date: 1997-01-30
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: GB2325295B; FI970381A0; GB9801466D0; FI106977B; SE9800160D0; SE521426C2; SE9800160L; DE19802163B4; GB2325295A; FI970381L

Abstract

The spring element (3) is spaced from both base (6) and plate (2) thus leaving a free space either side, and the spring is made of material with extreme internal friction. The spring is held round a sleeve (4) by friction and the sleeve itself steadily increases in thickness from spring (3) to base (6) and/or to the outer end. A thicker auxiliary sleeve (7) enclosing the main sleeve (4) is arranged between spring and plate (2) and/or between spring and base (6) and another plate can be fitted between base and sleeve.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechende gedämpfte Federungsanordnung für verschiedene feinmechanische Geräte.The present invention relates to a Preamble of claim 1 corresponding damped Suspension arrangement for various fine mechanical devices.

Der Betrieb eines feinmechanischen Gerätes, wie der Festplatte eines Computers, kann unter schwerer Vibration unsicher sein. Somit ist dafür eine mit einem Stoßdämpfer versehene Abfederung erforderlich.Operation of a precision mechanical device such as the A computer hard drive that can be subject to severe vibration to be insecure. So there is one with a shock absorber provided cushioning required.

Die Differentialgleichung eines der Fig. 1 entsprechenden mechanischen, mit Dämpfung versehenen Federungssystems (z. B. der mit Stoßdämpfern versehenen Abfederung eines Wagens), worin "a" = dämpfungsbedürftiger Gegenstand, "b" = Feder, "c" = Stoßdämpfer mit Reibung, "d" = Gerüst, hat bekannterweise die folgende Form:
The differential equation of a mechanical suspension system corresponding to FIG. 1 provided with damping (eg the suspension of a car provided with shock absorbers), in which "a" = object requiring damping, "b" = spring, "c" = shock absorber with friction, "d" = scaffold, is known to have the following form:

"F" ist die Kraft, "m" die Masse des Systems, "r" der Reibungskoeffizient und "k" die Federkonstante. Die übrigen Faktoren der Formel sind die erste und die zweite Zeitableitung."F" is the force, "m" the mass of the system, "r" the Friction coefficient and "k" the spring constant. The remaining Factors of the formula are the first and the second Time derivative.

Die Frequenzgrenze des Systems ist:
The frequency limit of the system is:

und der an der Frequenzgrenze wirkende Dämpfungsfaktor (Fig. 2):
and the damping factor acting at the frequency limit ( Fig. 2):

Bei niedrigen Frequenzen ist das Federungssystem nicht wirksam, d. h. Dämpfung A = 1, aber oberhalb der Frequenz f₀ wird Dämpfung um so wirksamer erzeugt, je höher die Frequenz wird.The suspension system is not effective at low frequencies, ie damping A = 1, but above frequency f ₀ , damping is generated more effectively the higher the frequency.

Um eine möglichst gute federnde Aufhängung für ein Gerät zu bekommen, sollte also "k" klein sein, d. h. die Feder möglichst locker und die Masse möglichst groß sein.To ensure the best possible spring suspension for a device get, so "k" should be small, d. H. the feather as loose as possible and the mass as large as possible.

Die Masse des Geräts zu vermehren, beispielsweise mit zusätzlichen Gewichtstücken, ist keine besonders interessante Alternative. Es bleibt folglich übrig, die Abfederung möglichst locker auszubilden.To increase the mass of the device, for example with additional weights, is not special interesting alternative. It remains, therefore, that Design cushioning as loosely as possible.

Der Dämpfungsfaktor sollte eins oder größer sein, damit das System keine Neigung zur Vibration bei der Resonanzfrequenz f₀ habe. Fig. 2 zeigt, daß wenn der Dämpfungsfaktor kleiner als eins ist, so wirkt an der Frequenzgrenze die Dämpfung sogar umgekehrt, also die Vibration verstärkend.The damping factor should be one or greater so that the system has no tendency to vibrate at the resonance frequency f ₀ . FIG. 2 shows that if the damping factor is less than one, the damping at the frequency limit even has the opposite effect, that is to say it increases the vibration.

Ein großes Dämpfungsvermögen wird erreicht, wenn die Reibung des Systems möglichst groß ist. Besonders geeignet zu diesem Zweck ist z. B. weiches Urethan, dessen Shore- Härte beispielsweise 20 sein kann, denn es ist elastisch und seine innere wie äußere Reibung ist groß.A great damping capacity is achieved when the System friction is as large as possible. Particularly suitable for this purpose z. B. soft urethane, whose Shore Hardness can be 20, for example, because it is elastic and its internal and external friction is great.

Elastizität bedeutet weiche Federung, und Reibung gibt eine gute Dämpfung, wie in der Theorie festgestellt wurde. Problematisch ist nur die mechanische Verwirklichung. Als sehr lockeres Material erfordert es oft eine aus allen Richtungen gestützte Struktur, wobei der angestrebte Vorteil leicht verloren wird. Aus praktischen Gründen sollte die federnde Aufhängung auch kleindimensioniert sein.Elasticity means soft suspension, and friction gives one good damping, as found in theory. The only problem is the mechanical realization. As very loose material often requires one out of all Direction-based structure, with the desired Advantage is easily lost. Because of practical reasons the spring suspension should also be small be.

Weil ein gutes Dämpfungsmaterial mechanisch sehr locker ist, ergibt sich für die praktische Vorrichtung das Problem, wie für das Ganze die erforderliche Festigkeit zu erzielen, ohne daß die Lockerheit dadurch vermindert werde. Eine bekannte federnde Konstruktion ist schematisch in Fig. 3 gezeigt. Dort liegt weiches Material 3, oft Gummi, zwischen einer oder zwei Platten 2. Eine Befestigungsschraube 1, 1a drückt gegen eine Hülse 4, während das abgefederte Gerät 5, von dem weichen Material getragen, "schwebt" und hinsichtlich des Gerüsts 6 und somit gegen Vibration mechanisch isoliert ist. Diese Einheit ist zwar standfest, aber Federung ist zum größten Teil verloren, da sich eine verhältnismäßig große Platte (also mit einer großen Fläche) gegen eine nicht-federnde Struktur stützt. Somit ist ihre Tragfähigkeit schon so groß, daß Federung bedeutendermaßen verloren ist. Hier versteht man unter "Tragfähigkeit" das gleiche wie bei der Plattenfundation eines Gebäudes: in weicher Erde wird eine steife Konstruktion erzielt, wenn eine große Platte trägt.Because a good damping material is mechanically very loose, the practical device has the problem of achieving the required strength for the whole without reducing the looseness. A known resilient construction is shown schematically in Fig. 3. There is soft material 3 , often rubber, between one or two plates 2 . A fastening screw 1 , 1 a presses against a sleeve 4 , while the sprung device 5 , carried by the soft material, "floats" and is mechanically isolated with respect to the frame 6 and thus against vibration. Although this unit is stable, the suspension is largely lost because a relatively large plate (i.e. with a large area) is supported against a non-resilient structure. So their load capacity is so great that suspension is significantly lost. Here, "load-bearing capacity" is the same as for a building's slab foundation: in soft earth, a rigid construction is achieved when a large slab supports.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Federungsanordnung zu schaffen, worin die mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme zumindest hauptsächlich eliminiert sind. Zur Erfüllung dieser Aufgabe ist eine gedämpfte Federungsanordnung nach der Erfindung durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 vorgebrachten Merkmale gekennzeichnet.The present invention has for its object a to provide improved suspension arrangement, wherein the with problems associated with the prior art at least are mainly eliminated. To accomplish this task is a damped suspension arrangement according to the invention by the in the characterizing part of claim 1 advanced features marked.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigelegten Zeichnungen näher erläutert, wobeiIn the following the invention is based on the enclosed Drawings explained in more detail, wherein

Fig. 1 ein mit einem Stoßdämpfer versehenes Federungssystem schematisch zeigt, Fig. 1, a shock absorber provided with a suspension system schematically shows

Fig. 2 Dämpfung mit verschiedenen Dämpfungsfaktoren und Frequenzen zeigt, Fig. 2 damper with different attenuation factors and frequencies shows

Fig. 3 eine gedämpfte Federungsanordnung aus dem Stand der Technik zeigt, Fig. 3 shows a damped suspension arrangement of the prior art,

Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen gedämpften Federungsanordnung schematisch zeigt, Fig. 4 schematically shows an embodiment of the damped suspension assembly according to the invention,

Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Ausführungsform zeigt, worin das Material des Federungsglieds etwas dicker ist als in Fig. 4, und Fig. 5 shows an embodiment corresponding to Fig. 4, wherein the material of the suspension member is somewhat thicker than in Fig. 4, and

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen gedämpften Federungsanordnung schematisch zeigt. Fig. 6 shows a second embodiment of the damped suspension arrangement of the invention schematically.

In Fig. 3-6 beziehen sich gleiche Nummern auf gleiche oder entsprechende Teile. In der Ausführungsform, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, ist die Hülse 4 gegenüber der in Fig. 3 gezeigten, aus dem Stand der Technik bekannten Lösung verlängert, und die eigentlichen Endplatten 2 sind nur noch dazu da, um zu versichern, daß das Gerät 5 des abgefederten Systems nicht abfällt, d. h. nicht von der Hülse weggleitet, z. B. wenn das Gerät 5 angefaßt oder samt Unterlage gehoben wird. An eigentlicher Federung beteiligen sich die Endplatten 2 nicht mehr. In Fig. 4-6 ist nur die Endplatte 2, die am äußeren Ende liegt, vorgesehen, aber eine Endplatte kann gegebenenfalls auch an dem der Unterlage 6 zugewandten Ende angeordnet werden, beispielsweise wenn die Unterlage 6 keine geeignete plattenförmige Stelle besitzt.In Fig. 3-6, the same numbers refer to the same or corresponding parts. In the embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the sleeve 4 is extended compared to the solution known from the prior art shown in FIG. 3, and the actual end plates 2 are only there to insure that the device 5 of the sprung system does not fall off, ie does not slide away from the sleeve, e.g. B. when the device 5 is touched or lifted together with the pad. The end plates 2 no longer participate in the actual suspension. In Fig. 4-6 only the end plate 2 , which lies at the outer end, is provided, but an end plate can optionally also be arranged at the end facing the base 6 , for example if the base 6 does not have a suitable plate-shaped location.

Das Arbeitsprinzip des Federungssystems liegt darin, daß wenn eine elastische und Reibung besitzende genutete Scheibe 3, wie sie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist und die vorteilhaft aus weichem Polyurethan ist, infolge mechanischer Bewegung beispielsweise in eine nach unten gerichtete Bewegung gerät, so wird ihre eine Kante (in diesem Beispiel die untere) fester gegen die Hülse 4 gedrückt, wobei die dadurch noch zugenommene Reibung eine Verschiebung des Dämpfungsglieds von seinem Platz verhindert. Weil das Material 3 eine sehr große Reibung hat, gleitet es nicht leicht entlang der Hülse 4, sondern wird eher gewunden, sogar gerollt, wobei der Druck gegen die Hülse immer nur wächst und die Reibkraft zunimmt. Somit ist sie gewissermaßen selbstregulierend. Erst wenn die genutete Scheibe 3 so weit ausgedehnt ist, daß die Größe der Öffnung zunimmt, trennt sich die Scheibe von der Hülse. Um dieses Trennen zu verhindern, ist die Platte 2 noch erforderlich. Ein scheibenförmiges Federungsstück 3 ist auch in der Hinsicht vorteilhaft, daß das Federn bei zunehmender Bewegung straffer wird, bis schließlich die Scheibe 3, je nach der Bewegungsrichtung, gegen die Unterlage 6 oder gegen die Platte 2 gedrückt wird, wobei die Feder noch steifer wird. Das betreffende Federungsglied stellt also eine sog. progressive Feder dar.The principle of operation of the suspension system is that if an elastic and frictioned grooved washer 3 , as shown in FIGS. 4 and 5 and which is advantageously made of soft polyurethane, gets into a downward movement due to mechanical movement, for example one edge (in this example the lower one) pressed more firmly against the sleeve 4 , the friction which has thereby increased preventing displacement of the damping member from its place. Because the material 3 has a very large amount of friction, it does not slide easily along the sleeve 4 , but is rather wound, even rolled, the pressure against the sleeve only increasing and the frictional force increasing. It is therefore self-regulating to a certain extent. Only when the grooved washer 3 is extended so far that the size of the opening increases, does the washer separate from the sleeve. To prevent this separation, the plate 2 is still required. A disc-shaped suspension piece 3 is also advantageous in that the spring becomes tighter with increasing movement, until finally the disc 3 , depending on the direction of movement, is pressed against the base 6 or against the plate 2 , the spring becoming even stiffer. The suspension element in question thus represents a so-called progressive spring.

Die Sicherheit des Systems kann noch gesteigert werden, indem die Hülse an den Enden dicker ausgebildet wird, z. B. sich allmählich in Richtung auf die Hülsenenden verdickend, oder indem sie, wie in Fig. 6 gezeigt, mit einzelnen Hilfshülsen 7, deren Durchmesser etwas größer ist als der der eigentlichen Hülse 4, ausgerüstet wird. Wenn der Durchmesser der Hülse 4 beispielsweise 5 mm ist, ist durch praktische Versuche festgestellt worden, daß Hilfshülsen 7 mit 6 mm Durchmesser in der gedachten Weise funktionieren. Die Durchmesserwerte dieser Hülsen sind nur als ein Beispiel für eine in praktischen Versuchen angewandte Dimensionierung angegeben, und die Werte der Durchmesser können von den obigen Werten natürlich sogar beachtlich abweichen. Außerdem ist eine solche Verwirklichung denkbar, in der die Hülse 4 und die Hilfshülsen 7 als ein einheitliches Hülsenglied ausgebildet sind, das an der Außenfläche, zwischen seinen Enden, eine Einziehung für das Federungsglied 3 besitzt.The security of the system can be further increased by making the sleeve thicker at the ends, e.g. B. gradually thickening in the direction of the sleeve ends, or by being equipped, as shown in FIG. 6, with individual auxiliary sleeves 7 , the diameter of which is somewhat larger than that of the actual sleeve 4 . If, for example, the diameter of the sleeve 4 is 5 mm, it has been found through practical tests that auxiliary sleeves 7 with a 6 mm diameter function as intended. The diameter values of these sleeves are given only as an example of a dimensioning used in practical tests, and the values of the diameters can of course differ considerably from the above values. In addition, such an implementation is conceivable, in which the sleeve 4 and the auxiliary sleeves 7 are formed as a unitary sleeve member which has a recess for the suspension member 3 on the outer surface, between its ends.

Auch mit der Geometrie der genuteten Scheibe 3 können die Federungseigenschaften geregelt werden. Indem sie dünner ausgebildet wird, wird die Feder lockerer, und indem sie dicker ausgebildet wird, wird die Feder straffer. Mit einer dickeren Scheibe kann auch eine stärkere Pressung der Unterkante erreicht werden, wie aus dem Beispiel in Fig. 5 ersichtlich ist.The suspension properties can also be regulated with the geometry of the grooved disk 3 . By making it thinner, the spring becomes looser, and by making it thicker, the spring becomes tighter. With a thicker pane, a stronger pressing of the lower edge can also be achieved, as can be seen from the example in FIG. 5.

In einem praktischen Federungssystem können eine oder mehrere Federungsanordnungen, wie sie in den Fig. 4-6 dargestellt sind, vorgesehen sein.In a practical suspension system, one or more suspension arrangements as shown in Figs. 4-6 can be provided.

Claims

1. Damped suspension arrangement for various fine mechanical devices ( 5 ), to which arrangement a robust base ( 6 ) belongs to which a sleeve ( 4 ) is fastened by means of a fastening member ( 1 , 1 a) extending through the sleeve, wherein between a plate member ( 2 ) is installed on the outer end of the sleeve ( 4 ) facing away from the support ( 6 ) and the corresponding end ( 1 ) of the fastening member, and an elastic disc-shaped suspension member ( 3 ) is installed around the sleeve ( 4 ) in which Section between the base ( 6 ) and the plate member ( 2 ), in which arrangement the length of the sleeve ( 4 ) is substantially greater than the thickness of said suspension member ( 3 ), characterized in that the suspension member ( 3 ) from both Underlay ( 6 ) and from the plate member ( 2 ) a distance each forming a free space is arranged, which suspension member ( 3 ) from a mat erial with great internal friction.

2. Damped suspension arrangement according to claim 1, characterized in that the suspension member ( 3 ) is arranged to be held around the sleeve ( 4 ) substantially by means of friction.

3. Damped suspension arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the sleeve ( 4 ) from the region of the suspension member ( 3 ) in the direction of the base ( 6 ) and / or on the outer end gradually becomes thicker.

4. Damped suspension arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that around the sleeve ( 4 ) around in comparison to the sleeve ( 4 ) thicker auxiliary sleeve ( 7 ) between the suspension member ( 3 ) and the base ( 6 ) and / or between the suspension member ( 3 ) and the plate member ( 2 ) is arranged.

5. Damped suspension arrangement according to one of the above claims, characterized in that a plate member is also arranged between the base ( 6 ) and the sleeve ( 4 ).