DE3332239A1

DE3332239A1 - Schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE3332239A1
Application number: DE19833332239
Authority: DE
Inventors: Wyatt Seybert New York N.Y. Newman
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-09-09
Filing date: 1983-09-07
Publication date: 1984-03-29
Also published as: FR2533042B1; US4483425A; GB2126759B; FR2533042A1; DE3332239C2; GB8323935D0; JPS5965638A; GB2126759A

Description

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"Schwingungsdamper."

Die Erfindung betrifft Schwingungsdämper zum
Dämpfen der Schwingung in einer Maschine mit beweglichen Teilen.

Um in einer Maschine einen oder mehrere Teile in Bewegung zu setzen, ist es notwendig, eine Kraft auf diese Teile auszuüben. Die Grundlagenphysik beschreibt, dass eine Kraft nicht einfach auf einen einzigen Körper ausgeübt werden kann, sondern auf zwei Körper ausgeübt
werden muss. Daher muss zur Anwendung einer Kraft, um

einen Körper in einer Maschine in Bewegung zu setzen,
gleichzeitig eine Gegenkraft auf den Rest der Maschine
augeübt werden. Demzufolge lösen die Reaktionskräfte in der Maschine Schwingungserscheinungen in der Maschine aus. Es wurde in der Vergangenheit viele Verfahren zum Steuern und Dämpfen des Pegels ungewünschter mechanischer Schwingungen in Maschinen beschrieben. Einige
dieser Verfahren werden in einer Veröffentlichung mit dem Titel "Funfamentl Concepts of Vibration Control" von
Jerome E.Ruzicka (Sound and Vibration, July 1971» S.

16...22) beschrieben.

Beispielsweise werden für passive Schwingungsisolierung und Schwingungsabsorption eine Kombination
von Federn und Dämpfern zum Isolieren des Schwingungskörpers von der Umgebung und zum Absorbieren und Ableiten von Schwingungsenergie benutzt. Probleme mit diesen Verfahren beziehen sich jedoch auf die Tatsache, dass diese Technik nicht gleichzeitig zum Verringern der Amplitude der Verschiebung der Maschine durch die Schwingungseinflüsse und der sich durch den Maschinenblock fortpflanzeiiden Schwingungskräfte verwendbar ist. Ausserdem verhält sich eine Maschine mit passiver Schwingungsisolierung und Schwingungsabsor^tion nicht wie eine konstante mechanische Impedanz (d.h. sie verhält sich nicht als ein

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massiver Körper mit konstanter Masse). Dieser letztgenannte Faktor kann in Luft- und Raumfahrtanwendungen Probleme mit sich, bringen.

Ein weiteres Schwingungs dämpf ungs verfahr en bezieht sich auf die mechanische Auswuchtung. Ein rhombischer Antrieb ist ein Beispiel dieser Methode» bei der jeder beweglichen Masse durch eine auswuchtende Gegenmasse gegengewirkt wird, die in der Gegenrichtung der beweglichen Masse mechanisch angetrieben wird. Probleme mit dieser Methode ergeben sich daraus, dass die Auswuchtung durch die Genauigkeit, Symmetrie und Linearität einer jeden Ausgleichskomponente begrenzt wird. Weiter beinhaltet das mechanische Auswuchten ungewünschte Konstruktionsbedingungen, wie die Anforderung wesentlich grösserer Maschinenvolumen und eine grössere Anzahl beweglicher Teile. Ausserdem kann die Durchführung dieser Methode durch zeitliche oder externe Einflüsse stark beeinträchtigt werden.

Ein anderes damit verknüpftes Schwingungsdämpfungsverfahren ist der passive Schwingungsausgleich, bei dem man sich beim Trägheitsausgleich einer resonierenden Feder-Gegenmasse-Kombination bedient. Dieses Verfahren ist einigermassen wirksam, wenn die auszugleichende Trägheitskraftunwucht bei einer einfachen konstanten Frequenz zunächst sinusförmig ist. Die Feder-Masse-Kombination kann auf diese Frequenz so abgestimmt werden, dass sie auf Schwingungen durch Oszillieren zur Abhilfe der Schwingungen anspricht. Jedoch ist die Wirksamkeit dieses Verfahrens beschränkt, weil ein Ausgleich nur bei der einfachen ausgewählten Frequenz auftritt, die Höhe des Ausgleichs von den Eigenschaften der mechanischen Verbindung zwischen der Maschine und ihrer Umgebung abhängig ist und die Durchführung durch zeitliche oder externe Einflüsse stark beeinträchtigt sein kann. Wie im Fall der mechanischen Auswuchtung muss ausserdem jeder bewegliche Körper normalerweise mit einer Feder-Gegenmasse-Kombination ausgerüstet werden. Dies ergibt wieder grössere Maschinenvolumen und eine grössere Anzahl be-

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weglicher Teile.

Das bisher neueste beschriebene Verfahren der Schwingungsdämpfung bedient sich der aktiven Schwingungsisolierung und Schwingungsabsorption. In diesem Ver- fahren wird ein Fühler an der schwingenden Maschine befestigt. Der Fühler erzeugt ein Ausgangssignal, das zur Beschleunigung der Maschine proportional ist. Das Fühlerausgangssignal wird von einem Signalprozessor verarbeitet, der ein Steuersignal zum Antreiben einer Reaktionsmasse derart erzeugt, dass die Gesamtbeschleunigung der Maschine verringert wird (siehe z.B. US-PS 4 O83 433 vn-ü "Comparison of Optimized Active and Passive Vibration Absorbers", von J.Morison et al, (Joint Automatic Control Conference of the American Automatic Control Council, 1973» S. 932...

938).

Diese neuen aktiven Schwindungsdämpfer sind nicht ganz problemlos. Da das Rückkoppiungssignal aus der Gesamtbewegung der Maschine herrührt, wird der Nettoausgleich durch die Eigenschaften des Maschinenblocks beeinflusst. Der mechanische Block beschränkt daher die Leistung und kann auch die Stabilität der Rückkopplungsschleife beeinflussen. Ausserdem wird mit diesem Schema versucht, die Maschine in einem einzigen Trägheitsreferenzrahmen zu halten. Hierdurch wird eine Schwankung der mechanischen Impedanz der Maschine sowohl mit der Frequenz als auch mit der Zeit verursacht. Der Schwingungsdämpfer wirkt sich also in einen Widerstand und in eine Gegenwirkung jeder Bewegung der Maschine aus, ob diese nun eine Schwingung oder eine Translation ist. Diese Probleme können sehr wichtig sein, wenn die Maschine der Schwingungsdämpfer in der Luftfahrt oder in der Raumfahrt verwendet werden muss.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer zum Dämpfen der Schwingung einer Maschine zu schaffen, der keine oder nur geringe Variation in der mechanischen Impedanz der Gesamtmaschine herbeiführt .

Der Erfinduig liegt weiter die Aufgabe zugrunde,

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einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, dessen Leistungsfähigkeit in der Zeit oder durch externe Einflüsse nicht oder nur gering beeinträchtigt wird.

¥eiter bezieht sich die Erfindung auf die Schaffung eines Schwingungsdämpfers, der mit Positionsfühler eines verhältnismässig einfachen und preisgünstigen Aufbaus ausgerüstet ist und dessen Ausgänge verhältnismässig stabil bleiben.

Eine noch andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung dines Schwingungsdämp'f ers, der eine minimale Aenderung des Grundplans der Maschine bedeutet, bei der er verwendet wird.

Diese Aufgabe wird mit einem Schwingungsdämpfer nach der Erfindung zum aktiven Dämpfen der Schwingung einer Maschine dadurch gelöst, dass sie ein Gehäuse und zumindest einen im Gehäuse beweglichen Körper enthält. Der bewegliche Körper hat eine Geschwindigkeitskomponente parallel zu einem gegebenen linearen Bezugsmasstab (beispielsweise kann der linear Bezugsmasstab eine gerade Achse oder eine gekrümmte Linie sein.)

Der Dämpfer enthält eine Gegenmasse, die in bezug auf das Gehäuse in einer Richtung parallel zum gegebenen linearen Bezugsmasstab sich linear hin und herbewegen kann. Ein mit dem Gehäuse gekuppelter Motor wird zum Antreiben der Gegenmasse verwendet. Der Dämpfer enthält auch Fühlermittel zum Fühlen der Position des beweglichen Körpers oder einer zeitlichen Ableitung oder eines zeitlichen Integrals dieser Position entlang dem linearen Bezugsmasstab in bezug auf das Gehäuse. Fühlermittel werden auch zum Fühlen der Position der Gegenmasse oder einer zeitlichen Ableitung oder eines zeitlichen Integrals der Position vorgesehen. Steuermittel treiben den Motor in Beantwortung der Ausgangssignale der Fühlermittel derart, dass die Beschleunigung der Gegenmasse sich in einer entgegengesetzten Richtung zur Beschleunigung des beweglichen Körpers bewegt. Die Grosse der Beschleunigung der Gegenmasse wird von der Steuereinrichtung derart gesteuert, dass sie gleich dem Produkt der Beschleunigung

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des beweglichen Körpers multipliziert mit seiner Masse geteilt durch, die Masse der Gegenmasse ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Schwingungsdämpfer mit einer Maschine verwendet, die zumindest einen beweglichen Körper im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zu einer geraden Achse hat. Die Fühler messen die axialen Positionen des beweglichen Körpers und der Gegenmasse oder zeitliche Ableitungen oder zeitliche Integrale dieser Positionen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Maschine mehr als einen beweglichen Körper und der Schwingungsdämpfer umfasst getrennte Mittel zum Fühlen der axialen Positionen eines jeden beweglichen Körpers. Die Steuereinrichtung treibt den Motor derart an, dass die Grosse der axialen Beschleunigung der Gegenmasse gleich der Vektorsumme der Produkte der axialen Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers multipliziert mit seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse ist.

Vorzugsweise ist erfindungsgemäss jedes Mittel zum Fühlen der axialen Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position ein Positionsmesswertumwandler, der ein Ausgangssignal erzeugt, ^ 25 dessen Grosse eine Funktion der Position ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Fühlermittel ein Beschleunigungsmesswertumwandler sein, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse eine Funktion der Beschleunigung ist, oder ein Geschwindigkeitsmesswertumwandler, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse eine Funktion der Geschwindigkeit ist.

Erfindungsgemäss enthält die Steuereinrichtung vorzugsweise einen oder mehrere Verstärker zum getrennten Verstärken des Ausgangssignals eines jeden Fühlermittels.

Die Steuereinrichtung umfasst weiter einen Addierer zum Addieren des verstärkten Ausgangssignals und zum Erzeugen eines Fehlersignals. Rückkopplungsverstärker verstärken dann das Fehlersignal und erzeugen ein Signal zum Treiben

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des Motors.

Zum* möglichsten Verringern der Leistungsaufnahme des Schwingungsdämpfers ist erfindungsgemäss auch eine Feder zwischen der Gegenmasse und dem Gehäuse angeordnet.

Der Motor, die Feder und die Gegenmasse können auf die vorherrschende Schwingungsfrequenz der Maschine abgestimmt werden.

Der Schwingungsdämpfer nach der Erfindung ist deshalb vorteilhaft, weil das Dämpferfehlersignal ein Mass für die netto Relativ-Bewegung zwischen den beweglichen Teilen der Maschine, der Gegenmasse und des Maschinengehäuses ist. Da die Gesamtbewegung der Maschine nicht detektiert wird, wird der Dämpfer nicht durch die Fahl des Maschinenblocks beeinflusst. Hierdurch kann ein

^1£> steifer Block benutzt werden, der sich dahin auswirkt, dass die mechanische Impedanz der Maschine sich wie eine reine Masse verhält.

Da ein Fehlersignal erzeugt wird und zum Motor zurückgeführt wird, der die Gegenmasse treibt, hat der Dämpfer weiter viele der Vorteile eines Regelkreises. Die Rückkopplung kann Nicht-Linearitäten des Motors, der Feder und der Lager ausgleichen. Sie kann weiter nicht sinusförmige oder sinusförmige Störungen mit schwankender Frequenz ausgleichen. Ausserdem kann sie Aenderungen in der Umgebung oder Rückgang der Beschaffenheit in der Zeit ausgleichen. Toleranzen sind nicht dermassen kritisch wie bei der reinen Auswuchtung. Der Schwingungsdämpfer nach der Erfindung ist weiter noch vorteilhaft, weil eine einzige Gegenmasse beliebiger Abmessung, Stelle und beliebigen Hubs eine komplizierte Kombination innerer Oszillationskörper einer Maschine ausgleichen kann. Hierdurch werden zunächst beschränkende Aufbaubedingungen beseitigt.

Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Schwingungsdämpfers, der auf einer schwingenden Maschine angeordnet ist,

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Figur 2 zeigt eine schematisehe Darstellung der Steuereinrichtung für einen Schwingungsdämpfer nach der Erfindung,

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Maschine mit einem Körper, der sich in einer hin- und hergehenden Drehbewegung bewegt, und mit einer Gegenmasse, die sich in einer parallelen Richtung linear hin- und herbewegen kann, zum Gebrauch in einem erfindungsgemässen Schwingungsdämpfer.

Figur 1 zeigt ein Schwingungsdämpfer nach der Erfindung in der Kombination mit einer Maschine dargestellt, deren Schwingung abzuschwächen ist. Die Maschine 10 enthalt einen oder mehrere bewegliche Teile 11. In Figur 1 wird der bewegliche Körper 11 mit der Masse m., linear entlang der Achse 12 der Maschine vom Motor 14 hin- und herbewegt. Der Körper mit der Masse m„ wird entlang der Achse 12 vom Motor i6 linear hin- und herbewegt. Schliesslich wird der Körper mit der Masse m entlang der Achse 12 von der Feder 18 (und einer nioht dargestellten Quelle zum Zuführen des in der Zeit verloren gehenden geringen Energiebeitrags) linear hin- und herbewegt.

Obgleich nur drei bewegliche Körper in Figur dargestellt sind, können erfindungsgemäss jede Anzahl derartiger Körper in der Maschine 10 vorgesehen werden. /■"·■ 25 Ausserdem kann im allgemeinen jeder Körper auf jedem feg (gekrümmt oder gerade und in einer, zwei oder drei Richtungen) sich bewegen und der Weg eines jeden beweglichen Körpers kann verschieden sein.

In der Praxis kann die Maschine 10 beispielsweise ein Stirling-Cryogenerator sein. Die beweglichen Teile in einem derartigen Generator enthalten Kolben und Verdränger, die sich parallel zu einer oder mehreren Achsen hin- und herbewegen. In manchen Fällen können die Kolben von linearen Schwingspulenmotoren vom Typ mit beweglichem Magnet getrieben werden. In manchen Fällen können die Verdränger indirekt durch den Fluss des Arbeitsgases durch die Zylinder getrieben, werden.

In Stirlinf-Cryogeneratoren und sonstigen

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Maschinen, in denen eine Schwingung durch innere bewegliche Körper ausgelöst wird, ist es oft wünschenswert, einen Teil der Maschine schwingungsfrei zu machen. Da man sich normalerweise das Maschinengehäuse schwingungsfrei wünscht, ist es zweckmässig dies als den Referenzpunkt für die zu dämpfende Schwingung zu nehmen. Also kann jede Bezugsnahme auf gas Gehäuse in dieser Beschreibung auch andere wählbare Bezugspunkte umfassen.

Der Schwingungsdämpfer nach Figur 1 enthält eine Steuereinrichtung 20 mit Signaleingängen aus Umwandlern 22 und mit einem Ausgang zum Treiben des Motors 2k. Der Motor 2k treibt die Gegenmasse 26 in einer Richtung parallel zur Achse 12. Die Feder 28 kann ggf. zwischen der Gegenmasse 26 und dem Gehäuse 30 angeordnet werden, um die Gegenmasse 26 im Mittel in der Hubmittenstellung zu zentrieren. Zusätzlich können die Feder 28 und die Gegenmasse 26 auf die vorherrschende Schwingungsfrequenz abgestimmt werden, wenn vorhanden, um Energie zu ersparen. Dies ist vorteilhaft, wenn die zu dämpfende Störung wie bekannt eine vorherrschende Schwingung bei einer konstanten Frequenz enthält. Der Effekt davon wäre eine wesentliche Verringerung der Motorantriebsbedingungen.

Umwandler 22 können beispielsweise Positionsmesswert-, Geschwindigkeitsmesswert- oder Beschleunigungsmesswertfühler oder Kombinationen derartiger Fühler sein. Positionsmesswertumwandler mit linearen variabelen Differenzialübertragern (LVDT) werden bevorzugt, weil sie einen .relativ einfachen und preisgünstigen Aufbau haben und ihre Ausgangsspannung verhältnismässig linear und zeitlich stabil ist. Jedoch können andere geeignete Umwandler im Schwingungsdämpfer nach der Erfindung verwendet werden.

Zum Dämpfen der Schwingung einer Maschine müssen die Messwertumwandler 22 die Position der in der Maschine beweglichen Körper 11 oder eine zeitliche Ableitung oder ein Zeitintegral dieser Position in bezug auf jenen Teil der Maschine messen, der schwingungsfrei sein soll(das Gehäuse). Diese grosse Auswahl ergibt sich aus nachstehen-

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der Analyse.

Zunächst wird das Moment ρ aller beweglichen Teile in der Maschine / im Schwingungsdämpfer durch nachstehende Gleichung gegeben:

ρ = M |- ζ ₊ M_c ^ (Z + X_c) ₊ Σ>_± £- (z + X_±) (i)

(Für obigen und folgende Gleichungen sind die verschiedenen Symbole in der Tabelle 1 unten definiert). Da die ausgeübte Kraft von .einem beweglichen Körper gleich der Aenderungsrate des Moments mit der Zeit ist (die erste zeitliche Ableitung des Moments), kann die Gleichung (i) in geänderter Form wie folgt geschrieben werden:

2 2

/~ϊ χ" rl χ"

—± + M —f- (2)

dt^ ^C dt^

15	F	= (M	d²X C dt²	+ M +2 c *■	2
	Nunmehr	werden
20	M. C	= - S	²X₁
"m ^
bei
'■^\

die letzten zwei Terme der Gleichung (2'} entfallen und die Maschine / der Schwingungsdämpfer wirkt auf die Umgebung genau wie eine solide Masse der Grosse

Masse = M + Mc + "SLm^ (²O*

Also sind die ganze, nicht konstante, mechanische Impedanz und die Schüttelkraft beseitigt.

Erfindungsgemäss ist die Schwingungsdämpfung vollständig, insofern die Gleichung (3) wahr ist. Da es möglich ist, die Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers 11 und der Gegenmasse 26 direkt zu messen, ist es wünschenswerter, die Position eines jeden zu messen. Dies geschieht daher, dass gute Positionsfühler zur Verfugung stehen, viele Maschinen bereits Positionsfühler für andere Zwecke enthalten, und, da die Gegenmasse in einem beschränkten Raum angeordnet ist, es wichtig ist, , ihre aktuelle Position zu kennen. Dementsprechend wird es, statt der Verwendung der Gleichung (3) als das

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Kriterium für Schwingungsdämpfung, bevorzugt, folgende Gleichung einzusetzen

M_cX_c = - Sm₁X₁ (5).

So ist, wenn die Gleichung (5) erfüllt wird, die Gleichung (3) und daher die Schwingung beseitigt.

Zum derartigen Steuern des Motors 24, dass die Bewegung der Gegenmasse 26 die Gleichung (5) erfüllt, kann ein elektronisches Signal erzeugt werden, das beispielsweise einen Vert gleich Null hat, wenn die Gleichung (5) erfüllt wird. Wenn jeder Messwertumwandler 22 eine Ausgangsspannung hat, die eine lineare Funktion seiner Eingangsspannung ist, beispielsweise einige Volts pro Meter, was bevorzugt wird, würde das elektronische Signal wie folgt aussehen

V.m.

TABELLE I

m. ist die Masse der I. beweglichen Körpers M ist die Masse der Gegenmasse

M ist die Masse aller Teile der Maschine/ des Schwingungsdämpfers, die sich in bezug auf das Gehäuse nicht bewegen

χ. ist die Verdrängung des I. beweglichen Körpers in bezug auf seine Mittelstelle gegen, das Maschinengehäuse

X ist die Verdrängung der Gegenmasse in bezug auf ihre

Mittelstelle gegen das Maschinengehäuse

Z ist die Verdrängung der vollständigen Maschine in bezug auf einen Bezugsträgheitsrahmen

T. ist die Messwertumwandlerkonstante für den I. beweglichen Körper (z.B. Volt pro Mater)

T ist die Messwertumwandlerkonstante für die Gegenmasse

(z.B. Volt pro Meter)

F ist die Nettokraft zwischen der Maschine und ihrer Umgebung

V. ist das Spannungsausgangssignal aus dem I. Positionsmesswerttunwandler

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V ist das Spannungsausgangssignal aus dem Gegenmassen-

positionsmesswertumwandler.

Die vorbeschriebene Schwingungsdämpfungstheorie kann in der Praxis im Steuersystem nach Figur 2 benutzt werden. In Figur 2 wird die Ausgangsspannung V^ eines jeden Positionsmesswertumwandlers mit Ausnahme des Gegenmassenpositionsmesswertumwandlers zunächst durch einen Gewichtungsfaktor W. verstärkt, bevor sie einem Summie rungs ve r stärker 32 zugeführt wird. Die Ausgangsspannung V des Gegenmassen-

positionsmesswertumwandlers gelangt direkt an den Summierungsverstärker 32. Jeder Gewichtungsfaktor W. wird durch folgende Gleichung gegeben

T m.

^¥i = - T~ · sr

die einfach durch Neuordnung der Gleichung (6) erhalten wird. Selbstverständlich können andere geeignete Gewichtungsschemen auch erfindungsgemäss verwendet werden. Vorzugsweise werden Operationsverstärker oder andere lineare Niederleistungsverstärker zur Verwirklichung der Gewichtung der Messwertumwandlerausgangsspannungen verwendet werden.

Also ist die Ausgangsspannung des Summierungsverstärkers 32 ein Fehlersignal

V= Sw.V. - V (8)

error χ χ c ^v '

Wenn dieses Fehlersignal auf Null gebracht wird, wird auch die Gleichung (3) erfüllt.

Auf andere Weise ist es möglich, die Beschleunigung eines jeden beweglichen Körpers und der Gegenmasse direkt zu messen und dafür die Quantitäten in der Gleichung (3) direkt zu berechnen. Folgerichtig kann jede andere zeitliche Ableitung oder jedes andere Zeitintegral der Positionen der beweglichen Körper und der Gegenmasse benutzt werden, was direkt oder indirekt mit den Beschleunigungen in Zusammenhang gebracht werden kann. Es ist auch möglich, die Messwer1 umwandler 22 zu mischen, z.B. können Positionsmesswertumwc.ndler, Geschwxndigkei tsmesswertum-

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• *

wandler und Beschieutiigungsmesswertumwandler in je einem bestimmten Gerät verwendet werden. In diesem Fall können die Messwertumwandler-Ausgangsspannungen elektronisch zeitlich differenziert oder integriert werden, um kompatibele Signale für den Summierungsverstärker 32 zu erzeugen.

Summierungsverstärker 32 kann jeder geeignete Verstärker sein, beispielsweise ein Operationsverstärker. Die Ausgangsspannung des Summierungsverstärkers 32 muss sehr linear über die gewünschte Bandbreite sein (mehrere Male die Schwingungsgrundfrequenz).

Sobald das Fehlersignal erhalten wird, wird es vorzugsweise durch den Ausgleicher 34 oder ein anderes Gerät verarbeitet, das dazu dient, die Steuereinrichtung in ihrem Operationsbereich zu stabilisieren. Die Ausgangsspannung des Ausgleichers 34 wird vom Steilheitsverstärker 36 verstärkt, dessen Ausgangsspannung zum Antreiben des Motors 24 benutzt wird. Der Verstärker 36 ist vorzugsweise ein Hochleistungsverstärker, wie zum Beispiel ein impulsbreitenmodulierter Verstärker.

Die Motorkraftkonstante wird mit B.L. dargestellt, worin B das Magnetfeld und L die Länge der Motorspule ist. Schliesslich treibt der Motor 24 die Gegenmasse 26 so an, dass die Position der Gegenmasse mit der Zeit variiert. Der Block 38 in Figur 2 stellt die Um-Wandlungsfunktion im Verhältnis der Position X der Gegen-

masse zur Motorkraft dar. Das Symbol b ist der Dämpfungsfaktor, k ist die Federkonstante und s ist die Laplace-Umwandlungsvariabele.

Der an Hand der Figur 2 beschriebene Dämpfer bringt das Fehlersignal auf Null. Wenn zum Beispiel die gewogene Mittelposition der beweglichen Körper negativ ist, ist das Referenzsignal (^Ι¥_±ν_±) positiv. Wenn die Position der Gegenmasse positiv ist, ist V auch positiv. Wenn nunmehr die Grosse der gewogenen Mittelposition der

^⁵ beweglichen Körper die Grosse der Position der Gegenmasse überschreitet, überschreitet die Grosse des Referenzsignals den Wert von V . Infolgedessen ist das Fehlersignal

der Gleichung (8) positiv und die Gegenmasse bewegt sich

/ι**. 25

30

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in der positiven Richtung, bis V_ , , gleich Null ist. Aenderungen in der gewogenen Mittelposition der beweglichen Körper werden von in der Position der Gegenmasse induzierten Aenderungen gefolgt, so dass V„ , , immer auf Null kommt und die Schwingung auf ein Mindestmass gebracht wird.

In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der Einfachheit halber ist diese Ausführungsform mit einem einfachen beweglichen Körper dargestellt, der sich drehend um die Achse 42 hin- und herbewegt. Zum Gegenwirken des durch die Bewegung des beweglichen Körpers 40 erzeugten Schwingungsmoments wird eine Gegenmasse 44 in einer Drehbewegung um die Achse in einer der Bewegung des beweglichen Körpers 40 entgegengesetzten Richtung angetrieben.

Im allgemeinen wird die Bewegung der Gegenmasse 44, wenn die Bewegung des beweglichen Körpers 40 nicht einheitlich ist und/oder es viele Körper in einer Drehbewegung um die Achse 42 gibt, durch die Verwendung eines Dämpfers nach Figur 2 gesteuert. Statt axialer Positionsmesswertumformer wurden die Messwertumformer jedoch die Winkelposition eines jeden beweglichen Körpers und der Ge genma s s e fühlen.

35

Claims

; ί ι · · · · . * * · ο 0 0 Z L ο CJ PHA 21 123 Ν^3- 29-8-1983 PATENTANSPRUECHE:

1.) Schwingungsdämpfer zum aktiven Dämpfen der Schwingung einer Maschine, mit einem Gehäuse, einem linearen Bezugsmasstab und zumindest einem Körper, der sich im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zum linearen Bezugsmasstab bewegt, dadurch gekennzeichnet dass der Schwingungsdämpfer folgende Elemente enthält:

eine Gegenmasse, die sich in bezug auf das Gehäuse in einer Richtung parallel zum linearen Bezugsmasstab linear hin- und herbewegen kann, einen mit dem Gehäuse gekuppelten Motor zum Antreiben der Gegenmasse in einer Richtung parallel zum linearen Bezugsmasstab,

Mittel zum Fühlen der Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse des beweglichen Körpers, wobei dieses Mittel ein .Ausgangssignal erzeugt,

Mittel zum Fühlen der Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse, wobei dieses Mittel ein Ausgangssignal erzeugt, und

eine Steuereinrichtung zum Treiben des Motors in Beantwortung der Ausgangssignale aller Fühlermittel derart, dass die Beschleunigung entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse in einer der Beschleunigung entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse des beweglichen Körpers entgegengesetzten Richtung erfolgt, wobei die Grosse der Beschleunigung entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse derart gesteuert wird, dass sie gleich dem Produkt der Beschleunigung entlang des linearen Bezugsmasstabes in bezug auf das Gehäuse des

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beweglichen Körpers multipliziert mit seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse ist.

2. Schwingungdampfer zum aktiven Dämpfen der Schwingung einer Maschine, mit einem Gehäuse, einer Achse und zumindest einem Körper, der sich im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Schwingungsdämpfer folgende Elemente enthält:

eine Gegenmasse, die in bezug auf das Gehäuse in einer Richtung parallel zur Achse linear hin-und herbewegt werden kann,

einen mit dem Gehäuse gekuppelten Motor zum Treiben der Gegenmasse in einer Richtung parallel zur Achse,

Mittel zum Fühlen der axialen Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse des beweglichen Körpers, wobei dieses Mittel ein Ausgangssignal erzeugt,

Mittel zum Fühlen der axialen Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse, wobei dieses Mittel ein Ausgangssignal erzeugt, und

eine Steuereinrichtung zum Antreiben des Motors in Beantwortung der Ausgangssignale aller Fühlermittel derart, dass die axiale Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse in einer der axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse des beweglichen Körpers entgegengesetzten Richtung erfolgt, wobei die Grosse der axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse derart gesteuert wird, dass sie gleich dem Produkt der axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse des beweglichen Körpers multipliziert mit seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine mehr als einen Körper hat, wobei jeder Körper sich im Gehäuse mit einer Geschwindigkeitskomponente parallel zur Achse bewegt, dass der Schwingungsdämpfer getrennte Mittel zum Fühlen der axialen

ist.

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-3-

Position oder einer zeitlichen Ableitung oder eines Zeitintegrals dieser Position in bezug auf das Gehäuse eines jeden beweglichen Körpers enthält, wobei jedes Fühlermittel ein getrenntes Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse eine Funktion der Bewegung des zugeordneten beweglichen Körpers ist, und die Steuereinrichtung den Motor derart antreibt, dass die axiale Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse in einer der netto-axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse der beweglichen Körper entgegengesetzten Richtung erfolgt, wobei die Grosse der axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse der Gegenmasse derart gesteuert wird, dass sie gleich der Vektorsumme der Produkte der axialen Beschleunigung in bezug auf das Gehäuse eines jeden beweglichen Körpers

■15 multipliziert mit seiner Masse geteilt durch die Masse der Gegenmasse ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlermittel je einen Beschleunigungsmesswertumwandler enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse eine Funktion der Beschleunigung ist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlermittel je einen Geschwindigkeit sme sswer tumwandl er enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse eine Funktion der Geschwindigkeit

6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fühlermittel je einen Positionsmesswertumwandler enthalten, der ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Grosse ein Funktion der Position ist.

7· Schwingungsdämpfer nach Anspruch k, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung Verstärkermittel zum getrennten Verstärken des Ausgangssignals eines jeden Fühlermittels, wobei dieses Verstärkermittel

^3E> getrennte verstärkte Aus gangs signale erzeugt, die jedem beweglichen Körper und der Gegenmasse zugeordnet sind, Mittel zum Addieren dor verstärkten Ausgangssignale, wobei dieses Addiermittel e:^:.n Fehlersignal erzeugt, und Rück-

PHA 21 123 *^ν-* ^: '" "^βΓ*" * 29-8-1983

kopplungsverstärkermittel zum Verstärken des Felllersignals lind zum Erzeugen eines Signals zum Treiben des Motors enthält.

8. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer weiter Federmittel zum Erzeugen einer Kraft zwischen der Gegenmasse und dem Gehäuse enthält, wobei diese Kraft im wesentlichen als eine lineare Funktion der axialen Abstand zwischen der Gegenmasse und einer Gleichgewichtsposition der Gegenmasse variiert..

9· Schwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor auf dem Gehäuse starr befestigt ist.