{"id":19221,"date":"2023-05-18T11:45:49","date_gmt":"2023-05-18T16:45:49","guid":{"rendered":"https:\/\/carbide.audio\/messungen\/verwendung-von-elastomeren-mit-niedrigem-formfaktor\/"},"modified":"2025-05-09T11:33:01","modified_gmt":"2025-05-09T16:33:01","slug":"verwendung-von-elastomeren-mit-niedrigem-formfaktor","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/carbide.audio\/de\/messungen\/verwendung-von-elastomeren-mit-niedrigem-formfaktor\/","title":{"rendered":"Verwendung von Elastomeren mit niedrigem Formfaktor"},"content":{"rendered":"

[vc_row css_animation=““ row_type=“row“ use_row_as_full_screen_section=“no“ type=“full_width“ angled_section=“no“ text_align=“left“ background_image_as_pattern=“without_pattern“][vc_column el_class=“lower-angle-polygon“][vc_raw_html css=““]PHN2ZyB2aWV3Ym94PSIwIDAgMTAwIDYiIGNsYXNzPSJzbW9vdGgtYWxsIiBzdHlsZT0iIj4KICAgICAgICAgICAgPHBvbHlnb24gcG9pbnRzPSIwLDUgMCwwIDEwMCwwIDEwMCw0IDY5LDEuNSIgc3R5bGU9ImZpbGw6ICM0MTQxNDE4ZjsiLz4KICAgICAgICAgICAgPHBvbHlnb24gcG9pbnRzPSIwLDMgMCwwIDEwMCwwIDEwMCwyIDcwLDEiIHN0eWxlPSJmaWxsOiAjNDE0MTQxOyIvPiAgCjwvc3ZnPg==[\/vc_raw_html][\/vc_column][\/vc_row][vc_row css_animation=““ row_type=“row“ use_row_as_full_screen_section=“no“ type=“full_width“ angled_section=“no“ text_align=“left“ background_image_as_pattern=“without_pattern“ el_class=“main-row“ z_index=““ css=“.vc_custom_1746750096216{padding-top: 120px !important;}“][vc_column width=“1\/6″][\/vc_column][vc_column width=“2\/3″ el_class=“center-column“][vc_column_text]<\/p>\n

Verwendung von Elastomeren mit niedrigem Formfaktor<\/h1>\n

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Viskoelastische Polymere oder Elastomere werden aufgrund ihres hohen D\u00e4mpfungsverm\u00f6gens h\u00e4ufig in Anwendungen zur Vibrationskontrolle eingesetzt. Elastomere k\u00f6nnen auch niederfrequente Schwingungen wirksam isolieren, indem sie in bestimmte Formen gebracht werden. Der Formfaktor ist der Fachbegriff f\u00fcr die Quantifizierung der Isolationsleistung einer bestimmten Elastomerform. Daraus folgt, dass die potenzielle Resonanzfrequenz umso niedriger ist, je niedriger der Formfaktor ist. Eine niedrige Resonanzfrequenz f\u00fchrt in der Regel zu einer gro\u00dfen Bandbreite der Schwingungsisolierung. Dies ist auf die Isolierung der Schwingungsfrequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz zur\u00fcckzuf\u00fchren. <\/p>\n

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F\u00fcr die meisten g\u00e4ngigen Formen ist der Formfaktor im Allgemeinen wie folgt definiert:[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=“formula“]<\/p>\n

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Formfaktor =<\/div>\n
\n
Durchschnittlich belastete Oberfl\u00e4che<\/div>\n
Wulstige Oberfl\u00e4che<\/div>\n<\/div>\n<\/blockquote>\n

[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=“section-row“]Die durchschnittlich belastete Fl\u00e4che ist der Durchschnitt der oberen und unteren Fl\u00e4che, die die Nutzlast tragen. Die Ausbeulfl\u00e4che ist die Fl\u00e4che, die sich senkrecht zur Last ausbeulen kann. <\/p>\n

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Die Stabilit\u00e4t eines Elastomers kann unterhalb eines bestimmten Formfaktors beeintr\u00e4chtigt werden, wenn das Material immer h\u00f6her und schmaler wird. Einige Elastomerhersteller empfehlen, einen Formfaktor von 0,3 nicht zu \u00fcberschreiten, um ein Ausknicken zu verhindern – ein Problem, das zum Umkippen der gest\u00fctzten Ger\u00e4te f\u00fchren kann. <\/p>\n

 <\/p>\n

Bei der Entwicklung des ViscoRing\u2122<\/a> Elastomer, das f\u00fcr die Carbide Base<\/em><\/a> Fu\u00dfb\u00f6den wurde ein Formfaktor von 0,17 vorgesehen. Dies wurde gew\u00e4hlt, um die Resonanzfrequenz so weit nach unten zu dr\u00fccken, dass die niedrigsten h\u00f6rbaren Frequenzen wirksam isoliert werden k\u00f6nnen.[\/vc_column_text][vc_column_text el_class=“section-row“]<\/p>\n

Verbesserung der Stabilit\u00e4t<\/h2>\n

Es wurde ein Experiment durchgef\u00fchrt, um die F\u00e4higkeit von ViscoRing\u2122 zu testen, eine Last vertikal zu tragen und ein Ausknicken zu vermeiden. Das Experiment bestand darin, das Material schrittweise zu belasten und die vertikale Verformung zu messen. Die Gewichte wurden in Schritten von 1,13 kg (2,5 lbs) bei Raumtemperatur auf dem Medium ViscoRing\u2122 angebracht. Der vertikale Verformungsabstand wurde in Form der abgebildeten Spannungs-Dehnungs-Kurve aufgetragen. Die y-Achse stellt die Spannung oder das Gewicht dar, das aufgebracht wird, und die x-Achse stellt die Dehnung oder vertikale Verformung dar, die durch das Aufbringen des Gewichts verursacht wird.[\/vc_column_text][vc_row_inner row_type=“row“ type=“full_width“ text_align=“left“ css_animation=““ el_class=“section-row“][vc_column_inner offset=“vc_col-lg-6 vc_col-md-6 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=“13307″ img_size=“full“ alignment=“center“ qode_css_animation=““ el_class=“img-1000″][\/vc_column_inner][vc_column_inner offset=“vc_col-lg-6 vc_col-md-6 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=“13317″ img_size=“full“ alignment=“center“ qode_css_animation=““ el_class=“img-1000″][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_column_text el_class=“section-row“]Die rote<\/span> Kurve zeigt die ViscoRing\u2122 allein ohne Geh\u00e4use. Es ist zu erkennen, dass das Material kurz nach der ersten Belastung anfing, sich unter der Last stark zu verformen und zu verbiegen. Das Material hat selbst eine kleine Masse schlecht gehalten, was angesichts des extrem niedrigen Formfaktors zu erwarten war.<\/p>\n

 <\/p>\n

Um die Stabilit\u00e4t des ViscoRing\u2122 zu verbessern, wurde f\u00fcr ihn ein Geh\u00e4use im oberen Teil der Carbide Base<\/em> Fu\u00dfzeile, wie in der obigen vereinfachten Grafik dargestellt. Am Umfang des ViscoRing\u2122 wurden in regelm\u00e4\u00dfigen Abst\u00e4nden Rippen angebracht, um es zu versteifen und ein Ausknicken zu verhindern. Die Rippen wurden in unterschiedlichen Abst\u00e4nden von der Au\u00dfenseite des ViscoRing\u2122 angebracht. Dadurch wurde eine betr\u00e4chtliche Fl\u00e4che frei, die sich nach au\u00dfen w\u00f6lbt, so dass ein Gro\u00dfteil des Leistungsvorteils des niedrigen Formfaktors erhalten bleibt.<\/p>\n

 <\/p>\n

Als sich ViscoRing\u2122 nach au\u00dfen w\u00f6lbte, kam ein immer gr\u00f6\u00dferer Prozentsatz der gew\u00f6lbten Oberfl\u00e4che in Kontakt mit den schr\u00e4gen Rippen. Dieser Anstieg des Formfaktors mit zunehmender Nutzlastmasse f\u00fchrte zu einer konsistenteren Resonanzfrequenz \u00fcber einen breiteren Bereich von Nutzlastmassen. Mit anderen Worten, die Isolationsleistung der Carbide Base<\/em> mit diesem progressiven Formfaktor-Design konstanter bei unterschiedlichen Nutzlastgewichten. <\/p>\n

 <\/p>\n

Die blaue<\/span> Kurve zeigt dieselbe ViscoRing\u2122, die im Geh\u00e4use des oberen Teils der Carbide Base<\/em> Fu\u00dfzeile. Es wurde ein relativ linearer Anstieg der vertikalen Verformung bei der Anwendung von Gewicht beobachtet. Das Material w\u00f6lbte sich nicht wie vorgesehen. Die Steifigkeit des Materials nimmt mit zunehmender Spannung allm\u00e4hlich zu, wenn mehr von der unbelasteten Oberfl\u00e4che verspannt wird. Dadurch wurde die maximale Tragf\u00e4higkeit des Materials erh\u00f6ht.<\/p>\n

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Elastomere lassen sich nicht auf ein kleineres Volumen komprimieren. Daher m\u00fcssen sich Elastomere nach au\u00dfen w\u00f6lben k\u00f6nnen, um sich unter Belastung zu verformen. Die selektiv verstrebten ViscoRing\u2122 wiesen keinen pl\u00f6tzlichen Anstieg der Neigung oder Steifigkeit auf, wie es der Fall gewesen w\u00e4re, wenn das Material an einer weiteren Ausbeulung gehindert worden w\u00e4re. Eine niedrige Steifigkeit oder Federrate ist wichtig, um mit einem Feder-Masse-System wie diesem eine niedrige Resonanzfrequenz zu erreichen.[\/vc_column_text][vc_column_text]<\/p>\n

Verbesserung der horizontalen Isolierung<\/h2>\n

Nachdem es gelungen war, ein Elastomer mit niedrigem Formfaktor f\u00fcr die vertikale Isolierung zu verwenden, wurden \u00e4hnliche Vorteile f\u00fcr die horizontale Isolierung gew\u00fcnscht. Horizontal ausgerichtete Elastomere mit niedrigem Formfaktor wurden zusammen mit Kugellagern eingebaut, um die horizontale Isolationsleistung weiter zu verbessern. <\/p>\n

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Die Verwendung von Kugellagern f\u00fcr die horizontale Isolierung ist ein bekanntes Konzept. Bei vielen Konstruktionen werden Kugellager zwischen gebogenen Lagerlaufbahnen eingesetzt[1]<\/a>. <\/p>\n

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Der Entwurf f\u00fcr den unteren Teil der Carbide Base<\/em> Die Laufbahnen der Lager waren nicht gebogen, sondern flach. Die horizontal ausgerichteten Elastomere wirkten wie stark ged\u00e4mpfte Federn, die das Ger\u00e4t bei Vibrationen in der Mitte halten. Um die Verformung und den Rollwiderstand zu minimieren, wurde Zirkoniumdioxid f\u00fcr die Lager und polierter geh\u00e4rteter Federstahl f\u00fcr die Lagerlaufbahnen gew\u00e4hlt.[\/vc_column_text][vc_single_image image=“13371″ img_size=“full“ alignment=“center“ qode_css_animation=““ el_class=“img-800 section-row“][vc_row_inner row_type=“row“ type=“full_width“ text_align=“left“ css_animation=““ el_class=“section-row“][vc_column_inner offset=“vc_col-lg-3 vc_col-md-3 vc_col-xs-12″][vc_single_image image=“13337″ img_size=“full“ alignment=“center“ onclick=“link_image“ qode_css_animation=““ el_class=“img-borders“][vc_column_text]<\/p>\n

Schwingungspr\u00fcfung<\/h3>\n

[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][vc_column_inner offset=“vc_col-lg-9 vc_col-md-9 vc_col-xs-12″][vc_column_text]<\/p>\n

Messung der horizontalen Isolierung<\/h2>\n

Um die Verbesserung der horizontalen Isolierung zu bewerten, wurde ein weiteres Experiment durchgef\u00fchrt. Ziel des Versuchs war es, die Verbesserung zu quantifizieren, die der Einbau von Kugellagern und horizontal ausgerichteten Elastomeren f\u00fcr die horizontale Isolierung brachte. <\/p>\n

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Ein elektromagnetischer Vibrationstisch wurde zur Erzeugung von Schwingungen f\u00fcr den Versuch verwendet. Der Tisch wurde \u00fcber einen Touchscreen und mit Frequenzumrichtern (VFDs) verdrahtete Drehkn\u00f6pfe digital gesteuert. Diese wurden verwendet, um die Schwingungsamplitude und -frequenz der Tischoberfl\u00e4che pr\u00e4zise zu modulieren. <\/p>\n

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Vier Carbide Base<\/em> Auf dem R\u00fctteltisch wurden vier Sockel mit Medium ViscoRings\u2122 installiert. Anschlie\u00dfend wurde eine beschwerte Aluminiumplatte mit einer Gesamtmasse von ca. 45 kg (100 lbs) auf die Fundamente geschraubt. Zwei Measurement Specialties ACH-01 Beschleunigungssensoren wurden zur Messung von Vibrationen verwendet. Der erste Sensor wurde mit doppelseitigem Klebeband an der Vorderkante des Vibrationstisches befestigt. Der zweite Sensor wurde in \u00e4hnlicher Weise an der Vorderkante der Aluminiumplatte angebracht. Die Ausgabe beider Sensoren wurde aufgezeichnet, um die Beschleunigung des Tisches und der Aluminiumplatte zu bestimmen.[\/vc_column_text][\/vc_column_inner][\/vc_row_inner][vc_column_text el_class=“section-row“]<\/p>\n

Horizontale Isolierung grafisch darstellen<\/h3>\n

Die Vorw\u00e4rts- und R\u00fcckw\u00e4rtsschwingungsfrequenz (Y-Achse) wurde in 10-Hz-Schritten von 10 Hz bis 300 Hz eingestellt. Der Spannungsausgang beider Sensoren wurde in jedem Intervall aufgezeichnet. Die Amplitude des Tisches wurde so eingestellt, dass der Tisch sinusf\u00f6rmig mit einer Beschleunigung von etwa 4 m\/s2<\/span> schwingt. <\/p>\n

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Die Subtraktion des Outputs der Sensoren ergab die \u00dcbertragung der Vibrationen durch die Carbide Base<\/em> Fu\u00dfst\u00fctzen. Positive Werte wiesen auf eine Verst\u00e4rkung der Vibrationen durch das Ger\u00e4t hin. Dies war bei Schwingungsfrequenzen um die Resonanzfrequenz des Ger\u00e4ts zu erwarten. Negative Werte bedeuten eine Verringerung der vom Tisch erzeugten Vibrationen. Mit anderen Worten: eine erw\u00fcnschte Isolierung von Schwingungen. Je negativer der Wert ist, desto gr\u00f6\u00dfer ist die Isolation. <\/p>\n

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Die rote<\/span> Linie zeigt Messungen, die mit den Carbide Base<\/em> Fu\u00dfst\u00fctzen ohne Kugellager und horizontal ausgerichtete Elastomere. Nur das Elastomer ViscoRing\u2122 sorgte f\u00fcr die Isolierung. Die blaue<\/span> Linie zeigt Messungen, die mit eingebauten Lagern und horizontalen Elastomeren durchgef\u00fchrt wurden. Durch den Einbau von Kugellagern und horizontalen Elastomeren wurde die horizontale Isolationsleistung erheblich verbessert. Die Verringerung der Schwingungsamplitude war im Bereich der Resonanzfrequenz besonders ausgepr\u00e4gt, was auf eine h\u00f6here D\u00e4mpfung hinweist.[\/vc_column_text][vc_single_image image=“13358″ img_size=“full“ alignment=“center“ qode_css_animation=““ el_class=“img-1200 section-row“][vc_column_text el_class=“section-row“]<\/p>\n

Schlussfolgerung<\/h2>\n

Mehrere Konstruktionsmerkmale wurden in die Carbide Base<\/em> um Elastomere mit niedrigem Formfaktor zuverl\u00e4ssig f\u00fcr die Schwingungsisolierung zu nutzen. Elastomere, die in Formfaktoren geformt wurden, die zuvor als zu instabil galten, wurden mit einem speziell entwickelten Geh\u00e4use ausreichend stabil gemacht. Durch die zus\u00e4tzliche Kombination von Lagern und horizontal ausgerichteten Elastomeren wurde die horizontale Isolierung weiter verbessert. Diese neuen Merkmale wurden sp\u00e4ter in ein anh\u00e4ngiges Patent aufgenommen.[\/vc_column_text][vc_column_text]<\/p>\n

Referenzen<\/h3>\n

[1] Kemeny, Zoltan A. „Mechanische Signalfilter“.
\nUS 6520283 B2, Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten, 18. Februar 2003.
\nGoogle Patente, https:\/\/patents.google.com\/patent\/US6520283B2<\/a> <\/cite>[\/vc_column_text][\/vc_column][vc_column width=“1\/6″][\/vc_column][\/vc_row][vc_row css_animation=““ row_type=“row“ use_row_as_full_screen_section=“no“ type=“full_width“ angled_section=“no“ text_align=“left“ background_image_as_pattern=“without_pattern“][vc_column el_class=“lower-angle-polygon“][vc_raw_html]PHN2ZyB2aWV3Ym94PSIwIDAgMTAwIDYiIGNsYXNzPSJzbW9vdGgtYWxsIiBzdHlsZT0iIj4KICAgICAgICA8cG9seWdvbiBwb2ludHM9IjAsMyAwLDAgMTAwLDAgMTAwLDIgNzAsMSIgc3R5bGU9ImZpbGw6ICNmZmZmZmY7Ii8+CiAgICAgICAgPHBvbHlnb24gcG9pbnRzPSIwLDUgMCwwIDEwMCwwIDEwMCw0IDY5LDEuNSIgc3R5bGU9ImZpbGw6ICNmZmZmZmY4ZjsiLz4KPC9zdmc+[\/vc_raw_html][\/vc_column][\/vc_row]<\/p>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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