DD159445B1 - VIBRATION INSULATION FOR CIRCULAR WORK MACHINES - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schwingungsisolierung für Kre'iselarbeUsmaschinei , insbesondere für Ventilatoren axialei und radialer Bauart, bei denen Antriebsmotor und Laufrad vorzugsweise mit vertikaler Achse angeordnet sind.The invention relates to a vibration isolation for Kre'iselarbeUsmaschinei, in particular for fans axialei and radial design, in which the drive motor and impeller are preferably arranged with a vertical axis.
Es sind Dachventilatoren axialer und radialer Bauart bekannt, bei denen der Motor auf einer Montageplatte befestigt ist. Diese Montageplatte ist starr mit der Stützkonstruktion verbunden, die gleichzeitig als Montageelement für die Dachbefestigung dient.There are roof fans of axial and radial type are known in which the motor is mounted on a mounting plate. This mounting plate is rigidly connected to the support structure, which also serves as a mounting element for the roof attachment.
Solche Dachventüatoren werden üblicherweise ebenfalls starr auf dem Dach befestigt.Such roof fans are usually also rigidly mounted on the roof.
Der Nachteil dieser bekannten Dachventilatoren besteht darin, daß durch den Motor und das Laufrad von Restumwuchten und Verschmutzungen verursachte periodische Erregerkräfte auf den gesamten Ventilator und das Dach übertragen werden. Diese Erregerkräfte müssen bei größeren Ventilatoren von den Ventilatorbauteilen, besonders der Montageplatte und der Stützkonstruktion, sicher aufgenommen werden. Zur Gewährleistung der Betriebssicherheit ist es deshalb erforderlich, die Ventilatoren so auszubilden, daß Schwingungen der Ventilatorbauteile weitestgehend vermieden werden. Diese Aufgabe wird üblicherweise durch eine Konstruktion gelöst, deren Dimensionierung nicht nach statischen, sondern nach dynamischen Gesichtspunkten erfolgt, wobei die Eigenfrequenz der Ventilatorbauteile wesentlich über oder unter der Erregerfrequenz des Antriebes liegen muß. Eine Ventilatorkonstruktion mit hoher Eigenfrequenz erfordert jedoch eine überaus stabile und damit materialaufwendige Konstruktion, während Ventilatorkonstruktionen mit tiefen Eigenfrequenzen wegen der begrenzten Festigkeit der Werkstoffe nur mit hochwertigen und kostenaufwendigen Spezialwerkstoffen realisierbar wären und daher unüblich sind.The disadvantage of these known roof fans is that caused by the motor and the impeller of Restumwuchten and contamination periodic excitation forces are transmitted to the entire fan and the roof. These excitation forces must be safely absorbed by the fan components, especially the mounting plate and the support structure, for larger fans. To ensure operational safety, it is therefore necessary to design the fans so that vibrations of the fan components are largely avoided. This object is usually achieved by a construction whose dimensioning is not based on static but on dynamic aspects, wherein the natural frequency of the fan components must be substantially above or below the excitation frequency of the drive. However, a fan design with high natural frequency requires a very stable and therefore material-consuming construction, while fan designs with low natural frequencies because of the limited strength of the materials would be feasible only with high-quality and expensive special materials and are therefore unusual.
Unabhängig von der Konstruktion des Ventilators werden die auftretenden Schwingungen auf die Dachkonstruktion und damit auf das Bauwerk übertragen und verursachen in Abhängigkeit von der Ventilatorgroße Schaden am Bauwerk, die von der Zerstörung der Dachhaut bis zur Rißbildung an Konstruktionselementen führen können.Regardless of the design of the fan vibrations are transmitted to the roof construction and thus on the building and cause depending on the fan size damage to the building, which can lead from the destruction of the roof skin to the cracking of construction elements.
Es ist auch bereits bekannt, größere Ventilatoren mit erheblichen Erregerkräften schwingungsisoliert zu montieren. Dazu werden je nach Baugröße der Ventilatoren entweder zwischen dem Ventilator und der Dachkonstruktion geeignete Schwingungsdämpfer angeordnet oder der Ventilator wird auf einem Schwingungsfundament montiert. Solche Schwingungsfundamente bestehen vorzugsweise aus stabilen Stahlbetonrahmen auf Schwingungsdämpfer^ Diese bekannte Schwingungsisolierung fü: Ventilatoren unterbindet zwar die Übertragung von Schwingungen auf das Bauwerk, weist jedoch den Nachteil auf, daß die Schwingungen im Ventilator selbst weiterhin auftreten und al i Luftschall abgestrahlt werden und die schwingungsisolierte Montage einen erheblichen zusatzlichen technisch-ökonomischen Aufwand am Bauwerk erfordp'i. Darüber hinaus werden durch solche teilweise komplizierten bautechnischen Einsatzbedingungen die Einsät möglichkeiten dieser Ventilatoren beträchtlich eingeschränkt.It is also already known to mount larger fans with considerable excitation forces vibration-isolated. For this purpose, depending on the size of the fans either suitable vibration dampers are arranged between the fan and the roof construction or the fan is mounted on a vibration foundation. Such Schwingungsfundamente preferably consist of stable reinforced concrete frame on vibration damper ^ Although this known vibration isolation for fans prevents the transmission of vibrations to the building, however, has the disadvantage that the vibrations in the fan itself still occur and are radiated al i airborne sound and the vibration-isolated mounting a considerable additional technical and economic effort on the building requirp'i. In addition, the Einsät possibilities of these fans are considerably limited by such partially complicated structural conditions.
Es ist weiterhin nach dem DD-WP 147564 bekannt, den Motor mit einem zwischengeordneten Formteil aus Elast auf der Montageplatte zu befestigen.It is also known from the DD-WP 147564 known to attach the engine with an intermediate molded part made of Elast on the mounting plate.
Der Nachteil dieser bekannten Motorbefestigung besteht in der Beschränkung ihrer Wirkuna auf die Dämpfung des Motorgeräusches und die Verhinderung der Ausbreitung des Körperschalles bei Ventilatoren kleiner und mittlerer Bauart. Bei größeren Ventilatoren ist eine solche Motorbefestigung jedoch nicht geeignet, die Übertragung dar Schwingungen im Drehfrequenzbereich auf die Ventilatorbauteile und das Bauwerk wirksam zu verhindern.The disadvantage of this known engine mounting is the limitation of their Wirkuna on the attenuation of engine noise and the prevention of the propagation of structure-borne noise in fans of small and medium design. For larger fans, however, such a motor mounting is not suitable to effectively prevent the transmission of vibrations in the rotational frequency range on the fan components and the building.
Das Ziel der Erfindung ist es, unter Vermeidung dei angeführten Nachteile mit geringem technisch-ökonomischem Aufwand durch primäre Maßnahmen der Schwingungsisolierung die Gebrauchswerteigenschaften von Kreiselarbeitsmaschinen, insbesondere von größeren Dach ventilatoren, zu erhöhen, den Materialeinsat; bei ihrer Herstellung unii Montage zu verringern, die bautechnischen Einsatzbedingungen zu vereinfachen und den Umweltschutz und damit die Arbeits- und Lebensbedingungen der Werktätigen zu verbessern.The object of the invention is, while avoiding the mentioned disadvantages with low technical and economic effort by primary measures of vibration isolation to increase the utility properties of centrifugal work machines, especially larger roof fans, the material material; to reduce their assembly and erection, to simplify the structural conditions of use and to improve the environmental protection and thus the working and living conditions of the working people.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktive Lösung für Kreiselarbeitsmaschinen, insbesondere fur gtößere Dachventilatoren axialer und radialer Bauart, zu entwickeln, bei der unter Gewährleistung eines engen und d?n ,it energieökonomischen Spaltes zwischen Laufrad und feststehendem Unterteil die Übertragung von Schwingungen des Motors und des Laufrades auf die Ventilatorbauteile und diesen auf das Bauwerk unterdrückt und zugleich die Anwendung einer materialökonomischen Leichtbauweise für diese Ventilatorbauteile ohne den Einsatz von hochfesten Spezialwerkstoffen ermöglicht wird.The invention has for its object to develop a constructive solution for centrifugal working machines, in particular for gtößere roof fans axial and radial design, in which, while ensuring a narrow and d, it energy-economic gap between the impeller and the fixed lower part of the transmission of vibrations of the engine and the impeller on the fan components and this suppressed on the building and at the same time the application of a lightweight material-economical construction for these fan components is made possible without the use of high-strength special materials.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß wie folgt gelöst:This object is achieved according to the invention as follows:
Das Unterteil der Kreiselarbeitsmaschine weist in bekannter Weise Stützsäulen auf, an deren Säulenbolzen die Haube befestigt ist. Die Montageplatte mit dem Motor und dem Laufrad ist innerhalb der Stützkonstruktion des Ventilators auf Federelem^nten gelagert. Die Montageplatte weist Ausnehmungen für die Säulenbolzen auf und ist auf diesen Säulenbolzen geführt. Di' Federelemente umschließen die Säulenbolzen berührungsfrei und sind in Federtellern an der Montageplatte und der Stützsäule gelagert.The lower part of the rotary work machine has support columns in a known manner, at the column bolt, the hood is attached. The mounting plate with the motor and the impeller is mounted on spring elements within the support structure of the fan. The mounting plate has recesses for the column bolts and is guided on these column bolts. Di 'spring elements enclose the column pins without contact and are mounted in spring plates on the mounting plate and the support column.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung besteht die Montageplatte nicht mehr aus einer geschlossenen Platte, sondern aus einem Trägerrost aus vier paarweise als Doppelkreuz übereinanderliegenden Einzelträgern, die an den Kreuzungsstellen starr miteinander verbunden sind. Der Motor ist nur an einem Trägerpaar befestigt. Dieses motortragende Trägerpaar weist vorzugsweise ein Trägheitsmoment vom 1,5fachen des Trägheitsmomentes des anderen Trägerpaares auf.In a preferred variant of the invention, the mounting plate no longer consists of a closed plate, but of a grid of four pairs as a double cross superimposed individual carriers, which are rigidly interconnected at the intersection. The motor is only attached to a carrier pair. This motor-carrying carrier pair preferably has an inertia of 1.5 times the moment of inertia of the other carrier pair.
Als Federelement ist vorzugsweise eine Schraubendruckfeder vorgesehen. Dieses Federelement kann eine sprunghaft steigende Federkonstante aufweisen, alternativ kann auch der Säulenbolzen mit einem Anschlag zur Begrenzung des Federweges versehen sein. Erfindungsgemäß wird innerhalb der starren Verbindung des Unterteiles mit den Stützsäulen und der Haube die Antriebseinheit von Motor, Laufrad und Montageplatte elastisch auf Federelementen gelagert. Diese Federelemente bilden zusammen mit der Montageplatte, dem Laufrad und dem Motor ein in mehreren Freiheitsgraden schwingungsfähiges System, dessen einzelne Bauteile eine Eigenfrequenz nahe der Erregerfrequenz aufweisen können und deshalb auch ohne Spezialwerkstoffe in Leichtbauweise herstellbar sind. Durch das zwischengeschaltete Federelement wird das System derart verstimmt, daß die Eigenfrequenz dieses Systems weit unterhalb der Erregerfrequenz liegt.As a spring element, a helical compression spring is preferably provided. This spring element may have a sudden increase spring constant, alternatively, the column bolt may be provided with a stop for limiting the spring travel. According to the invention, the drive unit of motor, impeller and mounting plate is elastically mounted on spring elements within the rigid connection of the lower part with the support columns and the hood. These spring elements together with the mounting plate, the impeller and the motor oscillate in several degrees of freedom system whose individual components can have a natural frequency near the exciter frequency and therefore can be produced without special materials in lightweight construction. Due to the interposed spring element, the system is detuned so that the natural frequency of this system is far below the exciter frequency.
Die Steife der Federelemente wird nach der Erregerfrequenz, der «ehwingfähigen Masse und der Eigenelastizität äer Montageplatte und der Stützsäulen bestimmt. Sie sind so zu dimensionieren, daß alle Eigenfrequenzen des aus dem Antrieb mit Motor, Laufrad und Montageplatte und dem Federsystem mit Federelementen und Eigenelastizität der Bauteile bestehenden schwingungsfähigen Systems so weit unterhalb der Erregerfrequenz liegen, daß die Schwingungsamplituden der Montageplatte und der Stützsäulen erheblich verkleinert werden. Als Eigenfrequenzen sind dabei Vertikal- und Horizontal- sowie Taumelschwingungen zu berücksichtigen. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht damit die Erreichung von Eigenfrequenzen im Bereich des 0,3- bis 0,5fachen der Erregerfrequenz.The stiffness of the spring elements is determined by the excitation frequency, the "ehwingfähigen mass and the inherent elasticity OCE mounting plate and the support columns. They are to be dimensioned so that all natural frequencies of existing from the drive with motor, impeller and mounting plate and the spring system with spring elements and inherent elasticity of the components oscillatory system are so far below the excitation frequency that the vibration amplitudes of the mounting plate and the support columns are significantly reduced. Vertical frequencies as well as horizontal and tumbling oscillations are to be considered as natural frequencies. The solution according to the invention thus enables the achievement of natural frequencies in the range of 0.3 to 0.5 times the excitation frequency.
Zur einwandfreien Aufnahme des Nenn- und Anfahrmomentes sJnd die Federelemente mit einem großen Abstand zur Antriebsachse anzuordnen. Das Verhältnis des Teilkreisdurchmessers der Stützsäulen mit mindestens dem 1,35fachen des Laufraddurchmessers erfüllt diese Bedingung und ermöglicht zugleich die Anwendung eines konstruktiv und technologisch vorteilhaften ganzzahligen Verhältnisses der Anzahl der Stützsaulen zur Anzahl der Schaufeln des Laufrades, das bisher wegen der dabei auftretenden schwingungssteigernden Summierung der Kompression beim gleichzeitigen Schaufeldurchgang an den Stützsäulen nicht zulässig war.For proper recording of the nominal and starting torque, arrange the spring elements at a large distance from the drive axle. The ratio of the pitch diameter of the support columns at least 1.35 times the impeller diameter meets this condition and at the same time allows the application of a structurally and technologically advantageous integer ratio of the number of Stützsaulen to the number of blades of the impeller, previously due to the occurring vibration-increasing summation of the compression was not allowed at the simultaneous Schaufeldurchgang at the support columns.
Beim An-und Auslaufen des Motors tritt ein Resonanzdurchlauf mit großen Schwingungsamplituden auf. Um auch in dieser Betriebsphase den einwandfreien Lauf des Laufrades zu gewährleisten, ist eine mechanische Begrenzung des Federweges durch einen Anschlag oder der Einsatz von Federelementen mit sprungha#H?er#ndarlicher Federkonstante vorzusehen.When the engine starts and stops, a resonance sweep with large vibration amplitudes occurs. In order to ensure the smooth running of the impeller even in this phase of operation, a mechanical limitation of the spring travel is to be provided by a stop or the use of spring elements with sprungha # H? Er # ndarlicher spring constant.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schwingungsisolierung entsteht sowohl bei der Herstellung als auch bei der Anwendung der Dachventilatoren.The advantage of the vibration isolation according to the invention arises both in the production and in the application of the roof fans.
Bai der herstellung iulcliörartschwingungsisuliörter Ventilatoren ist durch tJits Scriwingungöisulierung eine Lj.ci.^u,, J~j aller Ventilatorbauteile möglich, die bisher nicht erreichbar war, Ottreh diese materialökonomische Konstruktion tritt eine beträchtliche Einsparung von Material und Kosten ein.With the help of this technology, it is possible to manufacture all fan components that were previously unavailable, but this material-economical construction involves considerable material and cost savings.
Bei der Anwendung der Ventilatoren ist deren geringere Masse und der mögliche Verzicht auf weitere zusätzliche Maßnahmen einer bautechnischen Schwingungsisolierung nochmals material· und kostensparend. Die integrierte Schwingungsisolierung erhöht zudem die Nutzungsdauer des Ventilators und der betroffenen Bauwerksteile. Darüber hinaus wird durch die nahezu vollständige Unterdrückung der Schwingungen im Ventilator selbst die Umweltbelästigung erheblich verringert und damit em wesentlicher Beitrag zur Verbesserung der Arbeits- und Lebensbedingungen geleistet.When using the fans, their lower mass and the possible omission of further additional measures of structural vibration isolation are again material and cost saving. The integrated vibration isolation also increases the service life of the fan and the affected building parts. In addition, the nearly complete suppression of vibration in the fan itself significantly reduces environmental pollution, thereby making a significant contribution to improving working and living conditions.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung wird der Querschnitt einer Schwingungsisolierung gezeigt.The invention will be explained in more detail below using an embodiment. In the accompanying drawing, the cross section of a vibration isolation is shown.
Die Stützkonstruktion des Dachventilators besteht aus einem Unterteil 4 mit kreisförmigem Grundriß und acht auf dem Umfang dieses Kreises im gleichen Abstand voneinander angeordneten Stützsäulen 5, in die Säulenbolzen 9 eingelassen sind. Diese Stützkonstruktion ist aus einer Stahl-Plast-Verbundkonstruktion in Leichtbauweise hergestellt.The support structure of the roof fan consists of a lower part 4 with a circular outline and eight on the circumference of this circle at the same distance from each other arranged support columns 5, are embedded in the column bolt 9. This support structure is made of a lightweight steel-plastic composite construction.
Der Motor 1 des Dachventilators ist auf der Oberseite der Montageplatte 3 angeordnet. Die Montageplatte 3, ebenfalls in Leichtbauweise, besteht aus einem Trägerrost aus vier Leichtbauprofilen, die derart paarweise übereinander gelegt sind, daß die Trägerachsen den Stützsäulenkreis in seinen Achtelpunkten, der Lage der Säulenbolzen 9 entsprechend, schneidet. Die Kreuzungspunkte der vier Träger sind starr miteinander verbunden. Der Motor 1 ist jedoch nur an einem der beiden Trägerpaare befestigt. Dieses motortragende Trägerpaar weist ein Trägheitsmoment von etwa dem 1,5fachen des Trägheitsmomentes des anderen Trägerpaares auf. Das Laufrad 2 mit acht Schaufeln ist unterhalb des Trägerrostes direkt an der vertikalen Welle des Motors 1 befestigt. Zwischen dem Teilkreisdurchmesser der Stützsäulen S und dem Durchmesser des Laufrades 2 besteht ein Verhältnis von mindestens 1,35 zu 1.The motor 1 of the roof fan is arranged on the upper side of the mounting plate 3. The mounting plate 3, also in lightweight construction, consists of a grid of four lightweight profiles, which are placed in pairs one above the other, that the carrier axes the Stützsäulenkreis in its Achtelpunkten, the position of the column bolt 9, cuts. The crossing points of the four beams are rigidly connected. However, the engine 1 is attached only to one of the two carrier pairs. This motor-supporting carrier pair has an inertia of about 1.5 times the moment of inertia of the other pair of carriers. The impeller 2 with eight blades is mounted below the support grate directly to the vertical shaft of the motor 1. There is a ratio of at least 1.35 to 1 between the pitch circle diameter of the support pillars S and the diameter of the idler wheel 2.
Die acht Enden der vier Träger der Montageplatte 3 weisen Ausnehmungen auf. An der Unterseite dieser Trägerenden, korrespondierend mit den Ausnehmungen, sind obere Federteller 8 angebracht. Die Stützsäulen 5 sind mit den entsprechenden unteren ^dertellern 8 versehen. Auf diese unteren Federte!!·«· 8 sind als Federelement 7 Schraubendruckfeder, ι aufgesetzt, die einen wesentlich größeren Durchmesser als die Säulenbolzen 9 aufweisen und diese damit berührungsfrei umschließen. Die Montageplatte 3 ist durch die Ausnehmungen an den Trägerenden auf den Säulenbolzen 9 geführt und sitzt auf den Federelementen 7 auf, die durch die Federteller 8 arretiert sind.The eight ends of the four supports of the mounting plate 3 have recesses. At the bottom of these support ends, corresponding to the recesses, upper spring plate 8 are mounted. The support columns 5 are provided with the corresponding lower dertellern 8. On these lower springs are placed as a spring element 7 helical compression spring, ι, which have a substantially larger diameter than the pillar bolts 9 and enclose them without contact. The mounting plate 3 is guided by the recesses on the support ends on the column pin 9 and is seated on the spring elements 7, which are locked by the spring plate 8.
An dem oberen, über die Montageplatte 3 hinausragendem Teil der Säulenbolzen 9 ist die Haube 6 befestigt, die damit zugleich als Transportsicherung des gesamten Antriebes und als Amplitudenbegrenzung für den Resonanzdurchlauf dient.At the upper, over the mounting plate 3 protruding part of the column bolt 9, the hood 6 is attached, which thus serves as both transport protection of the entire drive and as amplitude limitation for the resonance run.
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