DD213030A1

DD213030A1 - Anordnung zur verbesserung der schwingungsisolierung mit stahlfedern

Info

Publication number: DD213030A1
Application number: DD24706283A
Authority: DD
Inventors: Peter Michel
Original assignee: Zerkleinerungsmaschinen Veb
Priority date: 1983-01-06
Filing date: 1983-01-06
Publication date: 1984-08-29
Also published as: DE3338571A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Verminderung der Koerperschalluebertragung und zur Verbesserung der Isolierwirkung von Stahlschraubenfedern. Ziel u. Aufgabe der Erfindung ist es, die Laermbeeintraechtigung durch eine Anordnung fuer Stahlfedern, bei der im Koerperschallbereich eine mit der Frequenz zunehmende starke Daempfung der Eigenschwingungsformen der Stahlfeder erfolgt, zu senken. Diese Aufgabe wird durch eine Stahlfeder u./o. einen Stahlfedersatz geloest, die/der erfindungsgemaess in einen ein hochviskoses Medium enthaltenden Behaelter eingebaut ist. Die Erfindung ist im Industrie-, Wohnungs- und Gesellschaftsbau sowie zum Schutze einzelner Geraete bzw. Aggregate einsetzbar.

Description

TITEL DER ERFINDUNG

Anordnung zur Verbesserung der Schwingungsisolierung mit Stählfedern

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG -

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verminderung der Körperschallübertragung und zur Verbesserung der Isolierwirkung von Stahlschraubenfedern im Bereich der Längseigenschwingungen dieser Federn, Sie läßt sich im Industrie-, Wohnungs- und Gesellschaftsbau zum Zwecke der Schwingungsund Lärsaabwehr, sowie zum Schutz empfindlicher Apparaturen (z»B« Fernmeßtechnik, Geräte zur Herstellung von Mikroschaltkreisen) vor Störschwingungen der Umgebung einsetzen»

CHARAKTERISTIK DER BEKANNTEN TECHNISCHEN LÖSUNGEN

Für die Isolierung mechanischer Schwingungen werden in großem Umfang Stahlschraubenfedern eingesetzt» Die üblichen Berechnungsraethoden setzen dabei meist voraus, daS diese Federn inasselos sind* Infoige der aber doch vorhandenen Eigenmasse, realer Federn ergeben sich im praktischen Einsatz verschiedene Eigenschtfifingungsformen der Federn» Im Bereich der hörbaren Schwingungen (Körperschallbereich) führen diese zu einer Verschlechterung der Isolierwirkung·

Zur Lösung dieses Problems wurde mit der SU-PS 175 357 vorgeschlagen, innerhalb einer Stahlschraubenfeder eine viskose Flüssigkeit anzuordnen» die von der Stahlschraubenfeder durch eine elastische Abdichtung getrennt ist* Oberhalb der viskosen Flüssigkeit befindet sich eine durch Segmente unterteilte Luftkaramer ait Lüftungsöffnung»

Abgesehen vom hohen konstruktiven Aufwand, unterliegt die elastische Abdichtung einem hohen Verschleiß» Außerdem wird bei dieser Lösung auch weiterhin das Körperschallverhalten durch die Stahlfeder bestimmt·

Ferner wurde mit der OE-PS l 035 413 vorgeschlagen, eine Stahlschraubenfeder in Gummi einzuvulkanisieren und den so entstandenen zylindrischen Raum mit öl auszufüllen« das zum Zwecke des Druckausgleichs durch, eine öffnung in der Abdeckung aus- oder einströmen kann«

3ei dieser Lösung wird ein sehr günstiges Verhalten im Körperschallbereich erzielt, die Federsteife einer Stahlfeder wird allerdings bei weitem nicht mehr erreicht«

Mit der GB-PS 992 715 wurde eine Federkombination vorgeschlagen, bei der innerhalb eines abgestützten Metallmantel ein Gummiformkörper angeordnet ist, wobei sich zwischen diesem und dem Metallmantel eine ölfüllung befindet* Diese Lösung hat den Nachteil des Vorhandenseins von Körperschallbrücken und läßt sich konstruktiv nur eo gestalten, daß die Federsteife im Verhältnis zur Belastbarkeit wesentlich höhere Werte anniaasat als bei Stahlschraubenfedern» Dies hat eine Verminderung der Isolierwirkung zur Folge*

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ZIEL DER ERFINDUNG

Ziel der Erfindung ist es, Räume mit hohem Ruheanspruch abzuschirmen» '

EtARLEGUNG DES WESENS DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung für Stahlfedern vorzuschlagen» bei der im Körperschallbereich eine mit der Frequenz zunehmende starke Dämpfung der Eigenschwingungsforrnen der Stahlfeder erfolgt, wobei die Federsteife von der der unbehandelten Stahlfeder nur unwesentlich abweichen soll·

Die im Bereich der Eigenschwingungen der Stahlschraubenfedern auftretende große Verminderung der Isolierwirkung soll beseitigt werden, um dadurch eine Möglichkeit zu schaffen» die im Vergleich zu Elastfedern niedrige Federsteife der Stahlfeder zur Realisierung sehr hoher Körperschalldämmwerte auszunutzen«

Erfindungsgeraäß wird diese Aufgabe gelöst, indem mindestens eine Stahlfeder und/oder mindestens ein Stahlfedersatz in einen ein hochviskoses Medium mit einer Penetrometerhärte von o,o5 bis l,oo mn enthaltenden Behälter eingebaut ist· Dabei taucht ein Teil Seder Stahlfeder und/oder jedes Stahlfedersatzes in das Medium ein«

Durch die Variation des Mediums werden auf den konkreten Eirisatzfall bezogene optimale Dämmungs- und Isolierwerte geschaffen, · ,

Als hochviskose Medien werden bevorzugt Silikonöle, Vorprodukte der Silikonkautschukproduktion, bituminöse Produkte,

Mineralöle und pflanzliche öle oder Mischungen dieser Erzeugnisse eingesetzt« Durch den Einsatz beispielsweise einer Mischung von Bitumen mit Mineralölen als Därapfungsmedium kann zusätzlich noch eine frequenzabhängige dynamische Federsteife des Mediums erzielt werden» Infolge dieses Effektes werden die Längsschwingungen der Gesamtfeder zu höheren Frequenzen verlagert, was wiederum einen zusätzlichen positiven Einfluß auf das Isoiiervermögen im Körperschailbereich bewirkt.

Durch die Variation der Füllhöhe des hochviskosen Mediums in dem Behälter kann eine weitere Optimierung der Däramungs- und Isolierwirkung erzielt werden. 3ede Stahlfeder taucht dabei mit mindestens 20 % und maximal 90 % ihrer durch die statische Betriebslast gegebenen Bauhöhe in das hochviskose Medium ein.

Mit dieser Anordnung wird eine Reihenschaltung zweier längsschwingender mechanischer KontinuQ realisiert, bei welcher der obere Federteil ein annähernd verlustloses und der eingetauchte Federteil ein stark verlustbehaftetes Kontinuura darstellt»

Die Isolierwirkung dieser Anordnung kommt den theoretischen Werten für masselose Federn nahe. Infolge der geringeren Federsteife der Stahlfedern lassen sich gegenüber Eiast- oder Gummifedern gleicher Belastbarkeit deutlich bessere Isoliereffekte erzielen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, daS zwischen der Feder und dem Behälter und/oder zwischen innerer und äu&erer Feder oder zwischen benachbarten Federn eines Federsatzes aus mehr als zwei Federn jeweils ein Abstand besteht, der das 0,1 - 5,0fache des Drah-tdurchmessers (6) oder der größten

Abmessung des Drahtquerschnittes quer zur Federhauptachse aufweist* Bei benachbarten Federn mit ungleichem Drahtquerschnitt richtet sich der Abstand nach der Feder mit dem größten Drahtquerschnitt»

AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen erläutert*

Die dazugehörigen 3 Zeichnungen zeigen

Fig» 1 - eine zylindrische Stahlschraubenfeder„ die in einen ein hochviskoses Medium enthaltenden Behälter eingebaut ist

Fig_# 2 - Diagramm der Meßwerte für das 1_# Beispiel

Fig» 3 - einen aus zylindrischen Stahlschraubenfedern bestehenden Federsatz* der in einen ein hochviskoses Medium enthaltenden Behälter eingebaut ist*

1. Beispiel - Figur 1 und 2

Die in Figur 1 dargestellte zylindrische Stahlschrauben-Druckfeder 1 mit angelegten und geschliffenen Endwindungen und einer größeren Anzahl freier Windungen 5 weist einen Drahtdurchmesser S von 11 mm auf_#'

Diese Stahlfeder 1 wurde ohne zusätzliche Behandlung in einen Behälter 2 aus Stahlrohr eingesetzt» der mit einem

2UPR-1983*08-4i82

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1 ~ Λ -. Λ

hochviskosen Medium 3 gefüllt ist» Der Außendurchmesser 7 der Feder 1 berührt dabei nicht die Wand des Behälters 2. Die Füllhöhe 8 beträgt 3/5 der Behälterhöhe« Die Penetrometerhärte des hochviskosen Mediums beträgt Hp = 0,164*

Eine Gegenüberstellung des gemessenen Kraftdämmaßes 13 dieser Anordnung mit der unbehandelten Feder 12 bei gleichen Maßbedingungen zeigt Figur 2* Das Kraftdäraraaß R ist dabei wie folgt definiert

Rp - 20 Ig JZ

mit F_Q - dynamische Erregerkraft

F₁ - von der Feder durchgelassene dynamische Restkraft»

Bei 140 Hz weicht das gemessene Kraftdämmaß nur noch um 2 dB von dem theoretischen Wert ab_fl außerdem wird die Lage der Resonanz der ersten Längseigenschwingung der Feder auf 290 Hz verschoben, was eine weitere Verbesserung dar Isolierwirkung zur Folge hat* Die Längsresonanzen höherer Ordnung werden fast vollständig unterdrückt. Die maximale Abweichung vom theoretischen Wert für masselose Federn tritt bei 290 Hz auf und beträgt 19 dB« Unter den Bedingungen des Versuchs tritt innerhalb des gemessenen Frequenzbereiches bei der unbehandelten Feder eine Verstärkung der durchgelassenen dynamischen Kraft um den Faktor 4 oder 12 dB für 140 Hz auf, während die mit der vorgeschlagenen Anordnung gemessenen Verläufe eine Verminderung der dynamischen Restkraft um mindestens den Faktor 40 oder 32" dB für den gesamten Frequenzbereich sicherstellt«

Es konnte nachgewiesen werden, daß die Verbesserung der Dämmwirkung von der Füllhöhe abhängt, so daß sich durch einen

0 4 »DO

höheren Füllstand Werte erreichen lassen,; die den theoretischen Werten für masselose Federn nahe kommen»

2. Beispiel - Fi,gur 3

In Figur 3 wurde ein Stahlfedersatz 9;1O bestehend aus zwei Schraubenfedern dargestellt» Die innere Feder 9 weist einen geringeren Drahtdurchmesser 6 auf als die äußere Feder 10. Der Behälter 2:, in den der Federsatz 9;10 eingesetzt wurde, ist mit einem hochviskosen Medium 3 mit einer Penetrometerhärte von 0,307 gefüllt.

Bei der Prüfung des Federsatzes ohne Einbau in den Behälter 2 überlagern sich die Eigenschwingungsformen beider Federn, so daß oberhalb 110 Hz eine dichte Folge von Resonanzstellen zu beobachten ist. Im Bereich der Resonanzen betragen die Abweichungen vom theoretischen Verlauf des Kraftdämmaßes für masselose Federn zwischen 30 dB und 50 dB. -

Bei dieser Anordnung verschieben sich die erste Eigenschwingungsform auf 300 Hz bei der inneren Feder und auf 210 Hz bei der äußeren Feder* Im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 1000 Hz beträgt die maximale Abweichung von dem theoretischen Dämmaß für masselose Federn 15 dB bei 210 Ηζ_Λ Die Schwingungsformen höherer Ordnung werden unterdrückt.

η j ι η π j η Π π . ί\ O I, 4 O

innere äußere Feder

Länge bei Nennlast ma 106 92 gemessene erste Eigenschwingungsforra der unbehandel-

vten Feder 175 113

Masse der Feder kg 1,54 2,3

Bei der Prüfung des Satzes überlagern sich die Eigenschwingungsformen beider Federn, so daS oberhalb 110 Hz eine dichte Folge von Resonanzstellen zu beobachten ist. Im Bereich der Resonanzen betragen die Abweichungen vom theoretischen Verlauf des Kraftdämmaßes für masselose Federn zwischen 30 dB und 50 dB.

Der beschriebene Federsatz wurde in einem zylindrischen Behälter mit einem Außendurchmesser von 135 mm bei einer Wandstärke von 3 ram und einer Höhe von 100 mm, der 70 mm hoch mit einem viskosen Medium gefüllt war, eingesetzt» Als viskoses Medium diente eine Mischung aus 7,5 Teilen Bitumen A 50/85 mit 1 Teil Mineralöl E 36 die unter Wärmezufuhr homogen gemischt wurden· Diese Mischung wies eine Penetroraeterhärte von 0,307 auf.

Bei dieser Anordnung verschieben sich die erste Eigenschwingungsforra auf 300 Hz bei der inneren Feder und auf 210 Hz bei der äußeren Feder· Im Frequenzbereich zwischen 100 Hz und 1000 Hz beträgt die maximale Abweichung von dem theoretischen Däromaß für masselose Federn 15 dB bei 210 Hz# Die Schwingungsformen höherer Ordnung werden unterdrückt»

Claims

ERFINDUNGSANSPRUCH

1. Anordnung zur Verbesserung der Schallisolierung mit Stahlfedern, insbesondere der Schallisolierung im Körperschallbereich,
gekennzeichnet dadurch,

daß mindestens eine Stahlfeder (1) und/oder mindestens ein Stahlfedersatz (9;1Q) in mindestens einen ein hochviskoses Medium (3) enthaltenden Behälter (2) eingebaut ist, wobei ein Teil jeder Stahlfeder (1) und/oder jedes Stahlfedersatzes (9;lO) in das Medium (3) eintaucht«

2# Anordnung nach Punkt 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß als hochviskoses Medium (3) Silikonöle* hochviskose Vorprodukte der Silikonkautsehukproduktion, bituminöse Produkte, Mineralöle und/oder pflanzliche öle und/oder deren Mischungen verwendet werden»

3· Anordnung nach Punkt 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß jede Stahlfeder (1j9;10) mit mindestens 20 % und maximal 90 % ihrer durch die statische Betriebslast gegebenen Bauhöhe in das hochviskose Medium (3) eintaucht«

.. C ι η i! α η η η . η ,.

4» Anordnung nach Punkt 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß das hochviskose Medium (3) eine Penetroraeterhärte von 0,05 bis 1,0 nun"¹ bei 20° ± I⁰C, einem Eindringkörper in Form einer Halbkugel von 25 mm Durchmesser und 122 g Masse sowie einer Eindringzeit von 30s aufweist»

5* Anordnung nach Punkt 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß zwischen der Feder (1) und dem Behälter (2) und/ oder zwischen der inneren Feder (9) und der äußeren Feder (10) oder zwischen benachbarten Federn eines Federsatzes aus mehr als 2 Federn, jeweils ein Abstand zwischen dem 0,1-fachen und dem 5-fachen des Orahtdurchmessers (6) oder der größten Abmessung des Drahtquerschnittes quer zur Federhauptachse, eingehalten wird, wobei bei benachbarten Federn mit ungleichem Drahtquerschnitt die Feder mit dem größeren Drahtquerschnitt Bezugsbasis für die Festlegung des Abstandes ist«

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen