DD237202A1

DD237202A1 - VIBRATION DAMPER TO MEASURE MECHANICAL VIBRATIONS OF ELASTICALLY BASED MACHINES, DEVICES AND PLANTS

Info

Publication number: DD237202A1
Application number: DD27615085A
Authority: DD
Inventors: Joachim Jentzsch; Jan Maerz; Peter Michel; Karl-Heinz Krause
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-07-02

Abstract

Der erfindungsgemaesse Schwingungsdaempfer dient zur Daempfung mechanischer Schwingungen von elastisch gelagerten, vorzugsweise stationaeren Maschinen, Geraeten und Anlagen. Ziel der Erfindung ist es, einen einfachen, billig herzustellenden Schwingungsdaempfer zu schaffen, der die Nachteile bekannter Loesungen beseitigt. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Gestaltung und Funktionsweise bekannter Stoffdaempfer dahingehend veraendert wird, dass dem Daempfungsmedium eine gezielte Scherbeanspruchung aufgezwungen wird, und so die Betriebseigenschaften des Daempfers verbessert werden, indem saeulenfoermige Daempfungskoerper wechselweise am schwingenden Bauteil und an der festen Unterlage parallel zueinander befestigt sind und dass sich zwischen diesen das Daempfungsmedium befindet. Die Hauptanwendungsgebiete des Daempfers sind Faelle der schwingungsisolierten Aufstellung von Maschinen, Geraeten und Anlagen, bei denen grosse Daempfungskraefte erforderlich sind, insbesondere bei Stossisolierung (Schmiedehaemmer, Exzenterpressen) und Passivisolierung, d. h. Isolierung von Stoessen und Schwingungen, die von der Umgebung auf die jeweilige Maschine uebertragen werden (z. B. Aufstellung von Walzenschleifmaschinen und dgl.). Fig. 3The vibration damper according to the invention serves to dampen mechanical vibrations of elastically mounted, preferably stationary machines, devices and installations. The aim of the invention is to provide a simple, inexpensive to manufacture Schwingungsdaempfer, which eliminates the disadvantages of known solutions. The essence of the invention is that the design and operation of known Stoffdaempfer is changed so that the dope medium a targeted shear stress is imposed, and so the operating characteristics of the Daempfers be improved by Sääulenfoermige Damping bodies alternately on the vibrating component and on the solid base parallel to each other are attached and that is located between these the Damping medium. The main applications of the Daempfers are cases of vibration isolation installation of machinery, equipment and facilities where large Daempfungskraefte are required, especially in shock insulation (forging hammers, eccentric presses) and passive insulation, d. H. Isolation of shocks and vibrations that are transferred from the environment to the respective machine (eg installation of roll grinding machines and the like). Fig. 3

Description

Field of application of the invention

Schwingungsisolierung von vorzugsweise stationären Maschinen, Geräten und Anlagen.Vibration isolation of preferably stationary machines, devices and installations.

Characteristic of the known technical solutions

Zur schwingungsisolierten Aufstellung von Maschinen, Geräten und Anlagen werden in vielen Fällen Federelemente (z.B.For the vibration-isolated installation of machines, devices and systems spring elements (e.g.

Stahlschraubenfedern) in Verbindung mit speziellen Dämpfern angewendet. Insbesondere bei Stoß- und Passivisolierungen werden dabei relativ hohe Dämpfungskräfte benötigt.Steel coil springs) used in conjunction with special dampers. In particular, in shock and passive insulation while relatively high damping forces are needed.

Die dabei eingesetzten Dämpfer lassen sich in die Hauptgruppen Reibungsdämpfer, Strömungsdämpfer und Stoffdämpfer unterteilen.The dampers used can be subdivided into the main groups of friction dampers, flow dampers and fabric dampers.

Reibungsdämpfer, z. B. nach DE OS 2832161, zeichnen sich zwar durch relativ einfachen Aufbau aus, zeigen aber ein für viele Anwendungsfälle ungünstiges Dämpfungsverhalten (konstante Dämpfungskraft) sowie starke Abhängigkeit der Wirksamkeit vom Verschleißzustand.Friction damper, z. B. to DE OS 2832161, although characterized by a relatively simple structure, but show for many applications unfavorable damping behavior (constant damping force) and strong dependence of the effectiveness of the state of wear.

Strömungsdämpfer, insbesondere hydraulische Kolbendämpfer, z. B. nach DE OS 3002948, ergeben eine gute Dämpfungswirkung (nahezu geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskraft), sind aber auf Grund des komplizierten Aufbaus teuer und besitzen außerdem noch viele funktionsbeeinflussende Verschleißteile.Flow damper, in particular hydraulic piston damper, z. B. to DE OS 3002948, give a good damping effect (almost speed-proportional damping force), but are expensive due to the complicated structure and also have many functionally influencing wear parts.

Stoffdämpfer, z. B. nach DE OS 2650100 oder DE 3010520, nutzen das Theologische Verhalten von hochviskosen Medien, indem in einem derartigen Dämpfungsmedium ein Dämpfungskörper bewegt und dadurch eine Dämpfungskraft erzeugt wird.Fabric damper, z. B. to DE OS 2650100 or DE 3010520, use the Theological behavior of highly viscous media by moving in such a damping medium, a damping body and thereby a damping force is generated.

Der in DE 3010520 vorgeschlagene Dämpfer besteht aus einer mit der festen Unterlage verbundenen und mit Dämpfungsmedium gefüllten Kammer, die durch Überströmkanäle mit einem engen Spaltraum verbunden ist. In diesen Spaltraum ragt eine dünne Dämpfungsplatte, die am schwingenden Bauteil befestigt ist. Bei einer Bewegung der Dämpfungsplatte wird infolge der hohen Viskosität des Dämpfungsmediums eine Dämpfungskraft erzeugt. Gleichzeitig wird durch die Verdrängerwirkung der Dämpfungsplatte das Dämpfungsmedium durch die Überströmkanäle in den Kammerraum gedrückt bzw. zurückgesaugt. Der Dämpfer nach DE 3010520 stellt also eine Kombination zwischen Stoffdämpfer und Strömungsdämpfer dar.The proposed in DE 3010520 damper consists of a connected to the solid base and filled with damping medium chamber, which is connected by overflow with a narrow gap. In this gap space protrudes a thin damping plate, which is attached to the vibrating component. Upon movement of the damping plate, a damping force is generated due to the high viscosity of the damping medium. At the same time the damping medium is pressed or sucked back through the transfer channels in the chamber space by the displacement effect of the damping plate. The damper according to DE 3010520 thus represents a combination between material damper and flow damper.

Nachteilig ist dabei vor allem die geringe Bewegungsmöglichkeit in horizontaler Richtung, da in vielen Fällen (z. B. Lagerung vr η Exzenterpressen und Werkzeugmaschinen) Schwingungen in vertikaler und horizontaler Richtung gedämpft werden müssen.The disadvantage here is, above all, the low possibility of movement in the horizontal direction, since in many cases (for example, mounting of eccentric presses and machine tools) vibrations in the vertical and horizontal directions must be damped.

Die Anordnung des Dämpfers nemäß DE 3010520 innerhalb der Schraubenfeder begrenzt den Bauraum und somit die Größe der wirksamen Dämpfungsplattenfläche, so daß die Erzeugung großer Dämpfungskräfte in vielen Anwendungsfällen, wo kurze Schraubenfedern mit großem Drahtdurchmesserund relativ geringem Innendurchmesser eingesetzt werden (z.B. Lagerung von Schmiedehämmern), nicht möglich ist. Weiterhin wirkt sich der Undefinierte Anteil der Stoff- und Strömungsdämpfung an der Gesamtdämpfungswirkung ungünstig auf die Vorausberechnung der Dämpfungswirkung und somit auf die DimensionierungThe arrangement of the damper according to DE 3010520 within the coil spring limits the space and thus the size of the effective damper plate surface so that the generation of large damping forces is not used in many applications where short coil springs of large wire diameter and relatively small inside diameter are used (eg forging hammers) is possible. Furthermore, the undefined proportion of the material and flow damping on the overall damping effect has an unfavorable effect on the prediction of the damping effect and thus on the dimensioning

Die Dämpferausführung nach DE 2650100 besitzt die Vorteile des einfachen Aufbaues, des nahezu uneingeschränkten Bauraumes sowie der Beweglichkeit in horizontaler und vertikaler Richtung, dabei treten aber auch einige beträchtliche funktionsbeeinflussende Nachteile auf.The damper design according to DE 2650100 has the advantages of simple construction, the almost unrestricted installation space and the mobility in the horizontal and vertical directions, but there are also some considerable function-influencing disadvantages.

Problematisch ist vor allem das Temperaturverhalten, da die Eigenerwärmung des Dämpfers zu einer Viskositätsverringerung des Dämpfungsmediums und somit zu einem Nachlassen der Dämpfungswirkung führt. Es ist in der Regel ein großes Volumen des Dämpfungsmediums mit relativ kleiner freier Oberfläche zur Wärmeableitung vorhanden. Zusammen mit der schlechten Wärmeleitfähigkeit der eingesetzten Dämpfungsmedien kommt es zu einer größeren Temperaturerhöhung. Im DE 2650100 wird deshalb vorgeschlagen, dem Dämpfungsmedium Metallfaden zur besseren Wärmeableitung beizufügen. Außerdem haben diese Dämpfer eine erhebliche Federwirkung, insbesondere bei Schwingungsvorgängen mit kleiner Schwingwegamplitude (< 1 mm). Die daraus resultierende Versteifung der jeweiligen Feder-Dämpfer-Kombination bewirkt eine Verringerung des Isolierwirkungsgrades der elastischen Aufstellung. Zur Verringerung des Bauraumes werden in vielen Fällen die Schraubenfedern mit im Dämpfungsmedium konzentrisch zum Dämpfungskörper angeordnet. Die Folge davon ist eine Verringerung der Dämpfungswirkung, da durch die axialen Bewegungen der Federwindungen des Dämpfungsmedium mitgenommen und somit die Relativbewegungen zwischen Dämpfungskörper und Dämpfungsmedium verringert werden.Especially problematic is the temperature behavior, since the self-heating of the damper leads to a reduction in viscosity of the damping medium and thus to a decrease in the damping effect. There is usually a large volume of the damping medium with a relatively small free surface for heat dissipation. Together with the poor thermal conductivity of the damping media used, there is a greater increase in temperature. In DE 2650100 it is therefore proposed to add metallic thread to the damping medium for better heat dissipation. In addition, these dampers have a significant spring action, especially in vibration processes with small vibration amplitude (<1 mm). The resulting stiffening of the respective spring-damper combination causes a reduction in the insulating efficiency of the elastic installation. To reduce the installation space, the coil springs are arranged in the damping medium concentric with the damping body in many cases. The consequence of this is a reduction of the damping effect, since entrained by the axial movements of the spring coils of the damping medium and thus the relative movements between the damping body and the damping medium are reduced.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Schwingungsdämpfers, der die Nachteile bekannter Stoffdämpfer beseitigt und im Vergleich zu Strömungsdämpfern (hydraulische Kolbendämpfer) einfacher und billiger herstellbar ist.The object of the invention is the development of a vibration damper, which eliminates the disadvantages of known material dampers and compared to flow dampers (hydraulic piston damper) is easier and cheaper to produce.

Explanation of the essence of the invention

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, gegenüber bekannten Stoffdämpfern eine geringere Beeinflussung der Federelemente bei gleichzeitiger Dämpfung von vertikalen und horizontalen Schwingungen, besseres Langzeitverhalten sowie verringerten Einsatz an Dämpfungsmedium unter Beibehaltung des einfachen Aufbaus und kostengünstiger Herstellung zu erreichen.The invention has the task to achieve over known fabric dampers less influence of the spring elements with simultaneous damping of vertical and horizontal vibrations, better long-term behavior and reduced use of damping medium while maintaining the simple structure and cost-effective production.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen relativ zueinander bewegten säulenförmigen Dämpfungskörpern, die wechselweise am schwingenden Bauteil und an der festen Unterlage parallel zueinander befestigt sind, ein hochviskoses Dämpfungsmedium vorhanden ist, welches auf Grund der Scherbeanspruchung bei Relativbewegungen der säulenförmigen Dämpfungskörper untereinander eine dieser Bewegung entgegengerichtete Dämpfungskraft erzeugt.This object is achieved in that between relatively moving columnar damping bodies which are mounted alternately on the oscillating component and the fixed base parallel to each other, a highly viscous damping medium is present, which due to the shear stress in relative movements of the columnar damping body with each other one of this movement generates opposing damping force.

Die am schwingenden Bauteil befestigten Dämpfungskörper können entweder fluchtend neben den an der festen Unterlage befestigten Dämpfungskörpern stehen, oder, falls große Relativbewegungen in allen drei Raumrichtungen ermöglicht werden müssen, seitlich versetzt dazu stehen.The damping body attached to the oscillating component can either stand in alignment with the damping bodies attached to the fixed base, or, if large relative movements must be made possible in all three spatial directions, laterally offset thereto.

Wichtig für die einwandfreie Funktion des Dämpfers ist die Einhaltung bestimmter Bemessungsverhältnisse der Dämpfungskörper.Important for the proper functioning of the damper is compliance with certain design ratios of the damping body.

Der Abstand zwischen den Dämpfungskörpern muß kleiner als ¹A der wirksamen Höhe der Dämpfungskörper und die Querschnittsfläche der Dämpfungskörper muß kleiner als Viο der wirksamen Oberfläche der Dämpfungskörper sein.The distance between the damping bodies must be less than ¹ A of the effective height of the damping body and the cross-sectional area of the damping body must be smaller than Viο the effective surface of the damping body.

Die Verdrängerwirkung der in das Dämpfungsmedium eintauchenden Dämpfungskörper wird von einer Schicht eines elastischen, kompressiblen Materials kompensiert.The displacement effect of the damping body immersed in the damping medium is compensated by a layer of an elastic, compressible material.

Dieses Material ist im Dämpfer so angeordnet, daß die Stirnflächen der eintauchenden Dämpfungskörper soweit in die Schicht eingedrückt sind, wie die größte auftretende Schwingwegamplitude beträgt und somit bei vertikalen Bewegungen kein Dämpfungsmedium verdrängen.This material is arranged in the damper so that the end faces of the immersed damping body are pressed into the layer as far as the largest occurring vibration displacement amplitude and thus displace no damping medium in vertical movements.

Die Oberfläche (Mantelfläche) der säulenförmigen Dämpfungskörper kann glatt oder profiliert sein. Eine profilierte Oberfläche verhindert vor allem bei großen Schwingwegamplituden ein Abreißen bzw. Gleiten des Dämpfungsmediums am Dämpfungskörper.The surface (lateral surface) of the columnar damping body can be smooth or profiled. A profiled surface prevents tearing off or sliding of the damping medium on the damping body, especially in the case of large oscillation travel amplitudes.

Auf Grund der im Verhältnis zum Volumen großen Oberfläche des Dämpfungsmediums kann die entstehende Wärme über die Dämpfungskörper gut abgeleitet werden, so daß eine größere Viskositätsverringerung des Dämpfungsmediums vermiedenDue to the large volume in relation to the surface of the damping medium, the heat generated by the damping body can be well derived, so that a greater reduction in viscosity of the damping medium avoided

Infolge der Scherbeanspruchung des Dämpfungsmediums wird die vom Dämpfungsmedium erzeugte Federkraft im Verhältnis zur Dämpfungskraft vernachlässigbar klein, so daß eine Versteifung der jeweiligen Feder-Dämpfer-Kombination nicht mehr auftritt.Due to the shear stress of the damping medium, the spring force generated by the damping medium in relation to the damping force is negligible, so that a stiffening of the respective spring-damper combination no longer occurs.

Durch eine Änderung der Größe der wirksamen Oberfläche der Dämpfungskörper, welche durch Veränderung der Menge des eingesetzten Dämpfungsmediums erreicht wird, ist die Dämpfungswirkung für einen gegebenen Dämpfer in bestimmten Grenzen einstellbar.By changing the size of the effective surface of the damping body, which is achieved by changing the amount of damping medium used, the damping effect for a given damper within certain limits adjustable.

embodiment

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment.

Fig. 1: zeigt einen Dämpfer mit gegenüberliegenden säulenförmigen Dämpfungskörpern mit rechteckigem Querschnitt Fig. 2: ist ein Schnitt bei A-A durch diesen Dämpfer. InFig. 1: shows a damper with opposite columnar damping bodies with rectangular cross section Fig. 2: is a section at A-A through this damper. In

Fig. 3: ist ein Dämpfer mit versetzten Dämpfungskörpern mit rundem Querschnitt und in Fig.4: ein Schnitt bei A-A durch den Dämpfer dargestellt.Fig. 3: is a damper with staggered damping bodies with a round cross section and in Figure 4: a section at A-A represented by the damper.

Anden mit dem schwingenden Bauteil 1, Fig. 1 bzw. mit der festen Unterlage 2 verbundenen Auflageplatten 3 und 4 sind säulenförmige Dämpfungskörper 5 und 6 mit rechteckigem Querschnitt befestigt. Außerdem befindet sich auf der unterenAnden with the oscillating member 1, Fig. 1 or with the fixed base 2 connected support plates 3 and 4 columnar damping body 5 and 6 are fixed with a rectangular cross-section. Also located on the bottom

Auflageplatte 4 noch das mit dem Dämpfungsmedium 7 gefüllte Gehäuse 8. Bei einer in den Dämpfer eingeleiteten Schwingbewegung in den beiden möglichen Bewegungsrichtungen 9 und 10 werden die Dämpfungskörper 5 relativ zu den Dämpfungskörpern 6 bewegt. Das zwischen den Dämpfungskörpern 5 und 6 befindliche Dämpfungsmedium 7 erzeugt eine diesen Bewegungen entgegengerichtete Dämpfungskraft.Support plate 4 is still filled with the damping medium 7 housing 8. When introduced into the damper rocking motion in the two possible directions of movement 9 and 10, the damping body 5 are moved relative to the damping bodies 6. The damping medium 7 located between the damping bodies 5 and 6 generates a damping force directed counter to these movements.

Die Dämpfung von Schwingungen in vertikalerund in beiden horizontalen Richtungen ermöglicht die Ausführung nach Fig. 3. Dabei sind die Dämpfungskörper 5 und 6 mit rundem Querschnitt so gegeneinander versetzt, daß Relativbewegungen in den Richtungen 9,10 und 11 möglich werden. Zur Vermeidung der Verdrängerwirkung der Dämpfungskörper 5 bei Bewegungen in Richtung 9 ist innerhalb des Gehäuses 8 auf der unteren Auflageplatte 4 eine Schicht aus elastischem, kompressiblem Material 12 so angeordnet, daß die freien Stirnflächen der Dämpfungskörper 5 einige Millimeter tief in die Schicht 12 eingedrückt sind. Die Schichtdicke des elastischen, kompressiblen Materials 12 ist so bemessen, daß die horizontalen Bewegungen der Dämpfungskörper 5 durch Schubverformung dieses Materials gewährleistet werden, so daß keine Gleitbewegungen zwischen Dämpfungskörper 5 und der Schicht 12 auftreten.The damping of vibrations in vertical and in both horizontal directions allows the embodiment of FIG. 3. In this case, the damping body 5 and 6 are offset from each other with circular cross-section so that relative movements in the directions 9,10 and 11 are possible. To avoid the displacement effect of the damping body 5 in movements in the direction 9, a layer of elastic, compressible material 12 is disposed within the housing 8 on the lower support plate 4 so that the free end faces of the damping body 5 are pressed a few millimeters deep into the layer 12. The layer thickness of the elastic, compressible material 12 is dimensioned so that the horizontal movements of the damping body 5 are ensured by shear deformation of this material, so that no sliding movements between the damping body 5 and the layer 12 occur.

Die Oberfläche der Dämpfungskörper 5 und 6 kann sowohl glatt als auch profiliert sein. Außer Rechteck- und Kreisquerschnitt können die säulenförmigen Dämpfungskörper auch beliebige andere Querschnittsformen aufweisen.The surface of the damping body 5 and 6 can be both smooth and profiled. Except rectangular and circular cross section, the columnar damping body can also have any other cross-sectional shapes.

Claims

Entitlement to the invention: *

1. Vibration damper for damping mechanical vibrations of elastically mounted machines, equipment and installations, characterized in that columnar damping body (5, 6) alternately with the upper support plate (3) on the vibrating component (1) and the lower support plate (4) anderfesten Pad (2) are mounted parallel to each other and that there is a known high-viscosity damping medium (7) between them.

2. Vibration damper according to item 1, characterized in that the at the upper support plate (3) fixed damping body (5) and attached to the lower support plate (4) damping body (6) are aligned in at least one horizontal spatial direction next to each other.

3. Vibration damper according to item 1, characterized in that the damping body (5, 6) are arranged laterally offset side by side.

4. Vibration damper according to item 1, characterized in that the cross-sectional area of the damping medium immersed in the damping body is smaller than Vio of the damping medium located in the surface of these damping body and that the distance between the damping bodies is less than ¹ A of the immersion depth of the damping medium immersed in the damping body ,

5. Vibration damper according to item 1, characterized in that the surface of the damping body (5,6) is smooth or profiled.

6. Vibration damper according to item 1, characterized in that on at least one support plate (4) an elastic, compressible material (12, Fig. 3) is arranged so that the end faces of the damping body 5 are pressed into this material.

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