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Technisches Fachgebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung, die auf einer zu einer Maschinenkonstruktion gehörenden, rotierenden Welle angeordnet ist, sowie auf ein Verfahren zur Dämpfung von Vibrationen in einer Maschinenkonstruktion, die von einer rotierenden Welle herrühren.
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Hintergrund der Erfindung
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Vibrationen in rotierenden Wellen in Maschinenkonstruktionen, z. B. Haupt- und Vorgelegewellen, die infolge von Unwucht in der Lagerung der Welle auftreten und sich auf den Körper der Konstruktion fortpflanzen, bewirken häufig störende Geräusche und Abnutzung, was in einer kürzeren Lebensdauer resultiert. Dies gilt insbesondere für Vibrationen mit zusammenfallenden Eigenfrequenzen. Zur Vermeidung dieser Probleme kann man für die Wellenaufhängung Werkstoff(e) wählen, durch die diese nachgiebiger oder steifer wird und damit diese Eigenfrequenzen vermieden werden. Derartige Maßnahmen sind jedoch mit Nachteilen verbunden. In der Regel ist eine nachgiebigere Konstruktion weniger haltbar, und bei einer steiferen Konstruktion besteht die Notwendigkeit, besondere Werkstoffe zu benutzen, die meistens sehr kostenintensiv sind. Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, die störenden zusammenfallenden Eigenfrequenzen nach Möglichkeit durch die Erzeugung von Schwingungen mit gleichen, jedoch gegenphasigen Frequenzen auszudämpfen.
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Eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 059 101 A1 bekannt, welches ein Antriebssystem beschreibt. Die Schwingungsdämpfungsvorrichtung umfasst einen um eine Drehachse drehbaren Auslenkungsmassenträger und eine Auslenkungsmasse, die bezüglich des Auslenkungsmassenträgers verlagerbar ist.
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DE 1 292 451 offenbart einen dynamischen Drehschwingungsdämpfer mit Fliehkraftpendeln, bei dem die Pendelmassen über je zwei Rollen an einem Träger pendelnd aufgehängt und in einem dicht abgeschlossenen, Öl enthaltenden Gehäuse angeordnet sind.
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DE 10 039 640 A1 offenbart ein Gegengewicht für den Massenausgleich von Motorkurbelwellen. Das Gegengewicht enthält eine fluiddicht geschlossene Arbeitskammer, in der eine Sekundärmasse konzentrisch zur Wellenachse geführt ist. Die verbleibenden Spalte zwischen Kammerwänden und Sekundärmasse sind mit einem viskosen Dämpfungsmedium gefüllt.
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Aus dem Dokument
US 2,636,399 A ist ferner eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung mit einer flüssigkeitsdichten Kammer bekannt, die eine in der Kammer angeordnete Trägheitsmasse sowie ein Dämpfungsfluid umfasst. Eine gummielastische Federanordnung verbindet die Trägheitsmasse mit einem Gehäuse der Vibrationsvorrichtung.
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DE 41 10 845 A1 beschreibt einen Torsionsdämpfer, der eine auf einer Welle angeordnete Nabe und einen über Gummipolster mit der Nabe verbundenen Dämpfungsring aufweist. Zwischen der Nabe und dem Dämpfungsring ist ein Raum ausgebildet, in dem eine viskose Flüssigkeit aufgenommen ist.
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DE 18 17 244 A offenbart einen Schwingungsdämpfer mit einer Trägheitsmasse und einer zwischen einem Gehäuse und der Trägheitsmasse vorgesehenen elastischen Abstimmfeder. Ein Kupplungsmittel zum Hintereinanderschalten der Trägheitsmasse und des Gehäuses umfasst eine viskose Dämpfungsschicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge darin, eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung zu erhalten, die Vibrationen in zu Maschinenkonstruktionen gehörenden, rotierenden Wellen dämpft und auf diese Weise verhindert, dass sich Vibrationen auf Rumpfkonstruktionen fortpflanzen und störende Geräusche sowie einen Verschleiß der Konstruktion verursachen.
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Die Aufgabe wird jeweils durch eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erfüllt, dass die Vibrationsdämpfungsvorrichtung einen Flansch mit zumindest einer Aussparung aufweist sowie einen in jeder Aussparung radial beweglich angeordneten und mit geringerer Ausbreitung als die Aussparung ausgeführten Dämpfungskörper, ein in der Aussparung und radial innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnetes Dämpfungsmedium sowie eine in der Aussparung radial außerhalb des Dämpfungskörpers angeordnete und den radialen Bewegungen des Dämpfungskörpers entgegenwirkende Federanordnung.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird dieser Zweck dadurch erfüllt, dass die Vibrationsdämpfungsvorrichtung zumindest ein zur Anordnung auf dem Steg eines auf der Welle angeordneten Zahnrades vorgesehenes Gehäuse umfasst, wobei das Gehäuse zumindest auf den nicht gegen den Zahnradsteg anliegenden Seiten einen radial beweglichen, mit radial kleinerer Ausdehnung als das Gehäuse ausgeführten Dämpfungskörper sowie ein im Gehäuse radial innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnetes Dämpfungsmedium umfasst.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird der Zweck dadurch erfüllt, dass auf der Welle ein Flansch mit zumindest einer Aussparung angeordnet wird; dass in jeder Aussparung radial beweglich ein Dämpfungskörper mit radial kleinerer Ausdehnung als die Aussparung angeordnet wird; dass in der Aussparung ein Dämpfungsmedium radial innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnet wird; dass die Größe und/oder Form der Aussparung und des Dämpfungskörpers, das Spiel zwischen Aussparung und Dämpfungskörper, die Viskosität des Dämpfungsmediums und/oder die Masse des Dämpfungskörpers so abgestimmt werden, dass die radiale Bewegung des Dämpfungskörpers in der Aussparung gegenphasig zu in der Welle auftretenden Vibrationen ist.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform dieses zweiten Aspekts der Erfindung wird der Zweck dadurch erfüllt, dass auf dem Steg eines auf der Welle angeordneten Zahnrads zumindest ein Gehäuse angeordnet ist; dass in jedem Gehäuse ein Dämpfungskörper von kleinerer radialer Ausdehnung als das Gehäuse angeordnet ist; dass im Gehäuse ein Dämpfungsmedium radial innerhalb des Dämpfungskörpers angeordnet ist; dass die Größe und/oder Form des Gehäuses und des Dämpfungskörpers, das Spiel zwischen Gehäuse und Dämpfungskörper, die Viskosität des. Dämpfungsmediums und/oder die Masse des Dämpfungskörpers so abgestimmt werden, dass die radiale Bewegung des Dämpfungskörpers in der Aussparung gegenphasig zu in der Welle auftretenden Vibrationen ist.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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3 zeigt eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Vibrationsdämpfungsvorrichtung 1, angeordnet auf einer drehbaren Welle 2, dargestellt. Die Vibrationsdämpfungsvorrichtung 1 umfasst einen scheibenförmig, radial auf der Welle angeordneten Flansch 3, in dem eine Aussparung 4 angeordnet ist. Die Aussparung 4 ist ringförmig, und darin angeordnet ist ein ebenfalls ringförmiger Dämpfungskörper 5. Der Dämpfungskörper 5 weist radial eine solche Ausdehnung auf, dass er mit einem geringen Spiel in der Aussparung 4 Platz hat. Seine Ausdehnung in radialer Richtung ist kleiner als die der Aussparung 4, so dass bei einer Zentrierung des Dämpfungskörpers 5 in der Aussparung im Verhältnis zur Längsachse der Welle 2 ein radial innerhalb des Dämpfungskörpers liegender, erster ringförmiger Raum 6 entsteht. Dieser Raum 6 ist vorzugsweise mit einem Dämpfungsmedium 7 gefüllt, z. B. mit Öl von einem zur Maschinenkonstruktion gehörenden, zentralen Ölsystem oder einer einmaligen Hydraulikölfüllung. Das Spiel entlang der radialen Seiten des Dämpfungskörpers 5 und der Aussparung 4 wird durch die Kapillarwirkung mit einem Film aus Dämpfungsmedium gefüllt. Eine Federanordnung umfasst einen zweiten ringförmigen Raum 8, der radial außerhalb des Dämpfungskörpers 5 entsteht und in dem ein Ring 9 aus geschäumtem Kautschuk oder Kunststoff angeordnet ist. Der Ring 9 ist kompressibel, wodurch sich der Dämpfungskörper 5 radial bewegen und aus der zentrischen Stellung verschoben werden kann.
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In 2 und 3 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Vibrationsdämpfungsvorrichtung 1 ist hier auf beiden Seiten des Stegs eines auf der Welle 2 angeordneten Zahnrads 11 angeordnet. Die Vibrationsdämpfungsvorrichtung 1 besteht in diesem Fall aus zwei Dämpfungskörpern 5, die in je einem Gehäuse 12 auf je einer Seite des Zahnradstegs angeordnet sind. Der Dämpfungskörper 4 weist in diesem Fall eine solche Ausdehnung auf, dass er mit geringem Spiel in einem durch das Gehäuse 12 und dem Zahnradsteg begrenzten Raum Platz hat. In radialer Richtung ist seine Ausdehnung geringer als dieser Raum, und es wird ein ringförmiger Raum radial innerhalb des Dämpfungskörpers 5 gebildet. Dieser Raum ist vorzugsweise mit einem Dämpfungsmedium 7, z. B. Öl von einem zur Maschinenkonstruktion gehörenden zentralen Ölsystem, wie in 2 dargestellt, oder einer einmaligen Hydraulikölfüllung, wie in 3 dargestellt, gefüllt. Das zentrale Ölsystem versorgt den Raum mit Öl über Bohrungen 13. Das Spiel entlang der radialen Seiten des Dämpfungskörpers 5, dem Gehäuse 12 und dem Zahnradsteg wird durch die Kapillarwirkung mit einem Film aus Dämpfungsmedium gefüllt. Eine Federanordnung umfasst einen zweiten ringförmigen Raum 8, der radial außerhalb des Dämpfungskörpers 5 entsteht und in dem ein Ring 9 aus geschäumtem Kautschuk oder Kunststoff angeordnet ist. Der Ring 9 ist kompressibel, wodurch sich der Dämpfungskörper 5 radial bewegen und aus der zentrischen Stellung verschoben werden kann.
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Die Erfindung funktioniert auf folgende Weise: Wenn die Welle 2 ausschwingt, strebt der Dämpfungskörper 5 bedingt durch seine Trägheit danach, in seiner Stellung zu verbleiben. Durch die Kompressibilität des Rings 9 wird der Dämpfungskörper 5 aus seiner zentrischen Stellung gebracht. Wenn nun die Welle 2 in die entgegen gesetzte Richtung ausschwingt, wird die Bewegung des Dämpfungskörpers 5 verspätet mitschwingen. Demzufolge kann, indem die Gestaltung und die Abmessungen des Dämpfungskörpers 5, das Spiel zwischen den Reibflächen, die Viskosität des Öls, das Gewicht der Schwungmasse usw. angepasst werden, der Dämpfungskörper zum Schwingen angeregt werden, wobei dieses Schwingen gegenphasig ist zu den kritischen Schwingungen der Welle, für die eine Schwingungsdämpfung durchzuführen ist.
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Die Bewegung des Dämpfungskörpers 5 wird durch den dünnen Ölfilm beeinflusst, der dessen radialen Flächen von den radialen Flächen der Aussparung 4 trennt, wobei die Reibung abhängig ist von der Viskosität des Öls. Eine Flüssigkeit mit höherer Viskosität verzögert die Bewegung des Dämpfungskörpers im Verhältnis zur Bewegung der Welle und dämpft dadurch niedrigfrequentere Vibrationen. Die Federanordnung hat die Aufgabe, den Dämpfungskörper 5 zurück in die zentrierte Stellung in der Aussparung zu bringen.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ist nicht auf einen ringförmigen Dämpfungskörper 5 beschränkt. Statt dessen kann eine Mehrzahl von Dämpfungskörpern 5 in einer entsprechenden Mehrzahl von Aussparungen 4 entlang dem Umkreis des Flansches angeordnet werden. Die Dämpfungskörper können in diesem Fall einander gleich oder zueinander unterschiedlich gestaltet werden. Eine unterschiedliche Gestaltung der Dämpfungskörper kann mit sich führen, dass man die Dämpfungsanordnung derart anpassen kann, dass man mehrere kritische Frequenzen dämpfen kann. Die Dämpfungskörper können dann auf entsprechende Weise wie bei der Ausführungsform mit einem ringförmigen Dämpfungskörper angepasst werden, indem die Gestaltung und die Abmessungen des Dämpfungskörpers 5, das Spiel zwischen den Reibflächen, die Viskosität des Öls, das Gewicht der Schwungmasse usw. angepasst werden. Als Dämpfungsmedium 7 kann anstelle von Öl eine andere viskose Flüssigkeit mit entsprechenden gewünschten Eigenschaften verwendet werden. Die Konstruktion der Federanordnung ist eben so wenig auf einen kompressiblen Ring 9 beschränkt, sondern kann unter bekannten Federkonstruktionen gewählt werden, die von den Eigenschaften und der Konstruktion her geeignet sind. Darüber hinaus kann die Erfindung auch ohne die Federanordnung und den zweiten ringförmigen Raum funktionieren.
