DE10233023B3

DE10233023B3 - Schwingungsisolator

Info

Publication number: DE10233023B3
Application number: DE2002133023
Authority: DE
Inventors: Süleymann Dr.-Ing. Güney
Original assignee: ISOLOC SCHWINGUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: ISOLOC SCHWINGUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 2002-07-20
Filing date: 2002-07-20
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-07-21

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsisolator mit einem Isolierteil (1), der mindestens einen Elastomerkörper (1.1) aufweist. Vielfältige Einsatzmöglichkeiten bei günstigem Aufbau ergeben sich dadurch, dass der Isolierteil (1) eine mit dem mindestens einen Elastomerkörper (1.1) zusammenwirkende Stahlfederanordndung (1.2) umfasst (Fig.).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsisolator mit einem zwischen zwei plattenförmigen Halteelementen angeordneten Isolierteil, der mindestens einen Elastomerkörper und eine mit diesem zusammenwirkende Stahlfederanordnung aufweist, wobei die zwei Halteelemente in einem unbelasteten Grundzustand parallel zueinander ausgerichtet sind.
Ein derartiger Schwingungsisolator geht aus der DE 199 58 928 A1 hervor. Bei diesem bekannten Schwingungsisolator sind zwischen zwei plattenartigen Halteelementen, auf denen z.B. eine Maschine gegenüber einem Unterbau gelagert ist, Schraubenfedern angebracht, in die auf den einander zugekehrten Plattenseiten befestigte Führungselemente aus elastomerem Material unter Freilassen eines Spalts an deren zugekehrten freien Enden eingesetzt sind. Die Führungs elemente haben einen Außendurchmesser, der etwa gleich oder geringfügig größer ist als der Innendurchmesser der Schraubenfedern, um auf diese Weise sicherzustellen, dass die Führungselemente ein sanftes Gleiten der einzelnen Schraubenwindungen der Federschrauben entlang des Außenumfangs der Führungselemente gewährleisten und beim Auftreten von Federeigenschwingungen, welche die Körperschallisolation von Federn verschlechtern, diese bedämpfen. Diese Art der Dämpfung, die mit einer Reibung einhergeht, führt dazu, dass der Isolator nicht linear ist und damit keine Eigenfrequenz besitzt, sondern nur eine Schwingfrequenz, die amplitudenabhängig ist. Dadurch wird der Verstärkungs- und Isolationsbereich verändert. Solche Isolatoren sind in der Praxis immer problematisch, da die Amplituden einer auf solchen Elementen gelagerten Maschine verschieden sind. Auch ist der Verschleiß bei solchen Isolatoren relativ groß. Zudem ist die über die Reibung erreichte Dämpfung relativ klein. Da auch die Schraubenfeder praktisch keine Materialdämpfung (in der Regel ca. 0,2 %) hat, hat ein solcher Aufbau eines Isolators für viele Anwendungsfälle eine unzureichende Dämpfung.
Bei einem in der JP 2000205333 A gezeigten weiteren Schwingungsisolator ist zwischen einem zylinderförmigen Oberteil und einem darin gleitend gelagerten zylinderförmigen Innenteil zur Schwingungsisolierung eine Anordnung aus einem zentralen zylinderförmigen viskosen elastischen Körper 11 und einer diesen umgebenden Schraubenfeder angebracht. Zwischen den in nur einer Raumrichtung ineinander verschiebbaren Teilen, werden entsprechend nur Schwingungen in einer Raumrichtung bedämpft. Dabei ist auch dieser Isolator in Folge der Reibung stark nichtlinear und besitzt keine Eigenfrequenz, sondern eine Schwingfrequenz, die von der Amplitude abhängt. Dieser Isolator ist in seinen Isolationseigenschaften insbesondere auch im Hinblick auf seine räumliche Wirksamkeit wesentlich eingeschränkt und für viele Verwendungszwecke ungünstig. _ Bei einem in der DE 29 03 765 A1 angegebenen weiteren Schwingungsisolator ist in einem relativ kompliziert aufgebauten zweiteiligen Körper zentral eine Schraubenfeder angeordnet, die von mehreren V-förmig zueinander angeordneten Federelementen beispielsweise aus Gummimaterial umgeben ist. Hierbei ist der Aufbau so ausgelegt, dass die Wirkungsweise der Schraubenfeder verbessert wird, so dass z.B. ein hartes Aufstoßen eines Schiffsantriebsmotors in seiner Lagerung vermieden ist. Die Schraubenfeder in Form der zentralen Lagerungsfeder an sich ist für eine Eigenfrequenz von vorzugsweise 3 Hz ausgelegt. Jedoch wird die Eigenfrequenz aufgrund der schräg angeordneten Gummis vergrößert, wobei diesbezüglich keine näheren Angaben gemacht sind.
Ein weiterer Schwingungsisolator in Form einer schwingungsdämpfenden Montageverbundplatte aus Polymeren mit schwingungsdämpfenden Zwischenschichten ist in der DE 42 13 656 A1 angegeben.
Allgemein können mit derartigen Schwingungsisolatoren beispielsweise Maschinenteile schwingungsgedämpft gelagert werden. Je nach Art der Maschine oder äußerer Schwingungen, gegen die ein Gegenstand abzuschirmen ist, können sich sehr unterschiedliche Schwingungsbelastungen und Anforderungen an ihre Beseitigung ergeben, die in ihrer ganzen Vielfalt mit einem derartigen Schwingungsisolator unzureichend zu erfüllen sind.
In der WO 97/21046 ist zum Erniedrigen der Resonanzfrequenz und der Amplitude von Schwingungen eines Gegenstandes ein Schwingungsisolator mit viskoelastischem Element angegeben. Dieser Schwingungsisolator wirkt auf grund seines Aufbaus im Wesentlichen nur in einer Raumrichtung schwingungsdämpfend, wodurch die Verwendungsmöglichkeiten ebenfalls eingeschränkt sind.
In der DE 34 24 338 A1 ist ein viskoser Dämpfer mit konischem Stempelrohr gezeigt, wobei außerhalb eines Dämpfergehäuses Federn verlaufen, die das schwingende Objekt tragen. Ein derartiger Aufbau ist relativ kompliziert und für viele Einsatzfälle ungünstig. Bei viskosen Dämpfern besteht außerdem die Gefahr, dass die Federn bei Überschreitung zulässiger Beanspruchungen reißen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsisolator der eingangs genannten Art bereit zu stellen, der bei möglichst einfachem, gut handhabbarem Aufbau vielfältige Einsatzmöglichkeiten bietet.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die zwei Halteelemente mittels Haltemittel ohne oder mit Vorspannung zusammengehalten sind. Der mindestens eine Elastomerkörper erstreckt sich über den gesamten Abstand zwischen den Halteelementen und besitzt eine Eigenfrequenz zwischen 4 Hz und 40 Hz, die mittels der Stahlfederanordnung auf einen Bereich zwischen 1 Hz und 5 Hz herabgesetzt wird. Mit diesen Maßnahmen ergibt sich ein kompakter, gut handhabbarer Aufbau mit tiefen Eigenfrequenzen, und einer vorteilhaften Wirksamkeit in allen Raumrichtungen und für vielfältige Einsatzzwecke, wobei die statischen und dynamischen Isolationseigenschaften des mindestens einen Elastomerkörpers durch die darauf abgestimmte Verwendung der Stahlfederanordnung verbessert werden, und wobei sich ein hoher Dämpfungsgrad und eine hohe Verschleißfestigkeit ergeben. Ein Körperschalleinbruch tritt nicht auf. Der Isolator hat definierte vertikale und horizontale Eigenfrequenzen. Durch die Verwendung der Stahl federanordnung wird eine vorteilhafte Lastaufnahmefähigkeit des mindestens einen Elastomerkörpers erreicht, und zudem werden vorteilhaft tiefe Eigenfrequenzen erhalten.
Die Einsatzmöglichkeiten reichen dabei von der Unterdrückung von Schwingungen, die von unterschiedlichen Maschinen, Geräten oder Anlagen ausgehen (Quellenisolation) bis zur Reduzierung von auf Maschinen, Geräte, Anlagen oder auch Bauwerke wirkenden Bodenschwingungen (Empfängerisolation). Die Stahlfedern, insbesondere Schraubenfedern, sind in allen Raumrichtungen elastisch und können hinsichtlich ihrer Längs- und Quersteifigkeit nach Normen mit den Materialeigenschaften und ihren Abmessungen relativ einfach ermittelt werden. Die geringe Materialdämpfung der Stahlfedern wird durch die Verwendung des Elastomerkörpers ausgeglichen, der gleichzeitig Feder- und Dämpfungseigenschaften besitzt, wobei jedoch dessen Lagerungseigenfrequenz im Allgemeinen mehr als 10 Hz beträgt.
Durch geeignete Mischung kann die Dämpfung der Elastomere in weiten Grenzen (bis zu 40 %) variiert werden. Die bei großer Dämpfung an sich besonders kritischen Kriecheigenschaften der Elastomere fallen bei dem Schwingungsisolator in Folge der Wirkung der Stahlfederanordnung praktisch kaum ins Gewicht. Vorteilhaft ist auch die mit dem Schwingungsisolator erreichte geringe dynamische Amplitude des elastisch gelagerten Objektes.
Der Aufbau und die Handhabung werden dadurch begünstigt, dass der Isolierteil zwischen zwei plattenartigen Halteelementen angeordnet ist.
Für die Einstellung der Isoliereigenschaften kann dabei vorteilhaft sein, dass nur die Stahlfederanordnung vorgespannt ist.
Ist vorgesehen, dass an den einander zugekehrten Seiten der plattenartigen Halteelemente gegeneinander gerichtete Stäbe befestigt sind, die an ihren gegeneinander gerichteten freien Enden mit einem Ring versehen und ineinander gehängt sind, so wird ein definierter Aufbau erhalten, bei dem die Schwingungsamplitude durch die Größe der Ringe begrenzt ist. Die Abstimmung ist dabei vorteilhafterweise derart, dass bei statischer Belastung die Verbindungen über die Ringe frei liegen, so dass die dynamische Amplitude maximal dem Radius eines Ringes entspricht.
Eine für den Aufbau weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass mindestens eine Feder der Stahlfederanordnung in einer Aussparung des Elastomerkörpers angeordnet ist.
Mit den weiteren Maßnahmen, dass der Elastomerkörper parallel zu seiner den plattenartigen Elementen zugekehrten Oberseite aus mehreren miteinander verbundenen Schichten aufgebaut ist, lassen sich weitere Abstimmungen auf jeweilige Einsatzfälle vornehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Die Fig. zeigt einen in Draufsicht z.B. quadratischen, rechteckigen oder runden Schwingungsisolator mit einem zwischen einer Grundplatte 2 und einer Oberplatte 3 aufgenommenen Isolierteil 1, das aus mindestens einem Elastomerkör per 1.1 und einer in einer darin vorgesehenen Aussparung 1.3 eingesetzten und an der Grundplatte 2 und der Oberplatte 3 befestigten Stahlfeder 1.2 besteht. Die Grundplatte 2 und die Oberplatte 3 können auf ihren Außenseiten Befestigungselemente, beispielsweise Schraubverbindungen 6, zum Anbringen an dem zu dämpfenden Gegenstand und einer Lagervorrichtung aufweisen. Auf den einander zugekehrten Seiten der Grundplatte 2 und der Oberplatte 3 sind außerdem mehrere, z.B. jeweils vier Stäbe 4 angebracht, die sich mit ihren freien Enden unter einem Abstand entgegenstehen und mit ineinander greifenden Ringen 5 versehen sind.
Die Federanordnung kann mehrere Stahlfedern 1.2 aufweisen. Der Elastomerkörper 1.1 kann insbesondere parallel zu den ebenfalls parallel ausgerichteten Platten 2, 3 geschichtet aus Elastomermaterialien unterschiedlicher Elastizität und Dämpfung aufgebaut sein, wobei die einzelnen Schichten miteinander verbunden sind. Auch kann mittels weiterer Schrauben eine gewünschte Vorspannung einstellbar sein, wodurch ebenfalls die Eigenfrequenz des Elastomerkörpers an sich z.B. zwischen 4 Hz und 40 Hz variiert werden kann. Mittels der Stahlfedern 1.2, insbesondere Schraubenfedern, lässt sich die Eigenfrequenz weiter z.B. in den Bereich zwischen 0,5 Hz und 5 Hz, insbesondere 1 Hz und 5 Hz, herabsetzen. Die Stahlfedern sind in allen Raumrichtungen elastisch, wobei die Längs- und Quersteifigkeit nach der Norm mit den Materialeigenschaften und ihren Abmessungen ermittelt werden kann.

Claims

Schwingungsisolator mit einem zwischen zwei plattenförmigen Halteelementen (2, 3) angeordneten Isolierteil (1), der mindestens einen Elastomerkörper (1.1) und eine mit diesem zusammenwirkende Stahlfederanordnung (1.2) aufweist, wobei die zwei Halteelemente (2, 3) in einem unbelasteten Grundzustand parallel zueinander ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Halteelemente (2, 3) mittels Haltemittel ohne Vorspannung oder mit Vorspannung zusammengehalten sind, dass die Eigenfrequenz des mindestens einen sich über den Abstand zwischen den Halteelementen (2, 3) erstreckenden Elastomerkörpers (1.1) zwischen 4 Hz und 40 Hz liegt und dass mittels der Stahlfederanordnung (1.2) die Eigenfrequenz des Isolierteils (1) zwischen 1 Hz und 5 Hz herabgesetzt ist.
Schwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Stahlfederanordnung (1.2) vorgespannt ist.
Schwingungsisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an den einander zugekehrten Seiten der plattenartigen Halteelemente (2, 3) gegeneinander gerichtete Stäbe (4) befestigt sind, die an ihren gegeneinander gerichteten freien Enden mit einem Ring (5) versehen und ineinander gehängt sind.
Schwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Feder (1.2) der Stahlfederanordnung in einer Aussparung (1.3) des Elastomerkörpers (1.1) angeordnet ist.
Schwingungsisolator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (1.1) parallel zu seiner den plattenartigen Elementen (2, 3) zugekehrten Oberseite aus mehreren miteinander verbundenen Schichten aufgebaut ist.