DE1067263B - - Google Patents

Description

SchwiiigungssystonN·. z. I>. soliwingiingstochnische

Maschinciigründuiigcn, müssen vielfach gedämpft werden, um die licwcgungsamplitudcn oder die Kraftwirkungen zu vermindern. I Iierliei treten meist Schwierigkeiten insofern auf, als hohe Schwingenergien bei nur sehr kleinen Amplituden aufgenommen werden müssen, und aul.ienlem sind die Frequenzen und Geschwindigkeiten der Schwingungsvorgänge niedrig. Ks inüssen daher für solche mechanischen Schwingungsyslenie Diiinpfuiigsgeratc verwendet werden, die es gestatten, hei kleinen Amplituden große Hfissigkcitsmcngen mit hohem Druck und hoher Cieschwindigkeit auf langen Strecken durch enge Durchström<|nersehnitte in beiden Schwingungsrichtungen zu treiben.

Die bisher verwendeten Indiaulischen Dämpfungsgeräte sind vornehmlich lür große Amplituden von "iiiigen Zentimetern (Kahrzcugdämpfcr u. ä.) entwickelt; Dämpfer nach dem leinen Viskositätsprinzip haben bei kleinen Amplituden geringe Dämpfungsenergien, erwärmen sich sehr stark und verlieren dadurch ihre Wirksamkeit. Hohe Zähigkeit wirkt sich nur bei großen Amplituden aus.

Weiterhin besteht die Aufgabe darin, bei kleinen Amplituden Ilohlraumbildungen im dämpfenden Medium zu vermeiden, was nur bei Verwendung leichtflüssiger und gut adhäsiver Flüssigkeiten möglich ist.

Es ist bereits ein doppeltwirkender hydraulischer Schwingungsdämpfer für mechanische Schwingungsgebilde bekanntgeworden, bei dem zwei membrandosenartige, gegeneinander geschaltete hydraulische Kammern angeordnet sind, die unter Erzeugung hydraulischer Widerstands- und bzw. oder Förderungskräfte das Überströmen des hydraulischen Mittels aus der einen in die andere Kammer und umgekehrt ermöglichen. Zu diesem Zweck sind die plattenartigen Stirnwandungen der hydraulischen Kammern durch einen als Kolben wirkenden Abstandshalter fest miteinander verbunden, und die hydraulischen Kammern stehen durch einen zur Erzeugung der hydraulischen Widerstandskräfte dienenden engen Ringspalt miteinander in Verbindung, der zwischen der Außenfläche des kolbenförmigen Abstandshalters und mit einer diesen umfassenden gemeinsamen Mittelplatte der hydraulischen Kammern angeordnet ist.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist jedoch die Mittelplatte beweglich angeordnet und lediglich in der Stärke der Mittelplatte ein kurzer Ringkanal zwischen der Mittclplatte und dem als Rohr ausgebildeten Abstandshalter vorgesehen. Der kurze Ringspalt bietet auch nur einen geringen Strömungswiderstand und setzt die Anwendung eines flüssigen Aiediums hoher Viskosität voraus.

Doppeltwirkender hydraulischer
Schwingungsdämpfer für mechanische
Schwingungsgebilde

Anmelder:
Werner Genest

Ges. für Isolierungen m.b.H.,
Stuttgart-Degerloch, Löwenstr. 100

Dipl.-Ing. Helmut Hartz, Sindelfingen (Württ.),
ist als Erfinder genannt worden

Hinzu kommt, daß der bekannte Schwingungs dämpfer eine axial verschiebliche Mittelplatte auf weist, so daß eine Dämpfung erst erfolgt, wenn di verschiebliche Mittelplatte an einem Gummiring zu Anlage kommt. Dieser Dämpfer spricht daher nich sofort an, sondern die Dämpfungskraft tritt erst nac Verlagerung der Mittelplatte plötzlich und stoßarti; auf.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ei Schwingungsdämpfer dieser Art geschaffen werdet bei dem diese Nachteile vermieden sind und be kleinen Amplituden eine möglichst große Flüssigkeit= menge verdrängt und durch einen geringen Spaltquei schnitt auf langem Wege mit hoher Geschwindigkei und hohem Druck hindurchgeleitet wird, wodurc besonders hohe Strömungswiderstände erzeugt werdcr Demgemäß bestehen die wesentlichen Merkmale de Erfindung darin, daß die äußeren Stirnwandungen de hydraulischen Kammern starr und ihre Seitcnwandun gen elastisch ausgebildet sind und die gemeinsam Mittelplatte den Kolben unter Zwischenschaltun; eines Rohres umfaßt, das die Länge des Über Strömspaltes vergrößert.

Würde man demgegenüber normale Kolbendämpfe verwenden, so müßte der am Außenumfang de Kolbens mit der Zylinderwand gebildete Uberström querschnitt so eng gehalten werden, daß bei de kleinen Amplituden Anfressungserscheinungen auf treten würden, welche die Dämpfungswirkung nac' kurzer Betriebszeit herabsetzen. Würde dagegen de Uberströmquerschnitt so groß gewählt, daß keine An fressungserscheinungen auftreten können, so wäre de Uberströmquerschnitt am Kolbenumfang so groß, dal

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der erforderliche Überströmwiderstand nicht mehr vorhanden wäre; es müßte dann zäheres Öl verwendet werden, das aber bei der Energieumsetzung in Wärme seine Zähigkeit verliert.

Auch diese Schwierigkeiten werden dadurch vermieden, daß der wirksame Kolbendurchmesser beibehalten, der Zylinderdurchmesser aber stark verkleinert wird und mit einem inneren Kolbenrohr zusammen den engen Uberströmquerschnitt mit nur kleinem Durchmesser bildet. Hierzu ist es erforderlieh, die Außenwandung des Gerätes deformierbar zu gestalten, um den Kolbenhub zu ermöglichen. Dadurch ergibt sich auch die Möglichkeit, bei doppeltwirkenden Geräten den bisher üblichen Kolbenstangendurchtritt nach außen zu vermeiden. Bei den kleinen Amplituden würde bei den hohen Innendrucken die erforderliche Kolbenstangenstopfbüchse schnell undicht werden, es träte Flüssigke.itsverlust und daher Dämpfungsverlust bei kleinen Amplituden auf. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Membrandosendämpfer weist keine Kolbenstange auf, ist nach außen vollkommen dicht abgeschlossen und verhindert daher schädliche Ölverluste und arbeitet somit auch bei kleinsten Amplituden zuverlässig.

Die Bildung eines langen engen Ringspaltes zwisehen zwei rohrartigen Teilen ist zwar an sich bei hydraulischen Stoßdämpfern bereits bekannt. In Verbindung mit einem Schwingungsdämpfer der erläuterten Art ist sie jedoch neu und bietet den Vorteil, daß sie in einfachster Weise lediglich durch Anordnung eines Rohrstückes an der gemeinsamen Mittelplatte einen wirkungsvollen hydraulischen Widerstand bietet.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen und den Patentansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 den Membrandosendämpfer im Axialschnitt,

Fig. 2 den Membrandosendämpfer mit Federelementen zwischen oberer Kolbenplatte und Unterplatte,

Fig. 3 den Membrandosendämpfer mit Federelementen zwischen der Mittelplatte und der Grundplatte,

Fig. 4 den Membrandosendämpfer mit Federelementen zwischen oberer Kolbenplatte und Mittelplatte und zwischen unterer Kolbenplatte und Unterplatte,

Fig. 5 den Membrandosendämpfer mit Federelementen innerhalb des Dämpfers,

Fig. 6 den Membrandosendämpfer mit dreietagig angeordneten Federn,

Fig. 7 den Membrandosendämpfer mit in die Mittelplatte eingebauter Regelvorrichtung,

Fig. 8 den Membrandosendämpfer mit in die Mittelplatte eingebauten Schaltventilen.

Fig. 1 zeigt das Grundschema des neuen Membrandosendämpfers. Das Gerät besteht aus einer oberen Kolbenplatte 1 und einer unteren Kolbenplatte 2, die durch ein Zentralstück 3, beispielsweise ein Rohr oder eine massive Verbindungsstange, miteinander starr verbunden sind und somit nur gemeinsame und gleichgerichtete Bewegungen ausführen können bzw. gemeinsam in Ruhe bleiben. In der Mittelebene zwisehen den beiden Kolbenplatten 1 und 2 befindet sich eine Mittelplatte 4, die das Gerät in zwei einander spiegelbildliche Teile teilt. Zwischen den Kolbenplatten 1 bzw. 2 einerseits und der Mittelplatte 4 andererseits sind elastische Wände in Form von Kreisringmembranen 5 eingeschaltet, die die inneren Hydraulikräume 6, 7 zwischen Kolbenplatte 1 und Mittelplatte 4 bzw. zwischen Kolbenplatte 2 und Mittelplatte 4 nach außen dicht abschließen und die Relativbewegung zwischen den Kolbenplatten 1 und 2

einerseits und der Mittelplatte 4 andererseits ermüg liehen. Durch diese Relativbewegung der 1'lattni 1,2 mit 4 entsteht eine Differentialwirkung, indem die Hydraulikräume 6 und 7 ihre Volumina gleichzeitig in entgegengesetzter Weise verändern; wenn Kammer 6 sich vergrößert, verkleinert sich Kammer 7, und umgekehrt. Durch diese antimetrische Volumenänderung wird in hydraulischem Sinne die eine Kammer zur Quelle, die andere zur Senke, und die verdrängte Flüssigkeit muß von der sich verkleinernden Kammer in die sich vergrößernde Kammer überströmen. Dieser Überströmvorgang wird zur Widerstandsbildung ausgenutzt, um die Dämpfungswirkung zu erhalten. Zu diesem Zwecke trägt die Mittelplatte 4 in ihrem Zentralteil ein Zylinderrohr 8, das mit dem Kolbenrohr oder der Kolbenstange 3 gemeinsam den Überströmquerschnitt 9 bildet. Um hohen Überströmwiderstand zu erhalten, können in bekannter Weise die Innenwand des Zylinderrohres 8 oder bzw. und die Außenwand des Kolbenrohres 3 mit Turbulenzkamiiicni 10 versehen werden. Da der Überströmquerschnitt 9 einen sehr kleinen Durchmesser erhalten kanu, kann auch der Ringspalt, die Radiendifferenz zwischen Zylinderrohr 8 und Kolbenrohr 3, relativgroß gehalten werden, so daß Toleranzen und Bewegungsungenauigkeiten keinen Einfluß auf die Wirksamkeit des Dämpfers haben.

Die Kreisringmembranen 5 sind so geformt, daß sie infolge ihrer Konvexität gegenüber dem Flüssigkeitsdruck im Kammerinneren keine Zugspannungen und damit Deformationen erleiden, die das Volumen der Druckkammer vergrößern und die beabsichtigte Volumenänderung der Kammer teilweise kompensieren würde; die Membranringe erhalten infolge ihrer Konvexität bei Kammcrinnendruck radiale und tangentiale Druckspannungen, die kein Ausbeulen der Membranen, verursachen können, da derartige Konvexschalen biegesteif sind.

Die Membrandoseiidänipfer können als selbständige Dämpfungsaggregate oder auch in Kombination mit den Federsätzen als komplexe Energiewandler an mechanische Schwingersysteme angebaut werden. In den nachfolgenden Abbildungen sind komplexe Systeme dargestellt, da diese am häufigsten zur Anwendung kommen und die Varianten der Anwendbarkeit der Dämpfer gut erkennen lassen.

Die Membrandosendämpfer können je nach der Gestaltung des mechanischen Schwingungsgebildes in verschiedener Form am Schwinger befestigt und in Tätigkeit gebracht werden. So zeigt die Ausführungsart nach Fig. 2 einen Membrandosendämpfer, bei dem die Kolbenplatte 1 an der Schwingermasse befestigt ist und gleichzeitig als Druckplatte für die Federsätze 11 des Schwingersystems dient. Bei dieser Einbauvariante unterliegen also die Kolbenplatten 1 und 2 des Membrandosendämpfers den Amplituden des mechanischen Schwingungsgebildes. Die Mittelplatte 4 des Dämpfers ist festgelegt und beispielsweise über Stehbolzen 12 mit der ruhenden Grundplatte 13 und damit mit der Unterbaukonstruktion des Aufstellungsortes des mechanischen Schwingungssystems starr verbunden. Die Kolbenplatten 1 und 2 führen, die Relativbewegung gegenüber der Mittelplatte 4 aus und schaffen die differentiale Volumenänderung der Hydraulikkammern 6 und 7.

Bei der Ausführungsart nach Fig. 3 ist die Mittelplatte 4 mit der Schwingermasse und den Federgliedern 11 verbunden und unterliegt den Amplituden des mechanischen Schwingungsgebildes, während die Kolbenplatten 1 und 2 über ein Stellorgan 14 mit der

Claims (9)

Grundplatte 13 starr verbunden sind und somit in Ruhe verbleiben. Bei dieser Einbauvariante führt also die Mittelplatte 4 die Relativbewegung gegenüber den Kolbenplatten 1 und 2 aus und schafft die differentiale Volumenänderung der Hydraulikkammera 6 und 7. Das Stellorgan 14 besteht aus einem Spannschloß und zwei Gelenken 15 und 16, deren Drehachsen um 90° gegeneinander versetzt sind, um eine zweidimensionale !Beweglichkeit zu gewährleisten. Bei der Ausführungsart nach Fig. 4 ist der Membrandosendämpfer mit den Federelementen des Schwingungsgebildcs derart gekoppelt, daß sich ein in sich geschlossener komplexer Energiewandler ergibt. Hier sind die. Unterplatte 13 und die Mittelplatte 4 des Membrandosendämpfers durch höheneinstellbare Stehbolzen 12 starr miteinander verbunden und dienen beide als rainiifeste Abstützung der Federn 11 und 17. DieKolbcnplattcu 1 und 2 sind die bewegten Dämpferte.ile; die Kdlhenplattc 1 trägt die Schwingermasse und überträgt deren Hewegungcn auf die beweglichen Enden der I7Cdern 11; die mit der Kolbenplattel über das Kolbenrolii' 3 starr verbundene Kolbenplatte 2 überträgt die Bewegungen der Schwingermasse auf die beweglichen Rndcn der Federn 17. Die Ausfiilinnigsarl nach Fig. 5 zeigt einen vollkommen geschlossenen komplexen Energiewandler, bei dem sich die Federn 17 und 18 innerhalb der beiden hydraulischen Kammern 6 und 7 des Membrandosendämpfers beiluden. I)ic Federn 18 sind zwischen Kolbenplattel und M ittclplatlc 4. die Federn 17 zwisehen Kolbenplatte 2 und Mittelplatte 4 eingespannt. Die Übertragung der Bewegung der Scliwingermasse auf den komplexen VVanrller erfolgt über rlas Stellorgan 14, das mit Gelenk au der Schwiugermasse oder an einem Tlebclmeehaiiisniiis zur I "'bei l ragiing der Schwingbewegungeii befestigt ist. Gelenk 15 des Stellorgans 14 ist mit dem Kolbeiiaggregat verbunden; das Stellorgan 14 wird durch ein Spaimsclilol.! gebildet. Die M ittelplatte 4 ist unmittelbar in die ruhende I Jnterkonstniktioii 13 des ScliwiiiguugsgebiIdes einbezogen und kann beispielsweise durch den Siegeines U-Eisens gebildet werden, das mit dem Untergrund starr verbunden ist. Bei der Ausführungsart nach Fig. 6 ist ein komplexes Energiewandicraggregat für liohe Lasten und größere Amplituden dargestellt. Die Unterplatte 13 steht in starrer Verbindung mit der .Vl ittelplatte 4 des doppeltwirkenden Membraiidoseiidiimpfers; Unterplatte 13 und Mittelplattc 4 sind also raumfest in Ruhe und bilden gleichzeitig die Abstützung für die ruhenden Enden der Federn 11, 17 und 18. Die Kolbenplatten 1 und 2 sind ebenso wie die Mittelplatte 4 erweitert und starr miteinander verbunden und bilden die Abstützungen der freien Enden der Federn 11, 17 und 18, wobei die Federn 18 den Federn 11 und 17 entgegengeschaltet sind und somit die Frequenz des Schwingers erhöhen. Die Kreisringmembranen 5 des Membrandosendämpfers sind in größerer Zahl hintereinandergeschaltet, um höhere Deformierbarkeit der Hydraulikräume 6 und 7 zu ermöglichen. Die Fig. 7 und 8 zeigen Zusatzeinrichtungen, die den Anwendungs- und Wirksamkeitsbereich der Membrandosendämpfer erweitern. In Fig. 7 ist eine zusätzliche Regeleinrichtung in der Mittelplatte 4 dargestellt, die einen Nebenschluß zu den Widerstandsorganen bildet und somit die Regelbarkeit der Dämpfungsgröße ermöglicht. Die Mittelplatte 4 des Membrandosendämpfers trägt einige Querbohrungen 19, die die Hydraulikkammern 6 und 7 unmittelbar miteinander verbinden, so daß die hydraulische Flüssigkeit von der einen in die andere Kammer übertreten kann. I einer Radialbohrung 20 der Mittelplatte, deren Achi durch die Achsen der Ouerbohrungen 19 hindurcl läuft, befindet sich ein mehrgliedriges Kolbenelemei 21 mit Gewindestück 22 im Rand der Mittelplatte < Die einzelnen Kolben des Kolbenelementes 21 sin durch Kolbenstangen 23 miteinander und mit dei Gewindestück 22 verbunden. Ihr gegenseitiger Abstan ist gleich dem gegenseitigen Abstand der Ouerbohrui gen 19 in der Mittelplatte 4. Durch Drehen de Gewindestückes 22 kann die Stellung der Kolben 2 gegenüber den Querbohrungen 19 verändert werdei Auf diese Weise kann der Durchströmquerschnitt ck Ouerbohrungen 19 verändert und geregelt werdei wodurch die mittlere Dämpfungsgröße des Membrai dosendämpfers einstellbar wird. In der Mittelplatte können je nach Bedarf ein oder mehrere Regelorgai angeordnet sein. Fig. 8 zeigt beispielsweise die Ausführung ein« Energiewandlers mit innenliegenden Ventilen zu: Anschluß des Membrandosendämpfers an ein Hydrai liknetz zwecks nutzbringender Verwertung des hydrai lischen Druckes im Dämpfer. Die Ventile sind in d< Mittelplatte 4 des Membrandosendämpfers angeordnc Um die Druckflüssigkeit zu- bzw. abführen zu könne trägt die Mittelplatte radiale Bohrungen 24 und 2 mit Anschlußgewinden 26 für Rohrleitungen. D Radialbohrung 24 ist die Ansaugbohrung, die Radia bohrung 25 die Druckbohrung. An den inneren Ende der Radialbohrungen 24 bzw. 25 sind die Ventilorgai angeordnet, die in bekannter Weise beispielsweise a Kugelventile ausgebildet sein können, die in en sprechender Anordnung Querbohrungen 27 und 28 : der Mittelplatte verschließen bzw. öffnen, wobei d Ventilsteuerung automatisch durch den Druckaufbr in den Hydraulikkammern 6 bzw. 7 erfolgt. Die Kreisringmembranen 5 können auch aus Fede material bestehen, so daß sie gleichzeitig als teile artige Federn wirken. Dadurch können ganz oder tei weise: die zusätzlichen Federaggregate des komplexe Energiewandleraggregates in Eortfall kommen. Patentansprüche:

1. Doppeltwirkender hydraulischer Schwingung dämpfer für mechanische Schwingungsgebilde, in besondere für schwingungstechnische Maschine; aufstellungen, mit zwei membrandosenartige gegeneinandergeschalteten hydraulischen Kar mern, deren äußere plattenartige Stirnwandungr durch einen als Kolben wirkenden Abstandhalt' fest miteinander verbunden sind und die dun einen zur Erzeugung hydraulischer Widerstand kräfte dienenden engen Überströmspalt, miteinand· in Verbindung stehen, der zwischen dem Kolbr und einer diesen umfassenden gemeinsamen Mitte platte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, d; die äußeren Stirnwandungen der hydraulische Kammern (6, 7) starr und ihre Seitenwandungr (5) elastisch ausgebildet sind und die gemeinsan Mittelplatte (4) den Kolben (3) unter Zwische: schaltung eines Rohres (8) umfaßt, das die Län< des Überströmspaltes (9) vergrößert.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, d durch gekennzeichnet, daß die elastischen Seite wandungen (5) der hydraulischen Kammern (6,'. als miteinander flüssigkeitsdicht verbundene Rin; membranen ausgebildet sind.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, d durch gekennzeichnet, daß die die elastisch«

Seitenwandungen (5) der hydraulischen Kammern (6, 7) bildenden Ringmembranen derart konvex gestaltet sind, daß in ihnen bei der Deformation Druckspannungen entstehen, die eine Volumenvergrößerung der hydraulischen Kammern verhindern.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Abstandshalter für die Stirn wandungen der hydraulischen Kammern als Rohr ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Rohres (3) die für die Befestigung des Dämpfers an der Schwingermasse bzw. an der Unterlage erforderlichen Anschluß- oder Höheneinstellglieder (14) angeordnet sind.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der An-Sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelplatte (4) je ein oder je mehrere Ventile (27, 28) für die Druck- und Saugleitungen (24, 25) des Dämpfers bei Anschluß an Hydrauliknetze angeordnet sind.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mittelplatte (4) Regelorgane (21) angeordnet sind.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Platten (1, 2) des Dämpfers Bohrungen nach außen hin tragen zum Verschluß an hydraulische Leitungen oder Regel- und Ventilorgane.

8. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringmembranen (5) derart konvex ausgebildet sind, daß bei größeren Hüben des Dämpfers zur Erzielung einer Progressivität der Dämpfung* größe durch Abwälzen von Membrantcilen auf den starren Platten bzw. der Mittelplatte eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge verdrängt wird.

9. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringmembranen (5) aus Federmaterial bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 650 188, 693 368;
USA.-Patentschriften Nr. 2 380 899, 2 432 050,
800;

französische Patentschrift Nr. 56 846, Zusatz zu Nr. 948 067.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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