DE1625431B2

DE1625431B2 - Schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE1625431B2
Application number: DE19671625431
Authority: DE
Inventors: Jan van den Amsterdam Brink
Original assignee: Reactor Centrum Nederland (Stich ting), Den Haag (Niederlande)
Priority date: 1966-09-13
Filing date: 1967-08-21
Publication date: 1971-10-07
Also published as: US3464290A; NL139583B; GB1196170A; DE1625431A1; BE702599A; NL6612858A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für einen durch ein oder mehrere Lager gestützten, schnell umlaufenden Rotationskörper, bei dem das Lager des Rotationskörpers in einem mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Gefäß gegen eine Rückstellkraft radial beweglich angeordnet ist und in die Dämpfungsflüssigkeit eintaucht.

Schwingungsdämpfer dieser Art, die an erster Stelle zum Dämpfen der in einem schnell umlaufenden System, wie einem Turbinenrotor, einem Gyro- ίο skop, einem Gerät mit drehenden Spiegeln oder einer ähnlichen Einrichtung, auftretenden radialen mechanischen Schwingungen angewendet werden, sind meistens nur für einen beschränkten Frequenzbereich optimal effektiv zu machen. Abhängig von der ' Lagerung oder Auflegung, der Konstruktion, der Form und der Betriebsgeschwindigkeit des umlaufenden Systems können aber im Anlaufbereich verschiedene Drehzahlen oder Frequenzen vorkommen, wobei das umlaufende System in Schwingung gerät. Solche kritischen Frequenzen sind unter anderem die Folge der Lagerung oder Auflegung oder der Masse und der Steifheit des umlaufenden Systems, und man unterscheidet dann sogenannte Auflegefrequenzen und »Whirk-Frequenzen. Der »Whirl« ist (die bei einer bestimmten Drehzahl auftretende Schwingüngserscheinung, wobei das umlaufende System wie eine gespannte Saite in einer die Rotationsachse enthaltenden Ebene in Schwingung gerät, wobei sich die Ebene mit der Whirlfrequenz um diese Achse dreht. Dabei wird bemerkt, daß im allgemeinen die Whirlfrequenz der Drehzahl, bei der diese Schwingungserscheinung auftritt, nicht entspricht. Bekannte Schwingungsdämpfer sind zum Dämpfen von Schwingungen mit weit auseinander liegenden Frequenzen nicht geeignet. Dazu müßte die Kurve so flach sein, daß nur eine sehr beschränkte Dämpfwirkung möglich wäre.

Die Erfindung hat den Zweck, einen Schwingungsdämpfer der genannten Art zu schaffen, der in einfächer Weise derart ausgeführt werden kann, daß er bei jeder im vorliegenden umlaufenden System vorkommenden gefährlichen kritischen Frequenz einen optimal dämpfenden Effekt hat.

Hierzu schlägt die Erfindung vor, daß bei der eingangs beschriebenen Art eines Schwingungsdämpfers das Lager mit mindestens einer in dem mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Gefäß angeordneten, gegen eine Rückstellkraft in bezug auf das Gefäß radial beweglichen, in die Dämpfungsflüssigkeit eintauchenden Masse gekoppelt ist.

Bei diesem Schwingungsdämpfer kann jeder eine als Dämpfungsorgan wirksame Masse aufweisende Teil für ein optimales Dämpfen einer Schwingung mit bestimmter Frequenz ausgeführt werden, so daß der Dämpfer als Ganzes für alle gefährlichen Frequenzen eine große Dämpfwirkung besitzt.

Für eine Verkürzung der axialen Abmessung des Schwingungsdämpfers kann mindestens eine als Dämpfungsorgan wirksame Masse als Ring ausgeführt und konzentrisch zu einer anderen Masse angeordnet sein. In diesem Falle werden die zwei konzentrischen Massen durch die Flüssigkeit , im Dämpfungsspalt miteinander gekoppelt. Diese Flüssigkeitskopplung kann die bereits vorhandene mecha- nische Kopplung dieser Massen verstärken oder die einzige Kopplung zwischen den Massen bilden.

Der Dämpfungseffekt jedes Teils des Dämpfers mit einer eigenen Masse wird nicht nur durch die Größe und Form der Masse, den Angriffspunkt der Rückstellkraft, die Ausführung des Dämpfungsspaltes zwischen der Masse und dem Gefäß oder einer anderen Masse, sondern auch durch die Viskosität der Flüssigkeit bestimmt. In einigen Fällen kann es deshalb wichtig sein, daß nicht alle Massen in demselben Gefäß mit Flüssigkeit angebracht sind, sondern daß das Flüssigkeitsgefäß von mindestens einer Masse eine in einem zweiten Flüssigkeitsgefäß , angeordnete Masse bildet. Die verschiedenen voneinander getrennten Gefäße können dann mit verschiedenen Flüssigkeiten gefüllt sein.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, die in den

F i g. 1 bis 6 axiale Schnitte von sechs verschieden ausgeführten Schwingungsdämpfern nach der Erfindung darstellt.

In F i g. 1 ist 1 ein mit großer Geschwindigkeit um seine Achse umlaufender Rotationskörper, z. B. ein Turbinenrad, eine Gyroskopscheibe, eine Zentrifugentrommel oder ein schnell umlaufendes Organ eines anderen Apparates oder Gerätes. Der Körper 1 ruht mit einem Stift 2, dessen Ende 3 kugelförmig Ausgeführt ist, in einer Lagerpfanne 4, welche in einer ersten Masse 5 vorgesehen ist. Diese Masse ruht auf dem oberen Ende eines dünnen federnden Stabes 6, dessen unteres Ende an einer zweiten Masse 7 befestigt ist, die selbst durch einen etwas dünneren federnden Stab 8 mit einer dritten Masse 9 gekoppelt ist, die auf einem noch dünneren elastischen Stab 10 ruht, welcher mit einem die Massen umschließenden Gefäß 11 verbunden ist.

Aus Fig. 1 geht hervor, daß alle Massen5, 7, 9 in einer sich in der Rotationsachse des Körpers 1 erstreckenden Reihe angeordnet sind und daß die Massen 5,7,9 zunehmen, aber die Steifheit der federnden Stäbe 6, 8,10 abnimmt, je nachdem, ob die Massen bzw. die Stäbe weiter vom Rotationskörper ab liegen, oder, was eine bessere Definition ist. je nachdem, ob die Massen schlaffer mit dem Rotationskörper gekoppelt sind.

Das Gefäß 11 ist mit Flüssigkeit 12 gefüllt. Jede Masse 5, 7, 9 ist durch einen Spalt 13,14,15 von der Wand des Gefäßes 11 getrennt, und dabei wird bemerkt, daß der Spalt 13 weiter als der Spalt 14 und daß der Spalt 14 weiter als der Spalt 15 ist. Der Schwingungsdämpfer besteht daher aus drei je eine Masse aufweisenden Teilen, die je zum Dämpfen einer Schwingung bestimmter Frequenz ausgeführt sind. Für eine Schwingung mit der niedrigsten kritischen Frequenz dient der Dämpferteil mit der Masse 9, und zum Dämpfen der Schwingung mit der höchsten kritischen Frequenz, z. B. mit einer Whirlfrequenz, ist der Teil mit der Masse 5 bestimmt.

Die Anordnung der verschiedenen Teile des Schwingungsdämpfers in der Weise nach F i g. 1 erfordert eine verhältnismäßig große axiale Abmessung des Dämpfers. In den Fällen, in denen es für einen solchen langen Schwingungsdämpfer keinen Platz gibt, kann die Ausführungsform nach F i g. 2 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform hängt die erste Masse 16 an dünnen federnden Stäben 17, die an einer um den Lagerstift 2 angeordneten ringförmigen zweiten Masse 18 befestigt sind. Diese zweite Masse ruht auf dünnen federnden Stäben 19, die mit ihren unteren Enden an einer ebenfalls um den Lagerstift 2 angeordneten ringförmigen dritten

Masse 20 befestigt sind, die durch dünne federnde Stäbe 21 am Gefäß 22 aufgehängt ist. Das Gefäß ist mit Flüssigkeit 23 gefüllt. Es wird klar sein, daß bei diesem Schwingungsdämpfer, wobei die Reihe hintereinandergeschalteter Massen 16, 18, 20 sozusagen zickzackförmig gefaltet ist, die verschiedenen Massen in derselben Weise wie beim Dämpfer nach Fig. 1 mit dem umlaufenden Rotationskörper gekoppelt sind. Die axiale Abmessung des Schwingungsdämpfers ist nun wesentlich kleiner.

Beim Dämpfer nach Fig. 1 und 2 sind die verschiedenen Massen nur durch die dünnen federnden Stäbe, also mechanisch, miteinander, mit dem Rotationskörper 1 und mit dem Gefäß gekoppelt. Aus F i g. 3 geht hervor, daß diese Kopplung auch ausschließlich durch die Flüssigkeit 24 im Gefäß 25 gebildet werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist die erste Masse 26 auf einem dünnen federnden Stab 27 befestigt, der mit dem Boden des Gefäßes 25 verbunden ist. Eine ringförmige zweite Masse 28 ist konzentrisch zur ersten Mas^e angebracht und davon durch einen, engen Spalt 29 getrennt. Diese zweite Masse 28 ist durch dünne federnde Stäbe 30 mit dem Gefäß 25 verbunden. Zwischen den zwei Massen besteht keine mechanische Kupplung.

Die Ausführungsform nach Fig. 4 ist eine Kombination der Ausführungsbeispiele nach F i g. 2 und 3. Dabei sind ebenso wie in F i g. 2 die verschiedenen Massen 16, 18, 20 durch federnde Stäbe 17, 19 mechanisch miteinander gekoppelt, aber die Masse 16 befindet sich außerdem konzentrisch innerhalb der ringförmigen Masse 20, so daß zwischen diesen zwei Massen gleichzeitig eine Flüssigkeitskopplung besteht.

Da die Dämpfungskurve jedes Teils'des Schwingungsdämpfers nicht nur von der Ausführung der Massen, des Gefäßes und der Kopplung zwischen den Massen, dem Rotationskörper und dem Gefäß, sondern auch Von der Viskosität der Flüssigkeit abhängt, kann es vorteilhaft sein, jede Masse in einem eigenen Gefäß mit Flüssigkeit anzuordnen. Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Schwingungsdämpfers mit getrennten Gefäßen zeigt Fig. 5. Darin ist die erste Masse 31 in einem Gefäß 32 mit Flüssigkeit 33 angeordnet, welches Gefäß 32 selbst als Masse in einem zweiten Gefäß 34 mit Flüssigkeit 35 wirkt. Die Masse 31 ist durch einen dünnen federnden Stab 36 mit dem ersten Gefäß 32 verbunden, und das Gefäß 32 selbst steht auf einem am zweiten Gefäß 33 befestigten dünnen federnden Stab 37. In diesem Falle können die Flüssigkeiten 33 und 35 verschieden sein.

Schließlich ist in F i g. 6 ein Gyroskop dargestellt. Bei diesem Gyroskop besteht der Schwingungsdämpfer aus einer ersten Masse 38, die durch radial gerichtete Rückstellfedern 39 in einem Gefäß 40 an Ort und Stelle gehalten wird. Die erste Masse 38 trägt ein Rollenlager 41, das eine geringe Präzessionsbewegung zuläßt und auf der Welle 42 der Gyroskopscheiben 43 angeordnet ist. Die Masse 38 ist durch einen sehr biegsamen Balgen 44 mit dem Gehäuse 45 der Gyroskopscheibe verbunden. Dieser Balgen bildet einen Wandteil des Gefäßes 40, das mit Flüssigkeit 46 gefüllt ist. Im Gefäß befinden sich weiter zwei ringförmige Massen 47,48, von denen die zweite Masse 47 durch dünne federnde Stäbe 49 mit der Masse 38 und die dritte Masse 48 durch federnde Stäbe 50 mit der zweiten Masse 47 und durch federnde Stäbe 51 mit dem Gehäuse 45 gekoppelt ist. Dieser Schwingungsdämpfer entspricht, was die Wirkung anbelangt, demjenigen nach Fig. 1. Er unterscheidet sich aber dadurch, daß die erste Masse 38 in der größten axialen Entfernung vom Rotationskörper, d. h. von der Gyroskopscheibe, angeordnet ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfer für einen durch ein oder mehrere Lager gestützten, schnell umlaufenden Rotationskörper, bei dem das Lager des Rotationskörpers in einem mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllten Gefäß gegen eine Rückstellkraft radial beweglich angeordnet ist und in die Dämpfungsflüssigkeit eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (4) mit mindestens einer im Gefäß (11) angeordneten, gegen eine Rückstellkraft in bezug auf das Gefäß radial beweglichen, in die Dämpfungsflüssigkeit (12) eintauchenden Masse (5, 7, 9). gekoppelt ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Masse (28, 20, 32) als Ring ausgeführt und konzentrisch zu einer anderen Masse (26,16,31) angeordnet ist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei konzentrischen Massen (26, 28) nur durch die Flüssigkeit im Spalt miteinander gekoppelt sind (F i g. 3).

'

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (32) einer Masse (31) eine in einem zweiten Gefäß (34) angeordnete Masse bildet (Fig. 5).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen