DE2302732A1 - Einstellbare daempfungsvorrichtung - Google Patents
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Description
Patentanwälte Dipl.-Ing. F."Weickmann,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke
Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 DZM
A/S Trondhjems Nagle- & Spigerfabrik
N. Ha 39, 7000 Trondheim, Norwegen
Einstellbare Öämpfungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine einstellbare Dämpfungsvorrichtung,
insbesondere für Bohrstangen oder dergl., mit einem Dämpfungsglied, das in einer axialen Bohrung
in der Bohrstange angeordnet und mit dieser durch ein oder mehrere, ringförmige Federeleaente aus elastischem
Material, z«B. Gummi, gekoppelt ist, die in axialer Richtung in einstellbarer Weise zwischen Stützflächen
an jedem Ende des Dämpfungsgliedes zusammendrückbar
sind, um hierdurch die Federsteifigkeit zu ändern, wobei in dem Raum zwischen dem Dämpfungsglied und der
Bohrung gegebenenfalls ein Fluid als Dämpfungebeitrag vorgesehen ist. Eine Dämpfungsvorrichtung dieser Art
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ORIGINAL INSPECTED
ist aus dem norwegischen. Patent 120 609 bekannt»
Bs ist ebenso möglich, die Dämpfungsvorrichtung zur
Dämpfung von Schwingungen in anderen Maschinenteilen, oder kompletten Maschinen, oder möglichen Maschinenanordnungen, z.B. Kompressoren, Schleifmaschinen,
Drehbänken, Fräsmaschinen oder anderen Werkzeugmaschinen zu verwenden» Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, daß die Dämpfungsvorrichtung ausgelegt werden kann für eine entfernbare Anordnung an einem Werkstück,
beispielsweise während des äußeren Antriebes von langen Wellen, die ungewünschten Vibrationen ausgesetzt sind»
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung derartiger Dämpfungsvorrichtungen, insbesondere zu dem Zweck der Verbesserung der Einstellmöglichkeiten· damit die Bohrstangen in der Praxis so einfach
wie möglich einstellbar sind, um hierdurch den besten Dämpfungseffekt für die betreffenden Bedingungen zu
erhalten. Es ist sehr wichtig, daß solche Dämpfungsvorrichtungen für Bohrstangen leicht und schnell durch
den Bedienenden einstellbar sind, da Möglicherweise auftretende schädliche oder störende Schwingungen üblicherweise vorher nicht vorbestimmt werden können, so daß
es notwendig ist, relativ häufig Einstellungen vorzunehmen, um zu jeder Zeit eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erhalten»
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Ua dies zu erreichen, ist die einstellbare Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung dadurch, gekennzeichnet,
daß eine im wesentlichen konische Bndfläche an zumindest einem Federelement und/oder an einer oder beiden
angrenzenden Stützflächen vorgesehen sind, so daß zwischen jedem Federelement und zumindest einer angrenzenden Stützfläche ein Spalt mit einem im wesentlichen
keilförmigen Querschnitt besteht.
Diese Ausgestaltung der zusammenwirkenden "aktiven"
Oberflächen führt dazu, daß sowohl die Dämpfungskraft als auch die Federkraft kontinuierlich einstellbar
sind, wodurch sowohl die Dgmpfungskraft als auch die Federkraft gleichzeitig veränderbar sind, um in vorteilhafter Weise die günstigsten Bedingungen für die
Dämpfungsvorrichtung unter den verschiedenen Vibrations* oder Schwingungsbedingungen zu erhalten, die auftreten
können. Wenn weiter oben festgestellt wurde, daß eine im wesentlichen konische Endfläche vorgesehen ist, so
bedeutet dies, daß auch Flächen vorgesehen sein können, die zwar im wesentlichen konisch sind, jedoch mehr oder
weniger von der reinen Konusform abweichen, beispielsweise indem sie stufenförmig ausgebildet sind, eine
konkave oder konvexe oder eine Begrenzung mit unterschiedlichen Konizitäten aufweisen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement einen recht-
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eckigen Querschnitt und das Dämpfungsglied eine angrenzende konische Stützfläche aufweist· Mit einer
derartigen Form der einander zugeordneten Flächen, die sich im wesentlichen in axialer Richtung gegenüberstehen,
und zwar an den Federelementen und an dem Dämpfungsglied oder den Endbegrenzungsflächen der
Bohrung, bedingt die Einstellung während einer axialen Kompression der Federelemente eine Zunahme der Angriffsfläche zwischen den zusammenwirkenden Stützflächen,
was zu einer größeren Dämpfung führt· Diese Erscheinung ist weiter unten noch näher erläutert· Es ist ersichtlich,
daß die notwendige Konizität an einer oder mehreren zusammenwirkenden Flächen in Abhängigkeit von dem gewünschten
Grad der Progressivität und in Abhängigkeit anderer Gesichtspunkte, wie z.B. herstellungstechnischer
Art usw., vorgesehen werden kann· Es sei erwähnt, daß während der axialen Einstellbewegung zum Zusammendrücken
der Federelemente die Berührungsflächen zwischen diesen und den zusammenwirkenden Flächen in der Weise
zunehmen, wie die Verteilung der Flächenpressung geändert wird, was in der Weise stattfindet, daß die
Flächenpressung immer den Wert Null am oberen Ende des Deformationskeiles aufweist und in Richtung der stärkeren
Deformation des Federelementes zunimmt„ Während
der axialen Einstellbewegung des Dämpfungsgliedes tritt deshalb immer eine Gleitbewegung zwischen dem Federelement
und dem Dämpfungsglied zumindest an einigen
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Teilen der Stützfläche auf. Die elastischen Federelemente haben eine kombinierte Funktion in der Vorrichtung
gemäß der Erfindung, da sie kombinierte Dämpfungs* und Federelemente sind, die, 109x00. sie eingestellt sind,
eine gleichzeitige Veränderung der Federsteifigkeit und des wirksamen geschwindigkeitsbedingten Reibwiderstandes
zwischen dem Dämpfungsglied und den Elementen liefern. Xn diesem Zusammenhang sei noch hinzugefügt,
daß die geometrische Form des Spaltes mit keilförmig·»
Querschnitt während der Einstellung verändert wird.
Obgleich die Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung in erster Linie in Verbindung mit einer vollständigen
oder teilweisen Füllung eines Dämpfungsfluids im Zwischenraum
zwischen der Bohrung und dem Dämpfungsglied zur Anwendung kommt, ist es selbstverständlich, daß
die Erfindung nicht auf eine derartig· Ausgestaltung beschränkt ist. Der Schmiereffekt, welcher möglicher»
weise durch ein Fluid gegeben ist, kann bei der Wirkung der sich verändernden Angriffsflächen zwischen den
Federelementen und der Stützfläche, beispielsweise an dem Dämpfungsglied, von Vorteil sein.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt 1
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch «in· Bohrstange mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß
einer bevorzugten Ausführungsform nach der
Erfindung;
309830/0S34. _ 6 „
Fig· 3 einen teilweisen Querschnitt durch eine geänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach
Fig„ 1} und
Fig· k einen Querschnitt durch eine andere Aus führungs-·
form für eine pneumatische oder hydraulische Einstellung der Dämpfungsvorrichtung»
Die Bohrstange in FIg0 1 weist eine axiale Bohrung 6
auf, die entsprechend ausgebildet ist, um ein Dämpfungsglied 2 aufzunehmen, dessen Abstützung im wesentlichen
durch ringförmige ^ederelemente ka. und kh an den Enden
des Dämpfungsgliedes 2 erreicht wird. Die ringförmigen Federelemente, die beispielsweise aus Gummi oder einem
anderen entsprechend elastischen Material hergestellt sein können, wirken mit Endzapfen 5a und 5b «it verringertem Durchmesser an jedem Ende des Dämpfungsgliedes 2 zusammen. Die Gummiringe ka und 4b liegen unmittelbar an der Bohrung 6 mit ihren Außenflächen an und
sind außerdem in axialer Richtung an dem äußeren Ende
der Bohrstange 1 durch eine nach innen vorstehende Fläche eines vorderen Elementes 7 und an dem Inneren
Ende durch eine Spannscheibe 8 abgestützt, welche in axialer Richtung durch eine Binsteilstange 9 verschiebbar ist, welche durch eine Einstellschraube 10 an dem
inneren oder rechten Ende der Bohrstange 1 betätigt wird,
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wie dies aus Fig· 1 hervorgeht. Das vordere Element umfaßt Mittel zur Befestigung eines Werkzeughalter·,
beispielsweise ein geeignetes Gewindeloch·
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei
welcher die Einstellung der Stange 9 pneumatisch oder hydraulisch erfolgt. Zu diesem Zweck ist an dem Inneren
Ende der Bohrstange 1 anstelle der Schraube 10 ein Zylinder 40 vorgesehen, in welchem ein Kolben 41 unter
der Wirkung eines pneumatischen oder hydraulischen Druckmediums verschiebbar ist, das durch einen Kanal
am Ende der Bohrstange zugeführt wird. Der Kanal 42 kann mit einem äußeren Fluidsystem über eine drehbare
Kupplung verbunden sein, die eine Einstellung während des Betriebs der Bohrstange ermöglicht· ^in Ausgleichskanal 43 ist am Inneren Ende der Bohrung 40 vorgesehen·
Weiterhin ist eine Schraubenfeder 44 vorgesehen, die einerseits am Boden der Bohrung 40 und andererseits
am inneren Ende des Kolbens 41 abgestützt ist· Diese Feder dient dazu, die Steuerbewegung rückgängig zu
machen. Es sei erwähnt, daß die pneumatische oder hydraulische Verstellanordnung gemäß Fig« 4 hinsichtlich
der Bedienung und des Betriebs Vorteile bringt.
Gemäß Figo 1 weisen die Gummiringe 4a und 4b eine Form
mit rechteckigem Querschnitt auf, von der drei Seiten mit zusammenwirkenden Flächen der Vorrichtung in enger
Berührung stehen, d.h. mit der Bohrung 6, den Endzapfen "5a und 5b und der Stützfläche 23 an dem vorderen Element 7»
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M 8 -
bzw» der Stützfläche der Spannscheibe 8. Wie dies bei dem Gummiring 4a in Fig. 1 gezeigt ist, liegt die nach
innen gerichtete Endfläche 22 des Gummiringes nicht vollständig an der angrenzenden Stützfläche 21 des
Dämpfungsgliedes 2 an, da diese Stützfläche 21 eine konische Form aufweist. Eine entsprechende Form ist
am anderen Ende des Dämpfungsgliedes 2 dargestellt. Diese besondere Ausgestaltung bezieht sich auf die
Einstellungsmöglichkeit, die durch die Spannscheibe zusammen mit der Einstellstange 9 und der Stellschraube
10 gegeben ist.
Wenn die Stellschraube 10 nach innen geschraubt wird, wird die Spannscheibe 8 nach innen in die Bohrung 6
verschoben und drückt die Gummiringe ka, und 4b zusammen.
Aufgrund der dargestellten konischen Form der Stützflächen des Dämpfungsgliedes 2 tritt eine Verformung
der im Querschnitt rechteckigen Gummiringe ein, so daß diese eine vergrößerte Anlagefläche an den Stützflächen
des Dämpfungsgliedes aufweisen. Bei einer Bewegung führt dies zu einer von der Amplitude abhängigen
und einförmigen Zunahme einer entgegengerichteten Reibkraft, die einen erhöhten Dgrapfungsgrad bewirkt, welcher
zumindest auf die Zunahme der AnIagefläche zwischen den
Gummiringen und den Stützflächen des Dämpf ungsgli ede-s
zurückführbar zu sein scheint. Der Flächendruck au dem
Gummi in der Berührungsfläche sieißt von einem Wert, der
im wesentlichen bei Null lipgt, an «iem äußersten I tankt
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23Ü2732
zu einem maximalen Wert, der wahrscheinlich an dem
innersten Teil an den Endzapfen 5a und 5b liegt, wobei durch die Zunahme der Berührungsfläche die gesamte
Reibkraft größer ist, wodurch die Dämpfungswirkung
verstärkt wird.
Gleichzeitig mit der oben beschriebenen Einstellung der Dämpfungskraft tritt eine Änderung der Federkraft
als Folge eines höheren Grades der Umschließung des Pederelementes ein, wenn dieses zwischen der Bohrung 6,
der Stützfläche und dem Endzapfen des Dämpfungsgliedes
bzw. der Spannscheibe 8 und der Stützfläche 23 an dem
vorderen Element 7 zusammengedrückt wird.
Fig» 3 zeltft eine abgeänderte Ausführungsform, bei
welcher die oben beschriebene Wirkung in etwas abgewandelter Weise erzielt wird. Die Gummiringe gemäß
FLg* '} weisen einen trapezförmigen Querschnitt mit
zwei konischen Seitenflächen 32 und 3^ auf, die mit
ebenen Stützflächen J\ an dem Dämpfungsglied 2 und
an der anderen Seite mit einer ebenen Stützfläche an dem nach innen ragenden Ende des vorderen Elementes
zusammenwirken. Als Folge der zwei konischen Fläohen
32 und 34 an dem Gummiring gemäß Fig. 3 führt ein Zusammendrücken
des Gummiringes während der Einstellung entsprechend der obigen Beschreibung zu einem stärker
progressiven Anwachsen der Dämpfungswirkung de« Gummiringes,
als bei der zuerst beschriebenen Aueführungsform.
- 10-
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Diese ¥irkung kann möglicherweise noch weiter gesteigert werden durch die Anordnung von konischen Stützflächen
am Ende des Dämpfungsgiiedes und/oder des vorderen Elementes·
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist weiter oben eine Bohrstange beschrieben worden, die ein einziges
Dämpfungsglied mit jeweils einem Federelement an jedem Ende aufweist. Die durch die vorliegende Erfindung
gegebene Lösung kann selbstverständlich bei Dämpfungsvorrichtungen
zur Anwehdung kommen, die mehr als ein Dämpfungsglied aufweist und diese Dämpfungsglieder
können unter Umständen gemeinsame Federelemente aufweisen.
Wenn nur ein Dämpfungsglied verwendet ist, sind Ausführungsformen möglich, bei denen das Dämpfungsglied
nur durch ein einziges Federelement abgestützt ist* Weitere Abänderungen der dargestellten Ausführungen
sind möglich, und zwar beispielsweise durch das Weglassen der dargestellten Endzapfen 5a und 5b, die in
die Federelemente 4a und 4b eingreifen, wodurch sich
eine weniger progressive Zunahme der Federkraft der Federelemente im zusammengedrückten Zustand bei der
Eins tellung ergibt.
Schließlich ist e· bei einer Ausführungsform für Bohrstangen
mit. beispielsweise zwei Federelementen, von denen nur eines einstellbar ist, zweckmäßig, daß dieses
einstellbare Federelement das äußere ist, d.h. dasjenige, welches den größten Schwingunsamplituden unterworfen ist»
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- Patentansprüche —
Claims (2)
- Patentansprücheβ)Einstellbare Dämpfungsvorrichtung, insbesondere für Bohrstangen oder dergl., mit einem Dämpfungsglied, das in einer axialen Bohrung in der Bohrstange angeordnet und mit dieser durch ein oder mehrere ringförmige Federelemente aus elastischem Material, z.B. Gummi, gekuppelt ist, die in axialer Richtung in einstellbarer Weise zwischen Stützflächen an jedem Ende des Dämpfungsgliedes zusammendrückbar sind, um hierdurch die Federsteifigkeit zu ändern, wobei in dem Raum zwischen dem Dämpfungsglied und der Bohrung gegebenenfalls ein Fluid als Dämpfungsbeitrag vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen konische Endfläche (32,3*0 an zumindest einem Federelement (4a,4b) und/oder an einer oder beiden angrenzenden Stützflächen (31»33>21) vorgesehen sind, so daß zwischen jedem Federelement und zumindest einer angrenzenden Stützfläche ein Spalt mit einem im wesentlichen keilförmigen Querschnitt besteht.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (4a,4b) einen rechteckigen Querschnitt und das Dämpfungsglied (2) eine angrenzende konische Stützfläche (21) aufweist.- 12 -309830/0S34Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (2) mit einem Endzapfen (5a ι 5*0 versehen ist, der in das zugeordnete Federelement (4a,4b) eingreift.309830/0534
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