DE2315138C2

DE2315138C2 - Stoß- und Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE2315138C2
Application number: DE2315138A
Authority: DE
Inventors: John Calvin Cincinnati Ohio Blake
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-04-04
Filing date: 1973-03-27
Publication date: 1985-03-28
Also published as: US3770232A; FR2179072A1; DE2315138A1; IT981737B; GB1426819A; JPS583134B2; FR2179072B1; BE795868A; JPS4913580A

Description

federn in Reihe mit einem federnden Dämpfungsring angeordnet sind, wodurch ein größerer Spielraum für die Kennlinie Auslenkung/Beiastung erhalten wird, so daß Stoßbelastungen in einem breiten Bereich der verschiedensten Verhältnisse mit einem vorgebbaren Dämpfungsgrad abgefangen werden können. Bei Stoßen hoher Intensität, hoher Belastung und großer Auslenkung weiden die Tellerfedern wirksam. Sie begrenzen dann die Gesamtfederkonstante auf einen weichen Wert anstelle des harten Wertes der Federkonstanle, welcher sich aus der Aufhängung am Dämpfungsring allein ergeben würde. Der hohe Dämpfungsgrad zusammen mit der hohen Abschwächung von Beschleunigungskräften, welche bei dem Stoß- und Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung erreicht werden, verringert die Schubbelastungen, die auf das Turbinentriebwerk für Schiffsfahrzeuge und die zugeordnete Ausrüstung ausgeübt werden. Zudem erfordert die hohe Dämpfung einen geringeren Raum für das Triebwerk infolge der geringeren Bewegungswege der Plattform, welche bei Stoßbelastungen auftreten. Somit bildet der Dämpfer gemäß der Erfindung auch eine kompakte, raumsparende Baueinheit, die einfach und schnell ausgewechselt werden kann.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert Die Figur zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt des Stoß- und Schwingungsdämpfer.

Die Figur zeigt einen Stoß- und Schwingungsdämpfer 10 mit einem Gehäuse 12. Im Innern des Gehäuses 12 i:;t ein hohler Stab bzw. Stababschnitt 14 angeordnet, welcher einen ersten Umfangsflansch 16 besitzt, der sich am unteren Stabende seitlich erstreckt. Ein zweiter Umfangsflansch 18 erstreckt sich von dem Stab 14 aus seitwärts an einer von dem ersten Flansch 16 beabstandcten Stelle. Zwischen die Flansche 16,18 ist ein federnder elastomerer Dämpfungsring 20 so eingefügt, daß er mit den gegenüberliegenden Flächen des ersten und zweiten Flansches 16,18 gleichzeitig in Eingriff kommt Der Dämpfungsring 20 besteht vorzugsweise aus Gummi und enthält eine Nut 22 an seinem äußeren Umfang. In die Nut 22 ist ein flacher Ring 24 eingebettet der auf seinem Umfang mehrere im Abstand angeordnete Bohrungen 26 aufweist Diese sind auf dem Umfang verteilt und bilden Mittel zur Befestigung des Dämpfers 10 zu.n Schutz gegen Stöße und Schwingungen an einem starren Halteteil, von dem ein Teil bei 28 gezeigt ist. Der Dämpfer 10 wird an eiern starren Halteteil 28 durch Bolzen 30 befestigt, welche durch zueinander ausgerichtete öffnungen 32 in dem Haiteteil 28 und Bohrungen 26 in dem flachen Ring 24 hindurchführen.

Auf der oberen Oberfläche des Flansches 18 sind mehrere Tellerfcdern 34 aus Metall angeordnet. Diese sind vertikal so gestapelt, daß sie an ihrem Umfang abwechselnd an inneren und äußeren Kanten miteinander in Eingriff stehen. Eine Hülse 36 ist verschiebbar um den Hohlstab 14 herum angeordnet zum Eingriff mit dem Oberteil der gestapelten Metallfedern 34. Der untere Teil der Hülse 36 bildet einen tassenförmigen Teil bei 38, dessen Hohlraum dazu dient, die aufeinander gestapelten Metallfedern 34 im wesentlichen vertikal ausgerichtet aufzunehmen und in dieser Lage zu halten. Die äußere Oberfläche des tassenförmigen Teils 38 der Hülse 36 ist mit einem integralen Umfangsflansch 40 versehen welcher sich seitwärts vm das Teil herum erstreckt Der Flansch 40 enthält eine Vielzahl von am Umkreis im Abstand angebrachten Bohrungen 42, um eine Möglichkeit zur Befestigung d Λ Stoß- und Schwingungsdämpfers 10 an einer Plattform zu schaffen, voir der ein Teil bei 44 gezeigt ist. Die Plattform 44 trägt den Gegenstand, welcher vor Stoß und Schwingung geschützt werden soll, beispielsweise ein Gasturbinentriebwerk, das in der Figur nicht gezeigt ist. Der Dämpfer 10 wird durch Bolzen 46 an der Plattform 44 befestigt, welche miteinander ausgerichtete öffnungen 48 in der Plattform 44 und öffnungen 42 in dem Flansch 40 durchsetzen.
Ein zweiter Hohlstab bzw. Stababschnitt 50 ist vertikai und koaxial mit dem Stab 14 ausgerichtet und in einer Anordnung gehalten, in der er sich bezüglich der Hülse 36 vertikal verschieben kann. Der Stab 50 enthält einen integralen Umgangsflansch 52, der sich am oberen Stabende seitwärts erstreckt Das obere Ende der Hülse 36 enthält ebenfalls einen integralen Umfangsflansch 54, der sich um die Hülse herum seitwärts erstreckt Zwischen die Flansche 52, 54 ist eine zweite Anzahl von Tellerfedern 56 aus Metall angeordnet, welche ebenfalls vertikal so gestapelt sind, daß sie .^wechselnd an inneren und äußeren Kanten am Umfang in der gleichen Weise in Eingriff miteinander kommen, wie dies vorstehend für die Federn 34 beschrieben wurde. Für den Hohlstab 50 sind Einrichtungen zur Verhinderung einer Drehung geschaffen, die aus mehreren am Umfang im Abstand angebrachten Führungsbolzen 58 bestehen. Die Führungsbolzen 58 erstrecken sich durch die Hülse 36 und stehen so in Gewindeeingriff mit derselben, daß sie in mehreren am Umfang im Abstand angebrachten vertikalen Führungsnuten 60 laufen können, welche in der Seite des Hohlstabes 50 angeordnet sind. Ein länglicher Schaft 62 erstreckt sich durch den Hohlstab 14 und ist mit dem Hohlstab 50 bei 51 verschraubt Der Schaft 62 ist mit einem integralen Bolzenkopf 64 versehen, welcher beim Einschrauben des Schaftes 62 in das Innere des Stabes 50 mit der Unterseite des Stabes 14 in Eingriff kommt Es sind weiterhin Hülsen 66 und 68 vorgesehen, um die aufeinander gestapelten Metallfedern 56 bzw. 34 abzudecken.
Beim normalen Betrieb arbeitet der Stoß- und Schwingungsdämpfer als eine passive Einrichtung derart, daß die stationären oder permanenten Schwingungen, welche durch den normalen Betrieb und den Fahrbetrieb des Schiffs erzeugt werden, durch den Dämpfungsring 20 aus Gummi abgedämpft werden, während gleichzeitig die Tellerfedern 34,56 im wesentlichen unausgelenkt bleiben. Bei Erschütterungen hoher Intensität, wie sie beispielsweise durch Unterwasserexplosionen ausgelöst werden, werden die Tellerfedern 34 zusammengedrückt, wodurch die Gesamtfederkonstante

so auf einen ausreichend weichen Wert begrenzt wird.

Das Auftreffen einer Stoßwelle hoher Intensität auf die Außenhüllenstruktur eines Schiffsfahrzeuges würde anfangs eine schnelle Beschleunigung des starren Halteteils 28 in vertikaler Richtung nach oben bewirken. Dies wiederum hat eine entsprechende Beschleunigung des flachen Ringes 24 zur Folge, welcher damit fest verbunden ist. Der Dä-npfungsring 20 wird in dem Bereich, welcher unmittelbar zwischen dem flachen Ring 24 und dem Umfangsflanseh 18 liegt, schnell komprimiert und dadurch nimmt der Gummi anstatt einer anfangs vorhandenen kleinen Federkonstante in wenigen Millisekunden eine unendlich große Federkonstante an. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dämpfungsring 20 im wesentlichen inkompressibel in demjenigen Bereich, weleher unmittelbar zwischen dem flachen Ring 24 und dem Umfangsflansch 18 liegt, so daß eine weitere Beschleunigung des flachen Ringes 24 unmittelbar auf den Flansch 18 übertragen wird. Die Beschleunigung des

Flansches 18 bewirkt dann eine Kompression der Tellerfedern 34 und eine weitere Dämpfung der Stoßbelastung, welche auf die Plattform 44 durch die Hülse 36 übertragen wird. Dabei besitzen die Telierfedern 34 eine variable Auslenkungsänderung, weiche von der s Stoßbelastung abhängig ist, so daß hohe Stoßbelastungen in steigendem Maße gedämpft werden mit einem hohen Dämpfungsgrad und ein weiches Aufsetzen gewährleistet ist. Ebenso wird deutlich, daß die Tellerfedern eine ausreichend hohe anfängliche Federkonstante besitzen, so daß sie erst dann eine Auslenkung erfahren, nachdem die Federkonstante des Dämpfungsrings 20 praktisch unendlich groß wird.

Der Stoß- und Schwingungsdämpfer besitzt auch die Fähigkeit, den Rückprall des Stoßes abzudämpfen, der is sich als eine schnelle Abbremsung der Schiffskörperstruktur in der Richtung nach oben, unmittelbar gefolgt durch eine scnneüc Beschleunigung des Schiffskörpers in der Richtung nach unten zeigt. Eine schnelle Abbremsung nach oben und eine schnelle Beschleunigung nach unten bewirkt an dem starren Halteteil 28 eine entsprechende Abbremsung und Beschleunigung des ebenen Rings 24, welcher an ihr fest angebracht ist. Der Dämpfungsring 20 wird in dem Bereich unmittelbar zwischen dem ebenen Ring 24 und dem Umfangsflansch 16 rasch komprimiert Dadurch ändert sich die ursprünglich niedrige Federkonstante des Gummis in eine unendlich große Federkonstante. Zu diesem Zeitpunkt wird der Dämpfungsring 20 in dem Bereich zwischen dem flachen Ring 24 und dem Umfangsflansch 16 im wesentlichen inkompressibel, so daß eine weitere abwärts gerichtete Beschleunigung des flachen Rings 24 unmittelbar auf den Flansch 16 übertragen wird. Die abwärts gerichtete Beschleunigung des Flansches 16 bewirkt dann eine Kompression der Tellerfedern 56 durch die Abwärtsbewegung der im Eingriff stehenden Teile: des Bolzenkopfes 64, des Schaftes 62, des Stabes SO und des integralen Flansches 52, welche sich alle zusammen als eine Einheit abwärts bewegen. Auch hier bewirkt die variable Auslenkung der Metallfedern eine kontinuierliehe Dämpfung der Stoßbelastung hoher Intensität und gewährleistet ein weiches Aufsetzen.

Wenn der Dämpfungsring 20 bezüglich des flachen Ringes 24 unsymmetrisch wäre, würden die beiden Stapel Tellerfedern 34, 56 einzeln angepaßt werden müssen, um einen ähnlichen Verlauf der Kennlinie Belastung/Auslenkung sowohl für die ursprüngliche Stoßrichtung als auch die Rückschlag- oder Rückprallrichtung zu erhalten. Eine genaue Anpassung ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, da die Auslenkkurven für die Stoßbelastung und den Rückstoß im allgemeinen verschieden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Wasser und Atmosphäre und daher wird die Beschleuni- Patentansprüche: gung der Struktur des Schiffskörpers bei einer Unterwasserexplosion im allgemeinen in einer Richtung senk-

1. Stoß-und Schwingungsdämpfer zum Befestigen recht zur Wasseroberfläche liegen. Die Gasturbineneines Gegenstandes an einer feststehenden Halte- 5 triebwerke und andere Teile des Schiffs sprechen auf rung mit einem langgestreckten Stab, wobei der Ge- diese Hauptbewegung an und erzeugen ihre eigenen genstand radial außen an einer auf einem ersten Reaktionskräfte, weiche häufig die Beschleunigunjnsbe-Stababschnitt längs verschiebbaren Hülse befestigt lastung noch verstärken, da die Massen und Elastizitäist, deren eines axiales Ende mit einem um den ersten ten von Gasturbinen und ihren Basisteilen relativ leicht Stababschnitt herum angeordneten ersten Stapel 10 sind im Vergleich zumSchiffsfahrzeug als Ganzes. Diese von Tellerfedern in Eingriff steht, der axial benach- Beschleunigungen können zu einer Beschädigung der bart zur feststehenden Halterung angeordnet ist. Gasturbinen und anderer Ausrüstungen führen. Eine und deren anderes axiales Ende mit einem um einen solche Beschädigung kann jedoch dadurch auf ein Minizweiten Stababschnitt herum angeordneten zweiten mum gebracht werden, daß zwischen das Schiff und den Stapel von Tellerfedern in Eingriff steht d a d u r c h 15 zu schützenden Gegenstand ein Stoß- und Schwingekennzeichnet, daß die Verbindung mit der gungsdämpfer eingefügt wird.

feststehenden Halterung über einen um den Stab Bekannte Arten von federnden Gummihalterungen, herum angeordneten elastischen Dämpfungsring welche vorgesehen wurden, um das von dem Schiff er-(20) hergestellt ist, und daß der erste Stababschnitt zeugte Geräusch abzudämpfen, sind nicht besonders (i4) und der zweite Stababschnitt (SO) in einem ein- 20 gut da/.ü geeignet, als Schockdämpfungsteite zu wirken, stellbaren axialen Abstand gehalten sind, der von der Sie stellen an sich weiche Halterungen mit einer gerin-Hülse (36) überbrückt ist. gen Federkonstante bei niedrigen Belastungen dar, wel-

2. Stoß- und Schwingungsdämpfer nach An- ehe sich bei höheren Belastungen jedoch schnell in nicht spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste !compressible Halterungen mit einer unendlich großen Stababschnitt (14) zwei axial beanstandete Flansche 2s Federkonstante ändern. Daher tritt bei seichen Halte-(16, 18) aufweist, zwischen denen der elastische rungen unter Schockbedingungen allgemein eine Er-Dämpfungsring (20) angeordnet ist, der auf seinem schcinigung auf, welche sehr häufig als »hartes Aufset-Außenumfang eine Nut (22) aufweist, in die ein Hai- zen« bezeichnet wird und dazu führt, daß starke terungsring (24) eingebettet ist Schockbelastungen auf das Gasturbinentriebwerk und

3. Stoß- uiü Schwingungsdämpfer nach An- 30 die zugehörige. .usrüstung übertragen werden. Bisherispruch 1, dadurch gekennzeichn;:', daß der erste und ge Versuche, anstelle von Gummi ein anderes Material zweite Stababschnitt (14,50) durch einen Schraub- in solchen Schockhalterungen zu verwenden, waren bolzen (62) verstellbar zusammenschalten ist. nicht besonders erfolgreich. Bei den meisten dieser Ver-

4. Stoß- und Schwingungsdämpfer nach An- suche wurden Schraubenfedern verwendet Diese besitspruch3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse 35 zcn eine eigenständige oder natürliche lineare Kennlinie (36) gegenüber dem zweiten Stababschnitt (30) ge- der Auslenkung über der Belastung und können daher gen Verdrehen gesichert ist (bei 58,60). dieses »harte Aufsetzen« nicht verhindern und ebensowenig ergeben sie einen merklichen Graci an Dämpfung.

Eine Nichtlinearität kann zwar durch eine Schraubenfe-

40 der mit variabler Steigung erhalten werden, aber die mangelnde Dämpfung bleibt. Außerdem würde eine

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stoß- und Schraubenfeder mit einer genügend niedrigen Eigcnfre-

Schwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des An- quenz zur Schockabschirmung, die außerdem noch die

Spruches 1. Ein derartiger Dämpfer ist z. B. in der DE- Fähigkeit zur Speicherung der erforderlichen Energie

AS 12 50 203 beschrieben. 45 besitzt, notwendigerweise übermäßig groß und schwer

Für Schiffsantriebseinheiten werden Schiffsgasturbi- ausfallen.

nen eingesetzt welche vorhandene Einheiten aus Die eingangs genamte DE-AS 12 50 203 beschreibt

Strahltriebwerken für Luftfahrzeuge verwenden. Diese eine elastische Befestigung für stoßempfindliche Teile

auf einem Schiff eingesetzten Gasturbinen, besonders mittels eines Stehbolzcns, auf dem das Teil radial und

auf Fahrzeugen der Seestreitkräfte, sind im allgemeinen 50 gegen die Wirkung zweier gegeneinander gespannter

nicht in der Lage, den Erschütterungsbelastungen hoher Federn axial beweglich ist Hierbei können sowohl

Intensität zu widerstehen, die sich aus Explosionen, di- Stahlfedern jeglicher Art als auch elastische Materia-

rekten und nahe benachbarten Einschlägen ergeben. Es lien, wie Gummi, Kunststoff und dgl. verwendet werden,

ist daher wichtig, daß Gasturbinen für Schiffsfahrzeuge Ähnlich wie bei den Einrichtungen gemäß der DE-PS

und ähnliche Strukturen auf Halterungen befestig! sind, 55 9 72 464 oder der FR-PS 6 08 537 erfolgt hierbei jedoch

welche in der Lage sind, die Strukturen von diesen Er- keine Schwingungsdämpfung.

schütterungen hoher intensität abzuschirmen. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Stoß- und

Wenn bei einem Seefahrzeug eine Unterwassercxplo- Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Gattung

sion erfolgt, wird die anfängliche Stoß- oder Schockwcl· derart auszugestalten, daß mit einfachen Mitteln ein

Ie von der Expolsion auf die Struktur des Schiffskörpers 60 kompakter, austauschbarer und in zwei Richtungen

auftreffen und innerhalb weniger Millisekunden eine wirksamer Dämpfer sowohl für Schwingungen als auch

hohe Geschwindigkeit auf ihn übertragen. Die Kräfte siurkcStoßbelastungcn erhalten wird,

bei einer Unterwasserexplosion bewegen im allgcmei- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Pa-

nen das Wasser in einer Richtung senkrecht zur Ober- lentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst,

fläche, während die Wasserbewegung in anderen Rieh- es Vorteilhafte Ausgestallungen der Erfindung sind in

__. tungen durch die Dichte des umgebenden Wassers be- ilen Unleransprüchen gekennzeichnet.

'M grenzt wird. Ein sich auf der Wasseroberfläche bcwc- Die mit der Erfindung erziclbaren Vorteile bestehen

§f gendes Schiff bewegt sich in der Grenzschicht zwischen insbesondere darin, daß aufeinander gestapelte Teller-