DE2407944A1

DE2407944A1 - Schwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2407944A1
Application number: DE19742407944
Authority: DE
Inventors: Andre Lucien Pineau
Original assignee: PINEAU ANDRE LUCIEN
Current assignee: Hutchinson Aerospace and Industry Inc
Priority date: 1973-02-19
Filing date: 1974-02-19
Publication date: 1974-08-22
Also published as: FR2218508A1; GB1466876A; US3897856A; DE2407944C2; FR2218508B1

Description

Andre Lucien Pineau
12, Rue de Beam

SAINT-CLOUD Frankreich

Unser Zeichen: P 2240

Schwingungsdämpfer

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer und insbesondere einen visko-dynamisch arbeitenden Schwingungsdämpfer.

Es sind bereits visko-dynamisch arbeitende Schwingungsdämpfer bekannt, die aus einem zylindrischen Körper bestehen, in dem sich ein Kolben bewegt, der mit der von dem Schwingungsdämpfer getragenen Last fest verbunden ist.

Dieser zylindrische Körper, der mit einem viskosen Strömungsmittel gefüllt ist, ist an seinem oberen Teil durch eine verformbare Membran geschlossen, die den zylindrischen Körper dicht mit einem zentralen Kolben verbindet. Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist beispielsweise in der FR-PS 1.280.076 beschrieben.

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Die gewünschte Schwingungsdämpfung wird durch die Drosselung des viskosen Strömungsmittels in Bohrungen des Kolbens gegeben, die mit der inneren Hysteresis dieses Strömungsmittels verbunden ist.

Ein derartiger Schwingungsdämpfer liefert gute Ergebnisse, seine Anwendungsmöglichkeiten sind jedoch auf Grund seiner Arbeitsweise beschränkt.

Wenn die verformbare Membran weich ist, ist die Eigenfrequenz des Schwingungsdämpfers nicht hoch und die Schwingungen mit niedriger Frequenz werden korrekt absorbiert. Dagegen läßt jedoch die geringe mechanische Festigkeit der weichen . Membran keine hohen Innendrücke zu, die sich aus einem starken Stoß ergeben; dies bringt die Gefahr eines schnellen Verschleisses oder eines Platzens mit sich.

Wenn die Membran starrer ist, hält sie die Stöße besser aus, die sich daraus ergebende höhere Eigenfrequenz beschränkt jedoch im selben Maße die Absorbierung der Schwingungen mit niedrigen Frequenzen, die bei zahlreichen Einrichtungen störend sind. Die allgemeine Anordnung des Schwingungsdämpfers hat ferner zur Folge, daß die verformbare Membran für alle störenden Einwirkungen sehr empfindlich ist, so daß besondere Maßnahmen für die Aufstellung oder Montage des Schwingungsdämpfers ergriffen werden müssen.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Schwingungsdämpfer zu vermeiden und insbesondere einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der eine niedrige Eigenfrequenz haben kann und gleichzeitig eine sehr

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hohe Kapazität der Absorbierung von Stoßen ohne Beschädigungs- oder Bruchgefahr beibehält.

Zu diesem Zweck ist der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer mit einem äußeren zylindrischen Körper, der an seiner Oberseite eine axiale Öffnung für den Durchgang einer zur Aufnahme der aufzuhängenden Last bestimmten Stange besitzt und an seinem unteren Teil durch eine Platte geschlossen ist, wobei der Körper und die Platte einen eine viskose Flüssigkeit enthaltenden Raum abgrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Körpers mit einer Elastomerschicht belegt sind, die in ihrem zentralen oberen Teil an der die Last tragenden Stange befestigt ist und einen Abschnitt mit geringerer Stärke besitzt, der mit der Innenwand des Körpers eine Kammer abgrenzt, die die Volumensänderungen des Innenraums des Schwingungsdämpfers kompensiert, die durch die Bewegungen der Stange unter der Einwirkung der Last und durch die sich daraus ergebenden Verformungen des oberen Teils der Elastomerschicht verursacht werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers ,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Abwandlung des Schwingungsdämpfers von Fig.1 und

· 3 bis 6 Schnitte durch andere Abwandlungen von erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfern.

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Der in Fig. 1 gezeigte Schwingungsdämpfer besitzt einen äußeren zylindrischen Körper 1 aus Metall oder einem anderen wenig verformbaren Werkstoff, der an seiner Oberseite eine kreisförmige öffnung 2 und an seiner Unterseite einen zur Achse des Körpers senkrechten Flansch 3 besitzt.

Das Innere des Körpers 1 ist mit einer verformbaren Elastomerschicht 4- mit niedrigem Elastizitätsmodul belegt, die an der Innenwand anliegt, und zwar ausgenommen den Abschnitt 5 mit geringerer Stärke, der mit der Innenwand des Körpers eine ringförmige Kammer 6 zum Ausgleich der Volumensänderungen des Innenraums des Schwingungsdämpfers abgrenzt.

Die Elastomerschicht 4- ist einerseits an der Innenfläche des Flansches 3 entlang und andererseits über die zentrale öffnung 2 der Oberseite des Körpers hinaus verlängert und ist durch Haftung an einer zentralen Achse 7 befestigt, die zur Aufnahme der aufzuhängenden Masse dient und mit einer Platte 7a versehen ist. Diese Einheit ist durch eine Platte 8 aus Metall abgeschlossen, die mit der Verlängerung der Elastomerschicht 4- und dem Flansch 3 des Körpers 1 durch Vernieten, Verkleben oder eine andere Verbindungsart verbunden ist. Der mit der Elastomerschicht 4- belegte Körper 1 und die einen Boden bildende Platte 8 grenzen somit einen geschlossenen, dichten Raum ab. Dieser Raum ist mit einem viskosen Strömungsmittel wie Silikonöl gefüllt, dessen Viskosität an den Verwendungszweck des Schwingungsdämpfers angepaßt ist.

Der in Fig.'2 gezeigte Schwingungsdämpfer besitzt abgesehen von den Elementen des Schwingungsdämpfers von

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Fig. 1 eine verformbare Membran 9 aus einem Elastomer mit wesentlich höherer Steifigkeit als die Elastomerschicht 4, mit der der zylindrische Körper belegt ist. Diese Membran 9 ist an dem unteren Teil des Körpers 1 befestigt.

Der Außenrand 10 dieser Membran liegt an der entsprechenden Wand der Elastomerschicht 4- des zylindrischen Körpers an.

Wie im Fall von Fig. 1 ist diese Einheit durch eine metallische Platte 8 geschlossen, die mit den beiden Elastomerschichten und dem Flansch 3 verbunden ist.

Der Schwingungsdämpfer besitzt somit einen Innenraum, dessen Wände ausschließlich aus Elastomerschichten bestehen und der somit wie im Fall von Fig. 1 vollständig geschlossen und dicht ist.

Die Membran 9 und die Platte 8 grenzen ferner eine zweite dichte Kammer 11 ab, die mit Luft oder einem Inertgas gefüllt sein kann.

Wie im vorhergehenden Fall ist der auf diese Weise abgegrenzte Innenraum mit einem viskosen Strömungsmittel wie Silikonöl gefüllt.

Der in Fig. 1 gezeigte Schwingungsdämpfer bildet einen elastischen Träger mit hydraulischer viskoser Schwingungsdämpfung, der folgendermaßen arbeitet:

Unter der Einwirkung der aufzuhängenden Masse, die auf der Achse 7 aufliegt, wird das innere Strömungsmittel komprimiert und der daraus entstehende Druck wird von diesem Strömungsmittel mit gleicher Stärke auf alle

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Wände des Innenraums des Schwingungsdämpfers übertragen. Dieser Druck hält die innere Elastomerschicht 4 an den Körper 1 angedrückt und verformt den Abschnitt· 5 beträchtlich, da der Elastizitätsmodul des benutzten Elastomers gering ist und die Elastomerschicht dieses Abschnitts 5 eine geringe Stärke hat.

Die Eigenfrequenz des Schwingungsdämpfers, die durch den geschlossenen Raum bestimmt wird, der von dem mit der Elastomerschicht 4- belegten Körper 1 und der Platte 8 abgegrenzt wird, ist somit praktisch eine Funktion von der Nachgiebigkeit des Abschnitts 5 der inneren Elastomerschicht 4-, Auf diese Weise kann man niedrige Fre quenzen erreichen, und zwar sogar mit hohen Amplituden (beispielsweise bis zu i 2,5mm).

Das Problem der Federung mit niedriger Frequenz ist somit einwandfrei gelöst. Die aufgehängten Einrichtungen können jedoch hohe Stoßbeschleunigungen erhalten, die entweder durch den Normalbetrieb oder durch zufällige Umstände des Transports verursacht werden. Der in Fig. 2 gezeigte Schwingungsdämpfer eignet sich besonders für den Betrieb unter solchen Bedingungen.

Bei Normalbetrieb verursacht der auf die Membran 9 einwirkende Druck auf Grund des Moduls des benutzten Elastomers und der großen Dicke dieser Membran nur eine sehr geringe Verformung dieser Membran, so daß der Schwingungsdämpfer unter denselben Bedingungen wie der Schwingungsdämpfer von Fig. 1 arbeitet.

Wenn der Innendruck jedoch infolge einer Stoßbeschleunigung immer höher wird, so erfährt der Abschnitt 5 der Elastomerschicht 4- eine starke Verformung, durch

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die er an die Innenfläche des Körpers 1 angedrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Elastomerschicht 4 also an den Körper 1 praktisch durchlaufend angedrückt, wobei der metallische Körper eine Bandage bildet, die die Verformung des Abschnitts 5 begrenzt und auf diese Weise seine Beschädigung verhindert. Wenn der von dem Strömungsmittel übertragene Druck weiter ansteigt, so biegt sich die Membran 9 mit hohem Elastizitätsmodul ihrerseits bis in eine Gleichgewichtsstellung durch. Zu diesem Zeitpunkt kehrt sich der Zyklus um, und zwar bis zur vollständigen Dämpfung des Stoßes.

Die eigentliche Dämpfung wird durch die Drosselung des viskosen Strömungsmittels bei seiner Bewegung und insbesondere durch seinen Durchgang durch Öffnungen oder Umlenkorgane (nicht dargestellt) der an der Achse 7 befestigten Platte 7a sowie durch die innere Hysteresis des Strömungsmittels gewährleistet.

Der in Fig. 2 gezeigte Schwingungsdämpfer bildet also im Grunde zwei in Reihe geschaltete Schwingungsdämpfer, die nacheinander in Betrieb treten: Ein Niederfrequenz-Schwingungsdämpfer, der insbesondere zur Filterung der Schwingungen dient, und ein Schwingungsdämpfer mit hoher Stoßabsorptionskapazität.

Nach Verschwinden der Stoßbeschleunigungen nimmt die Einheit ohne irgendeine Veränderung wieder ihre ursprüngliche Stellung ein. Die verformbare Elastomerschicht 4 ist nämlich durch den metallischen Körper 1 vollständig bandagiert, allerdings mit Ausnahme des Bereichs senkrecht unter der Öffnung 2, der jedoch auf Grund der großen Stärke der Elastomerschicht 4 an dieser Stelle gegen jede übermäßige Ermüdung geschützt ist.

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Der in Fig. 3 gezeigte Schwingungsdämpfer ist wie der in Fig. 2 gezeigte Schwingungsdämpfer ausgebildet. Die Kammer 6 jedoch, die von dem Abschnitt 5 der Elastomerschicht 4, mit der der Körper 1 des Schwingungsdämpfers belegt ist, und der Innenwand des Körpers 1 abgegrenzt wird, sowie die Kammer 11, die durch die Membran 9 und die Platte 8 abgegrenzt wird, sind jeweils über eine Bohrung 12 bzw. 13 mit entsprechendem Durchmesser belüftet, die in dem Körper 1 bzw. in der Platte 8 vorgesehen ist. Die auf diese Weise ausgebildeten Kammern wirken als pneumatische Verzögerer unter der Einwirkung von Stoßen, die die aufgehängte Last erfährt und die auf den Schwingungsdämpfer übertragen werden.

Bei dem in Fig. 4 gezeigten Schwingungsdämpfer ist an Stelle der verformbaren Membran 9 der Figuren 2 und 3 ein Kissen 9a aus Zellenmaterial mit geschlossenen Zellen vorgesehen.

Die in Fig. 5 und 6 gezeigten Schwingungsdämpfer unterscheiden sich von dem Schwingungsdämpfer von Fig. 2 nur durch die Anordnung der Kammer, die zwischen der Elastomerschicht, mit der der Körper des Schwingungsdämpfers belegt ist, und der Innenwand dieses Körpers vorgesehen ist.

In Fig. 5 ist der eine geringe Stärke aufweisende Abschnitt 5a der Elastomerschicht 4a im oberen Teil des Körpers 1 vorgesehen, so daß sich die Kammer 6a ebenfalls am oberen Teil des Körpers befindet.

In Fig. 6 ist der eine geringe Dicke aufweisende Abschnitt 5b der Elastomerschicht 4b und damit die Kammer 6b, die durch diesen Abschnitt und die Innenwand des

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Körpers 1 abgegrenzt wird, im unteren Teil dieses Körpers angeordnet.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers kann die Elastomerschicht, mit der der Körper 1 des Schwingungsdämpfers belegt ist, entweder einfach an der Innenwand des Körpers 1 anliegen oder teilweise oder vollständig an dieser haften.

Nur der in Fig. 2 dargestellte Schwingungsdämpfer besitzt Bohrungen 12 und 13 zur Belüftung der Kammern 6 und 11, um eine pneumatische Verzögerung zu bewirken. Selbstverständlich kann eine solche Anordnung auch bei allen beschriebenen und dargestellten Schwingungsdämpfern vorgesehen werden, wobei eine einzige Kammer oder beide Kammern belüftet werden können.

Wenn diese Kammern dicht sind, können sie mit Luft oder mit einem Inertgas gefüllt sein.

Ferner kann das aus Zellenmaterial bestehende Kissen 9a des in Fig. 4- gezeigten Schwingungsdämpfers ein Inertgas enthalten, wobei die Kompaktheit und die Kurve der statischen Verformung dieses Kissens an die Stärke und die Frequenz der von den Schwingungsdämpfer auszuhaltenden Stöße angepaßt sein können.

Alle beschriebenen Schwingungsdämpfer besitzen durch den Körper und entweder die Platte 8 oder die Membran 9 oder das Kissen 9a abgegrenzte Räume, die vollständig mit viskoser Flüssigkeit gefüllt, sind.

Diese Füllung kann jedoch auch partiell sein und an die Betriebsbedingungen des Schwinungsdampfers angepaßt sein.

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Claims

Patentansprüche

M. Schwingungsdämpfer mit einem äußeren zylindrischen Körper, der an seiner Oberseite eine axiale öffnung für den Durchgang einer zur Aufnahme der aufzuhängenden Last bestimmten Stange besitzt und an seinem unteren Teil durch eine Platte geschlossen ist, wobei der Körper und die Platte einen eine viskose Flüssigkeit enthaltenden Raum abgrenzen, dadurch gekennzeichnet , daß die Wände des Körpers (1) mit einer Elastomerschicht (4, 4a, 4b) belegt sind, die in ihrem zentralen oberen Teil an der die Last tragenden Stange (7) befestigt ist und einen Abschnitt (5, 5a, 5b) mit geringerer Stärke besitzt, der mit der Innenwand des Körpers (1) eine Kammer (6, 6a, 6b) abgrenzt , die■die Volumensänderungen des Innenraums des Schwingungsdämpfers kompensiert, die durch die Bewegungen der Stange (7) unter der Einwirkung der Last und durch die sich daraus ergebenden Verformungen des oberen Teils der Elastomerschicht (4) verursacht werden.
2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich der Elastomerschicht (4, 4a, 4b), der der die Last tragenden Stange (7) gegenüberliegt, zwischen der den Schwingungsdämpfer verschließenden Platte (8) und einem Flansch (3) des Körpers (1) gehalten ist.
3- Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß.die Elastomerschicht (4, 4a, 4b), mit der der Körper (1) belegt ist, entweder einfach an den Wänden des Körpers anliegt oder an diesen teilweise

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oder vollständig durch Haftung befestigt ist.
4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine geringere Stärke aufweisende Abschnitt (5, 5a, 5b) der Elastomerschicht (4, 4a, 4b) gegenüber dem unteren Teil, der Mitte oder dem oberen Teil der seitlichen Wand des Körpers (1) angeordnet ist.
5. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zusätzliches elastisches Element (9, 9a), das im unteren Teil des Körpers (1) angeordnet ist und dessen Umfang zusammen mit dem Bereich der Elastomerschicht (4), der der die Last tragenden Stange (7) gegenüberliegt, zwischen dem Flansch (3) des Körpers und der den Schwingungsdämpfer abschließenden Platte (8) gehalten ist, wobei der das viskose Strömungsmittel enthaltende,dichte Raum durch den mit der Elastomerschicht (4, 4a, 4b) belegten Körper (1) und durch das elastische Element (9, 9a) abgegrenzt ist.
6. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Elastizitätsmodul des Elements (9, 9a) größer als der der Elastomerschicht (4, 4a, 4b) ist.
7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element aus einer verformbaren Membran (9) besteht, die mit der dem Schwingungsdämpfer abschließenden Platte (8) eine zweite Kammer (11) zur. Absorption der Volumensänderungen des die viskose

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Flüssigkeit enthaltenden Raums unter der Wirkung von starken, auf die Last einwirkenden Kräften abgrenzt.
8. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Element aus einem Kissen (9a) aus Zellenmaterial mit geschlossenen Zellen besteht, das auf der den Schwingungsdämpfer abschließenden Platte (8) aufliegt und mit Luft oder einem Inertgas gefüllt ist.
9. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (6, 6a, 6b), die durch die eine geringere Stärke aufweisenden Abschnitte (5, 5a, 5b) der Elastomerschicht (4, 4a, 4b), mit der der Körper (1) belegt ist, und durch die entsprechende Innenwand des Körpers abgegrenzt ist, entweder mit Luft oder Inertgas gefüllt ist oder über mindestens eine in dem Körper vorgesehene Bohrung (12) mit geeignetem Durchmesser belüftet ist.
10. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Kammer (11), die durch die verformbare Membran (9) und durch die den Schwingungsdämpfer abschließende Platte (8) abgegrenzt ist, entweder mit Luft oder einem Inertgas gefüllt ist oder über mindestens eine in der Platte (8) vorgesehene Bohrung (13) mit geeignetem Durchmesser belüftet ist.
11. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß "die die aufzuhängende Last tragende Stange (7) an ihrem im Inneren des Schwingungsdämpfers gelegenen Ende mit einer Platte (7a) mit geeignetem Durch-

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messer und geeigneter Form versehen ist.
12. Schwinungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (7a) mit Bohrungen und/oder Umlenkorganen versehen ist.

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