DE2449541B2 - Daempfungsglied - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dämpfungsglied, insbesondere für die Richtmaschine eines Sichtgeräts, mit zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen, die einander gegenüberstehende, ringförmige Oberflächen aufweisen, die einen an seinen Enden durch zwischen den Oberflächen angeordnete Dichtungen abgeschlossenen Spalt begrenzen, in dem sich ein Dämpfungsmedium hoher Viskosität befindet, das im Bereich der im Spalt auftretenden Scherkräfte eine nicht-Newtonsche Charakteristik des Reibungswiderstands hat.

Ein solches Dämpfungsglied ist aus der DT-OS 27 730 bekannt. Durch die Verwendung eines Dämpfungsmediums mit einer nicht-Newtonschen Charakteristik wird erreicht, daß der Dämpfungswiderstand bei einer Erhöhung der Relativgeschwindigkeit nicht linear ansteigt, sondern einen Grenzwert nicht überschreitet, so daß einerseits bei langsamen Bewegungen eine für die Funktion des mit solchen Dämpfungsgliedern bestückten Geräts ausreichende Dämpfung erzieh wird, andererseits schnellen Bewegungen kein zu großer Widerstand entgegengesetzt wird. Auf diese Weise ."erd'-n lösbare Kupplungen oder sonstige, komplizierte Einrichtungen vermieden, die sonst vorgesehen c-ein müßten, um für schnelle Bewegungen Dämpfungsglieder abzuschalten, deren infolge einer linearen Charakteristik des Dämpfungsmediums schnell ansteigender Widerstand schnelle Bewegungen unmöglich machen würde.

Bei dem bekannten Dämpfungsglied befindet sich das Dämpfungsmedium mit der nicht-Newtonschen Charakteristik in einem Spalt zwischen kegelstumpfförmigen Oberflächen, die einen großen mittleren Durchmesser aufweisen müssen, um bei der Drehung der Teile des Dämpfungsglieds nebeneinander in dem Spalt die hohen Relativgeschwindigkeiten zu erzeugen, die erforderlich sind, damit die nicht-Newtonsche Charakteristik des Dämpfungsmediums wirksam wird. Infolgedessen sind bei dieser Anordnung an den Enden der kegels'.-jmpfförmigen Oberflächen Dichtungen mit einem entsprechend großen Durchmesser erforderlich Da die als Dämpfungsmedium bevorzugten Silikonöle das Bestreben haben, durch die Dichtungen hindurchzukriechen, muß ein relativ hoher Dichtungsdruck angewendet werden. Es müssen also sehr fest sitzende Dichtungen benutzt werden, um Leckverluste des Dich tungsmitttels zu vermeiden. Obwohl die bekannte An Ordnung für viele Anwendungszwecke sehr gut geeignet ist, kann jedoch die durch solche Dichtungen be dingte Ruhe- oder Haftreibung für andere Zwecke unerwünscht, wenn nicht sogar unzulässig sein.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungsglied der eingangs beschriebener Art so auszubilden, daß es dem Beginn einer Bewegung aus einer Ruhestellung heraus nur wenig Widerstanc entgegensetzt, die bei dem bekannten Dämpfungsglied vorhandene Haftreibung also bedeutend vermindert ist

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch ge löst, daß, in einem durch die Drehachse des Dämp fungsglieds verlaufenden Längsschnitt gesehen, die En den des Spalts näher zur Achse angeordnet sind al« dessen mittlerer Teil.

Durch eine solche Ausbildung des Dämpfungsglied! wird erreicht, daß die an den Enden des Spalts angeordneten Dichtungen einen kleinen Durchmesser ha ben und infolgedessen auch die Haftreibung zwischer den Dichtungen und den benachbarten Teilen klein ge halten werden kann. Die hohen Relativgeschwindig keiten, die zum Ausnutzen der nicht-Newtonseher Charakteristik des Dämpfungsmediums erforderücl sind, werden in den weiter außen liegenden Teilen de; Spalts erzielt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsforn der Erfindung ist eines der gegeneinander verdrehba ren Teile eine Welle mit einer senkrecht dazu angeord neten Scheibe und das andere ein auf der Welle gela gertes Gehäuse, das aus zwei zu beiden Seiten de Scheibe angeordnete, die Scheibe umfassenden Wan den besteht, deren Innenflächen der Scheibe gegen überstehen und die gegenüber der Achse durch Ring dichtungen abgedichtet sind. Bei dieser Ausführungs form besteht der Spalt aus zwei sich zu beiden Seilet der Scheibe gegenüberliegenden Abschnitten, die läng: des Umfangs der Scheibe miteinander verbunden sind Im äußeren Bereich der Scheibe entstehen die höhet Relativgeschwindigkeiten, die zum Ausnutzen de

aicht-Newionschen Charakteristik des Dämpfungsmittels und damit zur Begrenzung der Kraft erforderlich iind, durch die der Dämpfungswiderstand begrenzt wird. In den Spaltabschnitten mit geringerem Durchmesser treten beim normalen Betrieh des Därnpfungsjlieds keine Relativgeschwindigkeiten auf, die ausreichend sind, um eine nennenswerte nicht-Newtonsche Charakteristik des Dämpfungsmediums zu bewirken, nämlich eine Abnahme der scheinbaren Viskosität, die 26 ausgefüllt. Ringförmige Dichtungen 28 und 29 bilden einen für das Dämpfungsmedium dichten, jedoch eine Relativbewegung zulassenden Abschluß zwischen Nabe 20 und Welle 14. Ein Dichtungsring 27 bildet einen »tauschen Abbciiiuß für das Dampfungsmcdiurn längs des Flansches 22. Die dynamischen, ringförmigen Dichtungen 28 und 29 umfassen ein ringförmiges Dichtungsglied aus Polytetrafiuoräthylen mit U-förmigem Querschnitt und eine innere Schraubenfeder 28a, die

ju einer deutlichen Begrenzung der Kraft oder des io für einen maximalen Dichtungsdruck von 7 at sorgt. Prehmoments bei mittleren und höheren Bewegungs- Das Reibungsmoment dieser dynamischen Dichtungen geschwindigkeit führt. _{ist gering und ergibt sich zu r=} F(DIl), wenn Γ das

In wciicici Ai^csiailung der Erfindung können die Drehmoment, F die Haftreibung und Oder Dichtungseinander gegenüberstehenden Oberflächen der Teile durchmesser ist. Bei einer Haftreibung von F = 1,46 kp lies Dämpfungsglied* Abschnitte aufweisen, die wenig- 15 und einem Dichtungsdurchmesser von D = 3.2 cm erstens zwei Spaitabschnitte verschiedener Breite be- gibt sich ein Reibungsmomenl 7= 4.5 cm -kp grenzen, von denen der engere Spaltabschnitt einen = 0,045 mkp. Die tatsächliche Haftreibung eines nach größeren mittleren Radius aufweist als der weitere der Erfindung ausgeführten Dämpfungsglieds war et-Spaltabschnitt. Auf diese Weise werden in dem weite- was geringer als 1,4 kp. woraus sich ein geringeres Reiren Spaltabschnitt mit dem kleineren mittleren Radius 20 bungsmoment für die Dichtungen ergab. Die mittlere die Scherbeanspruchungen und damit der Widerstand Hafiieibung einschließlich der durch die Duplexlager

24 und 25 bedingten Reibung betrug 0,04 mkp. Eine Ausdehnungskammer 32 halt das Dämpfungsmedium unter Dnck, um Hohlräume in dem Dämpfungsmedium 26 zu vermeiden, und ermöglicht zugleich eine Flüssigkeiisausdehnung im Temperaturbereich von etwa -55 bis 70⁰C.

Die gestufte Spaltbreite liefert einen wichtigen Beitrag für das Erreichen einer geringen Haftreibung, weil Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher 30 sie es gestattet, die dynamischen Dichtungen 28 und 29 beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und in der Nabe 20 anzuordnen und dadurch Dichtungen der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei mit kleinem Durchmesser zu erzielen, die zum Herstelanderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für len der Abdichtung der Dämpfungsflüssigkeit 26 in den

gegen die Relativbewegung vermindert. Demgemäß vermindert ein weiter Spalt den linearen Anstieg des Widerstands, den das Dämpfungsmedium in den weiten Spaltabschnitten bewirkt, die mit zu geringen Relativgeschwindigkeiten betrieben werden, um eine nennenswerte, scheinbare Abnahme der Viskosität (nicht-Newtonsche Charakteristik) zu bewirken.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des i.i der

sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

F i g. 1 teilweise in Ansicht und teilweise im Schnitt in perspektivischer Darstellung ein Dämpfungsglied nach der Erfindung,

F i g. 2 eine bildhafte Darstellung einer Waffe mit Spalten 30, 31 mit Kontaktflächen minimaler Größe auskommen. Weiterhin wird durch die gestufte Spaltbreite ein äußerer Ringbereich R mit großem Durchmesser geschaffen, in dem hohe Scherbeanspruchungen emsiehen, die eine erhebliche Nichtlinearität im Verhalten des hochviskosen Dämpfungsmediums verursa-

einem Sicht- und Richtgerät, das mi; Dämpfungsglie- 40 chen, nämlich von Silikon-Dämpfungsmedien, deren

dem nach der Erfindung ausgerüstet ist,

F i g. 3 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Drehmoments von der Winkelgeschwindigkeit bei einem Dämpfungsglied nach der Erfindung veranschaulicht, und

F i g. 4 ein Diagramm, das die nichtlineare Charakteristik von viskosen Silikon-Dämpfungsmedien, wie sie in Dämpfungsgliedern nach der Erfindung verwendet werden, in Abhängigkeit von der Schwergeschwindigkeit zeigt.

Das in F i g. 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellte Dämpfungsglied 10 weist eine dünne Scheibe 12 auf, die an einer Welle 14 starr befestigt ist, und ein Gehäuse 16 mit Seitenwänden J8 und 19, die sich von einer Nabe 20 bis zu einem äußeren Flansch 22 erstrecken. Die Scheibe 12 ist relativ zu den ihr gegenüberstehenden Seitenwänden 18 und 19 durch vorgespannte Duplex-Lager 24 und 25 drehbar gelagert, die in der aus F i g. 1 ersichtlichen Weise angeordnet sind.

Viskosität in der Größenordnung von 100 000 Centistokes oder mehr liegt, wie es F i g. 4 beispielsweise zeigt. Hohe Viskositäten reichen bis zu 5 Millionen Centistokes und mehr, wenn tiefe Temperaturen auf-

treten.

Die individuellen Charakteristiken für zwei typische Spaltbreiten für den inneren Ringbereich /und den äußeren Ringbereich R sind in F i g. 3 dargestellt. Diese Charakteristiken sind mit den gleichen Buchstaben bezeichnet wie die Ringbereiche r und R in F i g. 1. Der Dämpfungskoeffizient eines Dämpfungsglieds in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist direkt proportional der absoluten Viskosität des viskosen Dämpfungsmediums und umgekehrt proportional zur

Breite des Spalts zwischen c*en gegeneinander beweglichen Oberflächen des Dämpfungsglieds. Um in Rotations-Dämpfungsgliedern zu hohen Schwergeschwindigkeiten für eine im wesentlichen nichtlineare Charakteristik zu kommen, muß die Scherbeanspruchung

Aus Polyamid bestehende Gewindestopfen oder Stell- 60 des Dämpfungsmediums in Spalten mit großem Radius schrauben 21 ragen von den einander gegenüberste- stattfinden, d. h. in dem Spaltabschnitt 30 im äußeren

Ringbereich R, der eine geringe Breite hat. Gleichzeitig werden geringe Reibungswerte an den

dynamischen Dichtungen 28 und 29 an der Nabe erzielt,

henden Seitenwänden 18 und 19 nach innen, um die
Scheibe 12 so zu halten, daß zu beiden Seiten der
Scheibe Spalte gleicher Breite entstehen. Die Stellschrauben 21 sind auf einem zu den Seitenwänden kon- 65 welche den kleinstmöglichen Durchmesser an der WeI-zentrischen Kreis gleichmäßig verteilt. Ie 14 haben. Ein kleiner Dämpfungswert im inneren

Ringbereich r, der durch die geringeren Relativgeschwindigkeiten bedingt ist, wird weiter durch eine re-

Die Spalte zwischen der Scheibe 12 und den Seitenwänden 18 und 19 sind mit einem Dämpfungsmedium

lativ große Breite des Spaltabschnitts 31 vermindert. Die Kombination einer geringen Relativgeschwindigkeit mit einer großen Spaltbreite im inneren Ringbereich r hat eine geringe Schergeschwindigkeit und damit einen minimalen Dämpfungswiderstand zur Folge, was in dem Diagramm nach Fig.3 durch die annähernd geradlinige Kurve r veranschaulicht wird. Demgemäß wird der Dämpfungswiderstand des inneren Ringbereichs r klein gehalten, um die gewünschte Nichtlinearität des äußeren Ringbereichs nicht zu stören. Dieses Ziel wurde erreicht, wie es durch die Summenkurve 5 veranschaulicht wird. Die lineare Erhöhung des Dämpfungswiderstands des äußeren Ringbereichs um diesen kleinen Betrag hält den Linearitäts-Effekt in der Summenkurve S auf einem Minimum. Weiterhin kann die resultierende Momentcharakteristik verändert werden, indem die Radien des inneren und des äußeren Ringbereichs variiert werden, um die gewünschte nichtlineare Charakteristik gemäß Kurve S des Dämpfungsglieds zu erreichen.

Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, hat ein typisches Dämpfungsglied einen Dämpfungskoeffizienten mit dem gewünschten minimalen linearen Anteil und bewirkt bei geringen Nachführgeschwindigkeiten des Richtgeräts eine erhebliche Viskositätsdämpfung, um dem Benutzer eine Gegenkraft zu bieten, die der Winkelgeschwindigkeit der Sichtlinie proportional ist, und eine Dämpfung zum Vermeiden von Schwankungen, Zittern und Überfahren der Sollstellung. Zugleich wird für mittlere und hohe Nachführgeschwindigkeiten sowie schnelle Schwenkungen zur Zielauffassung ein lineares Ansteigen des Dämpfungsmoments durch eine nichtlineare Charakteristik vermieden, nämlich eine asymtotische Begrenzung des Dämpfungsmoments bei hohen Winkelgeschwindigkeiten. Die in F i g. 2 dargestellte Einrichtung kann identische Dämpfungsglieder 10 für die Elevations- und die Azimutachse aufweisen. Beim Elevations-Dämpfungsglied ist die Scheibe fest angeordnet, während sich das Gehäuse mit dem Richtgerät dreht. Bei dem Dämpfungsglied für die Azimutachse ist das Gehäuse fest, während die Scheibe mit dem Richtgerät umläuft. Ein typisches Dämpfungsglied nach der Erfindung hat im äußeren Ringbereich R Spalte von 0,125 mm Breite zu beiden Seiten der Scheibe 12. während die zu beiden Seiten der Scheibe angeordneten Spalte im inneren Ringbereich r eine Breite von 3,75 mm haben.

Um ein maximales Dämpfungsmoment bei minimalem Gewicht des Dämpfungsglieds zu erhalten, sind für den äußeren Ringbereich R sehr kleine Spaltbreiten bei verhältnismäßig kleinem mittleren Radius des äußeren Ringbereichs R wünschenswert. Jedoch ist es schwierig. Spalte mit einer Breite von wesentlich weniger als 0,125 mm herzustellen, weil dann schon geringe Abweichungen der die Spalte begrenzenden Teile eine bedeutende Änderung der Spaltbreite zur Folge haben. Infolgedessen würden sich erhebliche Schwankungen in den Dämpfungseigenschaften der einzelnen Dämpfungsglieder ergeben. Daher ist es zweckmäßiger, eine etwas größere Spaltbreite und einen etwas größeren, mittleren Radius des äußeren Ringbereichs R zu wählen.

Eine Temperaturkompensation ist bei einem solcfien Leichtbau-Dämpfungsglied begrenzt und wird durch Ausnutzen der stärkeren Nichtlinearität von Dämpfungsmedien höherer Viskosität erzielt, nämlich in einer stärkeren Abnahme der Zuwachsgeschwindigkeit der scheinbaren absoluten Viskosität bei zunehmenden Schergeschwindigkeiten. Infolgedessen ist die Momcntdiffercnz in einem bestimmten Temperaturbereich und die Schergeschwindigkeit bei einem Dämpfer, dessen Dämpfungsmedium eine höhere Viskosität hat, geringer als bei einem Dämpfer, dessen Dämpfungsmediuni weniger viskos ist, auch wenn die stärkere Nichtlineari-

ίο tat nicht erforderlich ist, um das Moment bei höheren Schergeschwindigkeiten für mittlere bis hohe Nachführgeschwindigkeiten oder ein schnelles Schwenken zu begrenzen. Wie oben angegeben, sind die einen minimalen Durchmesser aufweisenden dynamischen Dichtungen 28 und 29 in der Nabe angeordnet. Der kleinste Nabendurchmesser ist so festgelegt, daß er die Befestigung an einer Welle gestattet, ohne daß beim Antrieb eine Lockerung oder Lose zu befürchten ist, wenn das Dämpfungsmoment überwunden werden muß. Zur Erfüllung dieser Forderung würde ein Nabendurchmesser von 3,2 cm gewählt, bei dem sich für das Dämpfungsglied eine Haftreibung von 0,045 mkp ergab.
Für das Dämpfungsglied wurde eine Flüssigkeit hoher Viskosität, beispielsweise Silikonöl mit einer Viskosität von 1 Million Centistokes, gewählt, und es wurden die Dimensionen des Dämpfungsglieds so bestimmt, daß die gewünschte Nichtlinearität erzielt wird, wie sie die Kurven des Diagramms nach F i g. 3 zeigen. Ein typisches Dämpfungsglied, das die gewünschte Charakteristik gemäß Kurve Saufweist, hat einen äußeren Ringbereich, dessen größter Radius 7,5 cm und dessen innerer Radius 6 cm beträgt. Der innere Ringbereich erstreckt sich von der Nabe bis zu dem inneren Radius von 6 cm. Die Spaltbreiten sind 0,125 mm im äußeren Ringbereich und 3,75 mm im inneren Ringbereich.

Bei Dämpfungsgliedern nach der Erfindung kann an Stelle einer flachen Scheibe beispielsweise eine Trommel verwendet werden, wenn die Dämpfungsflächen

einen konstanten Radius haben sollen, deren Endwände im Bereich ihrer Mitte mit der Welle verbunden sind.

Bei dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es möglich, am Umfang einen festen Dichtungsring und Befestigungsmittel anzubringen. Das

Dämpfungsglied und die Scheibe bestehen aus Aluminium, um für tragbare Geräte das Gewicht zu reduzieren Ein typisches Dämpfungsglied wiegt, einschließlich Dämpfungsmedium, etwa 450 g. Es können auch kreisförmige Ringe aus Polytetrafluorethylen in der Dämp

fungsfläche des äußeren Ringbereichs zu beiden Seiter der Scheibe an Stelle der Gewindestopfen oder Stell schrauben 21 angeordnet werden. Eine solche Anord nung hält die dünne Scheibe 12 im Gehäuse 16 de: Dämpfungsglieds eben. Bei der Anordnung nach Fig.:

haben die Duplexlager 24 und 25 im Azimut-Dämp funglied die Funktion, in dem Richtgerät das Lager fü das untere Ende des äußeren Gelenkteils zu bilden. Da Elevations-Dämpfungsglied bildet jedoch, wenn es.ii das Richtgerät eingebaut ist, kein Lager für die Eleva tionsachse, so daß hier Hochleistungslager unnötig wä ren. In diesem Fall würden sie nur aus Gründen de einheitlichen Aufbaus der Dämpfungsglieder beibehal ten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dämpfungsglied, insbesondere für die Richtmaschine eines Sichtgeräts, mit zwei gegeneinander verdrehbaren Teilen, die einander gegenüberstehende, ringförmige Oberflächen aufweisen, die einen an seinen Enden durch zwischen cen Oberflächen angeordnete Dichtungen abgeschlossenen Spalt begrenzen, in dem sich ein Dämpfungsmedi- to um hoher Viskosität befindet, das im Be-eich der im Spalt auftretenden Scherkräfte eine nicht-Newtonsche Charakteristik· des Reibungswide-stands hat. dadurch gekennzeichnet, daii. in einem durch die Drehachse des Dämpfungsglieds verlaufenden Längsschnitt gesehen, die Enden des Spalts (30, 31.V näher zur Drehachse angeordiet sind als dessen mittlerer Teil.

2. Dämpfungsglied nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß eines der gegeneinander verdrehbaren Teile eine Welle (14) mit einer senkrecht dazu angeordneten Scheibe (12) und das andere ein auf der Welle (14) gelagertes Gehäuse (16) ist, das aus zwei zu beiden Seiten der Scheibe (14) angeordneten, die Scheibe umfassenden Seitenwänden (18 und 19) besteht, deren Innenflächen der Scheibe gegenüberstehen und die gegenüber der Welle (14) durch ringförmige Dichtungen (28 und 29) abgedichtet sind.

3. Dämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden Oberflächen Abschnitte aufweisen, die wenigstens zwei Spaltabschnitte (30 und 31) verschiedener Breite begrenzen, von denen der engere Spaltabschnitt (30) einen größeren mittleren Radius aufweist als der weitere Spaltabschnitt (31).

4. Dämpfungsglied nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Dämpfungsmediums (26) in dem weiteren Spaltabschnitt (31) eine lineare und in dem engeren Spaltabschnitt (30) eine nichtlineare Charakteristik aufweist.

5. Dämpfungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium (26) ein Silikonöl mit einer Viskosität von wenigstens 30 000 Centistokes, Vorzugsweise Dimethylpolysiloxan mit einer Viskosität im Bereich von 30 000 bis 5 000 000 Centistokes, ist.