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Halbdrehende D9mpfungseinrichtung
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Die Erfindung betrifft halbdrehende Dämpfer oder Dämpfungseinrichtungen,
bei denen eine Dämpfung durch Verlagerung von Flüssig keit in einer Kammer mittels
eines schwenkbaren Flügelrotors er -folgt.
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Wenn ein Drehmoment auf eine derartige Dämpfungseinrichtung ausgeübt
wird, um den Rotor relativ zur Kammer zu schwenken, so verursacht der von der Flüssigkeit
einer Flüssigkeitsverlagerung entgegengesetzte Widerstand, der den Dämpfungseffektbewirkt,
außerdem eine Zunahme des Fluiddruckes in der Kammer auf einer Seite Jedes Flügels
und eine Abnahme des Druckes auf. der anderen Seite des Flügels. Sofern die Druckverringerung
auf-grund eines großen ausgeübten Drehmoments beträchtlich ist, entstehen im Flüssigkeits
volumen Leerräume. Obwohl die Leerräume zusammenbrechen, wenn die Saugkräfte aufhören,
kann nicht erwartet werden, daß die Flüssigkeit vollständig in ihren ursprünglichen
Zustand zurückkehrt,
da die Leerräume Gase enthieltenp die sich
z.B. vorübergehend in der Flüssigkeit auflöten. Selbst nach einer vorhergegangenen
Vakuumbehandlung zur Entfernung von Gasen aus der Flüssigkeit, ist es sehr schwierig
oder urinöglich das Entstehen von Blasen zu vermeiden. Die vollständige Entfernung
gelöster Gas, wie z.B. Luft, ist unter industriellen Bedingungen unmöglich. Außerdem
kann Gas aus anderen Quellen in die Flüssigkeit eindringen, z.B. durch eine Entgasung
der inneren Oberflächen der Dämpfungseinrichtung.
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Das Vorhandensein von Blasen in der Dämpferflüssigkeitkann ernsthafte
Auswirkungen auf den Betrieb der Dämpfungseinrichtung be -sitzen. Insbesondere können
sich daher stoßartige Bewegungen ergeben, und bei Umkehr der Bewegungsrichtung der
Dämpfungseinrichtung kann ein. toter Gang auftreten.
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Die Erzeugung von Leerräumen bedeutet, daß Flüssigkeit aus der Dämpferkammar
entfernt wurde. Insbesondere ist es bekannt, einen Reservoirbereich vorzusehen,
der die thermischen Ausdehnungs- -effekte kompensiert und die durch das Volumen
der Leerräumeverdrangte Flüssigkeit aufnimmt. Von dem Reservoirbereich kehrt die
Flüssigkeit in die Dämpferkammer zurück, wenn die Leerräume in das Reservoir gelangen.
Da das Reservoir für relativ langsame volumetrische knderungen vorgesehen ist, und
da die Dämpfungswirkung durch Druckänderungen während der Bewegung des Dampferrotors
erzielt wird, ist lediglich eine sehr beschränkteVer -bindung zwischen der Kammer
und dem Reservoir vorgesehen.
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Das Reservoir ist daher nicht in der Lage, auf transiente Druck änderungen
zu antworten, und die Spitzen-saugdrucke, die die Leerräume erzeugen, werden durch
das Vorhandensein des Reservoirs nicht beeinflußt. -Aufgabe der Erfindung ist es
daher, eine Dämpfereinrichtung mit einem Gehäuse zu. schaffen, das eine flüssigkeits-gefUllteKammer
enthält,
in der ein mit Flügeln versehener Rotor drehbar angeordnet ist, wobei der Rotor
eine Hohlnabe enthält, die einen Innenraum einschließt, der ein Reservoir für die
Kammerflüssigs keit darstellt, und wobei Fluidverbindungseinrichtungenim Rotor vorgesehen
sind, die einen relativ unbehinderten Fluidfluß aus dem Reservoir durch den Rotor
hindurch in einen Bereich der Kam merin Abhängigkeit von der Abnahme des in diesem
Bereich herrschenden FlüsLgReitsdrucks ermöglichen.
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Auf diese Weise ist es möglich, die mit der Ausübung hoher Drehmomente
einhergehenden Probleme dadurch zu vermeiden, daß die Ausbildung unerwünscht großer
Saugkräfte verhindert oder begrenzt wird, während hohe Spitzendruckwerte erzeugbar
sind und ungehindert am Betrieb der Dämpfungseinrichtung mitwirken, um eine ge -eignete
Dämpfungsantwort zu ermöglichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die Fluidverbindungseinrichtungen
einen ventilgesteuertenDurchgang, der beim Auftreten eines vorgagcbenenDruckabQalls
in der Kammer bezüglich des Umgebungsirucks geöffnet wird. Diese Maßnahme ist insbesondere
bei zweiseitig arbeitenden Dämpfungseinrichtungen vorteilhaft, bei denen der oder
die Flügel des Rotors die entsprechenden Bereiche der Kammer teilen und mit Verbindungsein
-richtungen versehbar sind, die entgegengesetzte Ventile enthalten, die den Fluß
aus dem Reservoir durch eine gemeinsame Leitung in die Kammerbereiche steuern, wobei
beide Ventile entgegenge -setzt mittels Federvorspannung in die normalerweise geschlosenen
Stellungen bringbar sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der ein einseitiger
Betrieb erfolgt, ist der oder die Flegeldes Rotors mit Verbindungseinrichtungen
versehen, die einen Durchgang zwischen entgegengesetzten Seiten des Flügels enthalten,
um eine Zwischen verbindung zwischen den Kammerbereichen der gegenüberliegenden
Seiten zur freien Bewegung des Rotors in Rückwärtsrichtung zu ermöglichen, wobei
der Durchgang ebenfalls mit dem Reservoir und
einem Ventil verbunden
ist, das an einer Stelle im Durchgang vorgesehen ist, an der es den Fluß aus dem
Reservoir von der Druckseite des Ventils während der Bewegung des Rotors in Betriebsrichtung
verhindert.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Dämpfungseinrichtung
eine flexible Dichtungsmanschette zwischen Gehäuse und dem Rotor, wobei die Dichtungsmanschette
zumindest teilweise innerhalb der Hohlnabe des Rotors liegt und eine radiale Innenwand
für das Reservoir bildet. Die Fluidverbindungseinrichtungen im Rotor enthalten bevorzugt
mindestens eine Durch gangsöffnung direkt in das Reservoir und der Dichtungsmanschette
entgegengesetzt.
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Vorteilhafterweise ist der Rotor als Spritzgußeinheit ausgebildet
mit mehreren Flügeln, die Verbindungseinrichtungen e ffi alten bevorzugt einen spaltförmigen
Durchgang von jedem Flügel in die Hohlnabe, die während der Spritzgußfertigung des
Rotors als Aussparung mit offenem Ende geformt werden; anschließend lassen sich
dann Füllmaterialien einfügen, um das Ende der Aussparungen in dem Spritzgußrotor
zu verschliessen.
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Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen Fig, 1 eine Aufsicht auf eine zweiseitig arbeitende Dämpfungseinrichtung
nach der Erfindung, wobei der Ge häusedeckel abgenommen ist und teilweise eine-
St darstellung gewahltwurde; Fig. 2 eine Seitenansicht als Axialschnitt durch die
in Fig. 1 dargestellte Dämpfungseinrichtung; Fig. 3 eine Seitenansicht eines Rotors
für eine einseitig arbeitende Dämpfungseinrichtung nach der Erfindung; und
Fig.
4 u.5 Schnitte längs der in Fig. 3 dargestellten Linien A-A und B-B.
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Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dämpfungseinrichtung enthält
ein hohles zweistückiges Gehäuse 2 mit einem Rotor 4, der in Lagern 6 und 8 an einer
Welle 10 schwenkbar gelagert ist, an der der Rotor mittels eines kerbverzahnten
Teils 12 befestigt ist. Der Rotor enthält eine Hohlnabe 14, die sich eng an die
inneren bogenförmigen Flächen von im Gehäuse befestigten Elementen 16 anpasst, um
auf diese Weise zwei diametral entgegengesetzte, sektorförmige Kammern 18 auszubilden,
in denen je ein Flügel 20 des Rotors hinsichtlich ihrer Winkelstellung beim-Drehen
des Rotors verlagerbar ist.
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Das Gehäuse ist durch eine Füllöffnung, die mittels einer Schraube
22 verschliessbar ist, mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt Die Flüssigkeit ist im Gehäuse
durch einen O-Ring 24 zwischen zwei Spritzgußteilen des Gehäuses und durch eine
torsionsflexible Dichtungsmanschette 26 abgedichtet, die an einem Ende mittels einer
ersten Ringbandfeder 28 gegen ein hohles Drucklager 30 des Gehäuses und am anderen
Ende mittels einer zweiten Ringbandfeder 32 gegen die Welle 10 befestigt ist, auf
der der Rotor 4 festsitzt.
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Im Betrieb ermöglicht das Vorhandensein einer schmalen Öffnung 34
(am besten aus Fig. 2 entnehmbar) zwischen den Kanten der ein zelnen Flügel und
benachbarten Wänden der Kammer während der Rotor sich im Gehäuse dreht einen beschränkten
Fluidfluß zwischen den Räumen auf entgegengesetzten Seiten der einzelnen Flügel,
wobei der Widerstand des Fluids gegen diese Verlagerung den Dämpfungseffekt bewirkt.
Es sei bemerkt, daß Temperaturänderungen relative Volumenänderungen zwischen der
Kammer und der Flüssigkeit hervorrufen können. Der ringförmige Raum 36 zwischen
der
Hohlnabe 14 des Rotors und der elastischen Manschette 26 erzeugt
ein variables Volumenreservoir (wobei die Innenfläche der flexiblen Manschette über
das Lager 8 Umgebungs- oder Atmosphärendruck ausgesetzt ist), das sich Änderungen
des Flüssigkeitsvolumens anpasst. Die Manschette ist in der Stel lung maximaler
Verlagerng dargestellt, wobei sie über ihre gesamte Länge gegen die Packringe 38
anliegt. Bei relativ niedrigen Temperaturen wird jedoch die Manschette durch den
Atmosphärendruck elastisch von den Packringen 38 weggeführta Die thermische Ausdehnung
der Flüssigkeit relativ zum Kammer volumen veranlasst dann einen Teil der Flüssigkeit
durch die Öffnung 40 zwischen Endwand des Gehäuses und der Spitze des Rotors in
den Raum 36 zu entweichen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der Pfad durch die Öffnung 40 in den
Raum 36 notwendigerweise sehr beschränkt ist, um die durch Verlagerung der Flügel
erzielte Dämpfungswirkung nicht zu reduzieren. Diese Öffnung 40 besitzt keinen oder
nur einen geringen Einfluß auf transiente änderungen die innerhalb der Kammer auftreten
können, wenn der Rotor unter einem großen Drehmoment gedreht wird, da dann ein entsprechender
sehr starker Druckabfall in den expandierenden Räumen hinter den Flügeln in den
entsprechenden Kammern erzeugt wird.
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Wie schon erwähnt, können durch diesen Effekt Leerräume in der Flüssigkeit
erzeugt werden, aufgrund derer Gasblasen in die Flüssigkeit in den Kammern eingebracht
werden, wobei dies von einer Verschlechterung der Betriebswerte der Dämpfungseinrichf
tungen bagleitet ist.
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In der dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dieser
Zustand dadurch vermieden, daß ein freier Flußpfad vom inneren ringförmigen Raum
96 in den expandierenden Raum hinter der Rückseite der einzelnen sich drehenden
Flügel vorgesehen ist, sobald ein bestimmter Druckabfall in diesem Raum erfolgt
ist.
Zu diesem Zweck besitzt jeder Flügel einen Durchgang 44 zwischen seinen sich gegenüberstehenden
Flächen mit einer spaltartigen Öffnung 46 durch die Nabe, die den ringförmigen Raum
36 mit dem Durchgang 44 verbindet. Ferner sind entsprechende rückflußfreie Ventile
48 in dem Durchgang auf entgegengesetzten Seiten der Öffnonb 46 vorgesehen. Die
in jedem Flügel enthaltenen Ventile besitzen die Form zweier abge -stumpfter Kegelkörper,
die zusinander entgegengesetst angeordnet sind, und die alle gegen einen an die
Öffnung 46 angrenzenden Sitz mittels einer Feder 52 gedrängt werden, wobei die beiden
Federn durch ein gemeinsames Band 54 zusammengedrückt gehalten werden, wobei sich
das Band 54 durchdie Federn und ihre Ventilkörper erstreckt und Endscheiben 56 aufnimmt,
die an den äuseren Enden der Federn sitzen Die Ventilkörper verhindern jeglichen
Fluß von einem Bereich höheren Drucks auf einer beliebigen Seite der Flügel in den
ringförmigen Innenraum 36, wobei sich durch einen positiven Fluiddruck, der mit
der Federkraft wirkt, noch fester auf ihre Sitze gedrückt werden. Sind die Ventile
dagegen einem negativen Druck in den ihnen zugeordneten Kammerbereichen ausgesetzt,
so heben die Ventile gegen die Federkraft ab und ermöglichen einen freien Flüssigkeitsfluß
aus dem ringförmigen Raum 36 in jene Bereiche. Auf diese Weise lässt sich die Bildung
von Leerräumen und die daraus herrührende Ausbildung von Gasblasen verhindern.
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Versuche zeigen die Abwesenheit von Blasenbildungen, die ansonsten
durch die in der Dämpfungsflüssigkeit gelösten Gase hervorgerufen werden könnten.
Deshalb sollte es nicht länger erforderlich sein, die Flüssigkeit vor ihrer Verwendung
so sorgfältig wie das für herkömmliche Dämpfungseinrichtungen der Fall ist, zu entgasen,
wodurch sich Kosten sparen lassen.
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Die Versuche scheinen außerdem zu zeigen, daß selbst der ursprüngliche
Einschluß kleiner Luftmengen in Form von Blasen keine oder nur eine geringe ernsthafte
Auswirkung ausübt,
wobei diese Luftmenge sich bei Verwendung der
erfindungege mäßen Dämpfungseinrichtung in der Flüssigkeit zu lösen trachtet.
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Die spaltförmige Öffnung 46 zwischen dem ringförmigen Raum 36 und
den einselnen Yintildurchgängen 44 besitzt einen Quer -schnitt, der groß genug ist,
um jedwede Drosselung des Flußes zu verhindern, der durch die relativ weiten Ventildurchgänge
hindurchfliessen kanne Bei Anwendung eines Spritzguß- oder eines Gießverfahrens
lassen sich die Schlitze vorteilhaft ein -stückig in einem Hauptteil des Rotors,
der die Durchgänge 44 enthält, ausbilden sofern es den Schlitzen gestattet ist,
sich offen bis zu einem Ende des Rotors, bis in dessen Nabe, zu er strecken. Die
Öffnungen der Schlitze am Ende des Hauptteils des Rotors werden dann mittels eines
Hilfsfüllgliedes 62 geschlossen, das einen inneren Kreisring 64 und integral ansetzende
und diametral entgegegengesetzte Arme 66 enthält, die eng in eine ergänzende Ausnehmung
im genannten Ende des Rotors enthalten ist. Das Füllglied 62 läßt sich selbst als
ein Spritzguß« oder ein Gußteil ausbilden.
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Die Figuren 3 und 5 zeigen die Anwendung der Erfindung auf eine einseitig
arbeitende Dämpfungseinrichtung, d.h. in der die Dämpfe fungsfunktion nur in einer
Drehrichtung gefordert wird. Abge -sehen vom Rotor und der zugehörigen Ventile kann
die Dämpfungseinrichtung im wesentlichen denselben Aufbau wie die in den Figuren
1 und 2 gezeigte Dämpfungseinrichtung besitzen. Der in den Fig. 3 - 5 gezeigte Rotor
70 besitzt eine innere Nabe 72, die derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich
ist, mit einem ähnlichen kerbverzahnten Teil 74 zur Befestigung des 0-tors auf der
Rotorwelle und ein Füllglied 76, das in/den Hautspritz gußkörper passt.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel das Drehmoment nur in einer Richtung
wirkt, ist an jedem Flügel nur eine Seite 78 vorhanden, an der ein geringer Druck
herrscht und deren zugehöriger
Kammerraum über den Schlitz 80 in
eine freie Verbindung mit dem inneren ringförmigen Raum gebracht werden muß. Ein
Durchgang 82 mit kreisförmigem Querschnitt durch jeden Flügel kann daher durch einen
Ventilkörper 84 in Form eine3 abgstumpften Kegels geschlossen werden, der gleitbar
auf einer Spindel 86 sitzt, die ein gekröpftes Ende 88 besitzt, das mittels einer
Schraube 90 am Flügel neben dem Durchgang befestigt ist.
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Steht der Ventilkörper gegen den Sitz, vergleiche Fig. 4, so ist eine
Seite des Flügels vom Spalt 80 abgeschnitten, während die Seite 78 in freier Verbindung
mit dem Spalt steht, wodurch Flüssigkeit aus dem inneren ringförmigenRaum gemäß
dem Druck abfall auf jener Seite des Flügels herausgesogen werden kann.
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Bei Umkehr der Drehbewegung in die nicht wirkende RUckkehrrichtung
kann der Ventilkörper aufgrund der veränderten Druckverteilung von seinem Sitz entfernt
werden, wodurch dann ein freier Fluß zwischen den entgegengesetzten Seiten des Flügels
stattfindet. Die diametral entgegengesetzten Ventile blicken in entgegengesetzte
Richtungen, so daß beide Ventile während der wirksamen Drehung auf ihre Sitze gedrückt
werden.
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Es sei bemerkt, daß in beiden dargestellten Ausführungabeispielen
ein Kanal für freien Fluß vorgesehen ist, um eine im wesentlichen sofort einsetzende
Flüssigkeitsversorgungmit einer solchen Geschwindigkeit vorzusehen, die ausreicht,
Jeden unerwünschten Druckabfall zu verhindern, wobei die entsprechende Bauteileanordnung
durch die Dicke der Flügel begrenzt ist. Die geforderte Funktion wird dabei unabhängig
von der Stellung des Rotors innerhalb seines Bewegungsbereiches erzielt, und ohne
diesen Bewegungsbereich zu begrenzen.
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Die dargestellten Aus£hrungsformen-derErfindung stellen Beispiele
dar, die den Erfindungsgegenstand nicht einengen sollen.
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Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen möglich. So läßt sich
z.B. der ringförmige Raum, der ein Reservoir für Dämpfungsflüssigkeit darstellt,
als Teil eines grösseren Volumenreservoirs oder als eines von mehreren Reservoirs
ausbilden.
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Ferner ist es bei dem dargestelften, im Spritzgußverfahren erzeugten
Rotor möglich5 das Füllglied ohne große Verluste der Wirkungsfähigkeit wegzulassen.
Ferner ist die Erfindung auch auf Rotoren mit einem Flügel oder Rotoren mit mehr
als zwei Flügeln anzuwenden, obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf Dämpfungseinrichtungen
mit zwei diametral entgegengesetzten Flügeln erläutert lfurde5