DE2713332A1 - CIRCULATING LIQUID DAMPER - Google Patents
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FrelilgrathstraSe 19 — . , . η Ll D L. Elsenacher Straße 17Frelilgrathstrasse 19 -. ,. η Ll D L. Elsenacher Strasse 17
o üipi.-ing. π. π. Banr ρ«ι.-Αη». β·ω«o üipi.-ing. π. π. Banr ρ «ι.-Αη». β · ω «
Dlpl.-Phys. Eduard Betzier 81014 Dlpl.-!ng. W. Herrmann-Trentepohl *»»Dlpl.-Phys. Eduard Betzier 81014 Dlpl .-! Ng. W. Herrmann-Trentepohl * »»
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25. März 1977March 25, 1977
Facet Enterprises, Inc., 7030 South YaIe, Tulsa, Oklahoma 74136,Facet Enterprises, Inc., 7030 South YaIe, Tulsa, Oklahoma 74136,
USAUnited States
Unlaufender Flüssigkeitsdämpfer.Non-rotating liquid damper.
Die Erfindung bezieht sich auf einen umlaufenden Flüssigkeitsdämpfer zur Herabsetzung unerwünschter Schwingungen einer umlaufenden Welle.The invention relates to a rotating fluid damper to reduce undesired vibrations of a rotating shaft.
Die an umlaufenden Maschinen auftretenden Schwingungen beeinflussen nachteilig das Arbeiten der Maschine und können zu dauernden Schäden der Maschine selbst führen, wenn sie nicht festgestellt werden. Unlaufende Dämpfer benutzen gewöhnlich ein viskoses Medium, welches die unerwünschte Bewegung unterdrückt und die mit ihr verbundene Energie absorbiert. Ein Hauptproblem bei den vorhandenen Flüssigkeitsdämpfem, die' mit viskosen Medien arbeiten, ist die mechanische Abdichtung, die das viskose Medium in der Dämpfungskammer zurückhält. Diese Abdichtungen unterliegen dem Verschleiß und ein eventuelles Lecken führt zu einem Verlust an Dämfungsmedium. Der Verlust des Dämpfungsmediums setzt die Dämpfwirkung der Vorrichtung herab und ein weiterer Betrieb der Maschine kann zu einer ernsthaften Beschädigung als Ergebnis ungedämpfter Schwingungen führen.The vibrations that occur on rotating machines have a disadvantageous effect the working of the machine and can lead to permanent damage to the machine itself if it is not detected. Unrunning Dampers usually use a viscous medium that suppresses unwanted motion and absorbs the energy associated with it. A Main problem with the existing liquid dampers, which are 'with viscous Working media is the mechanical seal that holds back the viscous medium in the damping chamber. These seals are subject to Wear and tear and possible leakage lead to a loss of damping medium. The loss of the damping medium sets the dampening effect of the device and further operation of the machine can lead to serious damage as a result of undamped vibrations.
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Durch die Erfindung soll ein umlaufender Flüssigkeitsdänpfer vorgeschlagen werden, bei dem die Abdichtungsprobleme im wesentlichen beseitigt sind. Das magnetische Medium wird in dem Dämpfer durch Magnetkräfte gehalten und damit sind die Forderungen nach mechanischen Abdichtungen und ihre Unterhaltungsprobleme in wesentlichen beseitigt.The invention is intended to propose a rotating fluid reservoir in which the sealing problems are substantially eliminated. The magnetic medium is held in the damper by magnetic forces and thus are the demands for mechanical seals and their maintenance problems essentially eliminated.
Magnetische oder ferro-magnetischen Medien und Flüssigkeiten sind bekannt und im Handel erhältlich. Gewöhnlich handelt es sich bei magnetischen Medien um ein Gemisch aus hocnpermeablen Material, wie Eisen oder Eisenoxid in einem strömungsfähigen Medium, wie öl, Fett oder einer anderen Flüssigkeit. Seit ihrer Entwicklung wurden magnetische Medien im weitesten Umfange zur Energieabsorption, beispielsweise in Stoßdämpfern, Flüssigkeitsdämpfern, Magnetkupplungen und sogar für die Ruckholvorrichtung großer Kanonen und Gewehre verwendet. Typische Beispiele für die Verwendung von magnetischen Medien finden sich in der US-PS 2 667 237, US-PS 2 669 325, US-PS 2 973 und US-PS 3 006 656. Diese Patentschriften lehren Vorrichtungen, die die Änderung der Viskosität magnetischer Flüssigkeiten mit der Intensität des angelegten Magnetfeldes einsetzen sowie die Anwendung von Elektromagneten zur Steuerung der Intensität des Magnetfeldes. Die US-PS 2 669 325 offenbart eine lineare viskose Dämpfungsvorrichtung für eine Geschützrückholvorrichtung, wobei Permanentmagnete und ein magnetisches Medium Verwendung finden. Mechanische Vorrichtungen dienen zur Änderung der Intensität des Magnetfeldes, das durch die Permanentmagnete erzeugt ist, zur Nachstellung von Änderungen und Berücksichtigung klimatischer Bedingungen.Magnetic or ferromagnetic media and liquids are known and commercially available. Magnetic media are usually a mixture of highly permeable material such as iron or iron oxide in a fluid medium such as oil, fat or another liquid. Since their development, magnetic media have been widely used for energy absorption, for example in shock absorbers, liquid dampers, Magnetic clutches and even for the retrieval device for large cannons and Used rifles. Typical examples of the use of magnetic Media can be found in U.S. Patent 2,667,237, U.S. Patent 2,669,325, U.S. Patent 2,973, and U.S. Patent 3,006,656. These patents teach devices that utilize the Change in the viscosity of magnetic fluids with the intensity of the applied magnetic field and the use of electromagnets to control the intensity of the magnetic field. U.S. Patent 2,669,325 discloses discloses a linear viscous damping device for a gun retractor using permanent magnets and a magnetic medium. Mechanical devices are used to change the intensity of the magnetic field, that is generated by the permanent magnets, to simulate changes and take into account climatic conditions.
Gegenstand der Erfindung ist ein umlaufender Flüssigkeitsdämpfer, der ein magnetisches Medium als Dämpfungsmedium zwischen einem magnetischen Rotor und einem magnetisch permeablem Gehäuse verwendet. Das magnetisch permeable Gehäuse bildet einen Magnetweg niedriger Reluktanz, der das Magnetfeld in dem Bereich zwischen dem Rotor und den inneren Wandungen des Gehäuses konzentriert. Das magnetische Medium wird in den Bereich innerhalb des Gehäuses angezogen, wo das magnetische Medium den größten Bestandteil bildet. Der magnetische Rotor weist eine nicht magnetische Nabe auf, die wirksam das magnetische Feld im Mittel oder Axialbereich des Dämpfers herabsetzt, wo sich die Offnungen für die Aufnahme der umlaufenden Welle befinden. Das magnetische Feld reicht aus, um das dämpfende magnetische Medium von diesen Offnungen weg und innerhalb des, Gehäuses zu.halten.The invention is a rotating liquid damper, which is a magnetic medium as a damping medium between a magnetic rotor and a magnetically permeable housing is used. The magnetically permeable housing forms a low reluctance magnetic path that the magnetic field in concentrated in the area between the rotor and the inner walls of the housing. The magnetic medium is in the area inside the case attracted where the magnetic medium is the largest component. The magnetic rotor has a non-magnetic hub that works reduces the magnetic field in the middle or axial area of the damper, where the openings for receiving the rotating shaft are located. That magnetic field is sufficient to keep the damping magnetic medium away from these openings and within the housing.
Damit, wird durch die Erfindung ein umlaufender Flüssigkeitsdänpfer vorgeschlagen, der keine mechanischen Flüssigkeitsdichtungen benötigt. Außerdem findet bei dem erfindungsgemäßen umlaufenden Dämpfer Magnetkräfte Vervgendung, um die viskose Flüssigkeit im Dämpfergehäuse zu halten. Dies ist ein Permanentmagnet Rotor und als magnetisches Medium ein viskoses Medium vorgesehen.The invention thus proposes a rotating liquid absorber which does not require any mechanical liquid seals. aside from that In the rotating damper according to the invention, magnetic forces are used to hold the viscous liquid in the damper housing. This is a permanent magnet Rotor and provided as a magnetic medium a viscous medium.
Ausgehend von einem umlaufenden Flüssigkeitsdämpfer zur Herabsetzung unerwünschter Schwingungen einer umlaufenden Welle kennzeichnet sich die Erfindung also durch einen magnetischen, um eine Drehachse umlaufenden Rotor mit einem äußeren permenentmagnetischen Teil und einer nicht magnetischen Nabe mit Einrichtungen zur drehenden Mitnahme des Rotors beim Umlauf der Welle; durch ein magnetisch leitfähiges, den Rotor unter Belassung eines geringen Zwischenraumes umschließendes Gehäuse mit zur Drehachse des Rotors konzentrischen, einen größeren Durchmesser als die Welle aufweisenden Durchtrittsöffnungen für die Welle; und durch ein magnetisches, dem zwischen Rotor und Gehäuse belassenen Zwischenraum ausfüllendes Fluid.Starting from a circumferential liquid damper to reduce undesirable The invention is characterized by vibrations of a rotating shaft thus by a magnetic rotor rotating around an axis of rotation with an outer permanent magnetic part and a non-magnetic hub with devices for the rotating entrainment of the rotor when the shaft rotates; by a magnetically conductive, the rotor leaving a small gap Enclosing housing with through openings concentric to the axis of rotation of the rotor and having a larger diameter than the shaft for the wave; and by a magnetic fluid that fills the space left between the rotor and the housing.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further developments of the invention are characterized in the subclaims.
Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen inAn exemplary embodiment according to the invention is to be based on the drawings are explained in more detail. The drawings show in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den umlaufenden Dämpfer gemäß der Erfindung; und in1 shows a longitudinal section through the rotating damper according to the invention; and in
Fig. 2 einen dazu senkrecht gelenkten CXierschnitt der gleichen Ausführungsform. 2 shows a cross section of the same embodiment, which is steered perpendicular thereto.
Nach Fig. 1 besteht der Dämpfer aus einem Gehäuse 10 mit axialen Durchtrittsöffnungen 12 und einem ringförmigen Innenhohlraum 14. Das Gehäuse 10 besteht aus einem magnetisch permeablen Material und enthält ein schalenförmiges Glied 16 sowie eine Abdeckplatte 18. Man kann jede andere geeignete Kombination von Bauelementen anstelle der wiedergegebenen Elemente zur Herstellung des Gehäuses 10 verwenden. Das schalenförmige Glied 16 und die Abdeckplatte 18 sind unter Bildung einer lecksicheren Abdichtung über den Umfang unter Verwendung einer Vielzahl von Schrauben 20 aneinander befestigt, die in regel-According to Fig. 1, the damper consists of a housing 10 with axial passage openings 12 and an annular inner cavity 14. The housing 10 consists made of a magnetically permeable material and includes a cup-shaped member 16 and a cover plate 18. Any other suitable combination can be used of components instead of the reproduced elements to produce the housing 10. The cup-shaped member 16 and the cover plate 18 are used to form a leak-proof seal around the perimeter a plurality of screws 20 fastened together, which are usually
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mäßigen Abständen über den Umfang angeordnet sind. Jedoch kann man auch Nieten oder andere Befestigungsvorrichtungen einschließlich Verschweißung oder Verlötung zur Verbindung des schalenförmigen Gliedes mit der Abdeckplatte 18 verwenden.are arranged at moderate intervals around the circumference. However, you can also Rivets or other fastening devices including welding or soldering for connecting the cup-shaped member to the cover plate 18 use.
Die Welle 22, deren Schwingungen gedämpft werden soll, verläuft durch die Durchtrittsöffnungen 12 und ist an einem Rotor 24 befestigt, der aus einer Nabe 26 und einem Permanentmagnetring 28 besteht und innerhalb des Hohlraumes 14 angeordnet ist. Die Nabe 26 besteht aus nicht magnetischem Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Messing oder einem entsprechenden Kunststoffkörper und weist eine Axialöffnung 30 zur Aufnahme der Welle 22 auf. Un eine Drehung des Rotors 24 mit der Welle 22 sicherzustellen, kann die Welle 22 abgeflachte Flächen 32 (vgl. Fig. 2) aufweisen, wobei dann die Axialöffnung 30 eine entsprechende passende Ausgestaltung erhält. Selbstverständlich kann eine einzelne flache Oberfläche oder eine andere zusammenpassende Ausbildung von Welle 22 und öffnung 30 dem gleichen Zweck dienen. Die Erfindung soll auf die Ausbildung dieser verbindung von Welle und öffnung nicht beschränkt sein. Die Nahe 26 kann auf die Welle 22 aufgepreßt oder unter Verwendung von nicht gezeichneten Stellschrauben an ihrem Platz versperrt werden. Der Außendurchmesser der Nabe 26 ist größer als der Durchmesser der Durchtrittsöffnung 12, so daß die Enden der Nabe 26 sich teilweise in den Innenhohlraum des Gehäuses 10 erstrecken. Die Breite des Teiles der Nabe 26, die sich in den Hohlraum 14 erstreckt, ist etwas geringer als der Abstand zwischen den Innenoberflächen des Gehäuses 10, so daß sich die Nabe innerhalb des Innenhohlraumes ohne Berührung der Wände frei drehen kann.The shaft 22, whose vibrations are to be dampened, runs through the Passage openings 12 and is attached to a rotor 24, which consists of a hub 26 and a permanent magnet ring 28 and is located within the cavity 14 is arranged. The hub 26 is made of non-magnetic material, for example Aluminum, copper or brass or a corresponding plastic body and has an axial opening 30 for receiving the shaft 22. To ensure that the rotor 24 rotates with the shaft 22, the shaft 22 can have flattened surfaces 32 (see FIG. 2), in which case the Axial opening 30 is given a corresponding suitable design. Of course can be a single flat surface or another matching one Formation of shaft 22 and opening 30 serve the same purpose. The invention is intended to apply to the formation of this connection of the shaft and opening not be restricted. The near 26 can be pressed onto the shaft 22 or locked in place using adjusting screws not shown. The outer diameter of the hub 26 is larger than the diameter the passage opening 12, so that the ends of the hub 26 extend partially into the inner cavity of the housing 10. The width of the part of the Hub 26, which extends into cavity 14, is slightly less than the distance between the inner surfaces of housing 10 so that the hub can rotate freely within the interior cavity without touching the walls.
Der ringförmige Magnet 28 besteht aus einem permanentmagnetischen Material und ist auf der Nabe 26 fest angebracht. Der Permanentmagnetring 28 kann auf der Nabe aufgepreßt, mit ihr verschweißt oder in anderer Weise unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels verbunden sein, gegebenenfalls auch beispielsweise mit Epoxiklebstoff verklebt sein. Das Verfahren zur Befestigung des Permanentmagneten an der Nabe ist bezüglich der Erfindung unwesentlich, so lange Nabe und Permanentmagnet zu einer festen Anordnung verbunden sind. Der Außendurchmesser des Permanentmagnetringes 28 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser des Innenhohlraumes 14 und die Breite des Permanentmagnetringes ist etwas geringer als der Abstand zwischen den Innenflächen des Gehäuses 10,The ring-shaped magnet 28 consists of a permanent magnetic material and is fixedly attached to the hub 26. The permanent magnet ring 28 can be pressed onto the hub, welded to it or used in some other way a suitable binding agent, possibly also for example be glued with epoxy adhesive. The method for attaching the permanent magnet to the hub is insignificant with respect to the invention, see above long hub and permanent magnet are connected to form a fixed arrangement. The outer diameter of the permanent magnet ring 28 is slightly smaller than that Inner diameter of the inner cavity 14 and the width of the permanent magnet ring is slightly less than the distance between the inner surfaces of the housing 10,
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so daß der gesamte Rotor 24 sich frei innerhalb des Innenhohlraumes des Gehäuses 10 ohne Berührung von dessen Wandungen drehen kann. Die Breite des Permanentmagnetringes kann die gleiche wie diejenige des entsprechenden Teiles der Nabe sein, jedoch auch davon abweichen. Der Permanentmagnetring 26 ist so magnetisiert, daß seine voneinander abgewendeten Oberflächen 34 und 36 entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisen.so that the entire rotor 24 is free within the interior cavity of the housing 10 can rotate without touching its walls. The width of the permanent magnet ring can be the same as that of the corresponding one Be part of the hub, but also deviate from it. The permanent magnet ring 26 is magnetized so that its surfaces 34 and 36 facing away from each other have opposite magnetic polarity exhibit.
Ein magnetisches Medium 38, beispielsweise ein solches, wie es in "Magnetic Fluids" in International Science and Technology, July 1966, Seiten 48 bis 56 beschrieben ist und im Handel von der Firma Ferrof luidics Corporation in Burlington, Massachusetts, erhalten werden kann, befindet sich im Innenhohlraum 14 und füllt den Abstand zwischen den Permanentmagnetring 28 und den Innenwandungen des Gehäuses 10 aus.A magnetic medium 38, for example one as described in "Magnetic Fluids" in International Science and Technology, July 1966, Pages 48-56 and is commercially available from Ferrofluidics Corporation of Burlington, Massachusetts is located in the inner cavity 14 and fills the distance between the permanent magnet ring 28 and the inner walls of the housing 10.
Der Weg der Linien des Magnetflußes zwischen den voneinander abgewendeten Magnetpolen des Permanentmagnetringes 28 verläuft durch das magnetische Medium 38 und das magnetisch permeable Material des Gehäuses 10, wie es durch die geschlossenen Feldlinien bei 40 angedeutet ist. Die Pfeile zeigen dabei die Richtung der Magnet linien an. Da die Nabe 24 aus nicht magnetischem Material besteht, bildet sich nur ein geringes oder überhaupt kein Feld im Bereich in der Nähe der Oberflächen der Nabe aus und das Magnetfeld ist in dem Bereich in der Nähe des Permanentmagnetringes 28 konzentriert. Das magnetische Fluid 38 wird in dem Bereich angezogen, wo das Magnetfeld am intensivsten ist, und weil das magnetische Fluid eine höhere magnetische Permeabilität als Luft aufweist, dient seine Anwesenheit in dem Raum zwischen dem Permanentmagnetring 28 und den Innenoberflächen der magnetisch permeablen Wandungen des Gehäuses 10 zu einer weiteren Erhöhung der Intensität des Magnetfeldes in diesem Bereich. Die zwischen den Permanentmagnetring 28 und dem magnetischen Fluid 38 erzeugten Magnetkräfte halten das Magnetfluid in dem Bereich in der Nachbarschaft des Permanentmagnetringes 28. Die nicht magnetische Nabe liefert einen verhältnismäßig kräftefreien Bereich vollständig um die Durchtrittsöffnung 12, wobei sie weiter das Halten des magnetischen Fluids im Hohlraum in der Nähe des Magneten 28 verstärkt. Das Drehmoment des erfindungsgemäß ausgebildeten Dämpfers läßt sich steuern durch Änderung der Viskosität des magnetischen Fluids oder durch Verwendung eines Rotors mit anderer Magnetflußdichte. Diese Merkmale geben eine ver-The path of the lines of magnetic flux between those facing away from each other Magnetic poles of the permanent magnet ring 28 runs through the magnetic medium 38 and the magnetically permeable material of the housing 10, as it is is indicated by the closed field lines at 40. The arrows show the direction of the magnet lines. Since the hub 24 is made of non-magnetic If there is material, little or no material is formed Field in the area near the surfaces of the hub and the magnetic field is concentrated in the area near the permanent magnet ring 28. The magnetic fluid 38 is attracted in the area where the magnetic field is most intense, and because the magnetic fluid has a higher magnetic permeability than air, its presence in the space serves between the permanent magnet ring 28 and the inner surfaces of the magnetically permeable Walls of the housing 10 to further increase the intensity of the magnetic field in this area. The between the permanent magnet ring 28 and Magnetic forces generated by the magnetic fluid 38 hold the magnetic fluid in the area in the vicinity of the permanent magnet ring 28. The non-magnetic hub provides a relatively force-free area completely around the passage opening 12, further enhancing the retention of the magnetic fluid in the cavity in the vicinity of the magnet 28. The torque of the damper constructed according to the invention can be controlled by changing the viscosity of the magnetic fluid or by using it a rotor with a different magnetic flux density. These features give a
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besserte Anpassungsfähigkeit gegenüber vergleichbaren nicht magnetischen Fliissigkeitsdämpfern.better adaptability compared to comparable non-magnetic Fluid dampers.
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Claims (8)
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