DE2803743A1

DE2803743A1 - Einrichtung zur dreidimensionalen schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE2803743A1
Application number: DE19782803743
Authority: DE
Inventors: Russell Lee Casper
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-05-02
Filing date: 1978-01-28
Publication date: 1978-11-09
Also published as: JPS53136171A; IL53784A0; IL53784A; IT1092048B; CA1104545A; IT7819774A0; JPS6124573B2; US4214738A

Description

Einrichtung zur dreidimensionalen Schwingungsdämpfung

Die Erfindung betrifft allgemein Schwingungsdämpfungseinrichtungen und insbesondere Halterungen des elastomeren Typs zur Schwingungsdämpfung.

Federnde Halterungen werden oft verwendet, um die Schwingung einer in Betrieb befindlichen Maschine zu isolieren oder zu dämpfen und damit von anderen zugeordneten Teilen der Anlage abzutrennen. Dieses ist bei Triebwerken für Luftfahrzeuge, wo es beispielsweise erwünscht ist, einen öltank auf dem

809845/0648

Triebwerk zu befestigen, welcher gegenüber Schwingungen empfindlich ist, so daß ohne eine solche Isolierung gegen die Schwingungen Ermüdungsrisse in dem Metallblechgehäuse des Tanks entstehender Fall.

Eine Möglichkeit zum Schutz gegen solche Vibrationsbewegungen besteht darin, zwischen dem schwingenden Element und dem daran befestigten Element ein e lastomeres Material zu befestigen. Eine solche Anordnung ergibt eine ausreichende Schwingungsdämpfung, wenn die beiden Elemente sich relativ zueinander (axial) bewegen, da dann das elastomere Material zusammengedrückt wird. Wenn jedoch die beiden Elemente sich voneinander weg bewegen, wird keine Schwingungsdämpfung bewirkt. Weiterhin ist keine Dämpfungswirkung vorhanden, wenn sich die be.iden Elemente in Querrichtung gegeneinander bewegen (radial); dabei besteht vielmehr eine Neigung zur Erzeugung einer Scherkraft auf das elastische Material, die nach einiger Zeit das Material durchtrennen und aufreißen wird und es damit unbrauchbar machen wird. Es wurden verschiedene Methoden vorgeschlagen, um eine elastomere Kompressionsdämpfung für beide axialen Richtungen zu erhalten. In allen diesen bekannten Anordnungen ist jedoch keine Möglichkeit enthalten zur Verhinderung der Scherkräfte, die aus den radialen Schwingungsbewegungen entstehen.

Zusammengefaßt wird gemäß einem Merkmal der Erfindung ein ringförmiges oder to roieiförmiges Gehäuse vorgesehen, welches zur Befestigung an einem zu dämpfenden ELement eingerichtet ist und mit einem Paar axial beabstandeter elastomerer O-Ringe ausgestattet ist. Eine Platte kann an dem schwingenden Triebwerk befestigt werden und erstreckt sich durch die Gehäusewand und zwiSjchen_v den O-Ringen radial nach innen bis zu einem Punkt, welcher den mittleren Kern des toroidförmigen Gehäuses umgibt, diesen jedoch nicht berührt. Die Platte besitzt dann an beiden Seiten flanschförmige Ansätze in Richtung der Enden

809845/0648

des toroidförmigen Gehäuses, um auf diese Weise die elastomeren O-Ringe zwischen den Flanschen und den entsprechenden gegenüberstehenden Gehäusewänden einzuschließen. Wenn sich die Platte in axialer Richtung bezüglich des Gehäuses bewegt, dann wird einer der beiden elastomeren O-Ringe zwischen der Platte und der Endwand des Gehäuses zusammengedrückt, während der andere elastomere O-Ring nicht beeinflußt wird. Wenn sich die Platte in radialer Richtung bezüglich des Gehäuses bewegt, dann wird eine Seite jeder der beiden O-Ringe zwischen den Flanschen und den radial außen liegenden Wänden des Gehäuses zusammengedrückt, während die andere Hälfte der O-Ringe nicht beeinflußt wird. Auf diese Weise werden die elastomeren O-Ringe vor Scherkräften geschützt, welche sonst zur Zerstörung dieser Ringe neigen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung besitzt der mittlere Kern des torroidförmigen Gehäuses eine solche vorbestimmte Länge, daß die O-Ringe auf Druck vorbelastet werden, so daß sich eine sichere Verbindung zwischen dem Gehäuse und der Platte ergibt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Spiel zwischen den Flanschen und dem mittleren Kern und zwischen den Flanschen und den Endwänden des Gehäuses so gesteuert, daß die Auslenkungen der Halterung in der radialen bzw. axialen Richtung begrenzt sind. Im Falle einer Überlastung der Halterung kommen, die plattenförmigen Flansche in Kontakt mit dem Gehäuse und begrenzen dadurch eine weitere Lageänderung zur Verhinderung einer Überlastung der elastomeren Ringe und eines Kontaktes des gehalterten Teils mit benachbarten Gegenständen.

In den nachstehend aufgeführten Abbildungen sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Es können jedoch auch zahlreiche andere Abwandlungen und alternative Ausführungsformen verwendet werden, ohne die Konzeption und den

809845/0648

Umfang der Erfindung zu verlassen.

Die l-igur 1 zeigt eine Tei I längsansi cht der Halterung zur Schwingungsisolation im eingebauten Zustand gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht der Halterung nach der Ausführungsform der Figur 1.

Die Figur 3 ist eine Endansicht dieser Halterung.

Die Figur 4 zeigt eine Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 5 ist eine Endansicht der Ausführungsform nach Figur 4.

Die Figur 6 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt allgemein bei 10 die erfindungsgemäße Halterung im eingebauten Zustand zwischen dem Brennkammergehäuse 11 eines Triebwerkes für Luftfahrzeuge und einem von diesem Gehäuse gehaltenen Schmieröltank 12. Eine untere Halterstütze 16 ist an dem Brennkammergehäuse 11 mit einem Paar Schrauben 13 und 14 starr befestigt und besitzt an ihrem äußeren Ende eine Anzahl von Schrauben 16 zur starren Befestigung der Platte 18 der Halterung zur Schwingungsisolation. Da an dem Brennkammergehäuse 11 beim normalen Betrieb Bewegungen in axialer und radialer Richtung (bezogen auf den Kern der Halterung zur Schwingungsisolation) vorhanden sind, werden diese Kräfte auf die Platte 18 der Halterung übertragen und werden durch die elastomeren Teile in dieser Halterung abgedämpft. Bei bisher bekannten Anordnungen wurde eine wirksame Dämpfung in der axialen Richtung erreicht. In der radialen Richtung

809845/0648

führten jedoch auch bei Vorhandensein einer gewissen Schwingung der Kräfte die entstehenden Scherkräfte in dem elastomeren Material letztendlich zu dessen Zerstörung. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diese radialen Schwingungen ohne Entstehung entsprechender Scherkräfte aufzunehmen.

Die Platte 18 der Halterung ist federnd verbunden mit der Dämpfungseinrichtung 19 und bildet einen Teil derselben.. Die Teile der Einrichtung oder Struktur 19 zur Dämpfung der Schwingungen sind starr mit dem Schmieröltank 12 über eine Maschinenschraube 21, einen Bügel 22 und einem Flansch 23 verbunden, welcher sich von dem Schmieröltank 12 aus nach unten erstreckt.

Es wird nunmehr besonders Bezug genommen auf die Figuren 2 und 3 und auf das dort gezeigte Teil zur Isolation der Schwingungen. Der starr mit dem Schmieröltank verbundene Teil umfaßt ein Paar axial beabstandeter Kappen 24 und 26, welche durch einen mittleren Zylinder 27 miteinander verbunden sind. Die Kappen 24 und 26 besitzen untereinander parallele Endwände 28 und 29 und zylindrische Seitenwände 31 und 32, welche an entgegengesetzten Kanten 33 und 34 enden und einen ringförmigen Schlitz 36 begrenzen. In dem Schlitz 36 befindet sich die Platte 18 und ist zu den Endwänden 28 und 29 ausgerichtet, wobei die innere Kante 37 der Platte sich aus noch nachstehend erläuterten Gründen in einem vorbestimmten Abstand von dem mittleren Zylinder 27 befindet.

An den gegenüberliegenden Seiten der Platte 18 sind durch Anschweißen oder andere Mittel Ansätze 38 und 39 befestigt, welche einen L-förmigen Querschnitt und Flansche 41 und 42 aufweisen, die jeweils in einem Abstand vom mittleren Zylinder 27 parallel zu demselben liegen. Zwischen dem Ansatz 38 und der Kappe 24 ist ein elastomerer O-Ring 43 eingefügt und wird an seinem Platz in radialer Richtung durch die zylindrische

8098 4 6/0 648

Seitenwand 31 und den Flansch 41 und in axialer Richtung durch die Endwand 28 und dem Ansatz 38 gehalten. In ähnlicher Weise ist zwischen der zylindrischen Seitenwand 32, dem Flansch und der Endwand 29 und dem Ansatz 39 ein elastomerer O-Ring festgelegt.

Die Dämpfungseinrichtung 19 ist so aufgebaut, daß im freien unbelasteten Zustand die elastomeren O-Ringe 43 und 46 in der axialen und der radialen Richtung leicht zusammengedrückt werden, so daß man eine praktisch feste Anschlußverbindung zwischen der Platte 18, welche starr an der unteren Halterung 16 befestigt ist, und den Kappen 24 und 26 erhält, welche an dem Schmieröltank 12 mit Hilfe der Maschinenschraube (21) starr befestigt ist, die durch den Zylinder 27 hindurchführt. Wenn zwischen der Platte 18 und dem mittleren Zylinder 27 eine relative axiale Bewegung auftritt, dann wird einer der beiden elastomeren O-Ringe 43 oder 46 zusammengedrückt, während der andere O-Ring entspannt wird. Wenn zwischen den beiden Teilen eine relative radiale Bewegung auftritt, dann wird ein Teil des Umfangs jedes O-Rings zusammengedrückt, während der übrige Teil des O-Rings unbelastet verbleibt. Dabei werden auf keinen der beiden O-Ringe in einem dieser vorstehend aufgeführten Fälle oder in einer Kombination der beiden Wirkungen Schei— kräfte ausgeübt.

Man wird erkennen, daß während einer relativen Bewegung der Teile der Halterung in der radialen Richtung die Flansche und 42 sich näher zu dem Zylinder 27 bewegen und daß während einer axialen Bewegung die Kanten der Flansche sich in Richtung einer der Endwände 28 oder 29 der Kappen bewegen. Wenn diese Bewegung weit genug fortgesetzt wird, dann werden die Teile in Kontakt miteinander gelangen und eine weitergehende Bewegung wird verhindert. Auf diese Weise kann der Abstand im unbelasteten Zustand dieser zum Kontakt miteinander fähigen Teile so vorbestimmt und eingestellt werden, daß vorbestimmte Kräfte

809845/0648

-H-

berücksichtigt werden und hierdurch die Auslenkung in radialer und in axialer Richtung begrenzt wird und damit die Lageverschiebung der relativ zueinander beweglichen Teile bei einer überbelastung. Weiterhin wird ein Verlust der Integrität der Halterung verhindert durch den Kontakt der metallischen Teile im Falle eines Defektes der elastomeren Ringe.

Es ist auch zu beachten, daß die Federkonstante und die Dämpfungswirkung der Halterung gemäß den jeweils vorhandenen Erfordernissen dadurch abgeändert werden kann, daß die Querschnittsform der O-Ringe oder die Steifigkeit des elastomeren Materials geändert werden. Die Verwendung verschiedener Querschnitte für die O-Ringe gestattet eine Veränderung der Dämpfungscharakteristiken der Halterung für bestimmte Anwendungsfälle, wobei hierzu keine Veränderungen an anderen Teilen der Halterung erforderlich sind.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die alternativen Ausführungsformen nach den Figuren 4 und 5. Die Endkappen 24 und sind durch ein Paar von U-förmigen Bügeln 47 und 48 starr befestigt, wobei diese Bügel mit den Kappen 24 und 26 durch Anschweißen oder dergleichen verbunden sind und sich um die Platte 18 herum erstrecken. Die Gesamteinheit kann dann dadurch starr mit dem Bügel 22 verbunden werden, daß die Kappe 24 an dem Flansch 23 durch Schweißen oder dergleichen befestigt wird oder einer oder beide U-förmigen Bügel 47 oder an dem Flansch 23 befestigt werden. Die von der Platte 18 vorstehenden Flansche besitzen dann die Form eines Paars von Pfosten 49 und 51 oder eines Paars von kleinen Zylindern, die zentrisch zu den zylindrischen Seitenwänden 31 und 32 angeordnet sind. Die elastomeren O-Ringe 43 und 46 sind dann in radialer Richtung durch den Pfosten 49 und die Seitenwand 31 auf der einen Seite und durch den Pfosten 51 und die Seitenwand 32 auf der anderen Seite festgelegt und sind in axialer Richtung durch die Endwand 28 und die Platte 18 auf der einen

809845/0648

Seite und die Endwand 29 und die Platte 18 auf der anderen Seite festgelegt. Die Bewegung in der axialen Richtung ist dadurch begrenzt, daß schließlich die Enden 52 oder 53 der Pfosten in Kontakt mit den Endkappen 28 bzw. 29 kommen. In ähnlicher Weise ist die Bewegung in radialer Richtung zu einem gewissen Maße begrenzt durch den möglichen Kontakt der Kanten 54 und 56 der Platte mit den U-förmigen Bügeln 47 bzw. 48.

Man wird jedoch erkennen, daß bei einer radialen Bewegung diese Bewegungsbegrenzung nur in der Ebene der Bügel 47 und 48 vorhanden ist. Wenn es daher erforderlich ist, die Bewegung in anderen Richtungen in dieser radialen Ebene zu begrenzen, dann müssen die Bügel 47 und 48 bogenförmig um die Seitenwände 31 und 32 herum verlängert werden. Der dargestellte Aufbau ist jedoch ausreichend für eine vorhergesehene Schwingung in einer einzigen radialen Richtung.

In der abgewandelten Ausführungsform nach Figur 6 sind die abgewandelten Kappen 57 und 58 fest mit einem mittleren Zylinder 27 verbunden und besitzen keine Seitenwände. Die Flansche 41 und 42, welche an beiden Seiten der Platte 18 nach außen ragen, sind radial von der Innenkante 37 der Platte beabstandet zur Bildung der äußeren Begrenzung für die elastomeren O-Ringe 43 und 46. Die innere Begrenzung für diese Ringe wird erhalten durch die zylindrischen Wände des mittleren Zylinders 27. Die Bewegung "^;n der axialen und der radialen Richtung wird dabei in der gleichen Weise begrenzt wie in der bevorzugten Ausführungsform.

Vorstehend wurde die Erfindung anhand mehrerer beispielhafter Ausführungsformen beschrieben. Sie kann jedoch verschiedene andere Formen annehmen_/ohne den Umfang und die Konzeption der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise wurde vorstehend die Halterung im Zusammenhang mit der Befestigung eines Öltanks beschrieben. Eine solche Halterung kann jedoch auch verwendet

809845/0643

werden zur Befestigung des Triebwerkes an einem Flugzeug. Weiterhin können verschiedene alternative konstruktive Formen verwendet werden. Beispielsweise kann die Kombination der Platte und des Ansatzes dadurch erhalten werden, daß zwei PLatten miteinander verbunden werden, die jeweils ringförmige Ansätze an einer Seite besitzen.

809845/0648

Claims

H6O5-13DV-6929 General Electric Company Ansprüche

1.) Dämpfungseinrichtung mit ersten und zweiten Halterungsteilen welche zur Verbindung mit den jeweiligen Bauteilen eingerichtet sind, zwischen denen eine relative axiale und radiale Schwindungsbewegung vorhanden ist, und mit zwischen diesen beiden Teilen angeordneten Dämpfungsmitteln zur Dämpfung relativer axialer Schwingungen, gekennzeichnet durch:

eine zylindrische Wand (31, 32), die sich axial von dem ersten Halterungsteil (27) aus erstreckt und mindestens teilweise an ihrem Umfang im Eingriff mit dem Dämpfungsmittel (43, 46) ist,und eine zylindrische Wand (41, 42), die sich in axialer Richtung von dem zweiten Teil (18) aus erstreckt und mindestens teilweise über ihrem Umfang im Eingriff mit dem Dämpfungsmittel steht, wobei zwischen der zylindrischen Wand des ersten Halterungsteils und der zylindrischen Wand des zweiten Halterungsteils die Dämpfungsmittel (43,46) angeordnet sind zur Dämpfung relativer radialer Schwingungen zwischen dem ersten und zweiten Halterungsteil.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Wand (31, 32) des ersten Teils der Halterung einen zylindrischen Kern (27) aufweist, in den ein Befestigungsbolzen (21) einsetzbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrische Wand (31, 32) des ersten Teils der Halterung eine Außenwand bildet, welche mindestens einen Teil der Dämpfungsmittel (43, 46) umschließt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Halterungsteil ein Paar axial beabstandeter Kappen (24, 26) enthält, welche durch ein zylindrisches Kern- und Abstandsstück (27) voneinander beabstandet sind.

809845/0648

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Abstandstückes (27) so
gewählt ist, daß die zwischen den beiden Kappen (24, 26) angeordneten Dämpfungsmittel (43, 46) vorbelastet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Teil der Halterung eine
Platte (18) enthält, welche in einer radialen Ebene ausgerichtet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die zylindrische Wand des zweiten Teils der Halterung in der Nähe der radialen inneren Kante der
Platte (18) befestigt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Teil der Halterung an einem Punkt radial außen von der Innenkante der Platte (18) befestigt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dämpfungsmittel ein Paar axial beabstandeter elastomerer O-Ringe (43, 46) umfassen, zwischen
denen das zweite Halterungsteil angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9 ,
gekennzeichnet durch:

a) ein Paar axial beabstandeter starr miteinander verbundene Endkappen (24,26) mit gegenüberliegenden Endwänden (28,
29) und praktisch zylindrischen Seitenwänden (31,32),

b) eine Platte (18), die sich zwischen den Endkappen (24,26) und parallel zu denselben erstreckt und ein Paar zylindrischer Flansche (41,42) aufweist, die sich in entgegengesetzten Richtungen jeweils in Richtung auf die Endwände (28,29) erstrecken, und

c) ein Paar elastomerer O-Ringe (43,46) die jeweils zwischen

809845/0648

einer der Endkappen (24,26) und einer Seite der Platte (18) angeordnet sind, wobei jeder der O-Ringe (43,,46) zwischen einem dieser Flansche (41,42) und der praktisch zylindrischen Seitenwand angeordnet ist zur Dämpfung einer Relativbewegung zwischen diesen Teilen.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Kappen (24,26) durch einen Zylinder (27) starr miteinander verbunden sind und die O-Ringe (43,46) den Zylinder (27) umgeben.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der mittlere Zylinder (27) die Seitenwände (31,32) bildet.

13. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die praktisch zylindrischen Seitenwände (31,32) die äußeren Kanten der genannten Endwände (28,29) bilden und mindestens einen Teil der genannten O-Ringe (43,46) umschließen.

14. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die inneren Kanten der Platte (18) in einem vorbestimmten Abstand von dem mittleren Zylinder (27) angeordnet sind derart, daß bei einem vorbestimmten Lastschwellwert ein Eingriff auftritt.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 - 14, gekennzeichnet durch:

ein Paar axial beabstandeter Kappen (24,26) mit Endwänden (28,29) und zylindrischen Seitenwänden (31,32), wobei diese Kappen (24,26) durch einen mittleren Zylinder (27) miteinander verbunden sind und einen ringförmigen Hohlraum begrenzen mit einer öffnung zwischen gegenüberliegenden Kanten der Seitenwände (31,32) der Kappen (24,26), eine Platte (18), welche in einer Ebene quer zur Achse des mittleren Zylinders (27) liegt und sich in die genannte öffnung hinein erstreckt, wobei die Platte (18) ein Paar Flan-

809845/0648

sehe (41,42) besitzt, die sich in entgegengesetzten Richtungen und jeweils in Richtung der entsprechenden Endkappe
(24,26) erstrecken, wobei dieses Paar von Flanschen (41,42) und die innere Kante der Platte (18) einen radialen Abstand von dem mittleren Zylinder (27) besitzen, und
ein Paar elastomerer O-Ringe (43,46), welche den mittleren
Zylinder (27) umgebend angeordnet sind, wobei sich an jeder Seite der Platte (18) einer der beiden Ringe (43,46) befindet und die Ringe jeweils zwischen einem der Flansche (41,42) und einer der Seitenwände (31,32) der Kappen (24,26) aufgenommen ist zur Dämpfung einer relativen radialen Bewegung zwischen dem mittleren Zylinder (27) und der Platte (18).

809845/0648