DE3337322A1

DE3337322A1 - Reibungsdaempfer

Info

Publication number: DE3337322A1
Application number: DE19833337322
Authority: DE
Inventors: Heinz 1000 Berlin Delam
Original assignee: Gerb & Co KG GmbH
Current assignee: Gerb & Co KG GmbH
Priority date: 1983-10-11
Filing date: 1983-10-11
Publication date: 1985-05-02
Also published as: FR2555692B1; DE3337322C2; FR2555692A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reibungsdämpfer zur Minderung der Bewegungen, insbesondere Schwingungen, von Maschinen und Rohrleitungen mit einem Dämpfergehäuse und einem Dämpferstempel.

Dämpfer entziehen bewegungsfähigen und insbesondere schwingungsfähigen Systemen Energie. Dämpfer werden in mechanischen Systemen teils in Verbindung mit Elastizitäten zur Schwingungsisolierung und dabei auch zur Begrenzung von Stoßantwortwegen bei Maschinen, Maschinenfundamenten und Rohrleitungen eingesetzt.

Die VDI-Richtlinie 2026, Blatt 2 "Schwingungsisolierung, Isolierelemente" gibt weitgehend den Stand der Technik über Bauformen von Schwingungsdämpfern wieder.

Viskosedämpfer und Reibungsdämpfer sind drucklose Dämpfer", die mit weniger Bauteilen einfacher als Hydraulikdämpfer aufgebaut sind. Beschreibungen finden sich beispielsweise in "Shock·and Vibration Handbook" von Harris, Crede, McGraw-Hill Book Company 1976.

Viskosedämpfer wirken aufgrund der Scherung und Verdrängung eines zähen, im allgemeinen viskoelastischen Mediums durch einen darin bewegten Dämpferstempel. Die Dämpfungskräfte sind geschwindigkeitsproportional. Ihre Größe hängt von der Zähigkeit des Dämpfungsmediums und der Stempelgeometrie ab.

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Als Reibungsdämpfer werden im allgemeinen Dämpfer bezeichnet, deren Dämpfungskräfte zwischen feder- oder gewichtsbelasteten Reibstücken und Reibflächen hervorgerufen werden. Ein solcher federgespannter Reibungsdämpfer ist beispielsweise im Artikel W. Lanczak und J. Ralowski, "Reibungsdämpfer zur Vibroisolation von Schrtii edehammer fundament en", Bauingenieur 55 (1980), S. 477 ff., beschrieben. Reibkräfte sind weitgehend unabhängig von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Reibfläche und dem Reibstück. Es wird ihnen nach der Coulombschen Theorie der Reibung fester Körper ein konstanter Betrag zugeschrieben. Es zeigt sich jedoch, daß bei der Geschwindigkeit Null durch Haftreibung eine größere Reibungskraft auftritt als im Bewegungsfall der Gleitreibung.

Die Größe der Reibkraft hängt dabei von den Materialien der Reibpaarung, ob z. B. feuchte oder trockene Reibung vorliegt, und von der Anpreßkraft der Reibstücke ab. Mit Reibungskräften, lassen sich im Vergleich zu viskosen Dämpfern vorteilhaft große Dämpfungskräfte bei kleiner Dämpfergeometrie erzeugen. Nachteilig wirkt sich dagegen die erforderliche Losbrechkraft aus, infolge derer es zu Stick-Slip-Effekten und damit zur Anregung höherfrequenter Eigenschwingungen am System kommen kann. Wegen der Nichtproportionalitat der Reibungskraft mit der Geschwindigkeit verhält sich das System in ungewollter Weise nichtlinear.

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j -Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rei- j bungsdämpfer der eingangs angegebenen Art mit annähernd ge- | schwindigkeitsproportionaler Reibungskraft zu schaffen..

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem solchen Reibungs- ;
dämpfer erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Dämpferstempel j

aus einer Oberplatte mit daran drehbar oder b iegungsverform- ■ bar gelagerten Reibstücken gebildet ist, wobei die Reibstiicke j mit Mitteln versehen sind, die die Reibstiicke gegen an mit dem Dämpfergehäuse fest verbundene Reibflächen drücken. Auf diese j Weise erreicht man die gut angenäherte Geschwindigkeitspro- j

portionalität der Dämpfungskräfte. !

Die Reibkraft eines Reibungsdämpfers hängt neben den Material-! eigenschaften .der Reibpaarung und der des umgebenden Mediums j hauptsächlich von der Anpreßkraft der Reibstücke gegen die
Reibflächen ab. In bekannten Reibungsdämpfern wirkt eine konstante Anpreßkraft. Bei der Erfindung wird die Anpreßkraft
dagegen so gesteuert, daß sie selbst geschwindigkeitsproportional wird. Dies kann außer durch einfache mechanische Mittel auch durch hydraulische Anordnungen oder elektrische Schaltungen verwirklicht werden.

Einfache mechanische Mittel sind beispielsweise von einem
Medium'umströmte Strömungswiderstandskörper.

Hydraulische Anordnungen lassen sich beispielhaft aus einem
Steuerkolben und einem Anpreßkolben für die Reibkraft zusam- ■
mensetzen.

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Bei elektrischen Anordnungen kann die Schwinggeschwindigkeit des an den Dämpfer angekoppelten Systems gemessen und über eine elektrische Schaltung und einen Strom/Kraft-Wandler beispielsweise elektrodynamisch in eine geschwindigkeitsproportionale Anpreßkraft umgewandelt werden.

Es sind auch Kombinationen aus elektrischen und hydraulischen Schaltungen möglich. Man kann beispielsweise die Schwinggeschwindigkeit elektrisch messen und die Anpreßkraft durch einen servogeregelten Hydraulikkolben aufbringen.

Entsprechende Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstande naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen geschwindigkeitsproportionalen Reibungsdämpfer mit mechanisch erzeugter Anpreßkraft,

Fig. 2 einen geschwindigkeitsproportionalen Reibungsdämpfer mit hydraulisch erzeugter Anpreßkraft und

Fig. 3 einen geschwindigkeitsproportionalen Reibungsdämpfer mit elektrisch erzeugter Anpreßkraft.

Der mechanische geschwindigkeitsproportionale Geschwindigkeitsdämpfer nach Fig. 1 setzt sich aus einem Dämpfergehäuse-1, einem Dämpfungsmedium 2 und einem Dämpferstempel· 3 zusammen. Der Dämpferstempel 3 besteht aus einer Oberplatte 4, an der ein oder mehrere Reibstücke 5 über Achsen 6 dreh-" bar gelagert sind. An den Reibstücken 5 sind Strömungswiderstandskörper 7 befestigt. Die Reibstücke 5 und die Widerstandskörper 7 sind in das in dem Gehäuse 1 befindliche Dämpfungsmedium 2 getaucht.

Als Dämpfungsmedium 2 können Öle, Bitumina und andere hochviskose Stoffe eingesetzt werden, deren Viskositätsverhalten auf die Steuerung der Anpreßkraft einwirkt.

Im Dämpfergehäuse 1 sind ein oder mehrere Reibflächen 8

fest eingebaut. Sie sind dabei so angeordnet, daß sie losen Kontakt zu den Reibstücken 5 haben. Es ist.auch möglich, die Gehäusewand 1 als Reibfläche 8 zu nutzen. Die Reibstücke 5 können zusätzlich durch eine schwache Feder im Ruhefall schon j angedrückt werden. · I

Die Platte 4 des Dämpferstempels 3 wird an das mit der ■ '■-Geschwindigkeit ν schwingende Objekt, das nicht dargestellt ist, befestigt. Durch die Bewegung des Stempels 3 werden die Widerstandskörper 7 vom Dämpfungsmedium 2 mit der Geschwindigkeit ν angeströmt. Der Staudruck der Anströmung verursacht, ähnlich wie beim Tragflügel, eine Widerstandskraft W in

Strömungsrichtung und eine Anpreßkraft A senkrecht dazu. Die Widerstandskraft W und die Anpreßkraft A lassen sich nach Gesetzen der Hydrodynamik durch die Wahl des angeströmten Profils variieren.

Der Dämpfungswiderstand des erfindungsgemäßen Reibungsdämpfers setzt sich aus zwei Anteilen zusammen. Eine Komponente ist die mit der Strömungsgeschwindigkeit ν proportionale Widerstandskraft W, die entgegengesetzt zur Richtung des Dämpferstempels 3 wirkt. ·

Die zweite Komponente in Richtung des Dämpferstempels ist die Reibkraft zwischen den Reibstücken 5 und den Reibflächen 8. Sie kommt infolge der "flüssigen" Reibung der mit der Anpreßkraft A an die Reibflächen 8 angedrückten Reibstücke 5 zustande. Da die Anpreßkraft A über den Strömungswiderstand der Widerstandskörper 7 in erster Näherung linear von der Geschwindigkeit abhängt, wird auch die Anpreßkraft geschwindigkeitsproportional. Daraus folgt eine wiederum geschwindigkeitsproportionale Reibkraft.

Die Strömungswiderstandskörper 7 werden im allgemeinen einen symmetrischen Querschnitt haben, so daß in Druck- und Zugrichtung gleiche Dämpfungskräfte erzeugt werden. Man kann jedoch auch von der Bewegungsrichtung abhängige Dämpferkräfte durch unsymmetrische beispielsweise tropfenförmige Profile erreichen.

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Dem Erfindungsgedanken, entsprechend erhält man aus den beiden Kraftkomponenten Widerstand und Reibung eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfungskraft. Wegen seines Prinzips der flüssigen Reibung arbeitet der erfindungsgemäße Reibungsdämpfer weitgehend verschleißfrei -

Der in Fig. 2 dargestellte Dämpfer ist mit den Bauelementen Anschlußplatte 4, Dämpferstempel 3, an Achsen 6 gelagerten Reibstücken 5 und den Reibflächen 8 ebenfalls"ein Reibungsdämpfer. Die Anpreßkraft der Reibstücke 5 wird jedoch, durch eine hydraulische Schaltung' erzeugt. Dabei wird der Druck im Hydrauliksystem durch den an dem Dämpferstempel· 3 angeschlossenen, doppeltwirkenden Steuerkolben 9 aufgebaut. Der Druck wird über Hydraulikleitungen 10 auf einen Doppelkolben zum Erzeugen der Anpreßkraft der Reibflächen 5 gegeben. Die Druckbegrenzung und dabei geschwindigkeitsproportionale Steuerung der Anpreßkraft wird durch nachgeschaltete, in einer Strömungsrichtung sperrende, druckabhängige Überströmventile l·2 erreicht. Die überschüssige Fiüssigkeitsmenge kann jeweils in den drucklosen Teil des Steuerkolbens 9 zurückgeführt werden. Indem der Steuerkolben 9 sowohl in Druck- als auch in Zugrichtung einen Flüssigkeitsdruck erzeugt und auf jeweils einen eigenen Druckkolben 11 gibt, erhält man trotz entgegengesetzter Bewegungsrichtungen jeweils eine Anpreßkraft der Reibstücke 5, die über die Ventile 12 geschwindigkextsproportional gesteuert wird.

-" 11 -

- Ii -

Die geschwindigkeitsproportionale'Anpreßkraft der Reibstücke 5 an die Reibflächen 8 des in Fig. 3 dargestellten Reibungsdämpfers wird elektrisch erzeugt. Dazu ist. in dem .Ausführungsbeispiel ein geschwindigkeitsproportionaler Schwingungsgeber 13 an den Dämpferstempel 3 angekoppelt. Von der abgegebenen, geschwindigkeitsproportionalen elektrischen Spannung wird in einem Zwischenglied 14 zum einen der Betrag gebildet und weiterhin durch einen Leistungsverstärkerteil soviel Strom zur Verfügung gestellt,, daß der elektrodynamische Erreger 15 die angestrebte Anpreßkraft für den Reibungsdämpfer erzeugen kann.

Bei den geschwindigkeitsproportionalen Reibungsdämpfern nach Fig. 2 und 3 müssen der Steuerkolben 9 bzw. der Schwingungsgeber 13 vorteilhaft so angebracht werden, daß die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Dämpfergehäuse 1 und dem Dämpferstempel 3 aufgenommen wird. So kann beispielsweise der Zylinder von 9 bzw. das Gehäuse von 13 mit dem Gehäuse 1 verbunden werden, dagegen der Kolben von 9 bzw. Kern von 13 mit dem Dämpferstempel 3. Der krafterzeugende Anpreß-Kolben 11 bzw. -Erreger 15 kann an dem Dämpferstempel 3 montiert und infolgedessen mitbewegt sein. Es ist jedoch auch möglich, die Krafterzeuger 11, 13 am Gehäuse zu befestigen. In diesem Fall ist zweckmäßig eine gleitende oder rollende Verbindung quer zur Druckrichtung von 10 bzw. 13 gegenüber 5 vorzusehen.

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Der hohe wirtschaftliche Nutzen der Verwendung eines entsprechend dem Erfindungsgedanken geschwindigkeitsproportionalen Reibungsdämpfers ergibt sich aus der gegenüber herkömmlichen Reibungsdämpferkonstruktionen

- großen Dämpfungskraft bei

- vergleichsweise kleiner Baugröße unter

- Vermeidung von Nichtlinearitäten beim • Schwingungsverhalten des Systems.

MB/Ma - 27 940 - 13 -

cöpv

Claims

PATENTANWÄLTE . O·Ο O Π O O O 10OO BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 8OOO MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTFiASSE 49 I GERB GESELLSCHAFT . j FÜR ISOLIERUNG MBH berlin: dipl.-ing. r. müller-börner I MÜNCHEN: DIPL-ING. HANS-HEINRICH WEY · ί I DIPL.-ING. EKKEHARD KÖRNER ■ ; 27 940 : Patentansprüche·

1. Reibungsdämpfer zur Minderung der Bewegungen, insbesondere Schwingungen, von Maschinen und Rohrleitungen
mit einem Dämpfergehäuse (1) und einem Dämpferstempel
(3), dadurch gekennzeichnet, da.l der Dämpferstempel (3) aus einer Oberplatte (4) mit dardrehbar oder biegungsverformbar gelagerten Reibstückei

(5) gebildet ist, wobei die Reibstücke (5) mit Mitteln j

I versehen sind, die die Reibstücke (5) gegen an mit dem ;

Dämpfergehäuse (1) fest verbundene Reibflächen (8)
drücken. . · ·

2. Reibungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Dämpfergehäuse (1) m: einem Dämpfungsmedium (2) gefüllt ist und daß die Mitte. an den Reibstücken (5) befestigte Strömungswiderstandskörper (7) sind, die in das Dämpfungsmedium getaucht sir

BERLIN: TELEFON (O3O) Θ31208Θ M ü N CH E N : TEL EFO N (O Βθ) 22 55 85

KABEL: PROPINDUS. TELEX: 1 84Ο57 KA B E L: P RO PI N D U S . TE LEX: 524244

3. Reibungsdämpfer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dämpfungsmedien " Öle und/oder bituminöse Stoffe sind, deren Viskosität (2) zur zusätzlichen Steuerung der Anpreßkraft dient.

4. Reibungsdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Wand des Dämpfer-■ .gehäuses (1) als zusätzliche Reibfläche (8) dient.

5. Reibungsdämpfer nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch·" gekennzeichnet , daß die Reibstücke (5) im Ruhezustand durch eine-Feder an die Reibfläche (8) angedrückt sind.

6. Reibungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstandskörper (7) einen symmetrischen Querschnitt aufweisen. j

7. Reibungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a du-rch gekennzeichnet, daß die Strömungswiderstandskörper (7) ein unsymmetrisches, z. B. tropfenförmiges, Profil aufweisen.

8. Reibungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Anpressen der Reibstücke (5) an die Reibfläche (8) aus einer hydraulis^nen Schaltung mit einem doppeltwirkenden Steuerkolben (9) und einem als Doppelkolben ausgebildeten

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Druckkolben (11) bestehen.

9. Reibungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zum Anpressen der Reibstücke (5) an die Reibfläche (8) aus einer elektrischen Schaltung bestehen mit einem an den Dämpferstempel angekoppelten . Schwingungsgeber (13) und einem mit diesem über ein Zwischenglied (14) verbundenen elektrodynamischen Erreger (15).

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