DE3724513C2 - Stoss- und vibrationsdaempfer - Google Patents
Stoss- und vibrationsdaempferInfo
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- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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- B21F3/00—Coiling wire into particular forms
- B21F3/02—Coiling wire into particular forms helically
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
- F16F7/14—Vibration-dampers; Shock-absorbers of cable support type, i.e. frictionally-engaged loop-forming cables
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Description
Die Erfindung betrifft einen Stoß- und Vibrationsdämpfer
mit einem wendelförmig gewickelten Stahlseil, dessen Windungen
an jeweils zwei gegenüberliegenden Stellen in stabförmigen,
parallel zur Längsachse der Wendel verlaufenden
Haltern eingespannt sind sowie ein Verfahren zur Herstellung
derartiger Dämpfer.
Stoß- und Vibrationsdämpfer der vorstehend genannten Gattung
sind z. B. aus der DE-PS 30 21 526 bekannt. Sie dienen
zur Lagerung sehr großer Massen, insbesondere auf Schiffen
und in der Luft- und Raumfahrttechnik. Sie lassen sich
durch relativ einfaches Wickeln eines Stahlseils um einen
Dorn herstellen, wobei zu beiden Seiten des Dorns jeweils
Hälften der beiden Halter angeordnet sind. Durch Verschrauben
mit den jeweils anderen Halterhälften wird die wendelförmige
Anordnung des Stahlseils fixiert und kann vom
Dorn gezogen werden. Da neben der federnden Wirkung auch
eine dämpfende Wirkung durch gegenseitige Reibung der
Einzeldrähte des Stahlseils gegeneinander bei einer Verformung
auftritt, können zusätzliche Dämpfer bzw. zusätzliche
Federn eingespart werden. Zu der einfachen und billigen
Herstellung kommt dadurch der weitere Vorteil eines
weiten Anwendungsbereichs hinzu.
Beim praktischen Einsatz derartiger Dämpfer hat es sich
als wünschenswert erwiesen, zur Platzersparnis bei möglichst
kleinen Außenmaßen des Dämpfers einen möglichst großen
Federweg, d. h. eine möglichst große maximale Auslenkung
der Halter gegeneinander, zu erreichen. Da das Stahlseil
beim Abstreifen vom Mitteldorn unabhängig von dessen Form
infolge der Eigenspannung grundsätzlich eine Wendelform
mit rundem Querschnitt annimmt, ist die maximale Auslenkung
von dieser runden Form maßgeblich bestimmt. In Abhängigkeit
der Breite der Halter kann zwar im eingespannten Zustand
eine abgeflachte Wendelform erreicht werden, jedoch sind
die Stahlseil-Halbbogen, die jeweils seitlich von den
Haltern ausgehen, wieder für sich kreis- bzw. halbkreisförmig.
Vor allem bei Stößen, bei denen die beiden Halter
auseinanderbewegt werden, wird sehr schnell die maximal
mögliche Auslenkung erreicht, ab der die volle Beschleunigung
des Stoßes auf den zu dämpfenden Gegenstand übertragen
wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen
Stoß- und Vibrationsdämpfer der eingangs genannten Gattung
zu schaffen, der eine gegenüber herkömmlichen Dämpfern
dieser Art wesentlich vergrößerte, federnde Auslenkung
bei vergleichbaren Außenmaßen gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
die bleibend verformten Windungen sowohl im eingespannten
als auch im nicht eingespannten Zustand eine im wesentlichen
ellipsenförmige Gestalt aufweisen.
Die durch bleibende Verformung, auch im nicht eingespannten
Zustand erzielte ellipsenförmige Gestalt gestattet bei
gleicher Bauhöhe vor allem eine wesentlich höhere maximale
Zugauslenkung. Sie beträgt etwa ein Drittel der Bauhöhe.
Bei herkömmlichen Dämpfern dieser Art beträgt sie dagegen
lediglich etwa ein Fünftel der Bauhöhe. Vor allem bei
harten Stößen werden dadurch die Dämpfungseigenschaften
deutlich verbessert. Während beispielsweise bestimmte
Stöße in der Zugrichtung bei herkömmlichen Dämpfern zu
einer Beschleunigung der zu dämpfenden Vorrichtung von
20 bis 30 g führten, verringert sich dieser Wert bei gleichen
Randbedingungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Dämpfer
auf weniger als 15 g. Im Gegensatz zu diesen werden die
herkömmlichen Dämpfer bei starken Stößen oft maximal ausgelenkt
und übertragen dann die gesamte Stoßbeschleunigung
auf die Vorrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß infolge der gezielt durchgeführten bleibenden maximalen
Verformung weitere bleibende Verformungen infolge von
Stößen oder großen Belastungen nicht zu befürchten sind,
so daß der Dämpfer immer wieder in seine axiale Ausgangslage
zurückkehrt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
im Anspruch 1 angegebenen Dämpfers möglich.
Um die Parallelität der Halter zu gewährleisten, weisen
die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur Längsachse
der Wendel in der Mitte verlaufenden Ebene in an
sich aus dem eingangs angegebenen Stand der Technik bekannter
Weise jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen
auf. Damit gleichen sich infolge der Spannung der Windungen
erzeugte Drehmomente aus.
Um die bleibende Verformung der Wendel zu einer ellipsenförmigen
Gestalt zu erzeugen, werden vorteilhafterweise
nach der Fixierung des wendelförmigen Stahlseils in den
Haltern diese im wesentlichen bis zur gegenseitigen Berührung
gegeneinandergepreßt. Dieser Preßvorgang wird
zweckmäßigerweise mehrere Male wiederholt und so langsam
durchgeführt, daß die einzelnen Drähte des Stahlseils
eine bleibende gegenseitige Verschiebung erfahren.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines wendelförmigen Stoß-
und Vibrationsdämpfers als Ausführungsbeispiel
und
Fig. 2 eine Vorderansicht dieses Dämpfers.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Stahlseil
10 wendelförmig gewickelt und weist acht Windungen auf.
Die so gebildete Wendel ist an zwei gegenüberliegenden
Stellen, nämlich oben und unten, durch je einen Halter
11, 12 fixiert. Hierzu weisen die Halter 11, 12 eine Reihe
von die Windungen aufnehmenden Bohrungen quer zur Längsrichtung
der Wendel auf. Die Halter 11, 12 bestehen jeweils
aus einer inneren Hälfte 11′, 12′ und einer äußeren Hälfte
11′′, 12′′. Die die Wendel aufnehmenden Bohrungen liegen
dabei in der Ebene der Berührfläche der aufeinanderliegenden
Hälften. Die Hälften 11′, 11′′ bzw. 12′, 12′′ sind
in nicht näher dargestellter Form miteinander verschraubt,
wobei durch die Verschraubung die Wendel festgeklemmt wird.
Im unteren Halter ist eine mittlere Bohrung 13 freigelassen,
damit die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur
Längsachse der Wendel durch diese Bohrung 13 verlaufenden
Ebene jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen aufweisen.
Dadurch gleichen sich möglicherweise entstehende
Drehmomente aus, die zu einer Verschiebung der Halter
11, 12 aus ihrer parallelen Lage führen könnten.
Als Stahlseil 10 sind alle Stahlseile verwendbar, die
aus einzelnen Drähten oder Bündeln von Drähten schraubenartig
in sich verdrillt hergestellt sind. Dabei können
die Drähte wieder unter sich in Litzenbündel aufgeteilt
sein. Wesentlich für die Dämpfungseigenschaften ist dabei
die Fähigkeit der einzelnen Drähte, bei einer Auslenkung
der Halter 11, 12 relativ zueinander reibend aneinander
zu gleiten, wodurch die erwünschten Dämpfungseigenschaften
erreicht werden, die neben den federnden Eigenschaften
bestehen.
Zur Herstellung des dargestellten Dämpfers wird zunächst
das Stahlseil 10 mittels einer aus dem eingangs genannten
Stand der Technik bekannten Wickelvorrichtung um einen
Dorn gewickelt, an dem an gegenüberliegenden Seiten die
beiden inneren Hälften 11′ und 12′ befestigt sind. Dabei
werden die Windungen in die halben Bohrungen der Hälften
eingelegt. Danach werden die äußeren Hälften 11′′ und
12′′ aufgelegt und mit den inneren Hälften 11′ und 12′
verschraubt, wobei die Stahlseilwindungen eingeklemmt
werden und die Wendel dadurch fixiert wird. Dieses bekannte
Wickelverfahren ist ebenfalls im eingangs genannten Stand
der Technik ausführlich beschrieben.
Der so hergestellte Dämpfer wird nun in eine nicht dargestellte
Presse eingelegt, durch die dann die beiden Halter
11, 12 langsam gegeneinander bis zu ihrer gegenseitigen
Berührung oder bis kurz davor gedrückt werden. Hierdurch
verschieben sich die Einzeldrähte gegeneinander, und es
entsteht eine bleibende Verformung, indem die Entlastungskurve
zur Belastungskurve eine Hysterese bildet. Dieser
Vorgang wird mehrere Male, z. B. viermal, wiederholt, wobei
die bleibenden Verformungen insgesamt zunehmen, jedoch
relativ zur jeweils vorangehenden Belastungsperiode abnehmen.
Hierdurch entsteht die in Fig. 2 dargestellte ellipsenförmige
Gestalt der Windungen, die auch bei einer eventuellen
Abnahme der Halter 11, 12, also im nicht eingespannten
Zustand, erhalten bleibt. Diese ellipsenförmige Gestalt
gestattet eine gegenüber herkömmlichen Dämpfern dieser
Bauart vergrößerte Dämpfungs- bzw. Schwingungsauslenkung
und damit bei Stößen eine Verringerung der Beschleunigung
der zu dämpfenden Masse.
Eine vorteilhafte Gestalt der ellipsenförmigen Windungen
mit besonders günstigen Dämpfungs- und Federeigenschaften
bei großer Auslenkung ergibt sich bei einer Dimensionierung
nach der Gleichung
für Windungen H<130 mm.
Dabei bedeutet H die Windungshöhe bzw. den Abstand der
Halter, B die größte Breite der Windung senkrecht zur
Höhe und B h die Breite eines Halters. Für derartig große
Windungshöhen wirkt sich die bleibende Verformung besonders
deutlich und vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Dämpfern
aus.
Für aus dicken Stahlseilen mit einem Durchmesser <20 mm
hergestellte Dämpfer ergeben sich besonders günstige Verhältnisse
bei einer Vorgabe von
H/B<0,8 (2)
Folgendes Zahlenbeispiel gibt die Maße eines typischen
Dämpfers an: Windungsbreite 190 mm, Windungshöhe 140 mm,
Halterbreite 25 mm und Stahlseildurchmesser 13 mm. Ein
derartiger Dämpfer ist für statische Drucklasten von 125 kg
und dynamische Lasten bis zu 1,1 t geeignet. Dies führt
zu einem Wert von 0,85 gemäß der Gleichung (1). Bei einem
derart dimensionierten Dämpfer ergibt sich eine maximale
Zugauslenkung von 55 mm. Beim Herstellungsverfahren sind
zur Erreichung der bleibenden Verformung der Windungen
Kräfte in der Größenordnung von 500 kg erforderlich.
Entsprechend größer dimensionierte Stoß- und Vibrationsdämpfer
eignen sich für statische Lasten von mehreren
Tonnen und dynamische Lasten von weit über 10 Tonnen.
Claims (5)
1. Stoß- und Vibrationsdämpfer mit einem wendelförmig
gewickelten Stahlseil, dessen Windungen jeweils zwei an
gegenüberliegenden Stellen in stabförmigen, parallel zur
Längsachse der Wendel verlaufenden Haltern eingespannt
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bleibend verformten
Windungen sowohl im eingespannten als auch im nicht eingespannten
Zustand eine im wesentlichen ellipsenförmige
Gestalt aufweisen.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur
Längsachse der Wendel in deren Mitte verlaufenden Ebene
jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen aufweist.
3. Verfahren zur Herstellung von Stoß- und Vibrationsdämpfern
nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß nach der Fixierung des wendelförmigen Stahlseils (10)
in den Haltern (11, 12) diese im wesentlichen bis zur
gegenseitigen Berührung gegeneinander gepreßt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß dieser Preßvorgang mehrere Male wiederholt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßvorgang mit einer langsamen, den einzelnen
Drähten des Stahlseils 10 eine bleibende gegenseitige
Verschiebung gestattenden Geschwindigkeit durchgeführt
wird.
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