DE4204128A1 - Horizontal und vertikal wirkender viskoser schwingungsdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen horizontal und vertikal wirken­ den viskosen Schwingungsdämpfer gemäß Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Bekannt sind ganz allgemein Schwingungsdämpfer mit einem mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten zylindrischen Behälter und einem zylindrischen oder becherförmigen Dämpferstempel. Der Behälter wird mittels einer Bodenplatte an einem Fest­ punkt angebracht, während der Dämpferstempel über eine Deck­ platte mit dem zu schützenden Objekt verbunden wird. Bei Re­ lativbewegungen zwischen diesen Teilen entwickelt der Dämpfer Kräfte, die weitgehend proportional zur Geschwindigkeit die­ ser Bewegung sind. Dabei wird die Bewegungsenergie innerhalb des Dämpfungsmediums in Wärme umgesetzt, so daß eine wirksame Dämpfung des bewegten Systems erreicht werden kann.

Die wichtigste Kenngröße dieser Dämpfer ist der Dämpfungswi­ derstand W, der die Dämpferkraft F mit der Geschwindigkeit v nach der Formel F = W _* v verbindet.

Derartige Dämpfer werden in sehr vielfältiger Weise einge­ setzt. Beispielsweise bei der Schwingungsisolierung im allge­ meinen Maschinenbau sowie bei Erdbebenschutzsystemen.

Dämpfungskräfte werden in derartigen Schwingungsdämpfern durch Scherung des viskosen Dämpfungsmediums zwischen zwei benachbarten Flächen und durch Verdrängung des Dämpfungsmedi­ ums erzeugt. Sie sind in erster Näherung proportional zur Viskosität des Dämpfungsmediums.

Scherungskräfte sind proportional zur Scherfläche und umge­ kehrt proportional zum Abstand zweier benachbarter Flächen.

Bei den bisher üblichen Dämpfern bestehen die Scherflächen meist aus konzentrischen Zylindern oder Rohren mit vierecki­ gem Querschnitt.

Bei einem aus WO 90/10 802 bekannten Schwingungsdämpfer der eingangs bezeichneten Gattung sind zwischen der Gehäuseum­ laufwand und dem Dämpferstempel mehrere zylindrische Rohre konzentrisch zueinander angeordnet. Diese Rohre sind senk­ recht zur Zylinderachse, d. h. horizontal frei verschiebbar und bewirken eine Erhöhung des Dämpfungswiderstandes W gegen­ über einem Dämpfer gleicher Abmessungen ohne diese Rohre. Diese Erhöhung des Dämpfungswiderstandes wird aber nur dann erreicht, wenn die Bewegung der zu dämpfenden Schwingung senkrecht zur Zylinderachse erfolgt, da nämlich bei vertika­ len Bewegungen nur eine begrenzte Wirkung erzielt werden kann.

Wenn bei derartigen Dämpfern große horizontale Relativbewe­ gungen auftreten, wird das viskose Dämpfungsmedium am Rand des Dämpfergehäuses nach oben gedrückt; je nach Viskosität des Mediums und der jeweiligen Dämpfergeometrie kann das Me­ dium nur relativ langsam zurückfließen. Legt man z. B. eine sinusförmige Anregung zugrunde, so wird mit jedem Lastzyklus das Dämpfungsmedium weiter nach oben gedrückt, wobei sich auch die beweglichen Rohre aufwärts bewegen. Die Wirkung des Dämpfers nimmt dabei rasch ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungs­ dämpfer der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß bei einfacher Konstruktion eine sehr hohe und nahezu kon­ stante Horizontaldämpfung und eine ebenso geartete Verti­ kaldämpfung und zugleich große vertikale Bewegungswege ermög­ licht sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnen­ den Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird u. a. der Vorteil erreicht, daß bei großen Horizontalbewegungen des Dämpfer­ stempels die Rohre nur noch in einem konstruktiv vorgegebenen Rahmen auf- oder abwärts bewegt werden können, da sie durch die Ringscheiben vertikal geführt werden. Hierdurch kann auch eine Kippbewegung der Rohre vermieden bzw. begrenzt werden. Der Dämpfungswiderstand bei Horizontalbeanspruchung des Dämp­ fers bleibt dadurch weitgehend konstant.

Bei Vertikalbewegung des Dämpferstempels wird die Dämpfungs­ kraft durch zwei Mechanismen erzeugt.

Zwischen dem Dämpferstempel und dem benachbarten Rohr bzw. je zwei benachbarten Rohren bzw. dem äußeren Rohr und der Gehäu­ seumlaufwand kommt es zu Relativbewegungen, die eine Scherung des Dämpfungsmediums zur Folge haben. Die herbei erzeugten Kräfte sind proportional zur Viskosität des Dämpfungsmediums und zur Geschwindigkeit der Relativbewegung. Weiterhin hängen sie vom Abstand je zweier benachbarter Rohre ab. Außerdem werden Dämpfungskräfte erzeugt, wenn das Dämpfungsmedium durch das Strömungslabyrinth gedrückt wird.

Bei großen Vertikalwegen kann je nach Abstand zweier benach­ barter Rohre erreicht werden, daß zunächst die inneren oder äußeren Rohre bewegt werden oder sich das aus Dämpferstempel und dem inneren Rohr bestehende System teleskopartig ausein­ anderschiebt bzw. zusammenzieht. Durch geeignete Wahl dieser Abstände kann praktisch jede beliebige Dämpfercharakteristik eingestellt werden. Durch die verschachtelte Bewegung der verschiedenen Rohre wird in jedem Fall der vertikale Arbeits­ weg des Systems entscheidend vergrößert. Je nach gewünschtem Hub kann hierzu eine beliebige Anzahl von Rohren mit jeweils einem Strömungslabyrinth vorgesehen werden.

Im einzelnen kann eine vorteilhafte Ausgestaltung erreicht werden, indem mindestens zwei Rohre konzentrisch und mit ra­ dialem Abstand zueinander im Dämpfergehäuse angeordnet werden und mindestens eine Ringscheibe je Rohr so angeordnet wird, daß in dem Raum zwischen den Rohren in Axialrichtung ein Strömungslabyrinth gebildet ist.

Zweckmäßigerweise sind die Ringscheiben in einem solchen axialen Abstand zueinander angeordnet, daß der Dämpferstempel und die Rohre teleskopartig auseinanderziehbar und teleskop­ artig ineinanderschiebbar sind. Hierdurch werden bei gegebe­ ner äußerer Baugröße große Bewegungswege bzw. bei gegebenen Bewegungswegen eine kleine Baugröße erreicht.

Wenn eine Schwingungsbewegung nur in einer Vertikalrichtung zu erwarten ist, können die Rohre auf der Bodenplatte aufsit­ zen und auf dieser horizontal verschiebbar sein.

Wenn eine zweiseitig gerichtete Vertikalbewegung zu erwarten ist, können die Rohre von der Bodenplatte abgehoben angeord­ net werden.

Eine besonders einfache Ausführungsform besteht darin, daß die Radialabstände zwischen jeweils zwei benachbarten Rohren gleich groß sind.

Um eine spezifische Dämpfungscharakteristik in horizontaler Richtung zu erreichen, können jedoch die Radialabstände zwi­ schen jeweils zwei benachbarten Rohren verschieden sein.

Eine feine Einstellung der Dämpfungscharakteristik kann schließlich dadurch erreicht werden, daß die Rohre mit radia­ len und die Ringscheiben mit axialen Durchtrittsöffnungen versehen sind.

Um die Vertikalbewegung zu begrenzen, kann ferner an der Um­ laufwand des Dämpfergehäuses ein Anschlag vorgesehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung weiter ins Detail gehend und ausschließlich unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einen Schwingungsdämpfer nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Der Schwingungsdämpfer besteht aus einem Gehäuse 1 mit einer Bodenplatte 2 und einer vorzugsweise zylindrischen Umlaufwand 3. In das Dämpfergehäuse ragt zentral ein Dämpferstempel 4 von oben hinein, der an einer Deckplatte 5 angebracht ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind im Dämpfergehäuse zwei Rohre 6, 7 konzentrisch zueinander und mit radialem Ab­ stand zueinander angeordnet, wobei diese Rohre 6, 7 auch zum Dämpferstempel 4 konzentrisch angeordnet sind. Der Dämpfer­ stempel 4 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit zwei Ringscheiben 8 mit axialem Abstand zueinander ausgestattet. Die Rohre 6 und 7 sind gleichfalls jeweils mit Ringscheiben 9, 10 ausgestattet, wobei die Ringscheiben 8, 9 und 10 je­ weils so bemessen sind, daß sie zum Dämpferstempel 4 und/oder den Rohren 6, 7 hin Durchtrittsschlitze 11, 12, 13 für den Durchtritt des nicht gezeigten viskosen Dämpfungsmediums be­ lassen. Diese Schlitze 11, 12 und 13 bilden zusammen mit den Ringscheiben 8, 9, 10 in Axialrichtung mehrere Strömungslaby­ rinthe, durch die eine Dämpfung bei Vertikalbewegung des Dämpferstempels 4 bewirkt wird. Bei dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel sind die Ringscheiben 8, 9 und 10 in einem sol­ chen axialen Abstand zueinander angeordnet, daß der Dämp­ ferstempel 4 und die Rohre 6, 7 teleskopartig auseinander ge­ zogen und ineinander verschoben werden können.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Rohre 6 und 7 von der Bodenplatte 2 abgehoben dargestellt. Bei dieser An­ ordnung ergibt sich die Möglichkeit, eine zweiseitig gerich­ tete vertikale Schwingbewegung sehr wirksam und über einem großen Hub zu dämpfen.

Bei Systemen, bei den erwartet werden kann, daß die vertikale Schwingbewegung nur nach einer Seite hin verläuft, können die Rohre 6, 7 auch auf der Bodenplatte 2 aufsitzen, wodurch dann erreicht wird, daß der gesamte Dämpfungshub in einer Richtung noch vergrößert ist.

Ferner können die Radialabstände zwischen jeweils zwei be­ nachbarten Rohren gleich groß oder aber auch verschieden sein, was von der gewünschten Dämpfungscharakteristik abhän­ gig ist.

Auch können die Rohre 6 und 7 mit radialen Durchtrittsöffnun­ gen (nicht gezeigt) ausgestattet sein, um so eine ganz spezi­ fische Dämpfungscharakteristik zu realisieren.

Auch kann die Hubbewegung des Dämpfers in Vertikalrichtung dadurch begrenzt sein, daß an der Umlaufwand 3 des Dämpferge­ häuses ein Anschlag (nicht gezeigt) zur Begrenzung der Verti­ kalbewegung der Rohre 6, 7 vorgesehen ist.

Im übrigen ist eine Reihe von Abänderungen und Abwandlungen möglich. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, mehr als nur zwei Rohre im Dämpfergehäuse anzuordnen und mit Ring­ scheiben auszustatten. Auch besteht die Möglichkeit, die Rohre mit unterschiedlicher axialer Länge auszuführen, um da­ durch einen spezifischen Verlauf der Dämpfungscharakteristik zu erreichen.

Claims (9)

1. Horizontal und vertikal wirkender viskoser Schwingungs­ dämpfer, mit einem Dämpfergehäuse bestehend aus einer Boden­ platte und einer vorzugsweise zylindrischen Umlaufwand, einem Dämpferstempel sowie mit wenigstens einem im Dämpfergehäuse bewegbaren und den Dämpferstempel mit radialem Abstand umge­ benden Rohr und viskosem Dämpfungsmedium, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sowohl am Dämpferstempel (4) als auch an dem wenigstens einen Rohr (6, 7) mindestens eine Ringscheibe (8, 9, 10) so angeordnet ist, daß im Raum zwischen dem Dämpfer­ stempel (4) und dem wenigstens einen Rohr (6, 7) in axialer Richtung ein Strömungslabyrinth gebildet ist.

2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß min­ destens zwei im Durchmesser unterschiedlich große Rohre (6, 7) ineinander geschachtelt im Dämpfergehäuse (1) angeordnet sind und mindestens eine Ringscheibe (8, 10) je Rohr (6, 7) so angeordnet ist, daß in dem Raum zwischen den Rohren (6, 7) in axialer Richtung ein Strömungslabyrinth gebildet ist.

3. Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von mehreren Ringscheiben je Rohr (6, 7) die Ringscheiben (8, 9, 10) in einem solchen Axialabstand zueinander angeordnet sind, daß der Dämpferstempel (4) gegen­ über den Rohren (6, 7) und diese gegeneinander teleskopartig auseinanderziehbar und ineinanderschiebbar sind.

4. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre (6, 7) auf der Boden­ platte (2) aufsitzen und auf dieser horizontal verschiebbar sind.

5. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre (6, 7) von der Boden­ platte (2) abgehoben angeordnet sind.

6. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Radialabstände zwischen jeweils zwei benachbarten Rohren (6, 7) gleich groß sind.

7. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Radialabstände zwischen jeweils zwei benachbarten Rohren (6, 7) verschieden sind.

8. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Rohre (6, 7) mit radialen und die Ringscheiben (8, 9, 10) mit axialen Durchtrittsöffnungen versehen sind.

9. Dämpfer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Umlaufwand (3) des Dämpfer­ gehäuses (1) ein Anschlag zur Begrenzung der Vertikalbewegung der Rohre (6, 7) vorgesehen ist.