DE4420596A1 - Lateralschwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lateralschwingungs­ dämpfer für Drehwellen. In vielen Maschinen sind die Wellen in Kugellagern gelagert. Da es möglich ist, Kugellager in Massenproduktion und standardisiert herzustellen, sind diese recht kostengünstig und in der Industrie weit verbreitet. Doch ihr größter Nachteil ist, daß sie nur geringe Dämpfungs­ eigenschaften haben. Zur Verbesserung werden Druckfilmdämpfer eingesetzt, um eine zusätzliche Dämpfung zu erhalten. Druck­ filmdämpfer bestehen aus äußeren und inneren kreisförmig an­ geordneten Elementen mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm da­ zwischen. Anders als bei Achslagern dreht sich das innere kreisförmige Element jedoch nicht. Druckfilmdämpfer erfordern wegen der Wärmeentwicklung in dem dünnen Flüssigkeitsfilm ein Ölkreislaufsystem. Das Ölkreislaufsystem erfordert Ölzufuhr-, Abzugs- und Filtersysteme. Daher ist es schwierig, Druckfilm­ dämpfer zu standardisieren und in Massenproduktion herzu­ stellen. Ihre Installation ist ebenfalls nicht einfach.

Ein Schwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern wurde während des II. Weltkrieges von Dr. Geislinger, einem Öster­ reicher, zur Steuerung von Torsionsschwingungen erfunden. Die Torsionsschwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern werden als Torsionsschwingungsdämpfer und als Kupplung bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Während 35 Jahren weltweiter Anwendung seit der Erfindung haben sie ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt.

Bei der Konstruktion einer Maschine mit rotierenden Teilen ist es wichtig, die dynamischen Eigenschaften des Systems zu analysieren. Zur Erlangung eines breiten Stabilitätsspiel­ raums, der nach dem Abstand zwischen der kritischen Eigen­ resonanzfrequenz und der Anregungsfrequenz beurteilt wird, wird die Einstellung der Steifigkeit der Drehwelle oder der Traglager versucht. Da die Einstellung der Steifigkeit von Drehwellen nicht einfach ist, wird eine Einstellung der Steifigkeit der Traglager bevorzugt. Aber die Einstellung der Steifigkeit von Kugellagern ist nicht einfach. Druckfilm­ dämpfer führen nur Dämpfungskräfte ein, machen es aber auch schwer, ihre Steifigkeit einzustellen. Ferner sind die dynamischen Eigenschaften von Druckfilmdämpfern nicht linear, und ihre Dämpfungskräfte fallen bei Exzentrizität schlagartig ab.

Es ist Aufgabe der erfindungsgemäßen Lateralschwingungs­ dämpfer unter Benutzung von Blattfedern, die erwähnten Nach­ teile herkömmlicher Druckfilmdämpfer zu überwinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß für einen Lateralschwin­ gungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mit den erfindungsgemäßen Dämpfern lassen sich Steifigkeit und Dämpfungskräfte auf einfache Weise einstellen. Sie haben eine lineare dynamische Charakteristik und erfordern keine Hilfsteile oder -systeme, und ihre Standardisierung und Massenproduktion sind möglich. Sie können auch effektiv zur Regelung von Schwingungen in Hochtemperaturumgebungen nicht drehender Strukturen eingesetzt werden, wie z. B. bei Rohr­ systemen in Kraftwerken oder Chemiewerken. Da die erfindungs­ gemäßen Dämpfer kompakte Größe haben, lassen sie sich leicht installieren.

Die erfindungsgemäßen Lateralschwingungsdämpfer können auch bei nichtdrehenden Strukturen, wie z. B. Rohren, eingesetzt werden. In Kraftwerken oder Chemiewerken gibt es beispiels­ weise viele Rohrsysteme. Wenn die heiße Flüssigkeit durch die Rohre strömt, kommt es gelegentlich zu Schwingungen. Zur Beherrschung der Rohrschwingungen werden Versteifer ein­ gesetzt, die aus Schraubenfedern aus Stahl bestehen. Doch deren Dämpfungskräfte sind nur gering. Aufgrund der hohen Temperatur der heißen Flüssigkeit können Versteifer aus Gummi nicht eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Lateralschwin­ gungsdämpfer können in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden und weisen hohe Dämpfungskräfte auf.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine Seitenschnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Anwendung bei einem Kugellager.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt wird, besteht der er­ findungsgemäße Lateralschwingungsdämpfer aus mehreren Blatt­ federpaketen und mit Flüssigkeit gefüllten Innenräumen. Die Innenringe werden elastisch von Blattfedern getragen, die um den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Tragkraft (Feder­ konstante) wird bestimmt durch Anzahl, Geometrie (d. h. Dicke, Breite und Länge) und Material der Blattfedern sowie durch die Anzahl der Blattfederpakete. Da die elastische Tragkraft einstellbar ist, kann der Schwingungsdämpfer an die Eigen­ resonanzfrequenz einer auf dem erfindungsgemäßen Schwingungs­ dämpfer gelagerten Maschine leicht angepaßt werden. Wenn die Eigenresonanzfrequenz der Maschine einstellbar ist, läßt sich die Stabilität der Maschine durch Wegregeln der Eigen­ resonanzfrequenz von der Anregungsfrequenz verbessern.

Eine relative Bewegung des Innenrings aus Fig. 1 bewirkt eine Volumenveränderung des inneren Flüssigkeitsraumes und die Flüssigkeit strömt durch die Rille 7 in Fig. 2 und erzeugt so die Dämpfungskraft. Die Dämpfungskraft kann durch die Viskosität der Flüssigkeit, den Reibungskoeffizienten und die Rillengröße eingestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Lateralschwingungsdämpfer lassen sich Steifigkeit und Dämpfungskräfte an der Tragposition leicht einstellen, und eine hohe Dämpfungskraft kann erreicht werden. Theoretische Analyseergebnisse zeigen, daß die Dämpfungskraft des erfin­ dungsgemäßen Dämpfers gleich oder größer als die von Druck­ filmdämpfern oder Flüssigfilmlagern ist. Sie zeigen auch, daß in senkrechter Richtung keine Querkopplungsfaktoren der Steifigkeit und Dämpfungskräfte auftreten. Das Fehlen von Querkopplungsfaktoren ist gleichbedeutend mit dem Vorhanden­ sein einer stabilen dynamischen Kennlinie für den erfindungs­ gemäßen Dämpfers.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der innere Flüssigkeitsraum groß und durch Abdeckungen und Dichtungselemente abgedichtet, was ein besonderes Ölkreislaufsystem unnötig macht. Daher ist die Standardisierung und Massenproduktion des erfindungs­ gemäßen Dämpfers möglich.

Ein typisches Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt, in der der erfindungsgemäße Dämpfer ein Kugellager trägt. Obwohl der erfindungsgemäße Dämpfer in der Regel mit Kugellagern ver­ sehen ist, kann er auch alleine als eine Art Flüssigfilmlager benutzt werden. Wenn der Innenring aus Fig. 1 oder ent­ sprechend eine Welle anfängt, sich zu drehen, tritt zwischen dem Innenring und den Blattfedern ein hydrodynamischer Druck auf, und somit trennt der so entstehende Schmierfilm diese voneinander. Das in Fig. 3 dargestellte Lager, bei welchem sowohl ein Flüssigschmierfilm als auch Blattfedern wirksam sind, hat eine hohe Dämpfungskraft und gute Schwingungseigen­ schaften. Der Ölwirbel, der bei gewissen Flüssigfilmlagern auftritt und eine typische Instabilität auslöst, kommt bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer nicht vor.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Teile werden wie folgt benannt:

Bezugszeichenliste

1 Innenring
2 Außenring
3 Blattfeder
4 Zwischenstück
5 Innerer Flüssigkeitsraum
6 Abdeckung
7 Ölrille
8 Ölflußlücke
9 Dichtungselement
10 Klemmelement
11 Ölzufuhröffnung

Claims (5)

1. Lateralschwingungsdämpfer gekennzeichnet durch die Benutzung von Blattfedern (3), die zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) über den Umfang angeordnet sind und den Innenring (1) tragen.

2. Lateralschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 mit einem inneren Flüssigkeitsraum (5), der mit Öl gefüllt ist und mit einem Dichtungselement (9) und einer Abdeckung (6) abge­ dichtet ist.

3. Lateralschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Ölrille (7) und einer Ölzufuhröffnung (11) in der Abdeckung (6).

4. Lateralschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung mit einem Kugellager.

5. Lateralschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Verwendung als Lager mit hydrodynamischen Kräften, die in dem Flüssigkeitsfilm zwischen dem Innenring (1) und den Blattfedern (3) auftreten, wenn der Innenring (1) oder die Welle sich zu drehen beginnen.