DE4428424C1 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämp­ fer, insbesondere zum Einbau zwischen einem um eine senkrechte Achse schwenkbaren Maschinengehäuse und einem Tragmast eines rotorgetriebenen Windkraftwerks nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Ein derartiger Schwingungsdämpfer ist aus der US 51 160 30 be­ kannt. Er weist einen ersten und zweiten elastomeren Abschnitt auf, wobei der erste elastomere Abschnitt zwischen einem festen Innenteil und einem festen Zwischenteil und der zweite elastome­ re Abschnitt zwischen dem Zwischenteil und einer festen Deckel­ platte eingeklebt sind. Der erste und zweite elastomere Ab­ schnitt stehen in einem Winkel von etwa 45° bis 60° zu der Axi­ alachse des Schwingungsdämpfers. Dieser ist für empfindliche elektronische Bauteile zum Schutz gegen Schwingungen und Stöße vorzugsweise in Flugzeugen vorgesehen und nachteilig nicht für größere Lasten geeignet.

Aus dem GM 80 02 600 ist ein Schwingungsdämpfer nach Art eines Schwingmetalls bekannt, der zur Aufstellung von Motoren und Generatoren insbesondere auf Schiffen dient. Dieser Schwingungs­ dämpfer besteht aus einem ortsfest fixierbaren metallischen Bodenelement und einem Aufnahmeelement, die über mindestens eine Gummizwischenlage miteinander verbunden sind, wobei das Aufnah­ meelement eine konische Buchse aufweist, die sich in Richtung des Auflagerpunktes erweitert und koaxial eine konische Buchse des Bodenelementes aufnimmt, wobei zwischen den einander zuge­ wandten Mantelflächen der Buchsen ein Gummikonus angeordnet ist und die Buchsen durch einen zentralen Einsteilbolzen gegenein­ ander preßbar sind und die Krafteinleitung an der Buchse des Bodenelementes unter Zwischenschaltung eines Gummikissens er­ folgt.

Wenn sich auch der bekannte Schwingungsdämpfer im prakti­ schen Betrieb durchaus bewährt hat, wird es doch als Nachteil angesehen, daß sein Lastaufnahmevermögen begrenzt ist. Der be­ kannte Schwingungsdämpfer kann nachteilig eine Last in vertika­ ler Richtung nur bis zu einer Höhe von etwa 3 Tonnen aufnehmen. Zur Aufnahme der üblicherweise bei Windkraftanlagen auftretenden Lasten sind daher etwa 20 bekannte Schwingungsdämpfer erforder­ lich, die in Umfangsrichtung beabstandet angeordnet sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gat­ tungsgemäßen Schwingungsdämpfer derart weiterzuentwickeln, daß sein Lastaufnahmevermögen in vertikaler Richtung wesentlich grö­ ßer ist, wobei der Vorteil des bekannten Schwingungsdämpfers er­ halten bleiben soll, ein Abreißen oder Verkanten des Schwingungsdämpfers bei einer von unten oder seitlich wirkenden Last zu verhin­ dern.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1.

Dadurch, daß ein Haltebecher mit einer am Maschinengehäuse lösbar befestigten Grundplatte vorgesehen ist, an der ein sich konisch nach außen erweiternder erster Metallring befestigt ist, ein erster konischer Ringkörper aus Elastomerwerkstoff, der mit seiner Außenfläche auf der Innenfläche des ersten Metallringes aufvulkanisiert ist und der mit seiner Innenfläche auf der Au­ ßenfläche eines zweiten konischen Metallringes aufvulkanisiert ist, dessen größerer Rand auf einem ringförmigen Flansch be­ festigt ist, der lösbar mit dem Tragmast verbindbar ist, daß ein zweiter konischer Ringkörper aus Elastomerwerkstoff vorgesehen ist, der mit seiner Außenfläche auf der Innenfläche des zweiten konischen Metallringes aufvulkanisiert ist, ein allgemein kegel­ stumpfförmiger metallischer Zentralkörper, der mit seiner klei­ neren kreisförmigen Endfläche lösbar mit der Grundplatte ver­ bunden ist und auf dessen kegelförmigem Abschnitt die Innenflä­ che des zweiten konischen Ringkörpers aus Elastomerwerkstoff aufvulkanisiert ist, wobei der größte Außendurchmesser D des Zentralkörpers größer ist als der kleinste Innendurchmesser d des zweiten konischen Metallringes, wird ein Schwingungsdämpfer mit hohem Lastaufnahmevermögen geschaffen, der außerdem eine kompakte Bauart aufweist und der gegen Aufreißen bei Auftreten einer vertikal von unten wirkenden Last gesichert ist.

Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer ist auf Zug und Druck belastbar, woraus seine Abreißsicherheit resultiert. Er bietet eine ausgezeichnete Körperschallisolierung, vom Rotor verursachte Schwingungen werden fast vollständig vom Tragmast isoliert.

Die Federkonstanten für Druck- und Schubbelastung sind da­ bei zweckmäßig gleich. Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer ist leicht zu montieren und zwischen den üblicherweise auftre­ tenden Temperaturen zwischen -40°C und +80°C beständig. In Ver­ suchen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der Neigungs­ winkel α zur Mittelachse des ersten und zweiten Metallringes, des ersten und zweiten Ringkörpers aus Elastomerwerkstoff und des kegelförmigen Abschnitts des Zentralkörpers 20 bis 30° be­ trägt, wobei der Winkel α vorzugsweise etwa 25° beträgt.

Es ist zweckmäßig, daß der Elastomerwerkstoff Gummi ist, da dieses ausgezeichnete Dämpfungseigenschaften aufweist.

Es ist vorgesehen, daß der zweite Metallring im Bereich seines größten Randes einen nach radial innen weisenden umlaufenden Vorsprung aufweist, und daß der Zentralkörper an seiner größeren kreisförmigen Endfläche einen mit dieser bündig verlaufenden Flansch aufweist, der auf seiner axial nach innen weisenden Ringfläche einen aufvulkani­ sierten Gummiring aufweist, der im unbelasteten Zustand des Schwingungsdämpfers nahe beabstandet von dem Vorsprung angeord­ net ist. Damit wird erreicht, daß bei leichteren Belastungen die aufweisenden Kräfte von dem ersten und zweiten konischen Ring­ körper aus Elastomerwerkstoff aufgenommen werden, und daß bei größer werdenden Kräften, die ein Verkanten des Zentralkörpers bewirken würden, der Vorsprung an dem Gummiring des Flansches anliegt, so daß der Schwingungsdämpfer stabilisiert wird.

Weiter ist vorteilhaft vorgesehen, daß der an dem zweiten Metallring befestigte ringförmige Flansch eine sich über dessen Öffnung erstreckende runde Gummiplatte mit umlaufendem, aufra­ genden Rand aufweist, der an der Wand der Öffnung anliegt, wobei die Außenseite der Gummiplatte bündig mit der Außenfläche des ringförmigen Flansches abschließt, und die Innenseite der Gummi­ platte im unbelasteten Zustand des Schwingungsdämpfers nahe ra­ dial beabstandet von der Endfläche des Zentralkörpers und nahe axial beabstandet von dem Innenrand des Flansches positioniert ist.

Dadurch wird eine zusätzliche Sicherung erzielt, die bei hohen in vertikaler Richtung von oben auftretenden Kräften den Zentralkörper in eine Ruhelage gegen die Gummiplatte preßt be­ ziehungsweise gegen dessen aufragenden Rand, wenn eine zusätzli­ che horizontale Kraftkomponente vorliegt.

Wenn der Schwingungsdämpfer eingebaut ist, liegt die Gummi­ platte auf dem Tragmast auf, so daß sie die Kräfte sicher auf­ nehmen kann.

Um eine zusätzliche Sicherung gegen ein Aufweiten der bei­ den konischen Metallringe zu erreichen, ist zweckmäßig vorgese­ hen, daß der erste Metallring an seiner Außenfläche im Bereich seines größten Durchmessers ein umlaufendes Versteifungsprofil aufweist, und daß der zweite Metallring auf seiner Innenfläche im Bereich seines kleinsten Durchmessers ein umlaufendes Ver­ steifungsprofil aufweist, wobei die Versteifungsprofile zweck­ mäßig aufgeschweißte Rundprofile sind.

Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwin­ gungsdämpfers wird nunmehr anhand einer Zeichnung mit einer ein­ zigen Figur näher erläutert. Sie zeigt einen Schwingungsdämpfer in teilweise geschnittener Seitenansicht.

Mit Bezugnahme auf die Figur ist eine Grundplatte 1 von kreisrundem Umriß mit einem ersten konischen Metallring 2 an dessen kleinstem Rand verschweißt. Die Grundplatte 1 weist meh­ rere Bohrungen auf, die mit einem darunter angeordneten Zentral­ körper 7, der entsprechende Bohrungen aufweist, ausgerichtet sind. Eine zentral angeordnete Bohrung in der Grundplatte 1 ist mit einem Schraubbefestiger mit einer Gewindebohrung in dem Zen­ tralkörper 7 verbunden, so daß der Zentralkörper 7 lösbar mit der Grundplatte 1 verbunden ist. Weitere Bohrungen, die eben­ falls ein Gewinde aufweisen, dienen dazu, daß ein Maschinen­ gehäuse des Windrotors mit dem Schwingungsdämpfer lösbar ver­ bindbar ist.

Der erste Metallring 2 trägt auf seiner Innenseite durch Aufvulkanisieren einen ersten konischen Ringkörper 3 aus Gummi. Weiter ist auf dem ersten Metallring an seiner Außenwand im Be­ reich seines größten Durchmessers ein umlaufendes Versteifungs­ profil 42 aufgeschweißt, das ein Rundprofil ist.

Auf seiner Innenseite trägt der erste konische Ringkörper 3 aufvulkanisiert einen zweiten konischen Metallring 4, der auf seiner Innenseite im Bereich seines kleinsten Durchmessers ein Versteifungsprofil 21 aufweist, das ebenfalls ein aufgeschweiß­ tes Rundprofil ist.

Der zweite konische Metallring 4 ist im Bereich seines größten Durchmessers über die Verbundfläche mit dem ersten koni­ schen Ringkörper 3 hinaus verlängert und trägt eine nach innen reichenden Vorsprung 41, der sich in radialer Richtung er­ streckt. An seinem dem Vorsprung 41 benachbarten Rand ist der zweite konische Metallring an einem Flansch 5 angeschweißt, der einen größten Durchmesser DA aufweist und mehrere Durchgangs­ bohrungen, mit Hilfe derer er durch Schraubbefestiger an dem Tragmast des Windrotors zu befestigen ist.

Der zweite konische Metallring 4 trägt auf seiner Innensei­ te aufvulkanisiert einen zweiten konischen Ringkörper 6, der auf seiner Innenseite wiederum auf einer konischen Mantelfläche des Zentralkörpers 7 aufgeschweißt ist.

Der Neigungswinkel α gegen die vertikale Achse des Schwin­ gungsdämpfers ist bei dem ersten und zweiten Metallring, bei dem ersten und zweiten konischen Ringkörper und bei der konischen Mantelfläche des Zentralkörpers 7, die diesem die Form eines Ke­ gelstumpfes gibt, etwa 25°.

Der Zentralkörper 7 hat an seinem größten Durchmesser, der in der Figur unten liegt, einen umlaufenden Flansch 71 vom Durchmesser D, der auf seinem in der Figur nach oben weisenden Rand einen Gummiring 8 trägt.

In der Öffnung des Flansches 5 liegt an seinem in der Figur nach unten weisenden Rand eine Gummiplatte 9, die einen aufragenden Rand 91 aufweist. In eingebautem unbelasteten Zustand hat der Zentralkörper 7 nach unten hin einen geringen Abstand zu der Gummiplatte 9, und radial einen geringen Abstand zu dem Rand 91. Bei auftretenden größeren Lasten wird der Abstand Null, da sich die beiden konischen Ringkörper 3 und 6 verformen, so daß der Zentralkörper 7 direkt auf der Gummiplatte 9 beziehungsweise am Rand 91 anliegt.

Der zweite konische Metallring 4 hat einen kleinsten inne­ ren Durchmesser d, wobei d in jedem Fall kleiner ist als D, so daß der Schwingungsdämpfer in vertikaler Richtung nicht ausein­ ander gerissen werden kann.

Insgesamt weist der Schwingungsdämpfer eine größte Höhe H auf, in einem ausgeführten Beispiel ist H gleich 200 mm und DA gleich 500 mm, so daß eine kompakte Bauweise erreicht wird.

Claims (7)

1. Rotationssymmetrischer Schwingungsdämpfer, ins­ besondere zum Einbau zwischen einem um eine senkrechte Ach­ se schwenkbaren Maschinengehäuse und einem Tragmast eines rotorgetriebenen Windkraftwerks, mit einem Haltebecher mit einer am Maschinengehäuse lösbar befestigbaren Grundplatte (1), der mit einem sich konisch nach außen erweiternden ersten Metallring (2) versehen ist, einem ersten konischen Ringkörper (3) aus Elastomerwerkstoff, der mit seiner Außenfläche auf einer Innenfläche des ersten Metallringes (2) befestigt ist, und mit seiner Innenfläche auf der Außenfläche eines zweiten konischen Metallringes (4) befestigt ist, dessen größerer Rand auf einem ringförmigen Flansch (5) befestigt ist, der lösbar mit dem alternativen Tragmast verbindbar ist, einem zweiten konischen Ringkörper (6) aus Elastomerwerkstoff, der mit seiner Außenfläche auf der Innenfläche des zweiten konischen Metallringes (4) befe­ stigt ist, einem kegelstumpfförmigen metallischen Zentralkörper (7), der mit seiner kleineren kreisförmigen Endfläche lösbar mit der Grundplatte (1) verbunden ist und auf dessen kegelförmigem Abschnitt die Innenfläche des zweiten konischen Ringkörpers (6) aus Elastomerwerkstoff befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der größte Außendurchmesser D des kegelstumpfförmigen Zentralkörpers (7) größer ist als der kleinste Innendurchmesser d des zweiten konischen Metallringes (4), daß die konischen Ringkörper (3, 6) aus Elastomerwerkstoff aufvulkanisiert sind, und daß der zweite konische Metallring (4) im Bereich seines größten Randes einen nach radial innen weisenden umlaufenden Vorsprung (41) aufweist, und daß der Zentralkörper (7) an seiner größeren kreisför­ migen Endfläche einen mit dieser bündig verlaufenden Flansch (71) aufweist, der auf seiner axial nach innen weisenden Ringfläche einen aufvulkanisierten Gummiring (8) aufweist, der in unbelastetem Zustand des Schwingungsdämp­ fers nahe beabstandet von dem Vorsprung (41) angeordnet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α zur Mittelachse des ersten und zweiten Metallringes (2, 4), des ersten und zweiten Ringkör­ pers (3, 6) aus Elastomerwerkstoff und des kegelförmigen Ab­ schnitts des Zentralkörpers (7) 20 bis 30° beträgt.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel α etwa 25° beträgt.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerwerkstoff Gummi ist.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an dem zweiten Metallring (4) befestigte ringförmi­ ge Flansch (5) eine sich über dessen Öffnung erstreckende runde Gummiplatte (9) mit umlaufendem, aufragenden Rand (91) aufweist, der an der Wand der Öffnung anliegt, wobei die Außenseite der Gummiplatte (9) bündig mit der Außenflä­ che des ringförmigen Flansches (5) abschließt, und die In­ nenseite der Gummiplatte (9) im unbelasteten Zustand des Schwingungsdämpfers nahe radial beabstandet von der Endflä­ che des Zentralkörpers (7) und nahe axial beabstandet von dem Innenrand des Flansches (5) positioniert ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Metallring (2) an seiner Außenfläche im Be­ reich seines größten Durchmessers ein umlaufendes Verstei­ fungsprofil (21) aufweist, und daß der zweite Metallring (4) auf seiner Innenfläche im Bereich seines kleinsten Durchmessers ein umlaufendes Versteifungsprofil (42) auf­ weist.

7. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsprofile (21, 42) aufgeschweißte Rundpro­ file sind.