DE60214296T2

DE60214296T2 - Vorrichtung zum Dämpfen der Bewegung von zwei zylindrischen Stücken die entgegeneinander sich schiebend bewegen mit Reibung

Info

Publication number: DE60214296T2
Application number: DE60214296T
Authority: DE
Inventors: Bruno Domange; Eric Costes
Original assignee: Enidine GmbH
Current assignee: ITT Germany GmbH
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2022-07-06
Also published as: DE60214296D1; US20030026650A1; EP1277984B1; US7131786B2; FR2827655A1; FR2827655B1; EP1277984A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Durchführung einer Dämpfung einer Bewegung und/oder von Stößen und/oder von Vibrationen zwischen zwei Teilen, von denen eines eine Struktur (beispielsweise ein Prellbock, eine Befestigungsmauer) sein kann, in Bezug auf die die Dämpfung erfolgt, und die andere das Teil (beispielsweise ein Wagen, eine Kanalisation) ist, dessen Bewegung, erlittener Stoß oder Vibration gedämpft werden muss, oder auch zwischen zwei Teilen, die miteinander verbunden sind, beispielsweise eine Struktur eines Flugzeugflügels.
Stoßdämpfungssysteme sind beispielsweise auf dem Gebiet der Eisenbahnen notwendig, um den Stoß eines Wagens gegen einen Prellbock zu dämpfen. Es gibt zahlreiche Technologien, um solche Dämpfungsvorrichtungen herzustellen: hydraulisch, pneumatisch, viskoelastisch, mit Reibung, usw. Diese Systeme sind durch die Notwendigkeit gekennzeichnet, innerhalb eines sehr kurzen Moments, aber mit einer sehr geringen Periodizität sehr große zu verteilende Kräfte und Energien aufzunehmen. Typischerweise betragen die zu verteilenden Kräfte ungefähr einige Kilojoule bis einige Megajoule, während die Anzahl von Zyklen typischerweise auf einige Hunderte Zyklen innerhalb einiger Tage, wenn nicht einiger Monate verringert ist.
Vibrationsdämpfungssysteme sind gekennzeichnet durch eine Amplitude und eine Frequenz. Diese beiden Größen (Amplitude und Frequenz) können sich mit der Zeit ändern. Die durch Drehmaschinen, Fluidableitungen, äußere Belastungen beispielsweise meteorologischer Art (Vibrationen einer Hängebrücke), usw. erzeugten Erregungen können zu Vibrationsbewegungen mit großer Amplitude unter der Wirkung des als Resonanz bekannten Phänomens führen. Auch hier gibt es zahlreiche Techniken, um Dämpfungsvorrichtungen herzustellen, insbesondere: hydraulische, pneumatische, viskoelastische, mit Reibung, usw. Im Gegensatz zu dem Fall der Stö0e ist die Verteilung von Energie für jeden Zyklus wenig erheblich, typischerweise einige Joule, sonder die Anzahl von Funktionszyklen ist im Allgemeinen hoch, typischerweise von einigen Hunderten bis zu einigen Tausenden Zyklen pro Minute.
Unter diesen Bedingungen ist verständlich, dass die Vibrations- und Stoßdämpfungssysteme im Allgemeinen sehr unterschiedlich arbeiten, obwohl sie die Verteilung von vergleichbaren Energien mit der Zeit erfordern können, auch wenn die momentane Energieverteilung sehr unterschiedlich ist.
US 3 382 955 beschreibt eine Vorrichtung für den Einsatz einer Bewegung und/oder von Stößen zwischen zwei Teilen. In diesem stand der Technik sind Segmente auf einem Innenteil montiert, um an einem äußeren zylindrischen Teil der Dämpfungsvorrichtung zu reiben, nachdem eine Bewegungskraft, die auf die Vorrichtung ausgeübt wurde, auf die Segmente durch komplizierte Mittel übertragen wurde.
Die Erfindung schlägt eine neue Lösung vor, die sich in der Tat an alle Bewegungsdämpfungssysteme anpasst, ob es sich um momentane Stöße, die die Dämpfung einer großen Energie erfordern, oder wiederholte Stöße oder Vibrationen mit geringer (oder sehr geringer) Amplitude aber einer mehr oder weniger hohen Frequenz handelt, die auch hier die Dämpfung großer Energien mit der Zeit erfordern.
So schlägt die Erfindung eine Vorrichtung für die Durchführung einer Dämpfung einer Bewegung und/oder von Stößen und/oder von Vibrationen zwischen zwei zylindrischen Teilen vor, die aufeinander in Translation und mit Reibung gleiten, bei der die Dämpfung durch Anlegen einer radial senkrecht auf die Translationsbewegung der beiden Teile ausgeübten Kraft durch mindestens ein elastisches Segment erfolgt, das eines der Teile umgibt und sich im Inneren des anderen befindet, in Translation mit einem der Teile verbunden ist und die Reibungskraft auf das andere Teil ausübt, wobei die Vorrichtung zwei zylindrische Teile umfasst, die aufeinander gleiten und miteinander in Translation und Reibung verbunden sind, wobei mindestens ein elastisches Segment aus Stahl oder dergleichen fest mit einem ersten der Teile verbunden ist und auf eine Reibungsbuchse einwirkt, gegebenenfalls umfassend eine Verkleidung aus einem Reibungsmaterial, die das Segment bei unter radialer Verformung an die zylindrische Fläche hinsichtlich des zweiten Teils anlegt, wobei die Buchse mindestens einen Schlitz oder Einschnitt umfasst, der von einem Rand zum anderen der Buchse in Längsrichtung geht, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Segment e) innen im ersten Teil montiert ist (sind) und die Buchse auf der Außenfläche des zweiten Teils anlegt/anlegen.
Nach einem weiteren Merkmal sind Mittel vorgesehen, die es ermöglichen, die radiale Kraft zu variieren.
Bei der Vorrichtung ist mindestens ein elastisches Segment aus Stahl oder dergleichen fest mit einem ersten der Teile verbunden und wirkt auf eine Reibungsbuchse sein, eventuell umfassend eine Verkleidung aus einem Reibungsmaterial, die das Segment bei der radialen Verformung an die zylindrische Fläche gegenüber dem zweiten Teil anlegt. Eine Legierung, wie beispielsweise Kupfer-Beryllium, ist besonders gut geeignet.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Segmente aufweist, die eng nebeneinander auf dem ersten Teil im Inneren eines fest mit dem Teil verbundenen Gehäuses verbunden sind. Vorzugsweise sind die Segmente axial entlang des ersten Teils beispielsweise mit Hilfe von Abstandsringen verteilt, obwohl für gewisse Anwendungen solche Ringe weggelassen werden können.
Mit einer solchen allgemeinen Anordnung ist zu beobachten, dass es auf Grund der extremen axialen Steifigkeit der Segmente, die es ermöglicht, sehr rasch eine Kraft zu entwickeln, die sich der Bewegung entgegen stellt, möglich ist, in Extremfällen wesentlich raschere Reaktionszeiten des Systems zu erzielen, die mit Vorrichtungen, bei denen eine Abhängigkeit von einer gewissen Elastizität der verwendeten Materialien und/oder Fluide besteht, die solche Vorrichtungen insbesondere für die Dämpfung von Vibrationsbewegungen mit sehr geringer Amplitude von beispielsweise einigen Zehntelmillimetern ungeeignet machen, nicht möglich sind.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die erzielte Dämpfung praktisch von der Geschwindigkeit der Belastung, beispielsweise in einem Bereich von 0 bis 200 m/s, und auch von der Funktionstemperatur, der das System ausgesetzt sein kann, praktisch unabhängig ist, und dies in sehr großen Bereichen, die von –200 °C bis +200 °C gehen können.
Die Erfindung und ihr Einsatz gehen deutlicher aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung hervor, die sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht, wobei:
1 im Axialschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeigt,
2 ein Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Dämpfung der Vibration eines Rohrsystems zeigt.
Es wird nun unter Bezugnahme auf 1 eine Lösung beschrieben, bei der die Segmente innen in einem ersten Teil, das gewissermaßen einen Zylinder bildet, montiert sind, wobei sie mit diesem Teil fest verbunden sind, und wobei die Segmente eine Buchse anlegen, die außen auf einem zweiten Teil, das gewissermaßen einen Kolben bildet, reibt.
Nach einer in 1 dargestellten Ausführungsart umfasst die Vorrichtung in Verbindung mit einem ersten Teil 21 eine gewisse Anzahl von Segmenten 23, die eine radiale Kompressionskraft auf ein Zwischenstück 24 in Form einer von einem Rand zum anderen geschlitzten Buchse, beispielsweise parallel zur Achse x'x der Vorrichtung oder spiralförmig, ausüben. Das Stück 24, das vorzugsweise auf seiner Innenseite eine geeignete Reibungsverkleidung aufweist, wird an die zylindrische Außenseite des zweiten Teils 25 angelegt, auf dem das erste Teil 21 axial gleitet. Die Teile/Stücke 21 und 24 können beispielsweise aus Stahl von geeigneter Qualität hergestellt sein.
Die Segmente 23 sind in Verbindung mit dem Teil 21 angeordnet, wobei sie gegen den Absatz 26 dieses Teils mit Hilfe eine elastischen Scheibe 27 gedrückt werden, die selbst auf einem Deckel 28 beispielsweise aus Stahl aufliegt, der am Ende des Teils 21 angeschraubt ist. Die axiale Kompressionskraft, die von der Scheibe 27 auf die Einheit ausgeübt wird, muss größer als die maximale Reibungskraft sein, die die Vorrichtung ertragen kann, um jedes Axialspiel der Segmente 23 in Bezug auf das Teil 21 zu vermeiden. In dem dargestellten Beispiel wurden sechs Segmente 23 verwendet, die durch drei Ringe 29 quer beabstandet sind. Bei einer solchen Montage ist zu sehen, dass auch hier die Segmente 23 gewissermaßen in ein Gehäuse eingeschlossen sind, das von dem Absatz 26, der Scheibe 27, die auf dem Deckel 28 aufliegt, und der Buchse 24 gebildet ist. An seinem dem Deckel 28 gegenüber liegenden Ende ist ein weiterer Deckel 30 auf dem Teil 21 montiert, der es an diesem Ende verschließt, wobei die Einheit somit in Form eines Dämpfungszylinders mit Reibung vorhanden ist.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Dämpfung der Vibration eines Kanalsystems beschrieben. Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung, in ihrer Gesamtheit 52 bezeichnet, ist nicht dargestellt und kann von dem in 1 beschriebenen Typ sein. Die Vorrichtung, die ganz allgemein als ein Zylinder mit Reibungswirkung vorhanden ist, ist an einem ihrer Enden, beispielsweise bei 53, mit Hilfe einer Gelenkkupplung an einer Mauer 54 oder jeder anderen festen Stützstruktur befestigt. An ihrem andere Ende, bei 55, ist die Vorrichtung ebenfalls mit Hilfe einer Gelenkkupplung an einem Kragen 56 befestigt, der das Kanalsystem 57, dessen Vibrationen zu dämpfen sind, fest umgibt. Damit die Vorrichtung wirksam ist, muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass kein Spiel im Bereich der Befestigungen an jedem Ende der Dämpfungsvorrichtung und im Bereich der Befestigungen an der festen Struktur 54 und dem Kanalsystem 57 vorhanden ist.
Bei einer praktischen Ausführung wurden die folgenden Merkmale gewählt:

– Hub der Dämpfungsvorrichtung ± 10 mm,
– Bremskraft: anpassbar von 80 N bis 380 N je nach Anzahl von verwendeten Segmenten,
– Platzbedarf: Außendurchmesser ≈ 40 mm,
– Innendurchmesser des Reibmittels ≈ 28,5 mm,
– Innenlänge des Reibmittels ≈ 20 mm.

Die Segmente wurden aus einem Bandmaterial aus Kupfer-Beryllium mit einer Dicke von 1,5 mm hergestellt.
Die in Newton (N) gemessene Reibkraft ist in der folgenden Tabelle angeführt, wie auch die von den Segmenten eingenommene Länge des Reibmittels.
Natürlich ist die Erfindung keineswegs auf die dargestellten Ausführungsarten beschränkt, die als Beispiele angeführt wurden.
Insbesondere können zahlreiche verschiedene Einstellungsmöglichkeiten für die Reibkraft durch mechanisch oder hydraulisch gesteuertes progressives Öffnen und Schließen der Segmente, durch das Einwirken eines in Drehung gesteuerten Exzenters oder einer in Translation gesteuerten Nocke oder von mechanisch oder hydraulisch gesteuerten Schiebern vorgesehen werden.
Obwohl die dargestellten Ausführungen auf zylindrische Kreisformen des ersten und zweiten Teils zurückgreifen, können ebenso andere nicht kreisförmige Querschnitte, insbesondere elliptische, mehr oder weniger flache, gewählt werden.

Claims

Vorrichtung für die Durchführung einer Dämpfung einer Bewegung und/oder von Stößen und/oder von Vibrationen zwischen zwei zylindrischen Teilen (21, 25), die aufeinander in Translation und mit Reibung gleiten, bei der die Dämpfung durch Anlegen einer radial senkrecht auf die Translationsbewegung der beiden Teile ausgeübten Kraft durch mindestens ein elastisches Segment (23) erfolgt, das eines der Teile (25) umgibt und sich im Inneren des anderen (21) befindet, in Translation mit einem der Teile (21) verbunden ist und die Reibungskraft auf das andere Teil (25) ausübt, wobei die Vorrichtung zwei zylindrische Teile (21, 25) umfasst, die aufeinander gleiten und miteinander in Translation und Reibung verbunden sind, wobei mindestens ein elastisches Segment (23) aus Stahl oder dergleichen fest mit einem ersten der Teile (21) verbunden ist und auf eine Reibungsbuchse (24) einwirkt, gegebenenfalls umfassend eine Verkleidung aus einem Reibungsmaterial, die das Segment bei der radialen Verformung an die zylindrische Fläche hinsichtlich des zweiten Teils (25) anlegt, wobei die Buchse mindestens einen Schlitz oder Einschnitt umfasst, der von einem Rand zum anderen der Buchse in Längsrichtung geht, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Segment(e) (23) innen im ersten Teil (21) montiert ist (sind) und die Buchse auf die Außenfläche des zweiten Teils (25) anlegt (anlegen).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Segmente eine extreme radiale Steifigkeit besitzen, die es ermöglicht, sehr rasch eine Kraft zu entwickeln, die sich der Bewegung entgegen stellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der Mittel (49), die es ermöglichen, die radiale Kraft zu variieren, vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung mehrere Segmente umfasst und die Segmente auf dem ersten teil im Inneren eines mit dem Teil verbundenen Gehäuses montiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine elastische Scheibe (27), deren axiale Kraft größer als die zu dämpfende Kraft ist, vorgesehen ist, die die Segmente in dem Gehäuse hält und die Feststellung der Reibungsbuchse in axialer Translation in Bezug auf das erste Teil, auf dem die Segmente montiert sind, gewährleistet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente axial entlang des ersten Teils mit Hilfe von Abstandsringen (29) verteilt sind.