DE19818786A1 - Elastic machine-bearing with shock absorber elements - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elastischen Lagerung von Ma schinen, insbesondere Sieb- und Reinigungsmaschinen in der Mühlenindustrie.The present invention relates to a device for elastic storage of Ma machines, especially screening and cleaning machines in the milling industry.
Die Reduktion von Schwingungsübertragungen bei der Lagerung von Maschinen und Anlagen stellt heute einen wichtigen Bestandteil der technischen Lärm- und Schwin gungsbekämpfung dar. Bewegte Teile an Maschinen, Geräten, Apparaten und Fahr zeugen erzeugen Schwingungen und somit auch Geräusche. Schwingungen führen zu Schäden von Fundamenten oder ganzen Gebäuden und beeinträchtigen auch das menschliche Wohlbefinden.The reduction of vibration transmissions in the storage of machines and Plants today represent an important part of technical noise and vibration combat. Moving parts on machines, devices, apparatus and driving Witnesses generate vibrations and thus noises. Vibrations damage to foundations or entire buildings and also impair human well-being.
Man unterscheidet zwischen den Schwingungsemissionen (Einleitung von Schwin gungen in schwingfähige Strukturen wie Fundamente usw.) und Schwingungsimis sionen (Einleitung von Gebäude-und Maschinenschwingungen in empfindliche Anla gen).One differentiates between the vibration emissions (introduction of Schwin in vibratable structures such as foundations etc.) and vibration mimics sions (introduction of building and machine vibrations into sensitive systems gene).
Die Schwingungsübertragungen kann man entweder dämmen oder dämpfen.You can either dampen or dampen the vibrations.
Schwingungen nennen wir jeden zeitlich periodischen Vorgang. Mechanische Schwingungen treten dort auf, wo Masse und Federung, also ein schwingungsfähi ges System, vorhanden sind. Bei mechanischen Systemen handelt es sich um die periodische Umwandlung von potentieller in kinetische Energie und zurück. Die Mas se ist der Speicher für die kinetische Energie, die Federung jener für die potentielle Energie. Wir unterscheiden gedämpfte, ungedämpfte und erzwungene Schwingun gen. We call vibrations every periodic process. Mechanical Vibrations occur where there is mass and suspension, that is, a vibratory entire system. Mechanical systems are periodic conversion from potential to kinetic energy and back. The mas It is the store for kinetic energy, the suspension for potential Energy. We differentiate between damped, undamped and forced vibration gene.
Die Dämpfung mechanischer Schwingungen wird durch Reibung verursacht, indem die Schwingungsenergie sukzessive in Wärme umgewandelt wird. Dieses ist nicht der Gegenstand der vorliegenden Erfindung.The damping of mechanical vibrations is caused by friction the vibration energy is successively converted into heat. This is not the subject of the present invention.
Von erzwungenen Schwingungen spricht man, wenn ein Schwingungserreger (z. B. Maschine-Erregungsfrequenz) mit einem schwingungsfähigen System (Gebäude- Eigenfrequenz) gekoppelt ist.One speaks of forced vibrations when a vibration exciter (e.g. Machine excitation frequency) with an oscillatory system (building Natural frequency) is coupled.
Unter der Schwingungsübertragung einer Maschine versteht man das Verhältnis der auf das Fundament übertragenen Schwingkraft (durch kommende Kraft) Ff zur Erre gerkraft Fe (auch als Übertragungsfaktor V bezeichnet).The vibration transmission of a machine is the ratio of the vibration force transmitted to the foundation (by coming force) F f to the excitation force F e (also referred to as transmission factor V).
Ist V kleiner als 1, wird eine Schwingungsdämmung erreicht. Die Wirkung einer ela stischen Lagerung hängt aber wesentlich vom Verhältnis der Stör- oder Erregerfre quenz f (in vielen Fällen identisch mit der Drehfrequenz) zur Eigenfrequenz f0 der Lagerung ab. Dieses Verhältnis wird als Abstimmung bezeichnet. Eine Dämmwir kung tritt erst ein, wenn dieses Verhältnis mind. √2 beträgt (vgl. Fig. 2). Bei kleineren Frequenzverhältnissen befinden wir uns im Resonanzbereich, d. h. die Schwingungen können sogar noch verstärkt werden.If V is less than 1, vibration damping is achieved. The effect of an elastic storage depends, however, on the ratio of the interference or excitation frequency f (in many cases identical to the rotational frequency) to the natural frequency f 0 of the storage. This relationship is called voting. An insulation effect only occurs when this ratio is at least √2 (see Fig. 2). With smaller frequency ratios we are in the resonance range, ie the vibrations can even be amplified.
Mit einer Schwingungsdämmung soll verhindert werden, dass die Kräfte, die von ei ner Maschine oder Anlage erzeugt werden, auf das Fundament oder den Baukörper übertragen werden (vgl. Fig. 1). Das Prinzip einer Schwingungsdämmung beruht dar auf, dass ein zu dämmendes Objekt (vgl. Maschine 1 in Fig. 1) zu einem schwin gungsfähigen System ausgebildet wird, dessen Eigenfrequenzen auf Werte abge stimmt werden, die, um eine entscheidende Wirkung zu erzielen, tiefer als die halbe Störfrequenz f liegen.Vibration insulation is intended to prevent the forces generated by a machine or system from being transmitted to the foundation or the building structure (see FIG. 1). The principle of vibration insulation is based on the fact that an object to be insulated (cf. machine 1 in Fig. 1) is formed into a system capable of oscillation, the natural frequencies of which are tuned to values which, in order to achieve a decisive effect, are deeper than half the interference frequency f.
Entscheidende Parameter für die schwingungsdämmende Wirkung einer elastischen
Lagerung sind die Steife der verwendeten Federn und die wirksame Masse des ela
stisch gelagerten Systems. Aus diesen beiden Grössen ergibt sich die Eigenfrequenz
eines einfachen Masse-Feder-Systems:
Crucial parameters for the vibration-damping effect of an elastic mounting are the stiffness of the springs used and the effective mass of the elastic mounted system. The natural frequency of a simple mass-spring system results from these two variables:
f0 = Eigenfrequenz in Hz
s = Federsteifigkeit (Summe aller Federn) in N/m
m = wirksame Masse in kg.f 0 = natural frequency in Hz
s = spring stiffness (sum of all springs) in N / m
m = effective mass in kg.
Bei der Bestimmung der Federsteifigkeit s geht man sehr häufig davon aus, dass bei
den Federelementen einer elastischen Lagerung Proportionalität von Spannung und
Dehnung gegeben ist, dass also die Federsteifigkeit eine von der Belastung unab
hängige Konstante ist.
When determining the spring stiffness s, it is very often assumed that the spring elements of an elastic bearing have a proportionality of tension and elongation, i.e. that the spring stiffness is a constant that is independent of the load.
F = Belastung in N
ξ = Zusammendrückung in mF = load in N.
ξ = compression in m
Nun ist es in der Praxis aber so, dass insbesondere bei hochbelasteten Federele menten, die obigen Voraussetzungen nicht erfüllt sind, weil die Federn mit zuneh mender Belastung immer steifer werden. Man erhält, gekrümmte Federkennlinien, wie in Fig. 3 dargestellt, deren Tangente bei der gegebenen Belastung für die Ermitt lung der Abstimmfrequenz des Masse-Feder Systems in Gleichung 3 massgebend ist.In practice, however, it is the case that the above conditions are not met, particularly in the case of highly loaded spring elements, because the springs become increasingly stiffer as the load increases. This gives curved spring characteristics, as shown in Fig. 3, the tangent of which is decisive for the determination of the tuning frequency of the mass-spring system in equation 3 at the given load.
Die Federfestigkeit s in Gleichung 3 lautet danach
The spring strength s in equation 3 is then
Im allgemeinen ist die nach Gleichung /4/ definierte Steife grösser als das Verhältnis von der Gesamtbelastung zur Gesamtzusammendrückung. Das führt oft dazu, dass bei gegebener Feder und zunehmender abgefederter Masse die Abstimmfrequenz von Gleichung /3/ nur bis zu einer bestimmten Grenze zunimmt.In general, the stiffness defined according to equation / 4 / is greater than the ratio from the total load to the total compression. This often leads to the fact that for a given spring and increasing spring mass, the tuning frequency of equation / 3 / only increases up to a certain limit.
Die Gleichung /4/ zeigt auch, dass die zunehmende Steife der Federelemente mit zunehmender Belastung auch nicht dadurch vermindert werden kann, wenn man gleichzeitig mehrere Federn verwendet. Von dieser Überlegung sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung ausgegangen und haben nach anderen Schwingungsdämm elementen gesucht, die in Kombination mit Federn in einer elastischen Lagerung verwendet werden können. Als zweckmässig hat sich einen Knickstab erwiesen.Equation / 4 / also shows that the increasing stiffness of the spring elements with increasing stress cannot be reduced if one used several springs at the same time. The inventors of this are the based on the present invention and have other vibration damping elements sought in combination with springs in an elastic mounting can be used. A buckling bar has proven to be useful.
Fig. 4 zeigt den Kraftverlauf eines Knickstabs. Nach anerkannten Grundsätzen weicht ein schlanker Knickstab, der auf Druck beansprucht wird, bei einer bestimmten Kraft seitlich aus und biegt sich durch. Unmittelbar vor dem Ausknicken herrscht ein labiler Gleichgewichtzustand. Die Kraft bei der das Ausknicken beginnt, ist die sog. Knick kraft Fk. Solange die Druckkraft F<Fk bleibt der Stab gerade. Bei Überschreiten der Knickkraft Fk knickt der Stab sofort aus. Fig. 4 shows the force curve of a buckling bar. According to recognized principles, a slim buckling bar, which is subjected to pressure, deflects sideways at a certain force and bends. An unstable equilibrium state prevails immediately before the buckling. The force at which the buckling begins is the so-called buckling force F k . The rod remains straight as long as the pressure force F <F k . If the buckling force F k is exceeded, the rod bends immediately.
Für die vorliegende Erfindung ist der Gleichgewichtzustand des Stabs nach seinem Ausknicken relevant. Bis zum Ausknicken ist der Kraftverlauf des Knickstabs ähnlich dem Kraftverlauf einer elastischen Feder. Danach geht seine Steifigkeit gegen Null. Dies hat zur Folge, dass es genügt, die Kraft nur wenig zu erhöhen, damit grosse Wege des Knickstabs in axialer Richtung erfolgen. Dies hat ferner zur Folge, dass ein im elastischen Bereich ausgeknickter Stab den grössten Teil der statischen Last ohne grosse Deformation aufnimmt.For the present invention, the state of equilibrium of the rod is its Buckling relevant. The force curve of the buckling bar is similar until it buckles the force curve of an elastic spring. Then its stiffness goes to zero. As a result, it is sufficient to increase the force only a little, so that it is large The buckling bar is made in the axial direction. This also has the consequence that a bar bent in the elastic area for most of the static load without big deformation.
Fig. 5 zeigt schematisch einen an seinen beiden Enden gelagerten ausgeknickten Knickstab. Fig. 5 shows schematically a buckled buckling bar supported at both ends.
In dem Heft "Elastische Lagerung von Maschinen", herausgegeben von der Schwei zerischen Unfallversicherungsanstalt Arbeitssicherheit, 3. Auflage-Mai 1996 sind auf S. 7 verschiedene Schwingungsdämmelemente und auf S. 11 ff die am häufigsten verwendeten Materialien zur Schwingungsdämmung dargestellt. Auf Seite 6 ist z. B. offenbart, dass die Schwingungsdämmung von einfachen elastischen Lagerungen manchmal nicht ausreicht und bei sehr lauten oder schwingungsintensiven Aggre gaten (z. B. Kolben-Kompressoren, Dieselmotoren) in der Nähe von Wohnungen und Arbeitsplätzen auch doppelt elastische Lagerungen verwendet werden. Diese Lage rungen eignen sich nicht ausreichend für schwere Maschinen, da eine zu hohe Fe dersteifigkeit gewählt werden muss.In the booklet "Elastic storage of machines", published by the welding cerische Unfallversicherungsanstalt occupational safety, 3rd edition-May 1996 are on P. 7 different vibration damping elements and the most common on p. 11 ff used materials for vibration insulation shown. On page 6, e.g. B. reveals that the vibration isolation of simple elastic bearings sometimes not enough and with very loud or vibration-intensive aggre gaten (e.g. piston compressors, diesel engines) near homes and Workplaces also use double elastic bearings. This location stanchions are not suitable for heavy machinery because the feet are too high stiffness must be chosen.
In der DE 36 25 778 ist eine Überdruck-Sicherheitsvorrichtung mit einer Berstscheibe und einem Knickstab offenbart. Die Vorrichtung wird in Behältern, die einem Über druck ausgesetzt sind verwendet, damit sich der in dem Behälter angesammelte Druck beim Bersten, also beim Ausplatzen der Berstscheibe nach aussen entspan nen kann. Ein Kerb-Knickstab, der innerhalb der Berstscheibe angeordnet ist, bricht bei einem vorherberechneten Ansprechdruck und damit die Berstscheibe, so dass eine schnelle Querschnittsfreigabe erreicht wird. Diese Lösung gibt ein Beispiel für eine andere Verwendung des Knickstabs als diese, die die Erfinder der vorliegenden Erfindung gewählt haben. Sie bezieht sich auf einen Bereich über der sogenannten Grenzschlankheitsgrade, in welchem der Knickstab bricht.DE 36 25 778 discloses an overpressure safety device with a rupture disc and a buckling bar disclosed. The device is placed in containers that have an over pressure are used so that the accumulated in the container Pressure when bursting, i.e. when the bursting disk bursts outwards can. A notch buckling bar located inside the rupture disc breaks at a pre-calculated response pressure and thus the rupture disc, so that rapid cross-sectional approval is achieved. This solution gives an example of a different use of the buckling bar than that which the inventors of the present Have chosen invention. It refers to an area above the so-called Limits of slenderness in which the buckling bar breaks.
Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die durch die vibrierenden Maschinen erregten Schwingungen optimal zu isolieren. Es hat sich erwiesen, dass z. B. in der Mühlenindustrie, in der Unwuchtmotoren als Antrieb für ihre Reinigungs maschinen verwendet werden, Federn, die sehr kleine Steifigkeit aufweisen, als Schwingungsdämmelemente nicht genügend geeignet sind. Der Einsatz von Federn hat sehr grosse Federwege zur Folge und bedingt eine grosse Einbauhöhe. Das Auslaufverhalten der Maschine wird dadurch ungünstig beeinflusst. The present invention is based on the idea that the vibrating Optimally isolate vibrations caused by machines. It has been shown that e.g. B. in the mill industry, in the unbalance motors as a drive for their cleaning machines are used as springs that have very low stiffness Vibration damping elements are not suitable. The use of feathers has very large spring travel and requires a large installation height. The The machine's run-down behavior is adversely affected.
Die Aufgabe der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur elastischen Lagerung zu schaffen, die eine schwingungsisolierende Lagerung aufweist.The object of the invention is thus a device for elastic storage create that has a vibration-isolating bearing.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.
Die Vorrichtung weist mindestens zwei Schwingungsdämmelemente mit unterschied lichen Kraftverlaufkennlinien auf.The device has at least two vibration damping elements with a difference force curves.
Vorteilhaft weist die Vorrichtung mindestens ein Federelement und einen Knickstab auf.The device advantageously has at least one spring element and one buckling bar on.
Zweckmässig ist der Knickstab parallel zu der Feder angeordnet.The buckling bar is expediently arranged parallel to the spring.
Vorteilhaft ist der Knickstab als schlanker Stab oder Blech ausgebildet.The buckling bar is advantageously designed as a slender bar or sheet.
Die Erfindung wird näher anhand der Fig. 1 bis 6 dargestellt.The invention is illustrated in more detail with reference to FIGS. 1 to 6.
Fig. 1 zeigt schematisch das Problem, welches der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. Eine Maschine (1) wird von einem Motor (3) angetrieben und ist auf einem Fundament (2) angeordnet. Zwei Federn (4, 5) sind als schwingungsisolierende Lage rung vorgesehen. Fig. 1 schematically shows the problem underlying the present invention is based. A machine ( 1 ) is driven by a motor ( 3 ) and is arranged on a foundation ( 2 ). Two springs ( 4 , 5 ) are provided as a vibration-isolating position.
Fig. 2 zeigt Bereiche, in welchen eine Schwingungsdämmung erreicht wird. Fig. 2 shows areas in which vibration isolation is achieved.
Fig. 3 zeigt eine Federkennlinie einer Schraubenfeder. Fig. 3 shows a spring characteristic of a coil spring.
Fig. 4 zeigt den Kraftverlauf eines Knickstabs. Fig. 4 shows the force curve of a buckling bar.
Fig. 5 zeigt einen ausgeknickten Knickstab im elastischen Bereich. Fig. 5 shows a buckled buckling bar in the elastic region.
Fig. 2 bis 5 wurden in dem einleitenden Teil dieser Anmeldung diskutiert. Figures 2 to 5 have been discussed in the introductory part of this application.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung mit einem Federele ment (4) und zwei Knickstäben (6, 7) die parallel zueinander angeordnet sind. Durch diese Kombination wird erreicht, dass im ausgeknicktem Zustand die Knickstäbe nicht kollabrieren, da dann das Federelement anfängt Last aufzunehmen. Die Be grenzungen (8, 9) an beiden Seiten des Federelementes (4) bestimmen ihre maxi male Auslenkung im dynamischen Zustand des Masse-Isolierung-Systems. In einer solchen Konfiguration kann die Steifigkeit des Federelementes (4) wesentlich kleiner sein, da der grösste Teil der Last von den Knickstäben (6, 7) aufgenommen wird. Es lässt sich also eine elastische Lagerung mit gleichen dynamischen Eigenschaften in Bezug auf Eigenfrequenzen und statischen Federwegen auslegen, aber mit wesent lich kleinerer Steifigkeit, so dass die Kräfte, welche als Reaktionskraft infolge einer Auslenkung auf den Boden wirken, im gleichen Mass wie die Steifigkeit der elasti schen Lagerung reduziert werden. Fig. 6 shows schematically an embodiment of the invention with a Federele element ( 4 ) and two buckling bars ( 6 , 7 ) which are arranged parallel to each other. This combination ensures that the buckling bars do not collapse in the buckled state since the spring element then begins to take up load. The limits ( 8 , 9 ) on both sides of the spring element ( 4 ) determine their maximum deflection in the dynamic state of the mass insulation system. In such a configuration, the stiffness of the spring element ( 4 ) can be significantly lower, since most of the load is absorbed by the buckling bars ( 6 , 7 ). It is therefore possible to design an elastic mounting with the same dynamic properties with regard to natural frequencies and static spring travel, but with a much smaller stiffness, so that the forces which act on the ground as a reaction force due to a deflection are to the same extent as the stiffness of the elastic storage be reduced.
Spannungen bei 10 mm Auslenkung
σ = M.y/l = 640 N/mm2
Federstahl σzul = 1200 N/mm2Tensions with 10 mm deflection
σ = My / l = 640 N / mm2
Spring steel σ perm = 1200 N / mm2
Kraftaufnahme des Knickstabs Fk
Force absorption of the buckling bar F k
Kraft, welche für die elast. Feder verbleibt Fd
Force, which for the elastic. F d remains
Bsp.: m = 1800 kg (Gewicht der Maschine)
vom Knickstab übernommene Last Fk Example: m = 1800 kg (weight of the machine)
load F k taken from the buckling bar
= 15000 N → Fd = 15000 N → F d
= 2666 N.= 2666 N.
Bei einer Auslegung der Federsteifigkeit bei einer Eigenfrequenz von f0= 6Hz ergibt
sich eine Federbelastung auf die Feder
ohne Knickstab 2500 N/mm
mit Knickstab 250 N/mm
If the spring stiffness is designed at a natural frequency of f 0 = 6 Hz, the spring is loaded on the spring
without buckling bar 2500 N / mm
with buckling bar 250 N / mm
11
Maschine
machine
22nd
Fundament
foundation
33rd
Motor
engine
44th
, ,
55
Federelemente
Spring elements
66
, ,
77
Knickstäbe
Buckling bars
88th
, ,
99
Begrenzungen
Limitations
Claims (5)
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| DE1998118786 DE19818786A1 (en) | 1998-04-27 | 1998-04-27 | Elastic machine-bearing with shock absorber elements |
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Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (2)
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Cited By (1)
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