DE2129112C3 - Schwingungsgedämpftes drehbares Maschinenelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schwingungsgedämpftes drehbares Maschinenelement mit einem auf einer Welle angeordneten, zylindrischen Hohlkörper.

Drehbare zylindrische Maschinenelemente, wie Scheiben, Wirtein und Spannrollen, die durch Kontakt mit einem sich bewegenden Riemen angetrieben werden, stellen seit langem eine intensive Geräusch quelle dar, besonders, wenn solche Teile hohe Drehzahlen erreichen.

Verbesserungen bei den Antriebsriemen und Oberflächenbehandlungen der Scheiben oder anderen drehbaren Maschinenelementen haben bisher nicht zu einer zufriedenstellenden Verminderung des Geräusches geführt, das durch den Betrieb solcher Maschinenelemente erzeugt wird.

Es ist bereits eine Schwingungsdämpfung von Wellen, Achsen, Spindeln und dergl. bekannt geworden (DE-PS 10 49 162), bestehend aus einer inneren, starren Seele und einer äußeren ebenfalls starren Hülle, zwischen denen ein Ringspalt bzw. Ringraum vorhanden ist, in dem sich eine Dämpfungsmasse befindet, die beim Erstarren schwindet und dabei gleitfähige Oberflächen

so bildet. Dabei soll sich eine Schwingungsdämpfung durch Reibung ergeben. Eine solche Reibungsdämpfung von Torsionsschwingungen hat keinerlei Bezug zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung, bei dem es sich um eine Zwangsschichtdämpfung handelt, also um eine Dämpfung mittels einer eingeschlossenen bzw. abgeschlossenen Schicht aus Dämpfungsmaterial.

Ferner ist bekannt (US-PS 20 01 167), eine Propellerwelle unmittelbar mit Gummi oder einem anderen geeigneten Material zu überziehen. In diesem Zusam menhang ist es auch bekannt, (US-PS 27 51 765), eine hohle Propellerwelle mit einer Schicht aus Wellpapier

• zu versehen.

Weiterhin ist es bekanntgeworden, (DE-AS 10 27 896), eine Zwangsschichtdämpfung vorzusehen.

Dabei wird die Dämpfung eines dicken Metallbleches durch das Aufbringen einer Schicht aus Dämpfungsmaterial auf einer Seite des Blechs erreicht, wobei außerdem ein dünnes Metallblech auf dieser Schicht

befestigt wird Das dünne Metallblech bildet die Zwangsschicht, die das Einschließen bzw. Abschließen herbeiführt. Wie bereits festgestellt, sind hier jedoch lediglich flache Platten betroffen. Eine Anregung zur erfindungsgemäßen Ausbildung eines schwingungsgedämpften, drehbaren Maschinenelements mit einem auf einer Welle angeordneten, zylindrischen Hohlkörper kann dieser bekannten Lehre jedoch nicht entnommen werden.

Auch ein weiterer Stand der Technik (US-PS 25 56 999) trägt nichts zum Gegenstand vorliegender Erfindung bei, da er sich lediglich mit Wellen befaßt und wiederum ein Schwungrad oder Trägheitselement zeigt, das auf einen Gummiband montiert ist, das von Platten getragen wird, die ihrerseits durch eine Hülse mit der Welle verbunden sind.

Abschließend wird auch noch eine kompressible Druckrolle mit einem starren, unelastischen Kern genannt (US-PS 34 67 009), die massiv ausgebildet und mit Schichten kompressiven Materials an ihrer Oberfläehe versehen ist, die dazu dienen, Druckvorgänge zu verbessern.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird darin gesehen, einen verbesserten Aufbau für schwingungsgedämpfte, drehbare Maschinenelemente nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, durch welche die Schwingungen derselben, wenn sie mit hohen Drehzahlen durch den Kontakt mit einem sich bewegenden Riemen angetrieben werden, gedämpft werden, wodurch diese Maschinenelemente schalltot gemacht werden.

D^;ese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Schicht aus viskoelastischem Material haftend auf der einen der beiden Seiten des zylindrischen Hohlkörpers befestigt ist und ein diskontinuierlicher Hohlzylinder, der aus einem verhältnismäßig starren flächenhaften Material geformt ist und mindestens einen Spalt aufweist, welcher sich über die volle Länge des Hohlzylinders erstreckt, vorgesehen ist, der mit der Schicht aus viskoelastischem Material verklebt ist und eine Dicke hat, die geringer als diejenige des zylindrischen Hohlkörpers ist, und daß die Schicht aus viskoelastischem Material eine Dicke aufweist, die nicht größer ist als diejenige des diskontinuierlichen Hohizylinders.

Das viskoelastische Material kann aus einem beliebigen elastomeren Material bestehen, das eine hohe mechanische Hysterese oder innere Reibung, jedoch einen niedrigen Elastizitätsmodul im Vergleich zu dem Maschinenelement und zu dem verhältnismäßig starren Material hat, zwischen welchen das viskoelastische Material angeordnet ist. Der Wirkungsgrad der Dämpfung hängt nicht nur von dem Energiedissipationsvermögen der viskoelastischen Schicht, sondern auch von der richtigen Kopplung des zylindrischen Elements, des viskoelastischen Materials und des verhältnismäßig starren flächenhaften Materials bzw. von der Begrenzungsschicht ab, derart, daß die Schwingungsenergie des zylindrischen Hohlkörpers auf die viskoelastische Schicht übertragen wird und in Wärmeenergie übergeht. Amorphe Polymere oder Copolymere, wie Naturgummi oder Kunstgummi, Polyvinylchlorid oder Alkohol, Polypropylen, Polyurethan und dergleichen, sind geeignete viskoelastische Materialien für den ertindungsgemäßen Zweck. Glycoldiisocyanat-Mischpolymerisate sind besonders wünschenswert zur Verwendung als viskoelastische Schicht für das erfindungsgemäße schwingungsgedämpftc drehbare Maschinenelement, Im allgemeinen ist es zu empfehlen, die Dicke der Schicht aus viskoelastischem Material nicht größer als etwa die Hälfte der Dicke des zylindrischen Hohlkörpers zu machen, Gewöhnlich hat das starre flächenhafte Material eine Dicke, die geringer ist als diejenige des zylindrischen Hohlkörpers des Maschinenelements. In vielen Fällen sind das starre flächenhafte Material je vorzugsweise nicht mehr als etwa halb so dick wie der zylindrische Hohlkörper. Es ist oft vorzuziehen, die kombinierte Dicke des starren flächenhaften Materials und der viskoelastischen Schicht nicht dicker als etwa die Dicke des zylindrischen Hohlkörpers zu machen.

Das Maschinenelement, beispielsweise eine Scheibe, ein Wirtel oder eine Spannrolle in einer Textilmaschine, wird häufig aus gewöhnlichem Stahl hergestellt. Es können jedoch auch andere Metalle wie korrosionsbeständiger Stahl, Messing, Bronze, Aluminium, Kupfer und verschiedene Legierungen oder verhältnismäßig starre Kunststoffe zur Herstellung sucher Maschinenelemente verwendet werden.

Der diskontinuierliche Hohlzylinder, der aus dem verhältnismäßig starren flächenhaften Material geformt ist, kann aus dem gleichen Material wie der zylindrische Hohlkörper oder aus einem anderen Metall hergestellt werden. Das verhältnismäßig flächenhafte Material bzw. die Begrenzungsschicht kann ebenfalls aus Materialien hergestellt werden, die Nichtmetalle sind. Geeignete starre Materialien sind unter anderem keramische Produkte oder harte Kunststoffe.

Die Bezeichnung »diskontinuierlich« wird hier verwendet, um anzugeben, daß der auf der freiliegenden Schicht aus viskoelastischem Material aufgebrachte, diskontinuierliche Hohlzylinder zumindest eine Unterbrechung bzw. einen Spalt aufweist, der sich über die volle Länge des Hohlzylinders erstreckt. Dieser Hohlzylinder kann vorteilhaft zwei, drei oder mehrere Längsspalte haben, d. h. durch zwei, drei oder mehrere gleiche Zylindersegmente gebildet sein. Im Falle eines einzigen Spaltes hat dieser vorzugsweise die Form einer Schraubenlinie, welche an einer imaginären Längslinie am Hohlzylinder, die parallel zu seiner Achse gezogen ist, beginnt und endet. Auf diese Weise wird ein diskontinuierlicher Hohlzylinder erhalten, der mit Bezug auf seine Achse symmetrisch und ausgewuchtet ist. Ein einziger Spalt würde sonst dem Hohlzylinder eine Unwucht verleihen und einen ruhigen Lauf des Maschinenelements bei hohen Drehzahlen beeinträchtigen.

Obwohl die Schicht aus viskoelastischem Material entweder auf die Innenfläche oder auf die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers aufgebracht werden ka>7n, ist es gewöhnlich vorzuziehen, daß die viskoelastische Schicht in Kontakt mit der Innenfläche gebracht wird, so daß der Antriebsriemen an der glatten harten Außenfläche des drehbaren Maschinenelements aufliegt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Weiterbildungen sind im folgenden anhand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Spannrolle, bei der das viskoelastische Material au/ deren Außenfläche angeordnet ist;

F i g. 2 eine Vorderansicht der in F i g. I dargestellten Spannrolle;

F i g. 3 eine Draufsicht auf eine andere Spannrolle, auf

deren Innenfläche das viskoelastische Material angeordnet ist;

Fig.4 eine Ansicht der in Fig.3 dargestellten Spannrolle im Schnitt nach der Linie 4-4;

F i g. 5 einen mittigen Schnitt einer becherförmigen s Spannrolle senkrecht zu ihrer Achse;

Fig.6 eine Ansicht der in Fig.5 dargestellten Spannrolle im Schnitt nach der Linie 6-6;

F i g. 7 eine Ansicht einer spulenförmigen Scheibe im mittigen Schnitt senkrecht zu ihrer Achse und

Fig. 8 eine Ansicht der in Fig. 7 dargestellten Scheibe im Schnitt nach der Linie 8-8.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Spannrolle besitzt einen zylindrischen Hohlkörper 1. der mit Hilfe von drei in gleichen Abständen voneinander angeordneten, radialen Stegen 2 an einer Nabe 3 befestigt ist, die auf einer Welle 4 angeordnet ist. Die Außenfläche des zylindrischen Hohlkörpers I ist vollständig von einer anhaftenden Schicht 5 aus viskoelastischem Material bedeckt. Um die Schicht 5 herum ist ein steifer Streifen 6 schraubenförmig so herumgewickelt, daß ein schnuller Spalt 7 zwischen den benachbarten Kanten des Streifens 6 vorhanden ist, derart, daß der Streifen einen diskontinuierlichen Hohlzylinder bildet. Um eine Unwucht der Spannrolle zu vermeiden, ist vorgesehen, daß der Ausgangspunkt 8 und der F.ndpunkt 9 des schraubenförmig gewickelten Streifens 6 auf eine vertikale Linie fallen, die zur Welle 4 parallel ist. Alle Teile der Spannrolle einschließlich des Streifens 6 sind aus Metall, und lediglich die Schicht 5 ist aus einem viskoclaslischcn Material wie Glvcoldiisocyanat-Mischpolymerisat.

Die Spannrolle nach den Fig. 3 und 4 besitzt einen zylindrischen Hohlkörper 11. der durch drei in gleichen Abständen voneinander befindliche, radiale Stege 12 an einer Nabe 13 befestigt ist. die auf einer Welle 14 angeordnet ist. Die Innenfläche des zylindrischen Hohlkörpers 11 ist mit einer Schicht 15 aus viskoelastischem Material versehen. Drei gleiche Zylindersegmente 16 aus einem verhältnismäßig steifen, flächenhaften

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15 haftend verbunden. Die Längskanten jedes Segments

16 sind durch schmale Spalte 17 von den beiden Stegen 12 getrennt, zwischen welchen es angeordnet ist. so daß die Segmente 16 und die Stege 12 nicht in Reibungskontakt kommen können, wenn die Spannrolle in Schwingungen gerät.

Die becherförmige Spannrolle nach den F i g. 5 und 6 besitzt einen zylindrischen Hohlkörper 2t, der durch eine kreisförmige Platte 22 an einer Nabe 23 befestigt ist, welche auf einer Welle 24 angeordnet ist. Die Innenfläche des zylindrischen Hohlkörpers 21 sowie die Platte 22 sind mit einer Schicht 25 aus viskoelastischem Material versehen. Zwei gleiche Zylindersegmente 26 aus einem verhältnismäßig starren flächenhaften Material sind mit der Schicht 25 haftend verbunden, wobei ein enger Spalt 27 zwischen den benachbarten Längskanlen der Segmente 26 vorgesehen ist.

Die Spule nach den F i g. 7 und 8 besitzt einen zylindrischen Hohlkörper 31 und zwei Flanschplatten 32, je mil einer mittigen Öffnung 33 und einer an der Außenfläche der Flanschplatte 32 befestigten Nabe 34. Die Innenfläche des zylindrischen Hohlkörpers 31 ist vollständig mit einer Schicht 35 aus viskoelastischem Material bedeckt, und vier gleiche Zylindersegmente 36 aus einem steifen, flächenhaften Material sind in der Schicht 35 eingebettet, wobei ein schmaler Spalt 37 zwischen je zwei benachbarten Längskanten der Zylindersegmente 36 vorgesehen ist. Die entgegengesetzten Enden jedes Zylindersegments 36 schließen ebenfalls kleine Spalte 38 mit den gegenüberliegenden Flanschplatten 32 ein, so daß die Zylindersegmente 35 nicht mit den Flanschplatten 32 in Berührung kommen können, selbst wenn die Spule starken Schwingungen ausgesetzt wird. Die Außenflächen der Flanschplatten 32 tragen eine Schicht 39 aus viskoelastischem Material, und eine diskontinuierliche Scheibe in Form von zwei halbringförmigen Segmenten 40 aus einem verhältnismäßig starren flächenhaften Material ist mit jeder Schicht 39 haftend verbunden, wobei schmale Spalte zwischen den benachbarten Enden jedes Paars von halbringförmigen Segmenten 40 und ein ähnlicher Spalt zwischen je zwei halbringförmigen Segmenten 40 und der Nabe 34. um welche herum sie angeordnet sind, vorgesehen sind. Daher können die beiden halbringförmigen Segmente 40 auf jeder der entgegengesetzten Flanschplatten 32 nicht miteinander oder mit der Nabe -»* 1-L- 1 ~:~ 1~~* *:~λ :« d~:k...>..

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kommen, wenn die Spule bei hohen Drehzahlen Schwingungen ausgesetzt wird. Anstelle von zwei oder mehreren Ringsegmenten kann die diskontinuierliche Scheibe aus einem einzigen Element bestehen, das einen spiraligen Schlitz oder Spalt aufweist, welcher sich von seinem Umfang zu seiner Mitte erstreckt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 Patentansprüche;

1. Schwingungsgedämpftes drehbares Maschinenelement mit einem auf einer Welle angeordneten, zylindrischen Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus viskoelastischem Material (5, 15, 25, 35) haftend auf der einen der beiden Seiten des zylindrischen Hohlkörpers (1,11, 21, 31) befestigt ist und ein diskontinuierlicher Hohlzylinder (6, 16, 26, 36), der aus einem verhältnismäßg starren flächenhaften Material geformt ist und mindestens einen Spalt (7,17, 27,37) aufweist, welcher sich über die volle Länge des Hohlzylinders erstreckt, vorgesehen ist, der mit der Schicht aus viskoelastischem Material verklebt ist und eine Dicke hat, die geringer als diejenige des zylindrischen Hohlkörpers ist, und daß die Schicht aus viskoelastischem Material eine Dicke aufweist, die nicht größer ist als diejenige des diskontinuierlichen Hohlzyfinders.

2. Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus viskoelastischem Material eine Dicke hat, die nicht größer als etwa die halbe Dicke des zylindrischen Hohlkörpers ist.

3. Maschinenelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus viskoelastischem Material (25) an der Innenfläche des zylindrischen Hohlkörpers (21) haftet und der diskontinuierliche Hohlzylinder durch mindestens zwei gleiche „Mohlzylindersegmente (26) gebildet wird, die voneinander durch fhmale Spalte (27) getrennt sind, weiche sich über die volle Länge der Hohlzylindersegmente erstrecken

4. Maschinenelement nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkörper und der diskontinuierliche Hohlzylinder aus Metall hergestellt sind und die Schicht aus viskoelastischem Material durch ein amorphes Polymeres oder Copolymeres gebildet ist.

5. Maschinenelement nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkörper (21) an einer Nabe (23) durch mindestens eine kreisförmige Platte (22) befestigt ist, die senkrecht zur Welle (24) angeordnet ist, eine Schicht aus viskoelastischem Material (25) haftend auf der einen der beiden Seiten der Platte angeordnet ist und eine diskontinuierliche Scheibe (26) aus einem verhältnismäßig starren flächenhaften Material sich mit der an der erwähnten Platte haftenden Schicht aus viskoelastischem Material im Kontakt befindet.

6. Maschinenelement nach einem der Ansprüche I, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der diskontinuierliche Hohlzylinder von mindestens zwei gleichen Hohlzylindersegmenten (26) gebildet ist, die voneinander durch schmale Spalte (27) getrennt sind, die sich über die ganze Länge der Hohlzylindersegmente erstrecken, und daß der diskontinuierliche Hohlzylinder eine Dicke von nicht mehr als etwa der Hälfte der Dicke des zylindrischen Hohlkörpers besitzt.

7. Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1,2, 3,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Dicke des diskontinuierlichen Hohlzylinders und der Schicht aus viskoelastischem Material nicht größer als etwa die Dicke des zylindrischen Hohlkörpers ist.

8. Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1, 2,3,4, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Hohlkörper (31) mit Flanschplatten (32, 32) an seinen entgegengesetzten Enden versehen ist, eine Schicht (39, 39) aus viskoelastischem Material an der einen der beiden Seiten jeder der Flanschplatten haftet, und eine diskontinuierliche Scheibe (40, 40) aus einem verhältnismäßig starren flächenhaften Material sich mit der an jeder der Flanschplatten haftenden Schicht aus viskoelastischem Material in Kontakt befindet

9. Maschinenelement nach Anspruch 5 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Platte und diskontinuierliche Scheibe aus Metall hergestellt ist und jede diskontinuierliche Scheibe durch mindestens zwei gleiche Segmente gebildet ist, die voneinander durch schmale Spalte getrennt sind.

10. Maschinenelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an jeder Platte haftende Schicht aus viskoelastischem Material sich auf deren Außenseite befindet und das viskoelastische Material aus einem amorphen Polymeren oder Copolymeren besteht