DE2302732A1

DE2302732A1 - Einstellbare daempfungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2302732A1
Application number: DE2302732A
Authority: DE
Inventors: Lauritz Andreassen; Hans Kristian Holmen; Godthard Roesdal
Original assignee: TRONDHJEMS NAGLE SPIGERFAB
Current assignee: TRONDHJEMS NAGLE SPIGERFAB
Priority date: 1972-01-21
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1973-07-26
Also published as: DE2302732C2; JPS5546533B2; CA973397A; FR2173957B1; NO128725B; US3838936A; JPS4885968A; GB1421032A; SE385797B; FR2173957A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F."Weickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22 DZM

A/S Trondhjems Nagle- & Spigerfabrik N. Ha 39, 7000 Trondheim, Norwegen

Einstellbare Öämpfungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine einstellbare Dämpfungsvorrichtung, insbesondere für Bohrstangen oder dergl., mit einem Dämpfungsglied, das in einer axialen Bohrung in der Bohrstange angeordnet und mit dieser durch ein oder mehrere, ringförmige Federeleaente aus elastischem Material, z«B. Gummi, gekoppelt ist, die in axialer Richtung in einstellbarer Weise zwischen Stützflächen an jedem Ende des Dämpfungsgliedes zusammendrückbar sind, um hierdurch die Federsteifigkeit zu ändern, wobei in dem Raum zwischen dem Dämpfungsglied und der Bohrung gegebenenfalls ein Fluid als Dämpfungebeitrag vorgesehen ist. Eine Dämpfungsvorrichtung dieser Art

309830/0534 " ² "

ORIGINAL INSPECTED

ist aus dem norwegischen. Patent 120 609 bekannt»

Bs ist ebenso möglich, die Dämpfungsvorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen in anderen Maschinenteilen, oder kompletten Maschinen, oder möglichen Maschinenanordnungen, z.B. Kompressoren, Schleifmaschinen, Drehbänken, Fräsmaschinen oder anderen Werkzeugmaschinen zu verwenden» Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die Dämpfungsvorrichtung ausgelegt werden kann für eine entfernbare Anordnung an einem Werkstück, beispielsweise während des äußeren Antriebes von langen Wellen, die ungewünschten Vibrationen ausgesetzt sind»

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung derartiger Dämpfungsvorrichtungen, insbesondere zu dem Zweck der Verbesserung der Einstellmöglichkeiten· damit die Bohrstangen in der Praxis so einfach wie möglich einstellbar sind, um hierdurch den besten Dämpfungseffekt für die betreffenden Bedingungen zu erhalten. Es ist sehr wichtig, daß solche Dämpfungsvorrichtungen für Bohrstangen leicht und schnell durch den Bedienenden einstellbar sind, da Möglicherweise auftretende schädliche oder störende Schwingungen üblicherweise vorher nicht vorbestimmt werden können, so daß es notwendig ist, relativ häufig Einstellungen vorzunehmen, um zu jeder Zeit eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erhalten»

309830/0534

Ua dies zu erreichen, ist die einstellbare Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung dadurch, gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen konische Bndfläche an zumindest einem Federelement und/oder an einer oder beiden angrenzenden Stützflächen vorgesehen sind, so daß zwischen jedem Federelement und zumindest einer angrenzenden Stützfläche ein Spalt mit einem im wesentlichen keilförmigen Querschnitt besteht.

Diese Ausgestaltung der zusammenwirkenden "aktiven" Oberflächen führt dazu, daß sowohl die Dämpfungskraft als auch die Federkraft kontinuierlich einstellbar sind, wodurch sowohl die Dgmpfungskraft als auch die Federkraft gleichzeitig veränderbar sind, um in vorteilhafter Weise die günstigsten Bedingungen für die Dämpfungsvorrichtung unter den verschiedenen Vibrations* oder Schwingungsbedingungen zu erhalten, die auftreten können. Wenn weiter oben festgestellt wurde, daß eine im wesentlichen konische Endfläche vorgesehen ist, so bedeutet dies, daß auch Flächen vorgesehen sein können, die zwar im wesentlichen konisch sind, jedoch mehr oder weniger von der reinen Konusform abweichen, beispielsweise indem sie stufenförmig ausgebildet sind, eine konkave oder konvexe oder eine Begrenzung mit unterschiedlichen Konizitäten aufweisen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement einen recht-

303830/0534

eckigen Querschnitt und das Dämpfungsglied eine angrenzende konische Stützfläche aufweist· Mit einer derartigen Form der einander zugeordneten Flächen, die sich im wesentlichen in axialer Richtung gegenüberstehen, und zwar an den Federelementen und an dem Dämpfungsglied oder den Endbegrenzungsflächen der Bohrung, bedingt die Einstellung während einer axialen Kompression der Federelemente eine Zunahme der Angriffsfläche zwischen den zusammenwirkenden Stützflächen, was zu einer größeren Dämpfung führt· Diese Erscheinung ist weiter unten noch näher erläutert· Es ist ersichtlich, daß die notwendige Konizität an einer oder mehreren zusammenwirkenden Flächen in Abhängigkeit von dem gewünschten Grad der Progressivität und in Abhängigkeit anderer Gesichtspunkte, wie z.B. herstellungstechnischer Art usw., vorgesehen werden kann· Es sei erwähnt, daß während der axialen Einstellbewegung zum Zusammendrücken der Federelemente die Berührungsflächen zwischen diesen und den zusammenwirkenden Flächen in der Weise zunehmen, wie die Verteilung der Flächenpressung geändert wird, was in der Weise stattfindet, daß die Flächenpressung immer den Wert Null am oberen Ende des Deformationskeiles aufweist und in Richtung der stärkeren Deformation des Federelementes zunimmt„ Während der axialen Einstellbewegung des Dämpfungsgliedes tritt deshalb immer eine Gleitbewegung zwischen dem Federelement und dem Dämpfungsglied zumindest an einigen

309830/0534 ~ ⁵ -

Teilen der Stützfläche auf. Die elastischen Federelemente haben eine kombinierte Funktion in der Vorrichtung gemäß der Erfindung, da sie kombinierte Dämpfungs* und Federelemente sind, die, 109x00. sie eingestellt sind, eine gleichzeitige Veränderung der Federsteifigkeit und des wirksamen geschwindigkeitsbedingten Reibwiderstandes zwischen dem Dämpfungsglied und den Elementen liefern. Xn diesem Zusammenhang sei noch hinzugefügt, daß die geometrische Form des Spaltes mit keilförmig·» Querschnitt während der Einstellung verändert wird.

Obgleich die Dämpfungsvorrichtung gemäß der Erfindung in erster Linie in Verbindung mit einer vollständigen oder teilweisen Füllung eines Dämpfungsfluids im Zwischenraum zwischen der Bohrung und dem Dämpfungsglied zur Anwendung kommt, ist es selbstverständlich, daß die Erfindung nicht auf eine derartig· Ausgestaltung beschränkt ist. Der Schmiereffekt, welcher möglicher» weise durch ein Fluid gegeben ist, kann bei der Wirkung der sich verändernden Angriffsflächen zwischen den Federelementen und der Stützfläche, beispielsweise an dem Dämpfungsglied, von Vorteil sein.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt 1

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch «in· Bohrstange mit einer Dämpfungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

309830/0S34. _ ₆ „

Fig. 2 einen. Querschnitt nach der Linie A-A in ^ig. 1 ;

Fig· 3 einen teilweisen Querschnitt durch eine geänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig„ 1} und

Fig· k einen Querschnitt durch eine andere Aus führungs-· form für eine pneumatische oder hydraulische Einstellung der Dämpfungsvorrichtung»

Die Bohrstange in FIg₀ 1 weist eine axiale Bohrung 6 auf, die entsprechend ausgebildet ist, um ein Dämpfungsglied 2 aufzunehmen, dessen Abstützung im wesentlichen durch ringförmige ^ederelemente ka. und kh an den Enden des Dämpfungsgliedes 2 erreicht wird. Die ringförmigen Federelemente, die beispielsweise aus Gummi oder einem anderen entsprechend elastischen Material hergestellt sein können, wirken mit Endzapfen 5a und 5b «it verringertem Durchmesser an jedem Ende des Dämpfungsgliedes 2 zusammen. Die Gummiringe ka und 4b liegen unmittelbar an der Bohrung 6 mit ihren Außenflächen an und sind außerdem in axialer Richtung an dem äußeren Ende der Bohrstange 1 durch eine nach innen vorstehende Fläche eines vorderen Elementes 7 und an dem Inneren Ende durch eine Spannscheibe 8 abgestützt, welche in axialer Richtung durch eine Binsteilstange 9 verschiebbar ist, welche durch eine Einstellschraube 10 an dem inneren oder rechten Ende der Bohrstange 1 betätigt wird,

309830/0534

wie dies aus Fig· 1 hervorgeht. Das vordere Element umfaßt Mittel zur Befestigung eines Werkzeughalter·, beispielsweise ein geeignetes Gewindeloch·

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher die Einstellung der Stange 9 pneumatisch oder hydraulisch erfolgt. Zu diesem Zweck ist an dem Inneren Ende der Bohrstange 1 anstelle der Schraube 10 ein Zylinder 40 vorgesehen, in welchem ein Kolben 41 unter der Wirkung eines pneumatischen oder hydraulischen Druckmediums verschiebbar ist, das durch einen Kanal am Ende der Bohrstange zugeführt wird. Der Kanal 42 kann mit einem äußeren Fluidsystem über eine drehbare Kupplung verbunden sein, die eine Einstellung während des Betriebs der Bohrstange ermöglicht· ^in Ausgleichskanal 43 ist am Inneren Ende der Bohrung 40 vorgesehen· Weiterhin ist eine Schraubenfeder 44 vorgesehen, die einerseits am Boden der Bohrung 40 und andererseits am inneren Ende des Kolbens 41 abgestützt ist· Diese Feder dient dazu, die Steuerbewegung rückgängig zu machen. Es sei erwähnt, daß die pneumatische oder hydraulische Verstellanordnung gemäß Fig« 4 hinsichtlich der Bedienung und des Betriebs Vorteile bringt.

Gemäß Figo 1 weisen die Gummiringe 4a und 4b eine Form mit rechteckigem Querschnitt auf, von der drei Seiten mit zusammenwirkenden Flächen der Vorrichtung in enger Berührung stehen, d.h. mit der Bohrung 6, den Endzapfen "5a und 5b und der Stützfläche 23 an dem vorderen Element 7»

309830/0534

_M 8 -

bzw» der Stützfläche der Spannscheibe 8. Wie dies bei dem Gummiring 4a in Fig. 1 gezeigt ist, liegt die nach innen gerichtete Endfläche 22 des Gummiringes nicht vollständig an der angrenzenden Stützfläche 21 des Dämpfungsgliedes 2 an, da diese Stützfläche 21 eine konische Form aufweist. Eine entsprechende Form ist am anderen Ende des Dämpfungsgliedes 2 dargestellt. Diese besondere Ausgestaltung bezieht sich auf die Einstellungsmöglichkeit, die durch die Spannscheibe zusammen mit der Einstellstange 9 und der Stellschraube 10 gegeben ist.

Wenn die Stellschraube 10 nach innen geschraubt wird, wird die Spannscheibe 8 nach innen in die Bohrung 6 verschoben und drückt die Gummiringe ka, und 4b zusammen. Aufgrund der dargestellten konischen Form der Stützflächen des Dämpfungsgliedes 2 tritt eine Verformung der im Querschnitt rechteckigen Gummiringe ein, so daß diese eine vergrößerte Anlagefläche an den Stützflächen des Dämpfungsgliedes aufweisen. Bei einer Bewegung führt dies zu einer von der Amplitude abhängigen und einförmigen Zunahme einer entgegengerichteten Reibkraft, die einen erhöhten Dgrapfungsgrad bewirkt, welcher zumindest auf die Zunahme der AnIagefläche zwischen den Gummiringen und den Stützflächen des Dämpf ungsgli ede-s zurückführbar zu sein scheint. Der Flächendruck au dem Gummi in der Berührungsfläche sieißt von einem Wert, der im wesentlichen bei Null lipgt, an «iem äußersten I tankt

309830/05 3 A

23Ü2732

zu einem maximalen Wert, der wahrscheinlich an dem innersten Teil an den Endzapfen 5a und 5b liegt, wobei durch die Zunahme der Berührungsfläche die gesamte Reibkraft größer ist, wodurch die Dämpfungswirkung verstärkt wird.

Gleichzeitig mit der oben beschriebenen Einstellung der Dämpfungskraft tritt eine Änderung der Federkraft als Folge eines höheren Grades der Umschließung des Pederelementes ein, wenn dieses zwischen der Bohrung 6, der Stützfläche und dem Endzapfen des Dämpfungsgliedes bzw. der Spannscheibe 8 und der Stützfläche 23 an dem vorderen Element 7 zusammengedrückt wird.

Fig» 3 zeltft eine abgeänderte Ausführungsform, bei welcher die oben beschriebene Wirkung in etwas abgewandelter Weise erzielt wird. Die Gummiringe gemäß FLg* '} weisen einen trapezförmigen Querschnitt mit zwei konischen Seitenflächen 32 und 3^ auf, die mit ebenen Stützflächen J\ an dem Dämpfungsglied 2 und an der anderen Seite mit einer ebenen Stützfläche an dem nach innen ragenden Ende des vorderen Elementes zusammenwirken. Als Folge der zwei konischen Fläohen 32 und 34 an dem Gummiring gemäß Fig. 3 führt ein Zusammendrücken des Gummiringes während der Einstellung entsprechend der obigen Beschreibung zu einem stärker progressiven Anwachsen der Dämpfungswirkung de« Gummiringes, als bei der zuerst beschriebenen Aueführungsform.

- 10-

30¹J 8 Ί ü / Ü 5 3 4

Diese ¥irkung kann möglicherweise noch weiter gesteigert werden durch die Anordnung von konischen Stützflächen am Ende des Dämpfungsgiiedes und/oder des vorderen Elementes·

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung ist weiter oben eine Bohrstange beschrieben worden, die ein einziges Dämpfungsglied mit jeweils einem Federelement an jedem Ende aufweist. Die durch die vorliegende Erfindung gegebene Lösung kann selbstverständlich bei Dämpfungsvorrichtungen zur Anwehdung kommen, die mehr als ein Dämpfungsglied aufweist und diese Dämpfungsglieder können unter Umständen gemeinsame Federelemente aufweisen. Wenn nur ein Dämpfungsglied verwendet ist, sind Ausführungsformen möglich, bei denen das Dämpfungsglied nur durch ein einziges Federelement abgestützt ist* Weitere Abänderungen der dargestellten Ausführungen sind möglich, und zwar beispielsweise durch das Weglassen der dargestellten Endzapfen 5a und 5b, die in die Federelemente 4a und 4b eingreifen, wodurch sich eine weniger progressive Zunahme der Federkraft der Federelemente im zusammengedrückten Zustand bei der Eins tellung ergibt.

Schließlich ist e· bei einer Ausführungsform für Bohrstangen mit. beispielsweise zwei Federelementen, von denen nur eines einstellbar ist, zweckmäßig, daß dieses einstellbare Federelement das äußere ist, d.h. dasjenige, welches den größten Schwingunsamplituden unterworfen ist»

309830/0634

- Patentansprüche —

Claims

Patentansprüche

β)Einstellbare Dämpfungsvorrichtung, insbesondere für Bohrstangen oder dergl., mit einem Dämpfungsglied, das in einer axialen Bohrung in der Bohrstange angeordnet und mit dieser durch ein oder mehrere ringförmige Federelemente aus elastischem Material, z.B. Gummi, gekuppelt ist, die in axialer Richtung in einstellbarer Weise zwischen Stützflächen an jedem Ende des Dämpfungsgliedes zusammendrückbar sind, um hierdurch die Federsteifigkeit zu ändern, wobei in dem Raum zwischen dem Dämpfungsglied und der Bohrung gegebenenfalls ein Fluid als Dämpfungsbeitrag vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen konische Endfläche (32,3*0 an zumindest einem Federelement (4a,4b) und/oder an einer oder beiden angrenzenden Stützflächen (31»33>21) vorgesehen sind, so daß zwischen jedem Federelement und zumindest einer angrenzenden Stützfläche ein Spalt mit einem im wesentlichen keilförmigen Querschnitt besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (4a,4b) einen rechteckigen Querschnitt und das Dämpfungsglied (2) eine angrenzende konische Stützfläche (21) aufweist.

- 12 -

309830/0S34

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (2) mit einem Endzapfen (5a ι 5*0 versehen ist, der in das zugeordnete Federelement (4a,4b) eingreift.

309830/0534