DE4420596C2 - Lateralschwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lateralschwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In vielen Maschinen sind Wellen in Kugellagern gelagert. Da es möglich ist, Kugellager in Massenproduktion und standardisiert herzustellen, sind diese recht kostengünstig und in der Industrie weit verbreitet. Doch ihr größter Nachteil ist, daß sie nur geringe Dämpfungseigenschaften haben. Zur Ver­ besserung werden Druckfilmdämpfer eingesetzt, um eine zusätzliche Dämpfung zu erhalten. Druckfilmdämpfer bestehen aus äußeren und inneren kreisförmig angeordneten Elementen mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm dazwischen. Anders als bei Achslagern dreht sich das innere kreisförmige Ele­ ment jedoch nicht. Druckfilmdämpfer erfordern wegen der Wärmeentwicklung in dem dünnen Flüssigkeitsfilm ein Ölkreislaufsystem. Das Ölkreislaufsystem erfordert Ölzufuhr-, Abzugs- und Filtersysteme. Daher ist es schwierig, Druck­ filmdämpfer zu standardisieren und in Massenproduktion herzustellen. Ihre Installation ist ebenfalls nicht einfach.

Ein Schwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern wurde während des II. Weltkrieges von Dr. Geislinger, einem Österreicher, zur Steuerung von Torsionsschwingungen erfunden. Die Torsionsschwingungsdämpfer unter Ver­ wendung von Blattfedern werden als Torsionsschwingungsdämpfer und als Kupplung bei Verbrennungskraftmaschinen eingesetzt. Während 35 Jahren weltweiter Anwendung seit der Erfindung haben sie ihre Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt.

In der US-PS 39 51 474 sind Dämpfungselemente in Form einzelner dünner Folienelemente offenbart, für welche aus der Praxis eine Dicke von typischer­ weise < 0,2 mm bekannt ist und welche eine Steifigkeit von < 10³ N/m haben.

Die Folienelemente erstrecken sich zwischen einer inneren Welle und einer äußeren Hohlwelle, wobei sie an einer der beiden Wellen gehaltert sind und an der anderen tangential schleifend anliegen. Wegen der Folienelemente ist die Steifigkeit und damit die Dämpfung nur sehr gering. Aus diesem Grund sieht auch die DE-AS 23 61 226 zusätzliche Versteifungselemente vor, um die Gesamtdämpfungswirkung zu erhöhen. Damit ist aber ein linearer Dämpfungsverlauf nicht mehr gegeben.

Durch die US-PS 45 26 483 ist ein weiteres Lager bekannt, bei welchem eine Vielzahl von um den Umfang verteilten und einseitig eingespannten Blatt­ federn an einer Welle anliegen, wobei eine weitere Blattfeder derart mit einge­ spannt ist, daß sie für die andere Welle mit einer im Mittelbereich anliegenden Blattfeder eine bestimmte Andruckkraft bewirkt. Derartige nur bereichs­ weise sich aufeinander abstützende Blattfedern ergeben aber keine lineare Dämpfungscharakteristik.

Bei der Konstruktion einer Maschine mit rotierenden Teilen ist es wichtig, die dynamischen Eigenschaften des Systems zu analysieren. Zur Erlangung eines breiten Stabilitätsspielraums, der nach dem Abstand zwischen der kritischen Eigenresonanzfrequenz und der Anregungsfrequenz beurteilt wird, wird die Einstellung der Steifigkeit der Drehwelle oder der Traglager versucht. Da die Einstellung der Steifigkeit von Drehwellen nicht einfach ist, wird eine Einstel­ lung der Steifigkeit der Traglager bevorzugt. Aber die Einstellung der Steifig­ keit von Kugellagern ist nicht einfach. Druckfilmdämpfer fuhren nur Dämp­ fungskräfte ein, machen es aber auch schwer, ihre Steifigkeit einzustellen. Fer­ ner sind die dynamischen Eigenschaften von Druckfilmdämpfern nicht linear und ihre Dämpfungskräfte fallen bei Exzentrizität schlagartig ab.

Es ist Aufgabe der erfindungsgemäßen Lateralschwingungsdämpfer unter Be­ nutzung von Blattfedern eine lineare Dämpfungscharakteristik zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß für einen Lateralschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Mit den erfindungsgemäßen Dämpfern lassen sich Steifigkeit und Dämpfungs­ kräfte auf einfache Weise einstellen. Sie haben eine lineare dynamische Cha­ rakteristik und erfordern keine Hilfsteile oder -systeme, und ihre Standardisie­ rung und Massenproduktion sind möglich. Sie können auch effektiv zur Rege­ lung von Schwingungen in Hochtemperaturumgebungen nicht drehender Strukturen eingesetzt werden, wie z. B. bei Rohrsystemen in Kraftwerken oder Chemiewerken. Da die erfindungsgemäßen Dämpfer kompakte Größe haben, lassen sie sich leicht installieren.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die erfindungsgemäßen Lateralschwingungsdämpfer können auch bei nichtdrehenden Strukturen, wie z. B. Rohren, eingesetzt werden. In Kraftwerken oder Chemiewerken gibt es beispiels­ weise viele Rohrsysteme. Wenn die heiße Flüssigkeit durch die Rohre strömt, kommt es gelegentlich zu Schwingungen. Zur Beherrschung der Rohrschwingungen werden Versteifer ein­ gesetzt, die aus Schraubenfedern aus Stahl bestehen. Doch deren Dämpfungskräfte sind nur gering. Aufgrund der hohen Temperatur der heißen Flüssigkeit können Versteifer aus Gummi nicht eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Lateralschwin­ gungsdämpfer können in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden und weisen hohe Dämpfungskräfte auf.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert, es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine Seitenschnittansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Anwendung bei einem Kugellager.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt wird, besteht der er­ findungsgemäße Lateralschwingungsdämpfer aus mehreren Blatt­ federpaketen und mit Flüssigkeit gefüllten Innenräumen. Die Innenringe werden elastisch von Blattfedern getragen, die um den Umfang verteilt angeordnet sind. Die Tragkraft (Feder­ konstante) wird bestimmt durch Anzahl, Geometrie (d. h. Dicke, Breite und Länge) und Material der Blattfedern sowie durch die Anzahl der Blattfederpakete. Da die elastische Tragkraft einstellbar ist, kann der Schwingungsdämpfer an die Eigen­ resonanzfrequenz einer auf dem erfindungsgemäßen Schwingungs­ dämpfer gelagerten Maschine leicht angepaßt werden. Wenn die Eigenresonanzfrequenz der Maschine einstellbar ist, läßt sich die Stabilität ,der Maschine durch Wegregeln der Eigen­ resonanzfrequenz von der Anregungsfrequenz verbessern.

Eine relative Bewegung des Innenrings aus Fig. 1 bewirkt eine Volumenveränderung des inneren Flüssigkeitsraumes und die Flüssigkeit strömt durch die Rille (7) in Fig 2 und erzeugt so die Dämpfungskraft. Die Dämpfungskraft kann durch die Viskosität der Flüssigkeit, den Reibungskoeffizienten und die Rillengröße eingestellt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Lateralschwingungsdämpfer lassen sich Steifigkeit und Dämpfungskräfte an der Tragposition leicht einstellen, und eine hohe Dämpfungskraft kann erreicht werden. Theoretische Analyseergebnisse zeigen, daß die Dämpfungskraft des erfin­ dungsgemäßen Dämpfers gleich oder größer als die von Druck­ filmdämpfern oder Flüssigfilmlagern ist. Sie zeigen auch, daß in senkrechter Richtung keine Querkopplungsfaktoren der Steifigkeit und Dämpfungskräfte auftreten. Das Fehlen von Querkopplungsfaktoren ist gleichbedeutend mit dem Vorhanden­ sein einer stabilen dynamischen Kennlinie für den erfindungs­ gemäßen Dämpfer.

Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der innere Flüssigkeitsraum groß und durch Abdeckungen und Dichtungselemente abgedichtet, was ein besonderes Ölkreislaufsystem unnötig macht. Daher ist die Standardisierung und Massenproduktion des erfindungs­ gemäßen Dämpfers möglich.

Ein typisches Beispiel ist in Fig. 3 dargestellt, in der der erfindungsgemäße Dämpfer ein Kugellager trägt. Obwohl der erfindungsgemäße Dämpfer in der Regel mit Kugellagern ver­ sehen ist, kann er auch alleine als eine Art Flüssigfilmlager benutzt werden. Wenn der Innenring aus Fig. 1 oder ent­ sprechend eine Welle anfängt, sich zu drehen, tritt zwischen dem Innenring und den Blattfedern ein hydrodynamischer Druck auf, und somit trennt der so entstehende Schmierfilm diese voneinander. Das in Fig. 3 dargestellte Lager, bei welchem sowohl ein Flüssigschmierfilm als auch Blattfedern wirksam sind, hat eine hohe Dämpfungskraft und gute Schwingungseigen­ schaften. Der Ölwirbel, der bei gewissen Flüssigfilmlagern auftritt und eine typische Instabilität auslöst, kommt bei dem erfindungsgemäßen Dämpfer nicht vor.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Teile werden wie folgt benannt:

Bezugszeichenliste

1 Innenring
2 Außenring
3 Blattfeder
4 Zwischenstück
5 Innerer Flüssigkeitsraum
6 Abdeckung
7 Ölrille
8 Ölflußlücke
9 Dichtungselement
10 Klemmelement
11 Ölzufuhröffnung

Claims (4)

1. Lateralschwingungsdämpfer mit einem Innenring und einem Außen­ ring sowie mit im Innenraum zwischen den beiden Ringen über den Umfang angeordneten blattförmigen Federelementen, deren eines Ende an dem Außen­ ring einseitig eingespannt ist und mit dem anderen Ende am Innenring tan­ gential aufliegt und mit einer im Innenraum vorgesehenen Ölfüllung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Federelemente aus jeweils planparallel geschichteten Blattfederpake­ ten (3) bestehen,
daß der Innenraum (5) mit einem Dichtungselement (9) und einer Abdeckung (6) an beiden Stirnseiten der Ringe (1, 2) dicht verschlossen ist und durch die Blattfederpakete (3) in über den Umfang verteilte Kammern unterteilt ist, die zur Dämpfung durch Überströmöffnungen miteinander verbunden sind.

2. Lageralschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfederpakete (3) aus bezüglich ihrer Dicke und/oder Länge unter­ schiedlichen Blattfedern bestehen.

3. Lateralschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abdeckung (6) und den Blattfederpaketen (3) ein Spalt (Öl­ flußlücke 8) vorgesehen ist und daß in der Abdeckung (6) eine Ölrille (7) angebracht ist.

4. Lateralschwingungsdämpfer nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß im Innenring (1) ein Kugellager oder ein Flüssigfilmlager angeordnet ist