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Stoß- und Vibrationsdämpfer - Dokument DE3724513A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3724513A1 07.04.1988
Titel Stoß- und Vibrationsdämpfer
Anmelder Sebert, Karl, Dipl.-Ing., 7312 Kirchheim, DE;
Socitec, Sartrouville, FR
Erfinder Prost, Claude, Chatou, FR
Vertreter Magenbauer, R., Dipl.-Ing.; Reimold, O., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Vetter, H., Dipl.-Phys. Dr.-Ing., Pat.-Anwälte, 7300 Esslingen
DE-Anmeldedatum 24.07.1987
DE-Aktenzeichen 3724513
Offenlegungstag 07.04.1988
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.04.1988
IPC-Hauptklasse F16F 7/14
IPC-Nebenklasse B23P 13/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Stoß- und Vibrationsdämpfer mit einem wendelförmig gewickelten Stahlseil, dessen Windungen an jeweils zwei gegenüberliegenden Stellen in stabförmigen, parallel zur Längsachse der Wendel verlaufenden Haltern eingespannt sind sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Dämpfer.

Stoß- und Vibrationsdämpfer der vorstehend genannten Gattung sind z. B. aus der DE-PS 30 21 526 bekannt. Sie dienen zur Lagerung sehr großer Massen, insbesondere auf Schiffen und in der Luft- und Raumfahrttechnik. Sie lassen sich durch relativ einfaches Wickeln eines Stahlseils um einen Dorn herstellen, wobei zu beiden Seiten des Dorns jeweils Hälften der beiden Halter angeordnet sind. Durch Verschrauben mit den jeweils anderen Halterhälften wird die wendelförmige Anordnung des Stahlseils fixiert und kann vom Dorn gezogen werden. Da neben der federnden Wirkung auch eine dämpfende Wirkung durch gegenseitige Reibung der Einzeldrähte des Stahlseils gegeneinander bei einer Verformung auftritt, können zusätzliche Dämpfer bzw. zusätzliche Federn eingespart werden. Zu der einfachen und billigen Herstellung kommt dadurch der weitere Vorteil eines weiten Anwendungsbereichs hinzu.

Beim praktischen Einsatz derartiger Dämpfer hat es sich als wünschenswert erwiesen, zur Platzersparnis bei möglichst kleinen Außenmaßen des Dämpfers einen möglichst großen Federweg, d. h. eine möglichst große maximale Auslenkung der Halter gegeneinander, zu erreichen. Da das Stahlseil beim Abstreifen vom Mitteldorn unabhängig von dessen Form infolge der Eigenspannung grundsätzlich eine Wendelform mit rundem Querschnitt annimmt, ist die maximale Auslenkung von dieser runden Form maßgeblich bestimmt. In Abhängigkeit der Breite der Halter kann zwar im eingespannten Zustand eine abgeflachte Wendelform erreicht werden, jedoch sind die Stahlseil-Halbbogen, die jeweils seitlich von den Haltern ausgehen, wieder für sich kreis- bzw. halbkreisförmig. Vor allem bei Stöße, bei denen die beiden Halter auseinanderbewegt werden, wird sehr schnell die maximal mögliche Auslenkung erreicht, ab der die volle Beschleunigung des Stoßes auf den zu dämpfenden Gegenstand übertragen wird.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Stoß- und Vibrationsdämpfer der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der eine gegenüber herkömmlichen Dämpfern dieser Art wesentlich vergrößerte, federnde Auslenkung bei gleichen Außenmaßen gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bleibend verformten Windungen sowohl im eingespannten als auch im nicht eingespannten Zustand eine im wesentlichen ellipsenförmige Gestalt aufweisen.

Die durch bleibende Verformung, auch im nicht eingespannten Zustand erzielte ellipsenförmige Gestalt gestattet bei gleicher Bauhöhe vor allem eine wesentlich größere maximale Zugauslenkung. Sie beträgt etwa ein Drittel der Bauhöhe. Bei herkömmlichen Dämpfern dieser Art beträgt sie dagegen lediglich etwa ein Fünftel der Bauhöhe. Vor allem bei harten Stößen werden dadurch die Dämpfungseigenschaften deutlich verbessert. Während beispielsweise bestimmte Stöße in der Zugrichtung bei herkömmlichen Dämpfern zu einer Beschleunigung der zu dämpfenden Vorrichtung von 20 bis 30 g führten, verringert sich dieser Wert bei gleichen Randbedingungen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Dämpfer auf weniger als 15 g. Im Gegensatz zu diesen werden die herkömmlichen Dämpfer bei starken Stößen oft maximal ausgelenkt und übertragen dann die gesamte Stoßbeschleunigung auf die Vorrichtung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge der gezielt durchgeführten bleibenden maximalen Verformung weitere bleibende Vorformungen infolge von Stößen oder großen Belastungen nicht zu befürchten sind, so daß der Dämpfer immer wieder in seine exakte Ausgangslage zurückkehrt. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Dämpfers möglich.

Infolge der bleibend verformten Windungen weisen sie jeweils seitlich von den Haltern ausgehenden Stahlseilbogen eine halbellipsenförmige Gestalt auf. Diese gewährleistet gegenüber herkömmlichen Dämpfern mit breiten Haltern, die im eingespannten Zustand ebenfalls zu einer abgeflachten Form der Wendel mit jedoch halbkreisförmigen Halbbogen führen, eine vergrößerte und damit verbesserte elastische Auslenkung.

Besonders günstige Dämpfungs- und Federeigenschaften bei großer Auslenkung ergeben sich bei einer Dimensionierung der Windungen des Dämpfers nach der Gleichung



für Windungshöhen H > 130 mm.

Dabei bedeutet H die Windungshöhe bzw. den Abstand der Halter, B die größte Breite der Windung senkrecht zur Höhe und Bh die Breite eines Halters. Für derartig große Windungshöhen wirkt sich die bleibende Verformung besonders deutlich und vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Dämpfern aus.

Für aus dicken Stahlseilen mit einem Durchmesser > 200 mm hergestellte Dämpfer ergeben sich besonders günstige Verhältnisse bei einer Vorgabe von

H/B < 0,8 (2)



Um die Parallelität der Halter zu gewährleisten, weisen die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur Längsachse der Wendel in der Mitte verlaufenden Ebene jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen auf. Damit gleichen sich infolge der Spannung der Windung erzeugte Drehmomente aus.

Um die bleibende Verformung der Wendel zu einer ellipsenförmigen Gestalt zu erzeugen, werden vorteilhafterweise nach der Fixierung des wendelförmigen Stahlseils in den Haltern diese im wesentlichen bis zur gegenseitigen Berührung gegeneinandergepreßt. Dieser Preßvorgang wird zweckmäßigerweise mehrere Male wiederholt und so langsam durchgeführt, daß die einzelnen Drähte des Stahlseils eine bleibende gegenseitige Verschiebung erfahren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines wendelförmigen Stoß- und Vibrationsdämpfers als Ausführungsbeispiel und

Fig. 2 eine Vorderansicht dieses Dämpfers.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Stahlseil 10 wendelförmig gewickelt und weist acht Windungen auf. Die so gebildete Wendel ist an zwei gegenüberliegenden Stellen, nämlich oben und unten, durch je einen Halter 11, 12 fixiert. Hierzu weisen die Halter 11, 12 eine Reihe von die Windungen aufnehmenden Bohrungen quer zur Längsrichtung der Wendel auf. Die Halter 11, 12 bestehen jeweils aus einer inneren Hälfte 11&min;, 12&min; und einer äußeren Hälfte 11&sec;, 12&sec;. Die die Wendel aufnehmenden Bohrungen liegen dabei in der Ebene der Berührungsfläche der aufeinanderliegenden Hälften. Die Hälften 11&min;, 11&sec; bzw. 12&min;, 12&sec; sind in nicht näher dargestellter Form miteinander verschraubt, wobei durch die Verschraubung die Wendel festgeklemmt wird.

Im unteren Halter ist eine mittlere Bohrung 13 freigelassen, damit die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur Längsachse der Wendel durch diese Bohrung 13 verlaufenden Ebene jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen aufweisen. Dadurch gleichen sich möglicherweise entstehende Drehmomente aus, die zu einer Verschiebung der Halter 11,12 aus ihrer parallelen Lage führen könnten.

Als Stahlseil 10 sind alle Stahlseile verwendbar, die aus einzelnen Drähten oder Bündeln von Drähten schraubenartig in sich verdrillt hergestellt sind. Dabei können die Drähte wieder unter sich in Litzenbündel aufgeteilt sein. Wesentlich für die Dämpfungseigenschaften ist dabei die Fähigkeit der einzelnen Drähte, bei einer Auslenkung der Halter 11,12 relativ zueinander reibend aneinander zu gleiten, wodurch die erwünschten Dämpfungseigenschaften erreicht werden, die neben den federnden Eigenschaften bestehen.

Zur Herstellung des dargestellten Dämpfers wird zunächst das Stahlseil 10 mittels einer aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Wickelvorrichtung um einen Dorn gewickelt, an dem an gegenüberliegenden Seiten die beiden inneren Hälften 11&min; und 12&min; befestigt sind. Dabei werden die Windungen in die halben Bohrung der Hälften eingelegt. Danach werden die äußeren Hälften 11&sec; und 12&sec; aufgelegt und mit den inneren Hälften 11&min; und 12&min; verschraubt, wobei die Stahlseilwindungen eingeklemmt werden und die Wendel dadurch fixiert wird. Dieses bekannte Wickelverfahren ist ebenfalls im eingangs genannten Stand der Technik ausführlich beschrieben.

Der so hergestellte Dämpfer wird nun in eine nicht dargestellte Presse eingelegt, durch die dann die beiden Halter 11, 12 langsam gegeneinander bis zu ihrer gegenseitigen Berührung oder bis kurz davor gedrückt werden. Hierdurch verschieben sich die Einzeldrähte gegeneinander, und es entsteht eine bleibende Verformung, indem die Entlastungskurve zur Belastungskurve eine Hysterese bildet. Dieser Vorgang wird mehrere Male, z. B. viermal, wiederholt, wobei die bleibenden Verformungen insgesamt zunehmen, jedoch relativ zur jeweils vorangehenden Belastungsperiode abnehmen. Hierdurch entsteht die in Fig. 2 dargestellte ellipsenförmige Gestalt der Windungen, die auch bei einer eventuellen Abnahme der Halter 11, 12, also im nicht eingespannten Zustand, erhalten bleibt. Diese ellipsenförmige Gestalt gestattet eine gegenüber herkömmlichen Dämpfern dieser Bauart vergrößerte Dämpfungs- bzw. Schwingungsauslenkung und damit bei Stößen eine Verringerung der Beschleunigung der zu dämpfenden Masse.

Eine vorteilhafte Gestalt der ellipsenförmigen Windungen wird durch die eingangs genannte Gleichung (1) definiert bzw. durch die Gleichung (2), sofern Stahlseile mit einem Durchmesser > 20 mm verwendet werden.

Folgendes Zahlenbeispiel gibt die Maße eines typischen Dämpfers an: Windungsbreite 190 mm, Windungshöhe 140 mm, Halterbreite 25 mm und Stahlseildurchmesser 13 mm. Ein derartiger Dämpfer ist für statische Drucklasten von 125 kg und dynamische Lasten bis zu 1,1 t geeignet. Dies führt zu einem Wert von 0,85 gemäß Gleichung (1). Bei einem derart dimensionierten Dämpfer ergibt sich eine maximale Zugauslenkung von 55 mm. Beim Herstellungsverfahren sind zur Erreichung der bleibenden Verformung der Windungen Kräfte in der Größenordnung von 500 kg erforderlich.

Entsprechend größer dimensionierte Stoß- und Vibrationsdämpfer eignen sich für statische Lasten von mehreren Tonnen und dynamische Lasten von weit über 10 Tonnen.


Anspruch[de]
  1. 1. Stoß- und Vibrationsdämpfer mit einem wendelförmig gewickelten Stahlseil, dessen Windungen jeweils zwei an gegenüberliegenden Stellen in stabförmigen, parallel zur Längsachse der Wendel verlaufenden Haltern eingespannt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die bleibend verformten Windungen sowohl im eingespannten als auch im nicht eingespannten Zustand eine im wesentlichen ellipsenförmige Gestalt aufweisen.
  2. 2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils seitlich von den Haltern (11, 12) ausgehenden Stahlseilbogen (10) halbellipsenförmige Gestalt aufweisen.
  3. 3. Dämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Windungshöhe H > 130 mm jede Windung durch



    vorgegeben wird, wobei H die Windungshöhe bzw. der Abstand der Halter (11, 12), B die größte Breite der Windungen senkrecht zur Höhe und Bh die Breite eines Halters 11, 12) ist.
  4. 4. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Stahlseile mit einem Durchmesser > 20 mm ein Verhältnis von

    H/B < 0,8

    vorgegeben ist.
  5. 5. Dämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen zu beiden Seiten einer senkrecht zur Längsachse der Wendel in deren Mitte verlaufenden Ebene jeweils entgegengesetzt gerichtete Neigungen aufweist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung von Stoß- und Vibrationsdämpfern nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Fixierung des wendelförmigen Stahlseils (10) in den Haltern (11, 12) diese im wesentlichen bis zur gegenseitigen Berührung gegeneinander gepreßt werden.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Preßvorgang mehrere Male wiederholt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorgang mit einer langsamen, den einzelnen Drähten des Stahlseils (10) eine bleibende gegenseitige Verschiebung gestattenden Geschwindigkeit durchgeführt wird.






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