DE19744880A1 - Elastische Lagerung für Maschinen und Anlagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Lagerung von Maschinen und Anlagen, insb. zur Verwendung im Brücken- und Hochbau und bei tief abgestimmten Maschinenanlagen mit niedrigen Eigenfrequenzen, mit mindestens einem Federele­ ment und einem parallel dazu angeordneten Dämpfungselement.

Bei elastischen Lagerungen dieser Art kommen üblicherweise Dämpfer zum Einsatz, die mit Flüssigkeit oder mit geschlossenen Hydraulik- oder Gassystemen arbeiten. Bei derartigen Dämpfern würde ein Verlust des Mediums, d. h. der Flüssigkeit bzw. des Gases, die Funktion stark beeinträchtigen, oder den Dämpfer sogar wirkungslos werden lassen. Es müssen daher höchste Anforderungen an die Dichtigkeit des Dämpfers und der angeschlossenen Teile gestellt werden. Geschlossene Hydraulik- und Gassysteme benötigen zudem Leitungen, Auffangbehälter das verdrängte Dämpferfluid und dgl. Die Dämpfer sind daher einem erheblichen Bauaufwand verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Bauaufwand für die eingangs genannten elastischen Lagerungen zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Dämpfungselement ein Luftfederelement ist, dessen Hohlraum über eine oder mehrere Drosselstellen mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Demgemäß ist das Dämpfungselement also nach Art einer Luftfeder ausgebaut, die allerdings ein Dämpfer ist.

Für die Dämpfung ist somit ein offenes System vorgesehen, das nur mit atmosphärischem Druck arbeitet. Hochwertige Dichtungen sowie aufwendige Systeme zur Führung des Dämpfermediums sind bei einem derartigen Dämpfungselement nicht erforderlich. Der Bauaufwand für die elastische Lagerung ist somit erheblich reduziert. Zudem ist die Lagerung wartungsfrei.

Die erfindungsgemäße elastische Lagerung kann bei Maschinen und Anlagen jeder Art zum Einsatz kommen. Anwendungsbeispiele sind Schwingungstilger im Brücken- und Hochbau und Maschinenanlagen mit Eigenfrequenzen ≧1,2 Hz.

Vorzugsweise weist das Luftfederelement einen Balg auf, der aus Gummi oder gummiähnlichen Werkstoffen mit faden- oder gewebeartigen Verstärkungseinlagen besteht, und zwischen zwei festen Platten angeordnet ist. Mittels der Platten ist das Luftfederelement an der zu lagernden Baugruppe und am Fundament befestigt. Der Balg weist vorzugsweise eine oder mehrere Auswölbungen auf, wodurch er eine in etwa torusförmige Gestalt erhält. Der Balg kann auch ein Rollbalg sein.

Das Luftfederelement kann jedoch auch eine andere Form haben. Nach einer anderen vorteilhaften Bauform weist das Luftfederelement einen festen Topf auf, der an einer Seite offen ist, wobei diese Seite von einer elastischen Membran überspannt ist. Die schwingungstechnisch gegeneinander zu isolierenden Teile sind mit dem festen Topf einerseits und einem Stößel andererseits verbunden, wobei der Stößel an der Membran befestigt und in den Topf hineinbewegbar ist. Die Drosselstelle verbindet den von Topf und Membran eingeschlossenen Hohlraum mit der Umgebung; sie ist dabei vorzugsweise in der Wandung des Topf es angebracht.

Das Luftfederelement kann auch aus einer einfachen Kolben-Zylin­ der-Einheit bestehen, wobei Kolben und Zylinder z. B. aus Stahl bestehen können. Eine derartige Kolben-Zylinder-Ein­ heit kann relativ einfach aufgebaut sein. Da ein Luftaustausch zwischen dem im Dämpfer eingeschlossenen Hohlraum und der Umgebung bei der erfindungsgemäßen Lagerung stets vorhanden sein soll, ist insb. eine auf­ wendige Dichtung zwischen Kolben und Zylinder nicht nötig.

Bei auftretenden Amplituden der elastisch gelagerten Maschine, des Schwingfundamentes oder der Tilgermasse wird die Dämpfung durch die Veränderung des Luftvolumens im Dämpfer und der Aus- und Einströmgeschwindigkeit der Luft bestimmt. In vorteilhafter Weise sind die Drosselstellen daher ventilartig ausgeführt und durch Ventilverstellung veränderbar. Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft kann so durch ein Drosselventil eingestellt werden und der Dämpfer somit auf die vorhandene Systemeigenfrequenz abgestimmt bzw. dieser angepaßt werden. Die Drosselstellen sind vorzugsweise an den starren Teilen der Luftfederelemente angebracht.

Der Dämpfer ist bezüglich seines Volumens und seines Durchmessers an die zu lagernde Masse und die geforderte Dämpfung anzupassen bzw. entsprechend auszuwählen. Ein großer Durchmesser und eine geringe Bauhöhe ergibt schon bei kleinen Amplituden eine prozentual hohe Volumenände­ rung und somit hohe Dämpfung. Bei der erfindungsgemäßen Lagerung kann eine Dämpfung eingestellt werden, deren Lehrsches Dämpfungsmaß D im Bereich D=0,12-0,2 liegt.

Das Dämpfungselement kann weiterhin mit Anschlüssen für Rohrleitungen und dgl. versehen sein bzw. die Drosselstel­ len können so gestaltet sein, daß sie derartige Anschlüsse ermöglichen. Über angeschlossene, gegebenenfalls gewundene Rohrleitungen kann die Dämpfung ebenfalls beeinflußt werden.

Die erfindungsgemäße Lagerung eröffnet weiterhin die Mög­ lichkeit, das Dämpfungselement bei geschlossenen Drossel­ stellen an ein geschlossenes Gassystem anzuschließen bzw. die Drosselstellen für einen derartigen Anschluß zu nutzen. Das System kann somit derart umfunktioniert werden, daß es als Luftfeder wirkt. Die erfindungsgemäße Lagerung ermöglicht es somit, auf auch erhebliche Änderungen in den Betriebsbedingungen und der Belastung der Lagerung schnell und in einfacher Weise zu reagieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße elastische Lagerung für eine Maschine, Anlage od. dgl.,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für ein Dämpfungselement für eine erfindungsgemäße Lagerung,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel für ein Dämpfungselement für eine erfindungsgemäße Lagerung und

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Dämpfungselement für eine erfindungsgemäße Lagerung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße elastische Lagerung dargestellt, die bei einer beliebigen Anlage, Maschine od. dgl. Anwendung finden kann. Mit 1 ist das Fundament bezeichnet, auf dem die Anlage aufgebaut ist. Der Träger 2 trägt die zu lagernde Maschine oder Anlage, die hier nicht dargestellt ist. Der Träger 4 stützt sich über Federn 3 auf dem Fundament 1 ab. Somit entsteht ein schwingungs­ fähiges System.

Parallel zu den Federn 3 sind jeweils Dämpfungselemente 4 angeordnet. Die Dämpfungselemente 4 übernehmen keine statischen Tragkräfte; sie sind nach Art von Luftfedern aufgebaut. Wie weiter unten anhand von Fig. 2 näher erläutert, weist ein derartiges Dämpfungselement 4 einen Elastomerbalg 5 auf, der zwischen zwei festen Platten 6 und 7 angeordnet ist, mit denen er am Fundament 1 bzw. am Träger 1 befestigt ist.

Zur Lagerung z. B. einer Maschine können insgesamt vier derartige Feder-Dämpfer-Einheiten verwendet werden, die jeweils an den Ecken der Maschine angeordnet sind.

Ein einzelnes Dämpfungselement 4 ist in Fig. 2 darge­ stellt. Das in der Art einer Luftfeder aufgebaute Dämpfungselement 4 ist in einer größtenteils zusammen­ gedrückten Stellung dargestellt. Der Balg 5 ist weit nach außen ausgewölbt und weist eine in etwa torusförmige Gestalt auf; in gleicher Weise wie die von Luftfedern bekannte Bälge besteht er aus Gummi oder einem gummiähnlichen Kunststoff mit Verstärkungseinlagen aus Gewebe oder dgl. Er ist an seinen Rändern mit Wülsten 8 versehen, die mit Stahlseilen verstärkt sein können und hinter die abgebogenen Ränder 9, 10 der Platten 6 und 7 greifen, wodurch eine luftdichte Verbindung zwischen dem Balg 5 und den Platten 6 und 7 hergestellt wird. Die Platten 6 und 7 bestehen aus Stahl.

Der Balg 5 schließt zusammen mit den Platten 6 und 7 einen luftgefüllten Hohlraum 11 ein. Anders als bei Luftfedern steht dieser Hohlraum 11 über eine Durchbrechung bzw. Drosselstelle 12 in der oberen Platte 7 mit der Atmosphäre in Verbindung. Es wird somit ein offenes System gebildet. Durch die Drosselstelle 12 wird das Aus- und Einströmen der Luft verzögert. Bewegungen, die die Platten 6 und 7 auseinander oder aufeinander zu führen, können daher nur langsam erfolgen; Schwingungen werden somit gedämpft.

Die Drosselstelle 12 ist, wie bei 13 angedeutet, ventil­ artig ausgeführt, wobei diene ventilartige Einrichtung so verstellt werden kann, daß der Durchgangsquerschnitt auf einen bestimmten Wert einsteilbar ist. Die Luftströmung durch die Drosselstelle wird damit mehr oder weniger stark behindert, wodurch die Dämpfungseigenschaft stärker oder schwächer wird.

Eine alternative Bauform des Dämpfungselementes ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Dämpfungselement besteht aus einem topfförmigen Grundkörper 14 aus Stahl, der an seiner oberen Seite offen ist. Über diese offene Seite ist eine Membran 15 gespannt, die aus einem Elastomer mit Verstärkungseinlagen besteht. Durch einen Ring 16, der mit Grundkörper 14 durch Schrauben verbunden ist, wird die Membran 15 fest und luftdicht am Grundkörper 14 gehalten. Zudem kann mit dem Ring 16 eine Verbindung durch Vulkanisation bestehen.

An der Membran 15 ist bei 17 ein Stößel 18 befestigt, der unter elastischer Verformung der Membran 15 in den Topf 14 hineinbewegbar ist. Der Topf 14 wird auf der Unterlage bzw. dem Fundament angeordnet, während der Stößel 18 mit der zu lagernden Anlage oder dgl. verbunden ist.

Der Topf 14 und die Membran 15 umschließen einen luftgefüllten Hohlraum 19, der wiederum durch eine Drosselöffnung 20 im Grundkörper 14 mit der Atmosphäre verbunden ist. Bewegungen des Stößels 18 und der damit verbundenen Membran 15 führen zum Verdrängen oder zum Ansaugen von Luft über die Drosselöffnung 20, wobei in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eine Dämpfung bewirkt wird.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselementes kommen keine größeren Elastomerteile wie Membranen oder Bälge zum Einsatz. Das Dämpfungselement besteht dagegen im wesentlichen aus metallischen Bauteilen. Bei diesem Dämpfungselement ist ein Kolben 21 in einem Zylinder 22 geführt. Der Zylinder 21 kann sich auf dem Fundament abstützen, wobei dann der Kolben 22 über eine Kolbenstange 23 mit der zu lagernden Anlage, Maschine oder dgl. verbunden ist.

Im Kolben 22 sind eine oder mehrere Bohrungen 24 angebracht, die als Drosselöffnungen dienen. Anstelle von Bohrungen können die Drosselöffnungen auch gebildet sein, indem der Kolben 22 an seinem Umfang längs verlaufenden Einkerbungen aufweist oder zumindest stellenweise in seinem Durchmesser gegenüber dem Innendurchmesser des Zylinders 21 reduziert ist.

Die Drosselöffnung 24 stellt eine Verbindung zwischen einem unterhalb des Kolbens 22 befindlichen Hohlraum 25 und einem oberhalb des Kolbens 22 befindlichen Hohlraum 26 her. Die Verbindung nach außen erfolgt über eine zweite Drosselstelle 27, die die Wandung des Zylinders durchsetzt und den Hohlraum 26 mit der Atmosphäre verbindet. Die zweite Drosselöffnung eignet sich zur Anbringung eines Ventils, mit dem der Querschnitt der Drosselöffnung in der oben beschriebenen Weise verändert werden kann.

Bei 28 tritt die Kolbenstange 23 aus dem Zylinder 21 aus. Es ist dort zwar eine Dichtung 29 vorgesehen, die jedoch keinen hermetischen Abschluß herbeiführen soll, sondern lediglich verhindert, daß ein Luftaustausch in einem Maße stattfindet, daß dadurch die Charakteristik des Dämpfungs­ elementes beeinflußt wird. Kolben 22 und Zylinder 21 können daher in sehr einfacher Weise ausgeführt sein.

Die Federn 3 sind Stahlfedern, jedoch können sie auch aus einem anderen Werkstoff z. B. Gummi bestehen.

Claims (12)

1. Elastische Lagerung von Maschinen und Anlagen, insb. zur Verwendung im Brücken- und Hochbau und bei tief abge­ stimmten Maschinenanlagen mit niedrigen Eigenfrequenzen, mit mindestens einem Federelement und einem parallel dazu angeordneten Dämpfungselement, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement ein Luftfederelement (4) ist, dessen Hohlraum (11, 19, 25, 26) über eine oder mehrere Drosselstellen mit der Atmosphäre in Verbindung steht.

2. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Luftfederelementen (4) deren verformbare Wandungen mit starren Teilen (6, 7, 14) in Verbindung stehen und die Drosselstellen (12, 20) an den starren Teilen vorgesehen sind.

3. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselstellen (12, 20, 24, 27) ventilartig ausgebildet sind.

4. Elastische Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselstellen (12, 20, 24, 27) durch Ventilverstellung veränderbar sind.

5. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dämpfungselement eine Kolben-Zylinder-Ein­ heit ist, wobei sich die Drosselstellen (24, 27) am Zylinder (21) und/oder am Kolben (22) befinden.

6. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dämpfungselement ein mit einer oder mehreren Drosselstellen (20) versehener fester Topf (14) ist, in den ein an einer Membran (15) befestigter Stößel (18) hineinbewegbar ist.

7. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dämpfungselement (4) einen torusförmigen Balg (5) mit einer oder mehreren Auswölbungen aufweist.

8. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dämpfungselement einen zwischen den gegeneinander abzufedernden Teilen befindlicher Rollbalg aufweist.

9. Elastische Lagerung nach einem oder mehreren vorhergehenden Ansprüchen für Systeme mit Eigenfrequenzen ≧1,2 Hz.

10. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstellen (12, 20, 24, 27) so ausgebildet sind, daß das Lehrsche Dämpfungsmaß D=0,12-0,2 beträgt.

11. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement bei geschlossenen Drosselstellen (12, 20, 27) an ein geschlossenes Gassystem anschließbar ist, so daß das System als Luftfeder wirkt.

12. Elastische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hohlraum (11, 19, 26) der Luftfeder (4) über eine gegebenenfalls gewundene Rohrleitung mit der Atmosphäre in Verbindung steht.