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Einrichtung zur Dämpfung der Verdrehungsschwingllngen von Wellen.
Es ist bekannt, bei Wellen, die Massen tragen und wechselnden Krafteinwirkungen ausgesetzt sind, die entstehenden Verdrehungsschwingungen dadurch zu dämpfen, dass an einer Stelle grossen Schwingungsausschlages eine Schwungmasse für sich frei-drehbar angeordnet und zwischen Welle und Schwungmasse eine Vorrichtung geschaltet wird, welche eine lose Reibungsverbindung beider Teile herbeiführt, dergestalt, dass die Schwungmasse die Wellendrehung mitmacht, ohne an den Schwingungen wesentlich teilzunehmen. Das Vor-und Nacheilen der Welle gegenüber der annähernd gleichförmig umlaufenden Schwungmasse bewirkt, dass in der Kupplungsvorrichtung gewisse Energie-
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Schwingungsausschlages dienen würden.
Die von dieser Dämpfungsvorrichtung aufgenommene Arbeit wird sich im wesentlichen stets in Wärme umsetzen. Der Abführung dieser Wärme wurde bisher keine besondere Beachtung geschenkt ;
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Gehäuses, z. B. des Kurbelgehäuses eines Motors liegt, also der unmittelbaren Berührung durch frische Kühlluft entzogen ist. Diese Schwierigkeit wird erfindungsgemäss dadurch behoben, dass die im Schwingungsdämpfer erzeugte Wärme an einen Flüssigkeitsstrom übertragen wird, der sie aus dem Dämpfer nach aussen leitet. Die Flüssigkeit kann in einem Kreislauf, der eine Rückkühleinrichtung enthält, geführt sein. In Fällen, wo solche Flüssigkeitskreisläufe mit Wärmeaufnahmestellen und Wärmeabgabestelle an sich bereits vorhanden sind, z.
B. für die Lagerschmierung der betreffenden Welle, kann der Schwingungsdämpfer in diesen Kreislauf miteinbezogen werden. Die Dämpfereinrichtung selbst kann dabei in beliebiger Weise ausgebildet sein, beispielsweise kann die Dämpfungsarbeit durch Reibung fester Körper aneinander oder durch die innere Reibung flüssiger Körper, die bestimmten Strömungswiderständen ausgesetzt sind, aufgenommen werden.
Im ersten Fall, also bei Ausbildung der Dämpfereinrichtung nach Art einer Reibungsbremse, werden die aufeinander reibenden Köiper eifindungs- gemäss mit Kanälen versehen, durch welche ein die Wärme abführender Flüssigkeitsstrom geführt werden kann ; im andern Fall, bei Ausnutzung der inneren Reibung flüssiger Körper, wird man zweckmässig die den Strömungswiderständen ausgesetzte Flüssigkeit (Dämpfungsflüssigkeit) selbst im Kreislauf fliessen lassen. Grundsätzlich kann man indessen auch hier für die Wärmeabfuhr eine besondere Flüssigkeit vorsehen, auf welche die in der Dämpfungsflüssigkeit erzeugte Wärme übertragen wird.
Die Dämpfereinrichtung kann schliesslich auch so ausgestaltet sein, dass sie selbst den Umlauf der Kühlflüssigkeit bewirkt oder unterstützt, also besondere 1 ! mlaufpumpen entbehrlich macht oder wenigstens bei Störung dieser Pumpen den Umlauf doch, wenn auch schwächer, weiter aufrecht erhält.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt im senkrechten Schnitt längs der Achse einen Schwingungsdämpfer mit festen Reibflächen, Fig. 2 einen abgewickelten zylindrischen Schnitt nach Linie 11-11 der Fig. 1 durch die Reibbacken. Fig. 3
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rechten Schnitt in der Achsrichtung einer weiteren Einrichtung mit Flüssigkeitsdämpfung und Fig. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI der Fig. 5 ; Fig. 7 zeigt im gleichen Schnitt wie Fig. 5 den Schwungmassenkranz mit anderer Kanalausbildung.
Bei der Einrichtung nach Fig. 1 und 2 ist auf die Welle 1, deren Verdrehungssehwingungen zu dämpfen sind, eine Scheibe 2 fest aufgesetzt, die von zwei weiteren Scheiben 3 und 4 eingeschlossen wird. Diese beiden Scheiben sitzen frei drehbar auf der Nabe 5 der Scheibe 2 und tragen aussen Schwungmassen 6,7. Die Scheibe 2 ist am Aussenrande verstärkt und bildet dort Bremsfläche 8, 9, gegen welche sich entsprechend ausgestaltete Verdickungen 10, 11 der Scheiben 3 und 4 anlegen. In die Aussenkränze der Scheiben 3 und 4 sind Federn 12 derart eingesetzt, dass die Reibbacke 10 und 11 dieser Scheiben ständig gegen die Reibflächen 8, 9 der mittleren Scheibe 2 gepresst werden.
Im Betriebe macht die Scheibe 2 die Verdrehul1gsschwingungen der Welle mit, während die Scheiben 3 und 4 bestrebt sind, gleichförmig umzulaufen, so dass die Scheibe 2 ihnen gegenüber dauernd Verschiebungen in der einen und andern Richtung erfährt. Die hiebei an den Reibflächen entwickelte Wärme wird nun erfindungsgemäss durch einen Flüssigkeitsstrom abgeführt, der durch eine Längsbohrung 20 und Querbohrungen 21 der Welle sowie durch Nabenbohrungen 22 der Mittelscheibe 2 in die Räume zwischen den Scheiben 2,3 und 4 eingeleitet wird. In die Bremsflächen sind vom inneren zum äusseren Umfang führende Kanäle 24,25 eingearbeitet, so dass die Flüssigkeit die Bremsfläche unmittelbar berühren und die Wärme gut abführen kann.
Aus dem Raum 26 am äusseren Umfang der Scheibe 2 gelangt die Flüssigkeit durch weitere Kanäle 27, 28 in den äusseren Scheiben in Kammern 29, 30, die von Seitenblechen 31, 32 der äusseren Scheiben gebildet werden und umströmt so die Reibbacke auch von aussen, um schliesslich am inneren Rande 33, 34 dieser Seitenbleche in das die ganze Dämpfungseinrichtung umhüllende Gehäuse 35 überzutreten. Der untere Teil dieses Gehäuses dient als Sammelbehälter für die Kühlflüssigkeit und steht durch ein Rohr 36 mit einem Rückkühler 37 in Verbindung, aus dem eine Pumpe 38 die gekühlte Flüssigkeit ansaugt, um sie durch die Leitung 39 und Stopfbüchse 40 wieder in den Kanal 20 der Welle 1 zu fördern.
Da der Flüssigkeitsaustritt bei 33, 34 weiter von der Achse entfernt liegt als der im Achsmitte erfolgende Zutritt, so wird der Lauf der Flüssigkeit durch die in den umlaufenden Teilen erzeugte Fliehkraft unterstützt. Eine weitere Unterstützung kann dadurch erfolgen, dass man den Kanälen 24, 25 in den Reibflächen einen Verlauf nach Art der Schaufeln von Schleuderpumpen gibt. Die Flüssigkeitsführung längs der reibenden Flächen kann natürlich auch so erfolgen, dass die Kanäle ganz im Innern der Backen verlaufen, die Reibflächen also nicht unmittelbar vor der Flüssigkeit bespült werden und die dort entwickelte Wärme auf die Flüssigkeit durch Wärmeleitung in den Reibbacke übertragen wird.
Gemäss Fig. 3 und 4 ist mit dem schwingenden Ende der Kurbelwelle 1 wiederum eine Scheibe 50 fest verbunden, die die Verdrehungsschwingungen mitmacht. Diese Scheibe trägt an ihrem äusseren Umfang zwei mit Abstand aufeinanderfolgende, beiderseits vorspringende Ringwände 52,53 und zwischen diesen radial verlaufende Wände 54, die zusammen mit den Ringwänden Kammern 60, 61 bilden. Lose auf der Nabe 55 der Scheibe 50 sitzen die Seitenwände 56, 57, die an ihrem äusseren Umfang mit einer Schwungmasse 58 verbunden sind. Diese Scheiben tragen radial nach innen vorspringende Wände 59, welche genau in die Kammerhohlräume der Scheibe 50 passen und gegen deren Seitenwände allseitig dicht anschliessen, ausser an den Stellen, wo die Ringwände 52, 53 schmale Spalte 62,63 gegen die Aussenwände 56, 57 frei lassen.
Der ganze von den Scheiben 56, 57 umschlossene Raum ist mit Flüssigkeit gefüllt und bei einer Relativbewegung zwischen der Mittelscheibe 50 und der Schwungmasse 58 (beispielsweise im Sinne des Pfeiles a, Fig. 4) wird Flüssigkeit aus dem vor der Wand 59 liegenden Teil der Kammern 60, 61 durch die Spalten 62,63 herausgedrückt (Pfeil b) und in die hinter der Wand 59 liegenden Kammerteile eingesaugt (Pfeil c), wodurch die Dämpfungswirkung zustande kommt. Dieser Ver- schiebung der Dämpfungsflüssigkeit innerhalb des Gehäuses der Dämpfungsvorrichtung wird nun zwecks Ermöglichung der Wärmeabfuhr eine weitere Umlaufbewegung übergelagert. Hiezu dient im vorliegenden Beispiel die Einrichtung zur Kreislaufschmierung der Motorwelle 1.
Diese besteht beispielsweise aus einer im unteren Teil des Kurbelgehäuses 70 untergebrachten und von der Welle 1 über Zahnräder 71,
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und Lagerbohrungen 78 in den Hohlraum 79 der Welle 1, von wo es durch weitere Bohrungen und Kanüle ?, 81 den Verbrauchsstellen, z. B. dem Pleuelstangenlager 90, zugeführt wird, um sich schliesslich wieder im Gehäuse 70 zu sammeln. An die Wellenbohrung 79 ist nun über die Nabenbohrung 91 auch die eine Seite des Flüssigkeitsraumes des Schwingungsdämpfers angeschlossen, während die andere Seite über eine Bohrung 92 mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses in Verbindung steht.
Das von der Pumpe 74 geförderte Öl wird sieh also in zwei Ströme teilen, von denen der eine (Pfeil d) der Lagerschmierung dient, während der andere im Sinne der Pfeile eden Schwingungsdämpfer durchzieht und so einen ständigen Ersatz der darin wirksamen Flüssigkeitsmenge bewirkt. Die durch die Bohrung 92 in das Kurbelgehäuse abströmende erwärmte Flüssigkeit mischt sich dort mit dem von den Lagern abfliessenden Öl und wird durch die am Gehäuse entlang streichende Luft, deren Wirkung durch Rippen 95 unterstützt werden kann, gekühlt, um den Kreislauf von neuem zu beginnen.
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Die Einrichtung nach Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von der nach Fig. 3 und 4 im wesentlichen nur dadurch, dass die Schwungmasse 100 und die mit ihr verbundene mittlere Scheibe 101 im Innern des aus den Scheiben 102, 103 bestehenden, fest mit der Welle verbundenen Gehäuses untergebracht sind und dass ferner für die Dämpfungsvorrichtung ein selbständiger Flüssigkeitsumlauf vorgesehen ist.
Diese Einrichtung eignet sich namentlich für in Wälzlagern gelagerte Wellen, bei denen die bei Gleitlagern
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Kammern 106 bilden. In diese Kammern ragen nach aussen gerichtete radiale V orsplünge 107 des Schwung- ringes 100 und bilden darin eine Art Kolben, welche jede Kammer in zwei Teile unterteilen. Durch die Schwungmasse sind enge Kanäle 108, 109, 108', 109'so geführt, dass jede Teilkammer sowohl mit dem linken Gehäuseraum zwischen den Scheiben 101, 102, als auch mit dem rechten Gehäuseraum zwischen den Scheiben 101, 103, in Verbindung steht.
Bei einer Relativbewegung der Teile 100 und 104 gegeneinander werden die "Kolben" 107 Flüssigkeit aus der einen Teilkammer durch die engen Kanäle 108, 109 verdrängen, während in die andere Teilkammer durch die Kanäle 108', 109'Flüssigkeit gesaugt wird.
Durch die Widerstände, welche die Flüssigkeit beim Durchströmen dieser engen Kanäle erfährt, wird die gewollte Schwingungsdämpfung hervorgerufen. Dieser Flüssigkeitsbewegung wird nun wieder eine weitere Umlaufbewegung übergelagert, zum Zweck, grössere Wärmebeträge aus der Flüssigkeit sicher abführen zu können. Hiefür trägt die Welle zwei Bohrungen 111, 112.
Durch eine die Welle dicht umschliessende Zuführungshülse 115 tritt das Öl in die Bohrung 111 und gelangt über Nabenbohrungen 116, 117 der Dämpferscheiben in die rechte Kammer zwischen den Scheiben 101 und 103, strömt von dort durch die Kanäle 109 oder 109'in die Kammern 106, verlässt diese durch die Kanäle 108 bzw. 108', gelangt in die linke Kammer zwischen den Scheiben 101, 102 und schliesslich durch Nabenbohrungen 118,
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von wo es in ein Vorratsgefäss 122 übertritt. Aus diesem saugt die Pumpe 123 die Kühlflüssigkeit an und schickt sie durch die Leitung 124 über die Hülse 115 wieder in die Wellenbohrung 111.
Die Pumpenkolbenbewegung des Teiles 107 in der Kammer 106 kann selbst zur Erzeugung des gewünschten Kreislaufes der Kühlflüssigkeit zum Zwecke ihrer Rückkühlung ausgenutzt werden. Man braucht grundsätzlich nur in die Kanäle 108, 108'. 109, 109'Ventile so einzusetzen, dass diese Kanäle immer nur in der Richtung der Pfeile f (Fig. 5) durchströmt werden können. Indessen würden die vielen vorzusehenden Ventile den Aufbau der Dämpfungsvorrichtung kompliziert machen und ihre Betriebssicherheit verringern.
Da es aber im vorliegenden Fall nicht darauf ankommt, den zur Verfügung stehenden Hub einer Pumpe voll zur Förderung auszunutzen, sondern auch eine nur teilweise Ausnutzung zur Erzeugung der Umlaufbewegung in der Flüssigkeit in der Regel genügt, so kann man die Ventile durch düsenartige Gestaltung der Kanäle ersetzen, wie dies in Fig. 7 veranschaulicht ist. Die in der gewollten Strömungsrichtung (voll ausgezogene Pfeile f) liegenden Eintrittsöffnungen der engen Kanäle sind gut abgerundet, während die Ausmündungen eng und scharfkantig gestaltet sind, derart, dass eine Strömung im umgekehrten Sinne (gestrichelte Pfeile g) grosse Widerstände durch Einschnürung vorfindet. Es wird sich also eine Hauptströmung im Sinne der Pfeile f ausbilden.
Anstatt nur einer scharfrandigen Ausmündung können auch mehrere solche hintereinander im Verlauf der Kanäle vorgesehen sein, die, wie beim Kanal 109 angedeutet ist, den Flüssigkeitsdurchtritt im Sinne der Pfeiler noch mehr erschweren.
Die Erfindung ist nicht nur auf die beschriebenen Dämpferbauarten beschränkt, sondern kann auch andern Bauarten in entsprechender Weise leicht angepasst werden. In Fällen, wo die Rückgewinnung des Kühlmittels wirtschaftlich nicht nötigist (z. B. bei Wasserkühlung), kann von der Erzeugung
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bestehen nicht nur in d ? r Erhöhung der Betriebssicherheit durch Vermeidung unzulässig hoher Erhitzung der Reibflächen oder der Dämpfungsflüssigkeit, sondern sie liegen vor allem darin, dass es möglich ist, den Schwingungsdämpfer im ganzen wesentlich kleiner zu bauen als bisher, also auch sein Gewicht und seinen Raumbedarf zu verringern, was namentlich für Fahrzeuge und hier insbesondere wieder für Luftfahrzeuge von erheblicher Bedeutung ist.
Endlich besteht die Möglichkeit, die Vorrichtung ohne Gefahr der Überhitzung vollständig einzukapseln, also beispielsweise unter Wahrung völliger Betriebssicherheit in dem Kurbelgehäuse der Maschinen selbst unterzubringen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Dämpfung der Verdrehungsschwingungen von Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schwingungsdämpfer erzeugte Wärme an einen Flüssigkeitsstrom übertragen wird, der diese Wärme aus der Dämpfungsvorrichtung herausleitet und sie erst ausserhalb derselben wieder abgibt.
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