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Soll eine Räder tragende Welle sehr rasch umlaufen, so muss ihre geometrische Achse sehr nahe mit einer der Hauptträgheitsachsen der umlaufenden Massen zusammenfallen, wlehe durch den Schwerpunkt dieser Massen gehen.
Um diese Bedingung zu erfüllen, befestigt man zusätzliche Massen an den beiden Enden der Welle an Stellen, die mit grosser Genauigkeit bestimmt werden müssen. Diese Bestimmung wird um so schwieriger, je grösser die Winkelgeschwindigkeit wird und ist unmöglich. wenn die bewegten Teile bei der Drehung eine Formänderung erleiden.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zwei oder mehrere zur geometrischen Achse der sich drehenden Masse konzentrische Ringkanäle zum Teil mit Quecksilber, Metallkugeln oder Metallspänen gefüllt sind.
Damit diese Ausgleichvorrichtungen richtig wirken können, ist es unerlässlich, dass die Welle nicht gezwungen ist, sich um ihre geometrische Achse zu drehen, sondern dass sie ihre Drehachse selbst wählt, wie ein Kreisel.
Man kann dies dadurch erreichen, dass man ihre Lager in festen Ringen frei verschiebbar, aber nicht drehbar macht.
Wenn sich die Welle nicht mehr um ihre geometrische Achse dreht, so bewegen sich die Lager wie Exzenterringe. Der Spielraum zwischen ihnen und den sie umgebenden Ringen muss hinreichend gross sein, damit sie sich frei bewegen können.
Legt sich ein Lager gegen den es umschliessenden Ring, so wird es vermöge seiner exzenterringartigen Bewegung gegen die entgegengesetzte Seite des Ringes geschnellt. Mit je grösserer Geschwindigkeit das Lager gegen den Ring trifft, desto gewaltsamer kann es zurückgeschleudert werden. Die Bewegungen der Lager müssen daher stark abgedämpft werden, damit sie nur mit geringer Geschwindigkeit gegen die Ringe treffen.
Zu dem Zweck wird nach der Erfindung den Lagern die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Einrichtung gegeben.
A ist das Lager und B der seine Verschiebungen begrenzende Ring. Ein Zapfen C tritt durch den Ring B hindurch in das Lager und sichert die beiden gegen Drehung, es ist aber zwischen dem Zapfen, dem Lager und dem Ring hinreichend Spielraum gelassen, damit sich das Lager und der Ring wagerecht und lotrecht im erforderlichen Ausmass bewegen können.
Für gewöhnlich wird der Ring B durch drei radial gestellte, rechteckige Platten oder Gitter E festgehalten. Übersteigen die vom Ring B aufzunehmenden Kräfte eine gewisse Grenze, so geben die Platten nach und der Ring wird beweglich. Der Vorteil dieser Anordnung wird später erläutert.
Der Zapfen C ist hohl ; durch ihn wird Öl unter Druck eingeführt, von dem ein Teil die Welle schmiert und der andere durch Öffnu, ri D zwischen Ring und Lager strömt.
Um die Bewegungen des Lagers A bessn zu dämpfen, ordnet man zwischen diesem und dem Ring B einen oder mehrere sehr dünne unu leichte konzentrische Ringe an ; man kann sie aus Aluminium oder Zelluloid von geeigneter Art herstellen. Diese Ringe sind in Fig. 1 durch punktierte konzentrische Kreise a angedeutet. Man kann die Ringe a auch durch ein dünnes spiralförmig gewickeltes Blatt oder Häutchen ersetzen. Die Ringe oder die Spirale dienen dazu, die Reibung zu vergrössern, die bei der Bewegung des Öles infolge der Verschiebungen des Lagers auftritt
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Enden der Welle haben auf ihre Lager nur mässige Kräfte zu übertragen.
Man kann aber den verfÜgbaren Zwischenraum zwischen dem Lager A und dem Ring B nicht erheblich vergrössern, um eine stärkere Unauegeglichenheit der umlaufenden Massen, bezogen auf die geometrische Achse ihrer Welle, unwirksam zu machen. Die Welle wird schwingen und alle Massen in Schwingungen versetzen, wobei die Befestigung dieser Massen ungebührlich beansprucht wird. Andererseits müssen sich in fast allen Fallen die von der Welle getragenen Räder mit geringem Spielraum in einem Ständer drehen. Die Mittelebenen. der Räder können sich daher gegen die geometrische Achse der Welle nicht neigen, wenn dieser Spielraum nicht vergrössert wird und das ist der Leistung abträglich.
Die Welle kann also praktisch nur dann freigemacht werden, wenn die umlaufenden Massen bereits gut ausgeglichen sind. Man erreicht also scheinbar durch die freie Lagerung der Welle keinen Vorteil, aber diese Lagerung gestattet, selbsttätige Ausgleichvonichtungen zu benutzen, welche den eigentlichen Gegenstand der Erfindung bilden.
Jede dieser Ausgleichvorrichtungen (Fig. 2) besteht aus einem zur geometrischen Achse x, y der Welle konzentrischen Kanal H, beispielsweise in einem Ring I, der auf ein auf der Welle aufgekeìltes Rad J warm aufgezogen ist. In diesen Kanal wird durch nachher zu verschliessende Löcher eine gewisse Menge Quecksilber eingegossen, welche den Kanal nicht vollständig ausfüllt. Jede Räder tragende Welle ist mit mindestens zwei Ausgleichvorrichtungen auszustatten.
Diese Quecksilbermassen stellen zusätzliche Massen dar und es wird sich später zeigpn, dn.ss, wenn die Welle ihre Drehachse frei wählen kann (was eine wesentliche Bedingung ist), diese zusätzlichen
Quecksilbermassen stets das Bestreben haben, die Hauptträgheitsachse der rotierentler'Alassen der geometrischen Achse der Welle zu nähern.
Fig. 3 ist ein schematisch gehaltener Schnitt einer AusgleichvorrichtuJlg senkrecht Achse y.
Die Punkte 0, L und G sind die Schnittpunkte der geometrischen Achse der Welle bzw. der wirklichen Drehachse und der der Achse x, y nächstliegenden Hauptträgheitsachse der um- laufenden Massen (mit Ausschluss der Quecksilbermassen) ; die letztgenannte Achse geht durch den Schwerpunkt der umlaufenden Massen. Der leichteren Erklärung wegen sei angenommen. dass die drei Achsen zueinander parallel sind.
Wenn die Welle sich frei bewegen kann, liegt der Punkt L (Fig. 3) fotgerirhtigerweise in der Geraden O#G zwischen den Punkten 0 und G.
Hat das Quecksilber die Winkelgeschwindigkeit der Welle erreicht, so ist die freie Quack- silberoberfläche eine um die wirkliche Drehachse geschlagene Rotationszylinderfläche. Der Schnitt der freien Quecksilberoberfläche mit der Schnittebene der Fig. 3 ist ein Kreis. U. dessen Mittel- punkt in L liegt. Andererseits wird die Quecksilbermasse durch die Aussenwand des Ring- kanals H, H begrenzt, die sich in Fig. 3 als Kreis P darstellt, der in 0 seinen Mittelpunkt hat. Diese Quecksübermasse ist, auf den Punkt L bezogen, nicht ausgeglichen. Ihr Schwerpunkt liegt
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so dass sie sehr nahe an den Punkt L heranrückt, wenn die den Verschiebungen des Punktes 0 entgegenwirkenden Dämpfungskräfte klein sind im Vergleich mit der Trägheit.
Manchmal ersetzt man die Ausgleichvorrichtung nach Fig. 2 durch eine solche nach Fig. 4.
Da die Tiefe des Ringkanals einer AusgleichvolTichtung nur gering zu sein braucht, so kann man eine grosse Anzahl von zur geometrischen Achse konzentrisch angeordneten Kanälen über- einander lagern, indem man beispielsweise Ringe I, 12 usw. übereinander warm aufzieht. In die Ringkanäle führt man durch nachher zu verschliessende Löcher Quecksilber ein. Man erhält so Ausgleichvorrichtungen von grosser Wirksamkeit und geringem Gewicht und Raumbedarf.
Es ist festzuhalten, dass diese Vorrichtungen nur dann wirken können, wenn die Welle ihre Drehachse frei wählen kann.
Die bauliche Ausführung der Ausgleichvorrichtungen ist vorstehend nur beispielsweise angegeben worden. Jede vollkommen geschlossene Kanäle liefernde Konstruktion ist geeignet.
Man könnte die Ausgleichvorrichtungen auch aus flachen Stahlrohren (wie beim Bourdonischen Manometer) herstellen, die man nach Füllung mit der gewünschten Menge Quecksilber durch autogenes Löten in sich schliesst. Man kann das Quecksilber auch durch Stahlkugeln von entsprechender Grösse oder durch Metallfeilsp ne ersetzen.
Soll eine Welle mehrere Räder R1, R2 usw. (Fig. 5) tragen, so empfiehlt es sich, ihr ebensoviel Ausgleichvorrichtungen 81, 82 usw. wie Räder zu geben, indem man an jedem Rad eine Ausgleich- vorrichtung anbringt. Es empfiehlt sich, der Ausgleicbvorrichtung einen möglichst grossen Halb-
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Die Wellenenden und Lager werden dann nie stark beansprucht werden. Das wird aber nicht immer möglich sein, weil der nötige Raum nicht zur Verfügung steht. Man kann sich damit begnügen, zwei Ausgleichvorrichtungen S', S'an den beiden Enden der Welle anzubringen (Fig. 7).
Macht man sie hinreichend kräftig, um den Wirkungen eines Unfalles zu begegnen, so kann es geschehen, dass die Welle eine sehr beträchtliche Kraft/1 beispielsweise in der Mitte und zwei entgegengesetzt gerichtete, von den Ausgleichvorrichtungen herrührende Kräfte/1'/2 an den Enden aufzunehmen hat und dann die Gefahr besteht, dass sich die Welle falsch stellt oder verbiegt.
Man kann in diesem Fall nicht Ausgleichvorrichtungen benutzen, die hinreichend kräftig sind, um Schwingungen der Welle bei Unfällen zu verhüten. Man beschränkt die Schwingungen durch zwei oder mehr entlang der Welle verteilte feste Schutzringe T1, T2. Bei einem Unfall läuft die Welle in Berührung mit den Schutzringen, bis die Maschine angehalten wird, ohne dass sie Schaden leidet. Sobald diese Berührung eingetreten ist, hört sie nicht mehr auf, man muss daher jede Berührung zwischen der Welle und den Schutzringen beim normalen Gang hintanhalten, indem man der Welle in den Ringen ein grösseres Spiel gibt, als den Lagern in ihren festen Ringen. Dann treffen aber bei einem Unfall die Lager gegen die festen Ringe (Fig. 1). Die Welle stemmt sich dagegen und verbiegt sie.
Aus diesem Grunde wird der Ring B bloss von drei Schenkeln E abgestützt, welche nachgeben und den Ring freigeben können, wenn die auf denselben übertragene Beanspruchung eine gewisse Grenze überschreitet.
Die vorstehend beschriebene Einrichtung kann bei jeder Räder oder Massen trage@den Welle verwendet werden, wenn die mangelhafte Ausbalancierung der umlaufenden Massen dah. n führt, der Welle übermässig lange Lagerungsteile zu geben. Sie gestattet insbesondere Turbinen und Rotationskompressoren mit grosser Drehgeschwindigkeit auszuführen.
Bei DYl1amomaschÜlen gestatten diese hohen Geschwindigkeiten, in wirtschaftlicher Weise Wechselstrommaschinen von der Gleichpoltype ausznführen, die einen eisenfreien festen Anker haben und deren Feld durch eine zentrale, gleichfalls feste Spule erregt wird und bei denen man bloss eine Eisenmasse zu drehen braucht. Die Abwesenheit von Eisen im Anker beseitigt die Velschiedenheiten der Anziehung, die sich bei den gewÖhnlichen Maschinen äussern und die Welle
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handenen Gleichrichter von Cooper-Hewitt gestatten. Wechselstrome von den höchsten Frequenzen und hohen Spannungen bei guten Nutzeffekt gleichzurichten. Man brancht daher keinen Kollektor zu benutzen.
PATENT-ANSPRÜCHE:
1. Selbsttätige Ausgleichvorrichtung für umlaufende Massen, die sich um eine ihrer Haupt- trägheitsachse drehen können, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere zur geometrischen Achse der sich drehenden Massen konzentrische Ringkanäle, die zum Teil mit Quecksilber, Metallkugeln oder Metallfeilspänen gefüllt sind.