Einrichtung an Wellen zur Dämpfung von Torsionsschwingungen. Befinden sich auf einer Welle zwei oder mehr Massen und wirken auf die Welle pulsierende Kräfte, so können Torsions schwingungen auftreten, sobald zwischen dem Takt der pulsierenden Kräfte und einer der Eigenschwingungszahlen des Wellensy stems ein bestimmtes Verhältnis (Resonanz) besteht Solche Torsionsschwingungen erzeu gen zusätzliche Verdrehungsbeanspruchungen, die so hohe Werte annehmen können, dass ein längerer Betrieb in solchem kritischen Gebiete zum Bruch der Welle führen würde; auch kann schon ein häufiges Durchfahren dr kritischen Gebiete unerwünscht hohe Ma terialbeanspruchungen ergeben.
In Fällen, wo es nicht möglich ist, die gefährlichen Torsionsschwingungen ausser halb des Betriebsbereiches zu verlegen, muss man zu Vorrichtungen greifen, welche eine Dämpfung der Schwingungen und damit eine entsprechende Verringerung der Verdrehungs beanspruchungen der Welle bewirken.
Es ist bekannt, dass Torsionsschwingun gen abgedämpft werden, wenn man an einer Stelle der Wellenleitung, an welcher die Schwingungsausschläge möglichst gross sind, eine Schwungmasse drehbar auf der Welle an bringt und sie gegen eine mit der Welle fest verbundene Mitnehmerscheibe drückt so dass die Schwungmasse infolge der Reibung an der Drehung der Welle teilnimmt. Die Rei bung muss so stark sein, dass die Schwung- masse eben noch alle im normalen Betrieb auftretenden Ungleichförmigkeiten der Win kelgeschwindigkeit der Welle mitmacht, ohne zu rutschen.
In kritischen Gebieten würde die Mitnehmerscheibe mit der Schwungmasse mit grösseren Ausschlägen schwingen und zwi schen der Mitnehmerscheibe und der Schwung- masse wären grosse Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte zu übertragen. Da die Reibung dazu nicht ausreicht, muss die Schwungmasse rutschen, wenn die Mitnehmer scheibe über einen bestimmten Ausschlag hinaus schwingt; durch dieses Rutschen ist aber der Schwungmasse die für das Zustande kommen der Schwingungen beider betreffen- clen Drehzahl erforderliche Rückstellkraft ge- nommen; die Vorbedingungen der Schwin gungen sind also gestört und die Schwin gungen können sich nicht entwickeln.
Dieses einfache Reibungsschwungrad hat aber den Nachteil, dass die Reibungsflächen in kurzer Zeit zerstört werden, besonders wenn es sich um grössere Abmessungen han delt, denn, obgleich die Schwingungsaus schläge verhältnismässig klein sind, so erfol gen die Schwingungen doch fast immer mit einer hohen Frequenz und das Schwungmo- ment der Schwungmasse muss, damit die be absichtigte Wirkung erzielt wird, ziemlich gross sein; ausserdem ist der Erfolg fiür eine gegebene Wellenleitung am günstigsten, wenn das Rutschen der Schwungmasse bei einem bestimmten Drehmoment stattfindet; diese Bedingung kann aber mit einer gewöhnlichen Reibungsverbindung nicht erfüllt werden, weil das Drehmoment, bei welchem die Kupp lung gleitet, sich stark ändert.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Dämpfung von Torsionsschwingungen mit- telst einer Schwungmasse, die mit der Welle so verbunden ist, dass ein beliebig häufiges und lange andauerndes Rutschen des Schwungringes ohne unzulässige Erwärmun gen oder Anfressungen möglich ist, ohne dass eine Änderung des einmal eingestellten Dreh momentes, bei welchem das Rutschen beginnt, eintreten kann.
Erfindungsgemäss wird möglichst an der Stelle grössten Schwingungsausschlages eine Schwungmasse angeordnet, die durch eine ro tierende Flüssigkeitsverdrängerpumpe mit der Welle gekuppelt ist, deren Druckventile zum Beispiel durch Federn, so belastet sind, dass sie erst bei Überschreitung eines Druckes öffnen, der nur bei Torsionsschwingungen er reicht wird. Als Schwungmasse kann irgend eine Schwungmasse (zum Beispiel der Rotor einer Dynamomaschine) Verwendung finden.
Die beiliegenden Figuren zeigen beispiels weise Ausführungsformen des Erfindungsge genstandes, und zwar Fig. 1 zeigt eine Einrichtung mit stern förmig angeordneten Kolbenpumpen im Quer schnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie -B in Fig. 1, Fig. 3 eine Vorrichtung mit kreisförmig angeordneten Zahnradpumpen im Querschnitt, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie C-D in Fig. 3, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie E-F in Fig. 3.
Nach Fig. 1 bis 2 ist die Welle a, an welcher Drehschwingungen abgedämpft wer den sollen, möglichst an der Stelle des gröss ten Schwingungsausschlages mit einer Kurbel mit einem Kurbelzapfen f versehen; das Ge häuse b ist auf der Welle drehbar gelagert und trägt mehrere sternförmig angeordnete Zylinder c; die zu den Zylindern gehörigen Kolben d sind durch Pleuelstangen e mit dem Kurbelzapfen f verbunden. In den Zylinder deckeln befindet sich je ein federbelastetes Saugventil g und ein ebensolches Druckven til h.
Jeder Zylinderdeckel besitzt einen gemein samen Saug- und Druckraum; diese Räume sind durch die Kanäle i miteinander zu einem Sammelraum verbunden. Die Zylinder sind aussen so verstärkt dass sie, miteinander in nicht gezeigter Weise verschraubt, eine Schwungmasse bilden. Die Arbeitsräume der Zylinder und der Sammelraum sind mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Schmieröl oder Gly zerin, vollständig gefüllt. Meistens rotiert die Welle ausserhalb der kritischen Drehzah len nicht mit vollkommen gleichmässiger Winkelgeschwindigkeit, sondern die an der Welle wirkenden pulsierenden Kräfte erzeu gen eine bestimmte Ungleichförmigkeit.
Die Federn der Druckventile müssen nun so stark gespannt sein, dass die Druckventile bei den dabei auftretenden Flüssigkeitsdrücken ge schlossen bleiben, so dass der mit den Zylindern verbundene Schwungring diese Schwingungen mitmachen muss, ohne dass eine relative Ver drehung zwischen der Welle und den dern dabei auftritt.
Die Grösse der Feder spannung muss in jedem Falle besonders er mittelt werden. Iin Bereiche von kritischen Drehzahlen werden die Ausschläge der Schwingungen der Welle bei der Einrichtung erheblich grösser, auch erfolgen die Eigen schwingungen meist mit einer verhältnis mässig hohen Frequenz, so dass die zur Be schleunigung der Schwungmasse notwendigen Kräfte wesentlich grösser werden müssten, als es der Spannung der Federn der Druck ventile entspricht, so dass die Zylinder mit der Schwungmasse nur in beschränktem Masse an den Schwingungen der Welle teilneh- muen und dadurch eine Dämpfung verursachen.
Sobald nämlich die Schwungmasse die Schwingungen der Welle nicht mehr ganz mitmacht, ändern sich die Faktoren, welche die Zahl der Eigenschwingungen in der Mi nute bedingen, das heisst die kritische Dreh zahl hat das Bestreben sich zu verschieben. Hierdurch werden die Ausschläge und damit die Trägheitskräfte, welche die Welle bean spruchen, herabgemindert.
Die Flüssigkeit, welche hierbei durch die Druckventile hindurchgedrückt wird, gelangt in den Sammelraum und zur selben Zeit sau gen andere Kolben eine gleiche Menge aus dem Sammelraum an. In diesem Raum herrscht ein niedriger Druck, zum Beispiel Atmosphärendruck, der durch eine nicht ge zeigte Einrichtung möglichst konstant gehal ten wird, ferner wird durch Undichtheiten etwa, verloren gehende Flüssigkeit in nicht gezeigter Weise ständig ersetzt.
Natürlich könnten die Ventile auch in den Kolben angeordnet sein und der ganze Ge häuseraum (Kurbelkammer) als Sammelraum dienen.
Auch kann die Zuführung der Flüssigkeit zu den Saugventilen durch je eine Leitung von aussen erfolgen und die aus den Druck ventilen austretende Flüssigkeit durch je eine andere Leitung nach aussen abgeführt werden.
Zweckmässig werden auf einer Welle be nötigte Massen, die im Bereiche von kriti schen Drehzahlen etwas rutschen dürfen und auf der Welle an einer Stelle grossen Schwin gungsausschlages angeordnet werden können, mit dieser durch eine rotierende Flüssigkeits verdrängerpumpe gekuppelt, so dass besondere Schwungmassen eingespart werden. So könnte zum Beispiel der Rotor einer direkt anzu- treibenden Dynamomaschine in der angege benen Weise mit der Welle gekuppelt sein, indem er auf der Welle drehbar angeordnet und mit dem Pumpengehäuse fest verbunden wird.
An Stelle der in Fig. 1 und 2 darge stellten rotierenden Kolbenpumpe kann auch zum Beispiel eine Zahnradpumpe oder eine Pumpe der beim Lentz-Flüssigkeitsgetriebe verwendeten Art angeordnet sein. Ein Aus führungsbeispiel mit einer Zahnradpumpe ist in den Fig. 3 bis 5 im Querschnitt und zwei Längsschnitten dargestellt.
Auf der Welle a ist ein Zahnrad k fest aufgekeilt, in welches mehrere kleinere Zahn räder 1 eingreifen, die im Gehäuse m und dessen Deckel n drehbar gelagert sind. Die ganze Vorrichtung besitzt also mehrere Zahn radpumpen, die konzentrisch um ein gemein sames Triebrad angeordnet sind. Gehäuse nebst Deckel sind gegen die Welle drehbar gelagert. Wenn sich die Welle mit dem Trieb rad k in der angedeuteten Pfeilrichtung ge genüber dem Gehäuse dreht, so wird die Flüssigkeit in die Kanäle o gedrückt, wäh rend durch die Kanäle p Flüssigkeit ange saugt wird. Bei umgekehrter Drehung zwi schen Welle und Gehäuse wird p Druckkanal und o Saugkanal. Die Kanäle o münden in eine gemeinsame ringförmige Kammer q, die im Gehäuse untergebracht ist, während die Kanäle p mit einer ähnlichen Kammer r im Deckel in Verbindung stehen.
Zwischen den Kammern q und r sind Zwischenkammern s angeordnet, von denen der eine Teil mit der Kammer r über je ein Saugventil t und mit der Kammer q über je ein Druckventil u und der andere Teil umgekehrt mit der Kam mer r über ein Druckventil u und mit der Kammer q über ein Saugventil t in Verbin dung steht. Die Federn der Druckventile u sind wieder so stark gespannt, dass die Ven tile erst bei Überschreitung eines zum Mit nehmen der Schwungmasse bei Abwesenheit von Torsionsschwingungen der Welle ausrei chenden Druckes öffnen und' in den Zwischen räumen s wird' in nicht gezeigter Weise ein niedriger Druck aufrechterhalten. Es ist ohne weiteres verständlich, dass die Wirkung genau die gleiche ist wie bei der Kolbenpumpe.
Die erforderliche Schwungmasse lässt sich sehr einfach mit dem Gehäuse vereinigen. Die Saugventile t können auch fehlen.
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ventile nicht genügen, muss die Kupplung zwischen der Schwungmasse und der Welle einer starren Kupplung zum mindesten sehr nahe kommen. Bei der Einrichtung mit Zahnradpumpen lässt sich dies, indem die Zahnräder genau zusammengepasst werden, in genügendem Masse erreichen. Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Einrichtung mit Kolben pumpen ist aber ein toter Gang unvermeid lich, der hauptsächlich von dem Spiel in den Pleuelstangenlagern herrührt und der noch dadurch vergrössert wird, dass der Kurbel radius sehr klein ist im Verhältnis zum Aussendurchmesser der Schwungmasse; letz tere kann deshalb um einen gewissen Betrag hin- und hergedreht werden, ehe die Kolben zur Wirkung kommen.
In den Fig. 6 bis 9 sind nun zwei. Einrichtungen mit Kolben pumpen angegeben, bei denen der tote Gang erheblich geringer ist.
Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch eine Einrichtung mit Zylindern, deren Achsen parallel zur Welle sind; Fig. 7 zeigt in kleinerem Massstab eine Ansicht der Mitnehmerscheibe K in Fig. 6; Fig. 8 ist ein Querschnitt durch eine an dere Einrichtung mit radial angeordneten Zylindern; Fig. 9 ist ein Schnitt nach Linie G-H zu Fig. 8.
Bei der Einrichtung nach Fig. 6 und 7 sitzt auf der Welle a fest aufgekeilt eine Mitnehmerscheibe K, die einen wellenför migen Kranz mit sechs ganzen Wellen besitzt (Fig. 7). Die Zylinder sind aussen im Ge häuse M paarweise koaxial so angeordnet, dass ihre Achsen parallel zur Welle a liegen: das Gehäuse M ist drehbar auf der Welle gelagert und kann so schwer ausge führt werden, dass es die erforderliche Schwungmasse aufweist. Die zwei Kolben d jedes Zylinderpaares sind miteinander ver-
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ein Saugventil g und ein Druckventil h an einen Flüssigkeitssammelraum i angeschlos sen. Durch den wellenförmigen Kranz der Mitnehmerscheibe werden sie zwangsläufi- hin- und herbewegt, sobald eine Relativbe wegung zwischen der Mitnehmerscheibe K und dem Gehäuse 3M stattfindet.
Jede Re lativbewegung erzeugt also eine Pumpenwir kung genau wie bei der Ausführung nach Fig.1 und 2 und es ist natürlich auch die Wir kung der Einrichtung bei auftretenden Tor sionsschwingungen genau die gleiche. Der Vorteil der Einrichtung nach Fig. 6 und 7 liegt darin, dass bei einer bestimmten rela tiven Drehung der Schwungmasse also des Gehäuses M gegenüber der Welle a die Kol ben d einen erheblich grösseren Weg zurück zulegen gezwungen sind, als bei der andern Einrichtung; denn wenn man zum Beispiel annimmt, dass die Kurvenführung der Mit nehmerscheibe K in der Mitte eine Neigung von 45 besitzt, so würden die dort ste henden Kolbenrollen L einen Weg in der Richtung der Zylinderachse zurücklegen. welcher der Umfangsbewegung des Gehäuses M entspricht, gemessen am Mittelpunktdurch messer der Zylinder.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 dagegen würden die Kolben im gleichen Fall nur etwa den sechsten Teil dieses Weges ausführen. Hieraus ergibt sich, dass etwa vorhandener toter Gang sich bei der Vorrichtung nach Fig. 6 und 7 weniger schädlich bemerkbar machen wird, als bei derjenigen nach Fig. 1 und 2.
Die zu einem Zylinderpaar gehörigen Kolben müssen nicht miteinander verbunden sein; wenn man zum Beispiel dafür sorgt, dass in dem Flüssigkeitssammelraum i oder in dem Saugraum, wenn dieser von dem Druck raum getrennt sein sollte, stets ein Über druck (z. B. von etwa 1 bis 3 kg/cm2) herrscht; dann werden die Kolben beim Einwärtsgang gegen die Kurvenführung der Mitnehmer- scheibe K gedrückt und die Wirkung ist genau die gleiche.
Die Fig. 8 und 9 zeigen eine Einrich tung mit sternförmig angeordneten Zylin dern; der Zylinderstern O sitzt fest auf der Welle a; das Gehäuse N ist drehbar auf der Welle gelagert und bildet die Schwung- masse; der Mantel des Gehäuses N ist innen wellenförmig ausgebildet, besitzt sechs Wellen und dient als Laufbahn für die Rollen L der Kolben d; die Ventile g und h stehen mit dem Innenraum des Gehäuses in Ver bindung, der den Flüssigkeitssammelraum i bildet. Die Kolben d werden durch Federn P und die Fliehkraft gegen die Laufbahn des Gehäuses gedrückt. Es ist ohne weiteres verständlich, dass die Wirkung als Kolben pumpe und der Vorteil gegenüber der Kon struktion nach Fig. 1 und 2 die gleichen sind, wie bei der Einrichtung nach Fig. 6 und 7.
Bei den beiden Einrichtungen nach Fig. 6 bis 9 führen die Kollben d im Unterschied gegenüber der Einrichtung nach Fig. 1 und 2 bei einer ganzen Relativdrehung zwischen Schwungmasse und Welle die Kolben sechs Saug- und Druckhübe aus.
Auch die Einrichtungen nach den Fig. 6 bis 9 können so, gebaut werden, dass die Flüs sigkeit aus besonderen Kammern den Saug ventilen g zugeführt und von den Druck ventilen h, in andere Kammern abgeleitet wird.