Vorrichtung zur Verhütung von Brüchen an Wellen infolge Torsionsschwingungen. Wenn eine Welle, auf welcher zwei oder mehrere Massen gelagert sind, in Drehung versetzt wird, so ist es möglich, dass die Mas sen gegeneinander schwingen. Die Eigen schwingungszahlen sind einerseits von dem Trägheitsmoment der rotierenden Massen, an derseits von den elastischen Eigenschaften der zwischen den Massen befindlichen Wellen stücke abhängig. Steht die Drehzahl der Welle in einem bestimmten Verhältnis zu einer der Eigenschwingungszahlen, so können die Massen gegeneinander schwingen, wobei indem dazwischen liegenden Wellenstück zu sätzliche Drehkräfte auftreten, die ihren Höchstwert im Knotenpunkt der Schwingun gen besitzen und bei häufigem und längerem Betrieb im Bereiche kritischer Drehzahlen zum Bruch .der Wellen führen können.
Auch wenn zum Beispiel ein Zahnradgetriebe, eine Kupplung oder dergleichen zwischen die Mas sen geschaltet ist, tritt ein Gegeneinander schwingen der Massen bei kritischen Dreh zahlen auf. Es ist bekannt, dass sich Wellenbrüche, infolge grosser Beschleunigungskräfte oder Schwingungen der Masse in kritischen Gebie ten dadurch verhüten lassen, dass die Welle unterteilt und eine verhältnismässig schwache Reibungskupplung angeordnet wird, die zu rutschen beginnt, sobald das Drehmoment einen bestimmten Betrag überschreitet; man findet solche Rutschkupplungen zum Bei spiel .an Flugmotoren.
Für die Übertragung grösserer Kräfte kommt eine solche einfache Reibungskupplung aber nicht in Frage, einer seits, weil das Drehmoment, bei welchem die Kupplung zu rutschen beginnt, sich je nach dem Zustand der Reibungsflächen innerhalb ziemlich weiter Grenzen unerwünscht ändern kann und anderseits, weil bei den grossen Kräften und bei der hohen Frequenz der Szhwingungen, um .die es sieh fast immer handelt, .die Reibflächen in kurzer Zeit zer stört würden.
Eine andere bekannte Möglichkeit, Schwingungen bei langen Wellenleitungen unschädlich zu machen, besteht darin, dass die Welle unterteilt und ein Flüssigkeitsgetriebe zwischengeschaltet wird, so dass keinerlei starre Verbindung der beiden Wellenteile be steht, und ein Drehmoment nur so übertra gen wird, dass zwischen treibender -und ge triebener Welle ein Geschwindigkeitsunter schied vorhanden ist, das heisst, es findet also ein ständiges Schlüpfen auch ausserhalb der kritischen Gebiete statt. Durch eine solche Trennung der beiden Wellenteile kann sich erfahrungsgemäss eine Schwingung der Mas sen, auf dem einen Wellenteil gegen die Massen auf dem andern Wellenteil nicht aus bilden. Es bestehen vielmehr zwei voneinan der getrennte Schwingungssysteme, von .denen jedes seine Schwingungszahl hat.
Beide Schwingungszahlen werden aber stets höher liegen als die Eigenschwingungszahl der gan zen Wellenleitung, wenn diese starr gekup pelt wäre. Nachteilig für die Anwendung solcher Schlüpfkupplungen im praktischen Betriebe ist, dass durch das Schlüpfen ein ständiger Arbeitsverlust in Kauf genommen werden muss, der mehrere Prozent beträgt und dass die Abmessungen der Kupplungen sehr gross werden, wenn man mit geringem Schlüpfverlust auskommen will. Ausserdem können die Verhältnisse aber auch so liegen, dass das eine oder andere Wellenende für sich immer noch gefährliche kritische Gebiete be sitzt, die innerhalb der Betriebsdrehzahlen liegen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun eine Verbindung der Teile von unterteilten Wellen, die ähnlich einer gewöhnlichen Rei bungskupplung ausserhalb der kritischen Ge biete als starre Verbindung wirkt, so dass keinerlei Arbeitsverlust stattfindet, und wenn kritische Schwingungen auftreten, immer beim gleichen Drehmoment zu rutschen be ginnt, und die zum Übertragen grosser Kräfte ausgebildet werden kann, ohne dass unzuläs sige Erwärmung, Anfressungen oder derglei chen zu befürchten sind.
Erfindungsgemäss werden die Wellenteile durch Flüssigkeitsverdrängerpumpen gekup pelt, deren Druckventile so belastet sind, dass sie erst beim Überschreiten eines Druckes öffnen, der etwas höher ist als der dem gröss ten, zu übertragenden Drehmoment entspre chende Druck, so dass die Vorrichtung im normalen Betrieb als starre Kupplung wirkt.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungs beispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung im Quer- und Achsialschnitt dargestellt.
Der Wellenteil a ist mit einer Kurbel ver sehen und in dem Gehäuse c vermittelst des Zapfens d drehbar gelagert, während der Wellenteil b fest mit dem Gehäuse c verbun den ist. Letzteres trägt mehrere sternförmig angeordnete Zylinder e; die zu den Zylindern gehörigen Kolben f sind durch Pleuelstangen g mit dem Kurbelzapfen h verbunden. In den Zylinderdeckeln befindet sich je ein federbe lastetes nicht gesteuertes Saugventil i und ein ebensolches Druckventil k. Jeder Zylin derdeckel besitzt einen gemeinsamen Saug- und Druckraum. Diese Räume sind unterein ander verbunden durch die Leitungen 1 und bilden einen Sammelraum. Dieser Raum und die Räume zwischen den Kolben und den Zylinderdeckeln sind mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Schmieröl, gefüllt.
Die Federn der Druckventile sind so stark gespannt, dass diese sich erst bei einem Druck öffnen, der höher ist als der dem grössten zu übertragen den Drehmoment entsprechende Druck. Die Kolben nehmen daher die Zylinder und damit das Gehäuse und die mit letzterem verbun dene Welle b mit, solange das Drehmoment einen Höchstbetrag, welcher -durch Spannung der Federn der Druckventile genau bestimmt isst, nicht überschreitet, so dass bis zu diesem Druck die Wellen a und b praktisch starr mit einander gekuppelt sind.
Befindet sich auf den Wellenteilen a und b Massen, so pendeln diese im Bereiche von kritischen Drehzahlen gegeneinander, so dass bei jeder .der Drehsinn entgegengerichteten Schwingung .eine zusätz liche Kraft auftritt, die den grössten zuläs sigen Kolbendruck überwinden kann. Dann werden die Druckventile k geöffnet, so dass etwas Flüssigkeit in den Sammelraum strömt und die Kolben gegenüber den Zylindern um einen kleinen Beitrag voreilen.
Dadurch: wird nicht nur eine Beanspruchung der Welle über eine durch die Spannung der Druckventilfe dern bestimmte Grenze verhindert, sondern es werden auch die Schwingungen, die natür lich im Bereich einer kritischen Drehzahl im mer noch auftreten, durch das geringe Rut schen gedämpft, :so dass sie sich nicht ent wickeln können. Es ist ohne weiteres ver ständlich, dass der- Sammelraum .gleichzeitig als Saugraum für die einwärts gehenden Kol ben dient und dass in diesem.Raum ein nie driger Druck, zum Beispiel Atmosphären druck, herrschen muss. Zweckmässig wird der Druck im Sammelraum möglichst konstant gehalten und durch Undichtheit verloren ge hende Flüssigkeit ständig ersetzt.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vor richtung wirkt gleichzeitig in bezug auf beide Drehrichtungen. In Fig. 3 ist ein Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nur in einer Drehrichtung Drehmomente über trägt; die Figur zeigt einen Teil eines Quer schnittes durch die Vorrichtung. Das Saug ventil i befindet sich im Kolben und wird von einer mit der Pleuelstange g verbundenen Knagge m geöffnet. Das Saugventil könnte natürlich auch ebensogut im Zylinder oder im Deckel angeordnet und zum Beispiel durch eine Steuerung von der Kurbelwelle aus ge öffnet werden. Das Druckventil k ist am Zy linder .auf der Seite angebracht; die austre tende Flüssigkeit wird in das hermetisch ge schlossene Gehäuse c geleitet, das einschliess lich der Zylinderräume innerhalb der Kolben ganz mit Flüssigkeit gefüllt ist.
Es bildet also hier den Sammelraum für die Flüssig keit.
Nimmt man an, dass der Wellenteil a mit dem Kurbelzapfen h der treibende Teil sei und sich in der in Fig. 3 ,angegebenen Pfeil richtung dreht, so .sind die Kolben mit dem Zylindern in derselben Weise gekuppelt, wie bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2. Tritt eine Rückwärtsschwingung auf, die derart wirkt, dass das treibende Wellenende vorzu eilen bestrebt ist, .so eilen jeweils die mit der getriebenen Welle b fest verbundenen Zylin der gegenüber der Kurbel h vor, ohne nen- nenswerten Widerstand zu finden, da beim Rückwärtsdrehen die Saugventile i der nach aussen strebenden Kolben durch die Knaggen m mechanisch offen gehalten werden, wie an dem linken Zylinder in Fig. 3 ersichtlich. So mit kann durch keinen dieser Kolben Druck erzeugt werden, die Saugventile der sich nach innen bewegenden Kolben öffnen .als feder belastete Ventile automatisch.
Diese Vorrich tung hat demnach gegenüber der zuerst ge schilderten Ausführungsart den Vorteil, dass kein Drehmoment auftreten kann, welches ent gegengesetzt der gewünschten Drehrichtung auf die -getriebene Welle wirkt.
An die Stelle der dargestellten. Kolben pumpe kann auch zum Beispiel eine Zahnrad pumpe oder eine Pumpe der beim Lentzflüs- sigkeitsgetriebe verwendeten Art- treten.
Die Vorrichtung kann auch als ausrück bare Kupplung ausgebildet .sein.
Die Fig. 4 bis 7 der Zeichnung zeigen solche Ausführungsbeispiele der Erfindung. Gemäss Fig. 4 trägt der Wellenteil a eine Exzenterscheibe n, auf welcher die an den Zylinderboden mit Zugfedern p befestigten Kolben f mit Rollen o aufsitzen. Im übrigen ist die Ausführung ähnlich jener der Fig. 1 und z. Bei Drehung des Wellenteils a neh men die Kolben f die Zylinder e und damit das Gehäuse und die mit letzterem verbun dene Welle mit, solange das Drehmoment einen Höchstbetrag, welcher durch die Span nung der Federn der Druckventile k bestimmt ist, nicht überschreitet. Wird infolge von Torsionsschwingungen dieses Drehmoment überschritten, so werden die Druckventile k geöffnet und .die Exzenterscheibe n kann sich gegenüber .den Zylindern drehen, beispiels weise in der angedeuteten Pfeilrichtung.
In diesem Fall fördern .die rechts von der senk rechten Mittellinie (Fig. 4) liegenden Kolben f. Die links von der senkrechten Mittellinie liegenden Kolben hingegen, die sich in ent sprechendem Verhältnis einwärts bewegen müssen, werden, von der Exzenterseheibe nicht mitgenommen, wie dies bei den durch Pleuelstangen am -Kurbelzapfen angelenkten Kolben der Fig. 1 und 2der Fall ist;
die Rückführung .dieser Kolben erfolgt vielmehr dadurch, dass im Sammelraume ein Druck herrscht, der ausreicht, um die Reibungswi derstände der Kolben, den Strömungswider stand der Flüssigkeit, die bei der Drehung von den Kolben ausgeübte Fliehkraft und die Beschleunigungskräfte zu überwinden, so dass die Kolben jeder Bewegung des Exzen ters folgen müssen und die Rollen o in Kon takt mit ihm bleiben.
Die völlige Entkupp- lung .der Wellenteile kann somit auf einfache Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass man den Druck aus dem Sammelraum durch ein nicht :gezeigtes Absperrorgan ablässt und zum Beispiel alle Ventile i mittelst einer nicht gezeichneten Einrichtung offen hält; denn die sämtlichen Kolben bleiben dann in folge der Federn p in ihrer äussersten Stel lung, so dass der Exzenter n sich frei drehen kann. Ist die Welle a mit dem Exzenter n der getriebene Teil, so -sind die Zugfedern p überflüssig; denn die Zylinder rotieren dann weiter und die Kolben werden durch die Zen trifugalkraft in ihrer äussersten Stellung ge halten.
An .Stelle von Exzenterscheiben können auch, wie aus Fig. 5 ersichtlich, mehrfache Kurvenscheiben r verwendet werden. Der Einfachheit halber sind in die Figur nur die Laufrollen o der Kolben eingezeichnet; die übrigen Teile, wie Kolben, Zylinder, Ven tile usw. bleiben gegenüber der Ausführungs form nach der Fig. 4 unverändert.
Gemäss Fig. 6 liegen die Achsen der Zy linder e parallel zur gemeinsamen Achse der Wellenteile a und b. Die Kraftübertragung von dem Wellenteil a auf die mit dem Wel lenteil b verbundenen Zylinder erfolgt durch eine zur Wellenachse geneigte ebene Scheibe s. An Stelle von Laufrollen sind Gleich stücke t für den Antrieb der Kolben f ange ordnet. Diese Ausführung arbeitet wie die nach Fig. 4. Bei einer Relativbewegung zwi schen der müdem Wellenteil a verbundenen Scheibe s und dem Gehäuse c, das mit den Zylindern vereinigt und auf der Welle a drehbar gelagert ist, müssen sich die Kolben f in den .Zylindern bewegen. Dies ist wieder erst dann möglich, wenn der durch die Kor- ben hervorgerufene Flüssigkeitsdruck so gross ist, dass die federbelasteten Druckventile k geöffnet werden.
Der Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 4 besteht darin. dass die bei der Rotation durch die Kolben hervorgerufenen Fliehkräfte rechtwinklig zur Bewegungsrichtung .der Kolben wirken und von den Zylinderwandungen aufgenommen werden. Der zur Rückführung der Kolben erforderliche Überdruck in dem Sammelraum to kann daher entsprechend geringer sein. Durch Zugfedern p werden auch hier bei Ab schalten des Flüssigkeitsdruckes im Sammel- raum und bei Entlastung der Druckräume der Zylinder die Kolben in die äusserste Stellung gebracht, in welcher sie ausserhalb des Be reiches der Scheibe s sind.
An :Stelle einer .schrägen Scheibe mit ebe nen Flächen kann, wie aus Fig. 7 ersichtlich, eine mehrfache Kurvenschleife Verwendung finden, die zweckmässig mittelst Rollen auf die Kolben einwirkt.