CH139258A - Vorrichtung zur Verhütung von Brüchen an Wellen infolge Torsionsschwingungen. - Google Patents

Vorrichtung zur Verhütung von Brüchen an Wellen infolge Torsionsschwingungen.

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CH139258A
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Sandner Erich
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Sandner Erich
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/04Crankshafts, eccentric-shafts; Cranks, eccentrics
    • F16C3/06Crankshafts

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description


  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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Verhütung von Brüchen an unterteilten Wellen infolge Torsions schwingungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenteile durch rotierende Flüssigkeits verdrängerpumpen gekuppelt sind, deren Druckventile so belastet sind, dass .sie erst beim Überschreiten eines Druckes öffnen, der etwas höher ist, als der dem grössten zu übertragenden Drehmoment entsprechende Druck, so dass die Vorrichtung ausserhalb des Bereiches kritischer Drehzahlen als, starre Kupplung wirkt. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> l..
    Vorrichtung nach Patentanspruch mit Kol benpumpen, die nur in einer Drehrichtung ein Drehmoment übertragen kann, da durch gekennzeichnet, dass die Saugventile ,der Pumpen beim Saughub<B>(f)</B> offen ge halten werden. 2. Vorrichtung narb Patentanspruch mit Kol benpumpen, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung zwischen den Kol-- ben f und dem einen Wellenteil a durch eine Scheibe n, r, s erfolgt und dass die Kolben f durch eine Rückstellkraft mit der Scheibe n, r, s in Berührung gehalten wer den. 3.
    Vorrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellkraft ausschaltbar ist und dass die Kolben f bei Entkupplung der bei den Wellenteile ausser dem Bereich der Scheibe bleiben. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch und Un teransprüchen 2 und 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kolben f in der Entkupp- lungsstellung durch Federn p gehalten werden. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch und Un teranspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass die Pumpenzylinder e parallel zu dem sie tragenden Wellenteil angeordnet sind, so dass die Zentrifugalkräfte nicht in :der Hubrichtung der Kolben wirken und die Rückstellkraft entsprechend klei ner sein kann.
CH139258D 1929-03-19 1929-03-19 Vorrichtung zur Verhütung von Brüchen an Wellen infolge Torsionsschwingungen. CH139258A (de)

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