Elastische Kupplung mit mechanischen Federn als Dämpfer der Torsionsschwingungen Die Erfindung betrifft eine elastische, mit mecha nischen Federn ausgerüstete Kupplung, welche als Dämpfer von Torsionsschwingungen dient und eine nichtlineare Federcharakteristik aufweist.
Die kritischen Torsionsschwingungen stellen. näm lich eine ziemlich gefährliche Erscheinung bei der Festigkeit der Kurbelwellen, Schubstangen, Kurbel zapfen und manchmal sogar selbst des Motorgehäuses dar. Sie treten bei allen Mehrzylindermotoren auf, namentlich aber bei Schnellauftriebwerken.
Im Falle, dass die Amplitude der Torsionsschwin- gung eine gewisse Grenze überschreiten sollte, über steigt gleichzeitig die Beanspruchung des Materials der Welle oder eines anderen Bestandteiles die Grenze der Bruchfestigkeit und die Welle oder ein anderer Motorbestandteil bricht. Um ein solches. Vorkommnis zu vermeiden, werden verschiedene Arten von Anord nungen des Kurbelantriebes vorgesehen.
Es werden zu diesem Zwecke verschiedene elastische Elemente (elastische Kupplungen usw.) verwendet, um eine Änderung der eigenen Frequenz der Torsionsschwin- gungen und dadurch auch die Verschiebung derkriti- schen Drehzahl! in den ausserbetrieblichen Bereich zu erzielen, oder aber es werden auf den Wellen spezielle Dämpfer aufgebracht, welche diese gefährlichen Schwingungen abdämpfen. Solche Dämpfer verlangen jedoch eine besondere Bauart der Kurbelwelle, ver grössern das Motorgewicht, und ihre Entwicklung und Einstellung scheint erhebliche Schwierigkeiten her vorzurufen.
Die elastischen Kupplungen, welche die eigene Frequenz z. B. des Kurbelantriebes (besonders bei Einknotenpunktschwingungen) vermindern, werden in verschiedenen Typen und Ausführungen hergestellt. Die Frequenzverminderung kann nur in gewissen Grenzen erfolgen, so dass auch der Fall zutreffen kann, dass bei verminderten Frequenzen in dem Betriebsdrehzahlbereiche eine gewisse kritische Dreh zahl beibehalten wird, was allerdings die Sicherheit des Kurbelantriebes gefährden kann.
In diesem Falle erscheint es notwendig, die Charakteristik der elasti schen Kupplung so durchzuführen, dass bei der Ver grösserung der Torsionsschwingungsamplituden auch eine Änderung der Frequenz des ganzen Kurbelantrie bes eintreten kann, womit die kritische Drehzahl in dem ausserbetrieblichen Bereich abgewälzt und die Torsionsamplituden im Betriebsbereich verkleinert werden können.
Dazu wird vielfach die sogenannte nichtlineare Charakteristik der Kupplung gebraucht.
Es gibt verschiedene Typen solcher Kupplungen: a) Elastische Kupplungen, bei welcher Gummi als federndes Element verwendet wird, b) elastische Flüssigkeitskupplungen (Ölkupplun- gen) und c) elastische, mit mechanischen Federn ausgestattete Kupplungen.
Die federnden Gummielemente sind zwar verhält nismässig einfach, jedoch nicht genügend dauerhaft und ihre Dämpfungseigenschaften werden mit der Zeit verschlechtert. Die Flüssigkeitselemente verlangen dagegen eine komplizierte Bauart, was auch höhere Gestehungskosten verursacht. Ausserdem sind sie, was die Abnützung der Abdichtflächen sowie die generelle Einstellung anbelangt, ausserordentlich empfindlich.
Aus diesen Gründen werden mechanische Federn verschiedener Bauart als meistbenützte federnde Ele mente in Anspruch genommen. Die meistverbreitete dämpfende Kupplung ist eine Kupplung mit wellen artig gewickelten Federn, welche ausserordentlich gutes Dämpfungsvermögen besitzt. Hier wird die nichtlineare Charakteristik durch Änderung der Feder- länge erzielt.
Diese Kupplung ist jedoch verhältnis mässig kompliziert und ungünstig, was ihr Gewicht anbelangt, ausserdem verlangt eine solche Kupplung spezielle Erzeugungseinrichtungen zur Herstellung der wellenartig gewickelten Kreisfedern. Andere bekannte elastische Kupplungen weisen in ihrer Charakteristik eine verhältnismässig kleine Nichtlinearität auf und dienen ohne Rücksicht auf die Dämpfung der Tor sionsschwingungen meistens zur konstanten Herab setzung der Eigenfrequenz des Kurbelantriebes.
Der Gegenstand der Erfindung stellt dagegen eine elastische Kupplung mit mechanischen Federn dar, welche, was ihre Bauart und Erzeugung anbelangt, einfacher ist und weniger wiegt als ähnliche Kupp lungen anderer Bauart, die mit mechanischen Federn ausgestattet sind.
Diese Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen treibenden und einen getriebenen Kranz besitzt, von denen einer mit Ausnehmungen auf dem Aussenumfang und der andere mit Ausnehmungen auf dem Innenumfang versehen ist. Diese Ausnehmungen sind so gestaltet, dass die zwischen ihnen verbleiben den Teile der beiden Kränze Stützen für die Abstütz teile der Federn bilden, wobei die beiden Kränze in einander angeordnet sind.
Dabei sind die Längen der Ausnehmungen eines oder beider Kränze entspre chend der verlangten, nichtlinearen Federcharakteristik der Kupplung mindestens teilweise verschieden gewählt. Auch können die Federn verschieden stark gewählt werden.
Ein Beispiel des Gegenstandes der Erfindung ist aus den beigeschlossenen Zeichnungen klar ersicht lich, deren Fig. 1 die Ansicht und den Schnitt der Gesamtanordnung zeigt, Fig. 2 die Einlagerung einer einzelnen Feder darstellt und Fig. 3 und 4 die beiden getrennt aufgezeichneten Kränze, aus welchen Figuren die verschiedenen Längen der Ausnehmungen der einzelnen Kränze ersichtlich sind, zeigen.
Die gezeigte, erfindungsgemäss gebaute elastische Kupplung besitzt zwei Kränze, und zwar den Treib- kranz 1 (Fig. 4) und den getriebenen Kranz 2 (Fig. 3). Der Treibkranz 1 ist auf dem Aussenumfang und der getriebene Kranz 2 auf dem Innenumfang mit Aus- nehmungen einer solchen Form ausgestattet, dass die zwischen den Ausnehmungen verbleibenden Teile der Kränze Stützen 3 für die Abstützelemente der Federn 5 bilden.
In allen, auf Grund der Ineinanderanord- nung der beiden Kränze 1 und 2 gestalteten COffnun- gen sind die Federn 5 samt ihren Führungselementen mit den Abstützköpfen 4 eingelagert. Die Umfangs breiten der Stützen 3 bei einem oder, wie gezeigt, bei beiden Kränzen 1 und 2 sind teils voneinander ver schieden, wodurch auch die Längen a<I>bzw. b</I> der Ausnehmungen der einzelnen Kränze teils vonein ander verschieden sind. Auch können die Federn 5 verschieden stark sein.
Infolge der ungleichmässigen Längen der Ausneh- mungen des Treibkranzes 1 sowie der Ausnehmungen des getriebenen Kranzes 2 werden die Federn 5 teil weise nicht gleichzeitig in Tätigkeit gesetzt, wie es die nichtlineare Federcharakteristik der Kupplung ver langt. Ausserdem kann die Federcharakteristik der Kupplung durch verschiedene Stärke der Federn beeinflusst werden.
Die Federanordnung gemäss der Erfindung kann mit Erfolg sowohl bei gewöhnlichen Verbindungs anordnungen zwischen dem Treibwerk und der getriebenen Vorrichtung als auch zur Abfederung des Druckminderers, z. B. bei Flugzeugmotoren, mit Erfolg angewendet werden.
Elastic coupling with mechanical springs as a damper for torsional vibrations The invention relates to an elastic coupling equipped with mechanical springs which serves as a damper for torsional vibrations and has a non-linear spring characteristic.
Set the critical torsional vibrations. Namely a rather dangerous phenomenon with the strength of the crankshafts, push rods, crank pins and sometimes even the engine housing. They occur in all multi-cylinder engines, but especially in high-speed engines.
In the event that the amplitude of the torsional oscillation should exceed a certain limit, the stress on the material of the shaft or another component simultaneously exceeds the limit of breaking strength and the shaft or another motor component breaks. To such a thing. To avoid occurrence, various types of arrangements of the crank drive are provided.
For this purpose, various elastic elements (elastic couplings etc.) are used in order to change the frequency of the torsional oscillations and thereby also the shift in the critical speed! in the non-operational area, or special dampers are applied to the shafts, which dampen these dangerous vibrations. Such dampers, however, require a special design of the crankshaft, increase the engine weight, and their development and adjustment seem to cause considerable difficulties.
The elastic couplings, which use their own frequency z. B. of the crank drive (especially with single-node vibrations) are manufactured in different types and designs. The frequency reduction can only take place within certain limits, so that the case may also apply that a certain critical speed is maintained at reduced frequencies in the operating speed range, which, however, can endanger the safety of the crank drive.
In this case, it appears necessary to perform the characteristics of the elastic coupling in such a way that when the torsional vibration amplitudes increase, the frequency of the entire crank drive can also change, which shifts the critical speed in the non-operational range and reduces the torsional amplitudes in the operational range can be.
The so-called non-linear characteristic of the clutch is often used for this.
There are different types of such couplings: a) elastic couplings in which rubber is used as the resilient element, b) elastic fluid couplings (oil couplings) and c) elastic couplings equipped with mechanical springs.
The resilient rubber elements are relatively simple, but not sufficiently durable and their damping properties are deteriorated over time. The liquid elements, on the other hand, require a complicated design, which also causes higher production costs. In addition, they are extremely sensitive to the wear on the sealing surfaces and the general setting.
For these reasons, mechanical springs of various types are used as the most commonly used resilient elements. The most widespread damping clutch is a clutch with wave-like coiled springs, which has extremely good damping capacity. Here the non-linear characteristic is achieved by changing the length of the spring.
However, this coupling is relatively moderately complicated and unfavorable in terms of its weight, in addition, such a coupling requires special generating devices for the production of the wave-like wound circular springs. Other known elastic couplings have a relatively small non-linearity in their characteristics and are used without regard to the damping of Tor sion vibrations mostly to constant reduction of the natural frequency of the crank drive.
The object of the invention, however, is an elastic coupling with mechanical springs, which, in terms of their design and production, is simpler and weighs less than similar Kupp lungs of other types that are equipped with mechanical springs.
This coupling is characterized in that it has a driving and a driven ring, one of which is provided with recesses on the outer circumference and the other with recesses on the inner circumference. These recesses are designed so that the parts of the two rings that remain between them form supports for the support parts of the springs, the two rings being arranged one inside the other.
The lengths of the recesses of one or both rings are chosen to be at least partially different according to the required, non-linear spring characteristics of the clutch. The springs can also be selected to have different strengths.
An example of the subject matter of the invention is clear ersicht Lich from the accompanying drawings, Fig. 1 shows the view and section of the overall arrangement, Fig. 2 shows the incorporation of a single spring and Fig. 3 and 4, the two separately recorded wreaths from which figures show the different lengths of the recesses of the individual wreaths.
The elastic coupling shown, constructed according to the invention, has two rings, namely the drive ring 1 (FIG. 4) and the driven ring 2 (FIG. 3). The drive ring 1 is equipped on the outer circumference and the driven ring 2 on the inner circumference with recesses of such a shape that the parts of the rings remaining between the recesses form supports 3 for the support elements of the springs 5.
The springs 5 together with their guide elements are embedded with the support heads 4 in all of the openings formed on the basis of the arrangement of the two rings 1 and 2 inside one another. The circumferential widths of the supports 3 in one or, as shown, in both wreaths 1 and 2 are partly different from each other, whereby the lengths a <I> or b </I> of the recesses of the individual wreaths are partly different from one another. The springs 5 can also be of different strengths.
As a result of the uneven lengths of the recesses in the drive ring 1 and the recesses in the driven ring 2, the springs 5 are in some cases not activated simultaneously, as required by the non-linear spring characteristics of the clutch. In addition, the spring characteristics of the clutch can be influenced by different strengths of the springs.
The spring arrangement according to the invention can be used successfully both with ordinary connection arrangements between the engine and the driven device and for cushioning the pressure reducer, for. B. in aircraft engines, can be used with success.