Verfahren und Vorrichtung zum Ausgleich eines mit dem Drehwinkel periodisch schwankenden Drehmoments an einer Welle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aus gleich eines mit dem Drehwinkel periodisch schwan kenden Drehmomentes an einer Welle, insbesondere an einer langsam laufenden Welle. Sie bezieht sich weiterhin auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei manchen Arbeitsmaschinen, z.B. bei Misch maschinen für die Verfahrenstechnik, kommt es vor, dass beim Betrieb derartiger Maschinen das An triebsdrehmoment in der Antriebswelle periodisch schwankt. Diese Schwankungen des Drehmomentes, besonders wenn sie wechselnden Drehsinn aufweisen, sind zu vermeiden, wenn zwischen der Antriebs maschine und der Arbeitsmaschine ein Getriebe an geordnet ist. Es besteht dann nämlich die Gefahr, dass das Getriebe durch wechselnde Belastung der Zahnräder beschädigt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in einer Welle auftretenden, mit dem Drehwinkel periodischen Schwankungen des Drehmomentes; weit gehend bzw. vollständig auszugleichen. Eine weitere Aufgabe ist darin zu sehen, dass der Verlauf des ausgeglichenen Drehmomentes in gewünschter Weise beeinflusst werden kann, beispielsweise so, dass nach dem Ausgleich nur noch in einem Drehsinn wirkende Drehmomente auftreten.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass mit Hilfe einer an der Welle angebrachten Vorrich tung Energie in einem Winkelbereich von der Welle abgenommen und als potentielle Energie gespeichert wird, in dem an der Abtriebsseite der Vorrichtung kleiner Drehmomentbedarf besteht bzw. das Dreh moment sogar den Drehsinn gegenüber demjenigen bei Drehmomentbedarf wechselt, und dass die ge speicherte potentielle Energie in einem Winkelbereich an die Welle zurückgegeben wird, in dem an der Abtriebsseite der Vorrichtung grosser Drehmoment- bedarf besteht.
Man erreicht dadurch, dass das von der Antriebs maschine aufzubringende Antriebsdrehmoment aus geglichen wird. Es wird nämlich in den Zeiten, in denen wenig bzw. kein Drehmomentbedarf an der Arbeitsmaschine besteht oder sogar von der Arbeits maschine ein Drehmoment auf die Antriebswelle aus geübt wird, dessen Drehsinn umgekehrt zu dem bei Drehmomentbedarf vorhandenen Drehmoment ist, Energie von der Welle abgenommen und gespeichert. Die gespeicherte Energie wird dann, wenn an der Arbeitsmaschine grosser Drehmomentbedarf besteht, über ein Drehmoment an die Antriebswelle zurück gegeben.
Es braucht somit bei grossem Drehmoment- bedarf an der Arbeitsmaschine die Antriebsmaschine allein nicht das gesamte erforderliche Drehmoment aufzubringen. Ausserdem wird bei geeignet vorgese hener Führung des Verlaufs der von der Welle ab genommenen Energie erreicht, dass das ausgeglichene Drehmoment auch bei wechselndem Drehsinn des Drehmomentes an der Arbeitsmaschine nur einen Drehsinn aufweist. Damit treten dann beispielsweise bei einem Getriebe, das zwischen der auf der Welle angebrachten Vorrichtung zum Ausgleich des Dreh momentes und der Antriebsmaschine angeordnet ist, nur noch in einem Drehsinn wirkende Drehmomente auf.
Die Zahnräder des Getriebes tragen in diesem Fall eindeutig nur an einer Zahnflanke und werden somit wesentlich günstiger beansprucht, als wenn sie einer wechselnden Beanspruchung ausgesetzt sind.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens ist dadurch gekennzeichnet, dass an der Welle mindestens eine Kurvenscheibe befestigt ist, die über einen Übertragungsmechanismus mit mindestens einer energiespeichernden Feder in Wirkungsverbin dung steht.
In weiterer Ausbildung der Erfindung kann der übertragungsmechanismus symmetrisch zu einer Ebene durch die Welle angeordnet sein. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die durch den übertragungs- mechanismus auf die Welle ausgeübt-- Querbelastung aufgehoben wird. In einer weiteren Ausführungsform kann die energiespeichernde Feder mit einer Ein richtung zur Einstellung der Vorspannung versehen sein. Durch diese Einrichtung kann die Amplitud#c der Drehmomente, über die von der Vorrichtung Energie abgenommen bzw. abgegeben wird, in ge wünschter Weise eingestellt werden.
Es kann auch der übertragungsmechanismus mit einer Einrichtung zur Einstellung in bezug auf die Lage der Kurvenscheibe bei einer Ausgangsstellung versehen sein. Durch diese Einrichtuna kann die Phasenlage zwischen dem von der Arbeitsmaschine angeforderten Drehmoment und dem von der auf der Welle angebrachten Vorrichtung abgegebenen bzw. aufgenommenen Drehmoment in gewünschter Weise eingestellt werden.
Es versteht sich, dass <B>je</B> nach dem gegebenen Verlauf und der Periode des an der Arbeitsmaschine erforderlichen Drehmomentes und<B>je</B> nach der be absichtigten Art des Drehmomentenausgjeichs die Form der Kurvenscheibe geeignet auszubilden ist.
Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand der in der Zeichnung schematisch dargestell ten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen: Fig. <B>1</B> ein Anwendungsbeispiel, bei dem die Vor- richtunr, auf der Antriebswelle für eine Arbeits maschine angeordnet ist, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die an der Welle angebrachte Vorrichtung, Fig. <B>3</B> ein Diagramm als Beispiel für den Verlauf des Drehmomentes an einer Arbeitsmaschine, Fig. 4 und<B>5</B> Diagramme als Beispiele für den Verlauf des an der Vorrichtung auftretenden Dreh momentes und des, resultierenden,<B>d.</B> h.
des von der Antriebsmaschine aufzubringenden ausgeglichenen Drehmomentes für den erforderlichen Drehmomen- tenverlauf nach Fig. <B>3.</B>
Beim Anwendungsbeispiel nach Fig. <B>1</B> wird eine Arbeitsmaschine<B>1,</B> beispielsweise eine Mischma schine, mit Hilfe einer Antriebsmaschine 2, beispiels weise durch einen Elektromotor, angetrieben. Dabei ist zwischen der Arbeitsmaschine<B>1</B> und der An triebsmaschine 2 ein Getriebe<B>3</B> angeordnet, indem die Eingangswelle 4 des Getriebes<B>3</B> mit der Ab- triebswelle der Maschine 2 und die Abtriebswelle <B>5</B> des Getriebes mit der Antriebswelle<B>6</B> der Arbeits maschine<B>1</B> verbunden ist. An der Welle<B>6</B> ist mit Ziffer<B>7</B> schematisch die Vorrichtung zum Ausgleich eines in der Welle<B>6</B> periodisch schwankenden Dreh momentes bezeichnet.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungs beispiel der Vorrichtung<B>7,</B> die nach Fig. <B>1</B> auf der Welle<B>6</B> angebracht ist, ist auf der Antriebswelle<B>6</B> für die Arbeitsmaschine<B>1</B> eine Kurvenscheibe<B>8</B> be festigt. Die Kurvenscheibe<B>8</B> steht über einem über- tragungsmechanismus nüt der energiespeichernden Feder<B>9</B> in Wirkungsverbindung. Der übertragungs- mechanismus besteht aus zwei Rollen<B>10, 11</B> und einem Gestänge, das aus den Hebeln 12,<B>13,</B> 14 be steht. Die Achse<B>15</B> der Rolle<B>10</B> ist im Hebel 12 gelagert.
Der Hebel 12 ist mit dem einen Ende des Hebels<B>13</B> gelenkig verbunden. Der Hebel<B>13</B> ist am Punkt<B>16</B> unverschieblich, aber drehbar gelagert und ist am anderen Ende ebenfalls gelenkig mit dem He bel 14 verbund[en. Die Achse<B>17</B> der Rolle<B>11</B> ist an einer passenden Stelle im Hebel 14 gelagert. An dem Ende des Hebels 14, das nicht mit dem Hebel<B>13</B> verbunden ist, ist das Ende einer Feder, hier eine Schraubenfeder<B>9,</B> befestigt. Das andere Ende der Feder<B>9</B> ist an einer Stange 20 befestigt, welche mit einer Verstellvorrichtung <B>18</B> zusammenwirkt. Die Verstellvorrichtung <B>18</B> ist am Hebel 12 angebracht und wird durch ein Handirad <B>19</B> betätigt.
Mit Hilfe der Verstellvorrichtung <B>18,</B> die beispielsweise durch ein sich an der Stange 20 befindliches Gewinde, welches in eine am Ende des Hebels 12 angebrachte entsprechende Gewindebohrung eingreift, gebildet sein kann, wird die Stange 20 in Fig. 2 horizontal verschoben und dadurch die Vorspannung der Fe der<B>9</B> verändert. An dem in Fig. 2 unten gelegenen Ende des Hebels, 12 ist eine Verstellvorrichtuno, 21 <B>C</B> vorgesehen, die durch ein Handrad 22 betätigt wird, und bei der der eine Teil der Vorrichtung ähnlich wie die Stützstelle<B>16</B> unverschieblich gelagert ist.
Beim Verstellen der Vorrichtung 21 durch das Hand rad 22 wird durch senkrechtes Verschieben des He bels 12 das aus den Teilen 12,<B>13,</B> 14,<B>9</B> bestehende Gelenkviereck durch Drehung um den unverschieb- lichen Drehpunkt<B>16</B> in eine andere Form gebracht. Dadurch wird die Lage der Rollen<B>10, 11</B> in bezug auf die Lage der Kurvenscheibe<B>8</B> bei Betrachtung einer Ausgangsstellung verändert. Durch die verschie dene Stellung der Rollen<B>10, 11</B> gegenüber der Lage der Kurvenscheibe<B>8</B> kann die Phasenlage zwischen dem in der Welle<B>6</B> vorhandenen Drehmoment und dem mit Hilfe der Vorrichtung<B>7</B> ausgeübten Dreh moment geändert werden.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 2 wird anhand der in Fig. <B>3-5</B> dargestellten Diagramme erläutert. Im Diagranun nach Fig. <B>3</B> ist durch die Kurve<B>30</B> der Verlauf des Drehrnomentes Mdl der Arbeitsmaschine in Abhängigkeit vom Drehwink- kel (p der Welle<B>6</B> aufgetragen.
Man erkennt, dass der Drehmomentverlauf periodisch schwankt und dass in diesem Beispiel bei einer halben Umdrehung der Welle an zwei Stellen, nämlich an den Punkten<B>25</B> und<B>26,</B> ein grösster Drehmomentenbedarf von der Arbeitsmaschine verlangt wird. An den mit den Ziffern<B>27, 28</B> bezeichneten Minimalstellen der Kurve<B>30</B> wird von der Maschine ein grösstes Dreh moment auf die Antriebswelle ausgeübt, welches um gekehrten Drehsinn hat, wie das Drehmoment, wel- ches in der Welle bei Drehmomentbedarf auftritt.
In dem mit<B>A</B> bezeichneten Bereich wird von der Arbeitsmaschine ein kleines Antriebsdrehmoment verlangt bzw. es wird in dem grössten Teil dieses Bereiches von der Arbeitsmaschine ein Drehmoment an die Welle abgegeben. Bei dem zum Bereich<B>A</B> gehörenden Drehwinkel (p wird mit Hilfe der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung Energie von der Welle<B>6</B> abgenommen und gespeichert. Der sich in der Vorrichtung<B>7</B> einstellende Verlauf des Dreh momentes Md2 ist durch Kurve<B>31</B> aus Fig. 4 er sichtlich.
Die Abnahme der Energie von der Welle<B>6</B> geschieht dadurch, dass durch Drehen der auf der Welle<B>6</B> befestigten Kurvenscheibe<B>8</B> der Abstand der Rollen<B>10, 11</B> voneinander vergrössert und da durch die Feder<B>9</B> gedehnt und auf diese Weise in der Feder potentielle Energie gespeichert wird.
Bei Drehwinkeln (p, bei denen von der Arbeits maschine grosse Antriebsdrehmomente verlangt wer den<B>-</B> Bereich B in Fig. <B>3 -</B> wird diie in der Feder<B>9</B> gespeicherte potentielle Energie an die Welle zu rückgegeben, was durch ein von der Feder<B>9</B> über den Übertragungsmechanismus auf die Welle<B>6</B> aus- "eübtes Drehmoment erfolgt, welches das von der Antriebsmaschine ausgeübte Drehmoment vergrö- ss,
-rt. Auf diese Weise werden in dem zwischen der Antriebsmaschine 2 und der Vorrichtung<B>7</B> gelegenen Teil der Anlage die Drehmomentenschwankungen ausgeglichen. Der Verlauf ödes ausgeglichenen Dreh momentes M,1,3 ist durch Kurve<B>32</B> in Fig. <B>5</B> in<B>Ab-</B> hängigkeit vom Drehwinkel rp der Welle<B>6</B> dar- Ore <B>,</B> stellt.
Der Drehmomentausgleich ist bei diesem Beispiel so vorgenommen, dass nur in einem Drebsinn wirkendes Drehmoment M,13 auftritt, denn die Kurve <B>32</B> nach Fil-. <B>5</B> schneidet die Abszis,se nicht. Das bedeutet, dass in dem zwischen der Antriebsmaschine 2 und der Vorrichtung<B>7</B> angeordneten Getriebe<B>3</B> keine wechselnden Drehmomente auftreten und, des halb die Zahnräder in diesem Getriebe eindeutig nur an einer Flanke tragen. Sie werden damit wesentlich weniger als bei wechselndem Drehmoment be ansprucht.
Es versteht sich, dass bei geänderter Form der Kurvenscheibe <B>8</B> auch ein geänderter Verlauf des ausgeglichenen Drehmomentes M,13 die Folge ist. Es ist auch möglich, durch geeignete Wahl der Form der Kurvenscheibe und durch entsprechende Ein stellung der Amplitude des Drehmomentes, welches beim Abnehmen von Energie von der Welle auftritt und durch Vorspannung der Feder<B>9</B> eingestellt wird und durch entsprechende Einstellung der Phasenlage, was mit Hilfe der Vorrichtung 21 geschieht, einen vollständigen Drehmomentenausgleich zu erzielen.
Ebenso versteht es sich, dass zum Ausgleich des Drehmomentes auf der Welle<B>6</B> auch mehrere Kur venscheiben hintereinander angeordnet sein können. Dabei kann der übertragungsmechanismus jeder Kur- venscheibe auf eine oder auf mehrere speichernde Federn wirken. Bei Anordnung von mehreren Kur venscheiben ist es bei komplizierten periodischen Schwankungen des Drehmomentes in der Welle mög lich, den Ausgleich des Drehmornentes mit verhält nismässig einfacherer Form der einzelnen Kurven scheiben herbeizuführen, wobei durch jede Kurven scheibe jeweils ein Teil des Ausgleichs erfolgt.
Bei spielsweise kann bei Zerlegung des schwankenden Drehmomentes in die einzelnen harmonischen Be standteile für den Ausgleich jeder Harmonischen eine Kurvenscheibe. dienen.
Auch kann bei etwas verändertem Aufbau des übertragungsmechanismus anstelle der energiespei chernden Feder<B>9</B> als Speicher für die potentielle Energie auch irgendeine Masse verwendet werden.