DE10220057A1 - Kompensationsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Kompensation von durch Massenkräfte, insbesondere Massenkräfte zweiter Ordnung, verursachten Schwingungen, die einer Hubkolbenmaschine (1), insbesondere einem als Schiffsantrieb dienenden Zweitakt-Großdieselmotor, zugeordnet ist und eine Rotoranordnung (4) aufweist, die mit von der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine (1) nach einem vorgegebenen Verhältnis abhängiger Drehzahl und Phase antreibbar ist, lässt sich dadurch eine bauliche Unabhängigkeit von der Hubkolbenmaschine (1) erreichen, dass die Rotoranordnung (4) mittels eines eigenen Antriebsmotors (5) antreibbar ist, dem eine Steuereinrichtung (6) zur Synchronisierung der Rotoranordnung (4) mit der Hubkolbenmaschine (1) im vorgegebenen Verhältnis zugeordnet ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation von durch Massenkräfte, insbesondere Massenkräfte zweiter Ordnung, verursachten Schwingungen, die einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einem als Schiffsantrieb dienenden Zweitakt-Großdieselmotor, zugeordnet ist und eine Rotoranordnung aufweist, die mit von der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine nach einem vorgegebenen Verhältnis abhängiger Drehzahl und Phase antreibbar ist.
• Aus der DE 196 13 445 A1 ist eine einem Zweitakt-Großdieselmotor zugeordnete Kompensationsvorrichtung oben erwähnter Art bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung enthält der Motor eine zur Ventilsteuerung dienende Nockenwelle, die über einen im Bereich einer Motorstirnseite angeordneten Kettentrieb antreibbar ist. Dieser Kettentrieb dient hierbei gleichzeitig zum Antrieb von zwei auf dem Motorgestell drehbar gelagerten Ausgleichsgewichten. Bei Motoren mit hydraulischer Ventilbetätigung entfällt die Nockenwelle. Sofern hierbei die an der Motorstirnseite vorgesehenen Ausgleichsgewichte beibehalten werden, muss auch der Kettentrieb beibehalten werden. Dies ist jedoch sehr aufwendig. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die an der Motorstirnseite angeordneten Ausgleichsgewichte samt Kettentrieb bereits beim Bau des Motors vorgesehen werden müssen. Eine Nachrüstung einer Hubkolbenmaschine mit einer Ausgleichsvorrichtung bekannter Art ist nicht möglich.
• Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die eingangs geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Kompensationsvorrichtung eingangs erwähnter Art zu schaffen, die von der Hubkolbenmaschine baulich unabhängig ist und nachgerüstet werden kann und die dennoch eine hohe Genauigkeit gewährleistet.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rotoranordnung mittels eines eigenen Antriebsmotors antreibbar ist, dem eine Steuereinrichtung zur Synchronisierung der Rotoranordnung mit der Hubkolbenmaschine im vorgegebenen Verhältnis zugeordnet ist.
• Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung mit einem eigenen Antriebsmotor ausgestattet ist und keinen hubkolbenmaschinenseitigen Antrieb benötigt, ist sichergestellt, dass die Kompensationsvorrichtung beim Bau der Hubkolbenmaschine nicht berücksichtigt werden muss. Die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung eignet sich daher nicht nur mit besonderem Vorteil für nockenwellenlose Hubkolbenmaschinen, sondern kann in vorteilhafter Weise auch nachträglich jeder bereits gebauten Hubkolbenmaschine beigestellt werden. Ebenso ist es in vorteilhafter Weise möglich, die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung auch wieder zu entfernen, sofern diese nicht mehr benötigt werden sollte. Die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung kann an die zugeordnete Hubkolbenmaschine angebaut oder separat davon aufgestellt werden. Es lässt sich daher in jedem Einzelfall eine den gegebenen Platzverhältnissen gut angepasste, platzsparende Anordnung erreichen. Da die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung mit einem eigenen Antriebsmotor ausgestattet ist, kann sie in vorteilhafter Weise auch unabhängig von der zugeordneten Hubkolbenmaschine betrieben werden. Es ist daher beispielsweise möglich, Resonanzen eines Schiffs bei bestimmten Drehzahlen herauszufinden. Sofern der als Schiffsantrieb zum Einsatz kommende Motor diese Drehzahlen schnell durchfahren kann, kann die baulich von der Hubkolbenmaschine unabhängige Kompensationsvorrichtung wieder entfernt und anderweitig verwendet werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass einer Hubkolbenmaschine auch mehrere erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtungen zugeordnet werden können, so dass die Baugröße jeder einzelnen Vorrichtung vergleichsweise klein bleiben kann. Die dem Antriebsmotor der Kompensationsvorrichtung zugeordnete Steuereinrichtung gewährleistet in vorteilhafter Weise dieselbe Genauigkeit wie ein direkter Antrieb der Kompensationsvorrichtung durch die Hubkolbenmaschine. Trotz der baulichen Unabhängigkeit ergibt sich daher auch eine hohe Genauigkeit.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann zur Bildung des der Rotoranordnung zugeordneten Antriebsmotors vorteilhaft ein hydraulischer Axialkolbenmotor vorgesehen sein, der mit einem Hydraulikmedium konstanten Drucks beaufschlagbar ist und dessen Kolben mit einer geneigten Scheibe zusammenwirken, deren Neigung in Abhängigkeit von einem zugeordneten Ausgangswert der Steuereinrichtung verstellbar ist. Eine Verstellung der Neigung der Scheibe bewirkt eine Änderung des Drehmoments und der Drehzahl. Die genannten Maßnahmen ergeben daher in vorteilhafter Weise einen drehmomentregelbaren Hydraulikmotor, dessen Drehzahl bei konstantem Druck durch eine Änderung des Drehmoments änderbar ist. Der Hydraulikmotor kann in vorteilhafter Weise an das einen konstanten Druck liefernde Hydrauliksystem der Hubkolbenmaschine angeschlossen werden, so dass keine eigene Pumpe benötigt wird. Bei nockenwellenlosen Hubkolbenmaschinen ist in der Regel eine mit konstantem Druck versorgte common rail vorgesehen, an die der Hydraulikmotor angeschlossen werden kann. Die bei einem drehmomentregelbaren Hydraulikmotor hier vorliegender Art vorhandene Kopplung zwischen Drehmoment und Drehzahl gewährleistet eine hohe Drehzahlgenauigkeit, da das Drehmoment direkt am Hydraulikmotor einstellbar ist, so dass eine Elastizität der Hydraulikleitungen zwischen Druckquelle und Hydraulikmotor keine Fehlerquelle darstellen kann.
• Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die dem Antriebsmotor zugeordnete Steuereinrichtung einen Regler und einen diesem zugeordneten Komparator enthält, wobei der Komparator Eingänge für die Drehzahl und Phase der Rotoranordnung und der Hubkolbenmaschine sowie einen Ausgang für ein aus Abweichungen der Eingangssignale gebildetes Fehlersignal und der Regler einen Eingang für das Fehlersignal und einen Ausgang für ein ein Stellglied des Antriebsmotors beeinflussendes Stellsignal aufweisen. Diese Maßnahmen ergeben in vorteilhafter Weise einen geschlossenen Regelkreis, der zu einer hohen Langzeitgenauigkeit hinsichtlich Drehzahl und Phase führt.
• Zweckmäßig kann die erfindungsgemäße Kompensationsvorrichtung ein trommelförmiges Gehäuse aufweisen, an dem der Antriebsmotor angebracht sein kann und das von einer festen Achse durchgriffen ist, auf der eine Büchse drehbar gelagert ist, an der wenigstens ein exzentrisches Ausgleichsgewicht befestigt ist und die mit einem umlaufenden Antriebsrad verbunden ist, mit welchem der Antriebsmotor über ein Vorgelege zusammenwirkt. Diese Maßnahmen ergeben eine kompakte und stabile Bauweise. Das zwischen Motor und Rotoranordnung vorgesehene Vorgelege ermöglicht die Bewerkstelligung günstiger Übersetzungsverhältnisse.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der genannten Maßnahmen können mehrere, vorzugsweise zwei, unterschiedliche, in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbare Ausgleichsgewichte auf der Büchse aufgenommen sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine Veränderung der Unwucht und ermöglicht daher eine exakte Anpassung der Unwucht der Kompensationsvorrichtung an die Verhältnisse des Einzelfalls.
• Zweckmäßig können die Ausgleichsgewichte von der Büchse durchgriffene Naben aufweisen, wobei ein Ausgleichsgewicht durch eine Schrumpfverbindung auf der Büchse befestigt und mit dem anderen Ausgleichsgewicht durch eine lösbare Klemmverbindung verbindbar ist. Dies ergibt eine hohe Betriebssicherheit und ermöglicht eine einfache Verstellbarkeit.
• Eine weitere, besonders zu bevorzugende Maßnahme kann darin bestehen, dass der Antriebsmotor so umschaltbar ist, dass die Rotoranordnung nach Art einer Schaukel hin- und herschwingend anfahrbar ist. Diese Maßnahme stellt sicher, dass auch im Falle eines sehr schweren Gesamtgewichts der Rotoranordnung ein vergleichsweise kleiner Antriebsmotor ausreicht, was eine kompakte und kostengünstige Bauweise ergibt.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
• In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
• Fig. 1 ein Signalflussschema einer einer Hubkolbenmaschine zugeordneten, erfindunggemäßen Kompensationsvorrichtung,
• Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kompensationsvorrichtung,
• Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III/III in Fig. 2 und
• Fig. 4 die Einzelheit IV aus Fig. 3 in gegenüber Fig. 3 vergrößerter Darstellung.
• Die Fig. 1 zeigt eine schematisch angedeutete Hubkolbenmaschine 1, bei der es sich um einen Zweitakt-Großdieselmotor handeln kann, der als Schiffsantrieb Verwendung findet. Aus Fig. 1 ergibt sich ferner eine baulich von der Hubkolbenmaschine 1 getrennte Kompensationsvorrichtung 2zum Ausgleich von durch im Bereich der Hubkolbenmaschine 1 entstehende Massenkräfte verursachten, auf die Aufstellungsplattform 3, bei der es sich um den Schiffskörper handeln kann, wirkenden Momenten und hierdurch bewirkten Schwingungen. In Fig. 1 ist nur eine der Hubkolbenmaschine 1 zugeordnete Kompensationsvorrichtung 2 gezeigt. Es wäre jedoch auch denkbar, dass einer Hubkolbenmaschine 1 mehrere Kompensationsvorrichtungen 2 zugeordnet sind.
• Die Kompensationsvorrichtung 2 enthält eine aus Fig. 3 erkennbare, eine Unwucht bildende Rotoranordnung 4, die mit von der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine 1 nach einem bekannten Verhältnis abhängiger Drehzahl und Phase antreibbar ist. Beim Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung ist dieses Verhältnis 1 : 2 und soll im vorliegenden Fall vorliegen. Beim Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung ist die Kompensationsvorrichtung 2 mit horizontaler und rechtwinklig zur Längsachse der Hubkolbenmaschine 1 verlaufender Rotorachse angeordnet, so dass die Rotoranordnung 4 in einer vertikalen, rechtwinklig zur Achse der Hubkolbenmaschine verlaufenden Ebene rotiert.
• Zum Antrieb der Rotoranordnung 4 der Kompensationsvorrichtung 2 ist diese mit einem eigenen Antriebsmotor 5 versehen. Dieser ist mittels einer zugeordneten Steuereinrichtung 6 so regelbar, dass die Drehzahl und Phase der Rotoranordnung 4 im gewünschten Verhältnis, hier 2 : 1, mit der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine 1 übereinstimmen. Dies wird als Synchronbetrieb bezeichnet. Sofern mehrere Kompensationsvorrichtungen vorgesehen sind, ist die Steuereinrichtung 6 zweckmäßig so ausgebildet, dass hiermit alle Kompensationsvorrichtungen regelbar sind. Selbstverständlich kann auch eine hier nicht näher angedeutete Handsteuereinrichtung vorgesehen sein, mit der alternativ zur automatischen Steuerung eine Handsteuerung möglich ist.
• Der Antriebsmotor 5 ist als drehmomentregelbarer Hydraulikmotor ausgebildet, das heißt als Hydraulikmotor, dessen Drehzahl bei konstantem Druck durch eine Änderung des Drehmoments veränderbar ist. Der den Antriebsmotor 5 bildende Hydraulikmotor ist dementsprechend mit einem das Drehmoment beeinflussenden Stellglied versehen, dessen Stellung durch Signale der Steuereinrichtung 6 beeinflussbar ist.
• Hierzu kann der den Antriebsmotor 5 bildende Hydraulikmotor einfach als hydraulischer, mit konstantem Druck beaufschlabarer Axialkolbenmotor ausgebildete sein, der mehrere Kolben enthält, die mit einer geneigten Scheibe zusammenwirken, deren Neigung in Abhängigkeit vom zugeordneten Ausgangswert der Steuereinrichtung 6 verstellbar ist. Die Scheibe ist dementsprechend um eine zu ihrer Ebene koplanare Achse schwenkbar angeordnet. Die Kolben können mit der Welle des Hydraulikmotors verbunden sein. In diesem Fall ist die neigbare Scheibe in Drehrichtung fest. Es wäre aber auch denkbar, dass die neigbare Scheibe mit der Welle verbunden und die Kolben in Drehrichtung fixiert sind.
• Dem Hydraulikmotor kann eine Pumpe zugeordnet sein. Bei nockenwellenlosen Hubkolbenmaschinen, beispielsweise bei Zweitakt- Großdieselmotoren mit hydraulisch betätigbaren Ventilen, ist in der Regel eine mit konstantem Druck beaufschlagbare common rail vorgesehen. In Fig. 1 ist eine derartige common rail 7 angedeutet, die durch eine zugeordnete Pumpe 8 mit Hydrauliköl mit einem Druck von beispielsweise 210 bar versorgt wird. Die Pumpe 8 kann mittels eines zugeordneten Motors oder mittels eines von der Hubkolbenmaschine 1 abgezweigten, in Fig. 1 lediglich durch eine strichpunktierte Linie schematisch angedeuteten Antriebszugs 9 angetrieben werden. Von der common rail 7 gehen verschiedene, nicht näher bezeichnete Versorgungsäste zu den Ventilen und dergleichen und ein zum Antriebsmotor 5 führender Versorgungsast 10 ab, dem ein Druckausgleichsgefäß 10' zugeordnet ist.
• Das nach geleisteter Arbeit den Antriebsmotor 5 verlassende Hydrauliköl wird über eine vom Antriebsmotor 5 abgehende Rücklaufleitung 10a zu einem der Pumpe 8 zugeordneten Behälter zurückgeführt. Die Rücklaufleitung 10a kann ebenfalls mit einem Druckausgleichsgefäß 10a' versehen sein, was beim Abbremsen der Rotoranordnung 4 günstig ist. Beim Abbremsen der Rotoranordnung 4 fungiert der den Antriebsmotor 5 bildende Hydraulikmotor als Pumpe. Die geneigte Scheibe kann dabei über die neutrale Stellung hinaus zur anderen Seite geneigt werden, wodurch sich bei gleichbleibender Drehrichtung des den Antriebsmotor 5 bildenden Hydraulikmotors die Durchflussrichtung des Hydrauliköls durch den Antriebsmotor 5 umkehrt, wie in Fig. 1 durch Doppelpfeile angedeutet ist.
• Die oben bereits erwähnte Steuereinrichtung 6 enthält einen Regler 11, der dem bereits angesprochenen Stellglied des Antriebsmotors 5 zugeordnete Stellsignale erzeugt und über eine Signalleitung 12 mit einem dem genannten Stellglied zugeordneten Betätigungsorgan verbunden ist. Dem Regler 11 ist Komparator 13 vorgeordnet, der Eingänge für der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine 1 und der Rotoranordnung 4 entsprechende Signale aufweist. Zur Erfassung der Drehzahl der Hubkolbenmaschine 1 ist deren Kurbelwelle 14 mit einem Inkrementalelement, hier in Form eines Zahnrads 15 versehen, dessen Zähne mittels eines Sensors 16 abgetastet werden, der entsprechende Impulse an den Komparator 13 gibt, wie durch die Signalleitung 17 angedeutet ist. Zur Erfassung der Phase der Kurbelwelle 14 ist diese mit einem Impulsgeber 18 versehen, der durch einen zugeordneten Sensor 19 abgetastet wird, der entsprechende Impulse an den Komperator 13 liefert, wie durch die Signalleitung 20 angedeutet ist.
• Die Drehzahl der Rotoranordnung 4 entspricht der Drehzahl des Antriebsmotors 5. Dieser ist dementsprechend zur Erfassung der Drehzahl der Rotoranordnung 4 mit einem Pulsgenerator 21 versehen, der drehwinkelabhängige Impulse der bei 22 angedeuteten Art erzeugt. Ähnliche Impulse verlassen auch den Sensor 16. Die den Pulsgenerator 21 verlassenden Signale gehen an den Regler 11 und an den Komparator 13. Die vom Pulsgenerator 21 abgehende Signalleitung 23 ist dementsprechend mit einer Verzweigungsstelle 24 versehen, von der zum Regler 11 und zum Komparator 13 führende Äste 23a, b abgehen. Zur Erfassung der Phase der Rotoranordnung 4 ist ein dieser zugeordneter Sensor 25 vorgesehen, der entsprechende Signale an den Komparator 13 liefert, wie durch die Signalleitung 26 angedeutet ist.
• Die von der Hubkolbenmaschine 1 kommenden, über die Signalleitungen 17 und 20 dem Komparator 13 zugeführten Signale stellen praktisch die Sollwerte dar. Die von der Kompensationsvorrichtung 2 kommenden, über die Signalleitungen 23 und 26 dem Komparator 13 zugeführten Signale sind die Ist-Werte. Der Komparator 13 führt einen Soll-Ist-Wert-Vergleich durch und ermittelt aus eventuellen Abweichungen ein Fehlersignal, das über eine Signalleitung 27 dem Regler 11 zugeführt wird. Dieser errechnet aus dem empfangenen Fehlersignal und dem ebenfalls empfangenen Drehzahl-Istwertsignal ein Stellsignal zum Verstellen des oben erwähnten Stellglieds des Antriebsmotors 5 über die bereits erwähnte Signalleitung 12.
• Die Kompensationsvorrichtung 2 besitzt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ein trommelförmiges Gehäuse 28, das am Gestell der Hubkolbenmaschine 1 angebracht oder separat hiervon aufgestellt werden kann. Im vorliegenden Fall, das heißt beim Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung, ist das Gehäuse 28 so anzuordnen, dass die Achse der hierin aufgenommenen Rotoranordnung 4 horizontal und im rechten Winkel zur Achse der Kurbelwelle 14 der Hubkolbenmaschine 2 verläuft. Der Antriebsmotor 5 ist an der Außenseite, hier im Bereich des Umfangsmantels, des Gehäuses 28 angebracht und wirkt über ein Vorgelege in weiter unten noch zu beschreibender Weise mit der im Gehäuse 28 vorgesehenen Rotoranordnung 4 zusammen.
• Das Gehäuse 28 besitzt, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, eine es durchgreifende, stationäre Achse 29, auf der die Rotoranordnung 4 drehbar gelagert ist. Diese besitzt eine auf der Achse 29 drehbar aufgenommene Büchse 30, an der eine eine Unwucht bildende, das heißt nicht rotationssymmetrisch sondern exzentrisch angeordnete Ausgleichsgewichtsanordnung befestigt ist. Diese enthält im dargestellten Beispiel zwei nebeneinander angeordnete Ausgleichsgewichte 31, 32. Die Rotoranordnung 4 besitzt ferner einen konzentrisch zur Achse 29 umlaufenden Zahnkranz 33, mit dem ein im Gehäuse 28 angeordnetes, von außen antreibbares Zahnrad 34 zusammenwirkt. Der Zahnkranz 33 ist an der nach außen weisenden Seitenflanke eines Ausgleichsgewichts, hier des Ausgleichsgewichts 32, befestigt, das eine dem Zahnkranz 33 und dem Zahnrad 34 zugeordnete, seitliche Nische 35 aufweist.
• Das Zahnrad 34 ist auf einer Welle 36 aufgenommen, die in einem Lagergehäuse 37 gelagert ist, das die dem Zahnrad 34 benachbarte Seitenwand des Gehäuses 28 durchgreift. Die Welle 36 ist über das Lagergehäuse 37 nach außen geführt und trägt an ihrem äußeren Ende ein Zahnriemenrad 38, das mit einem Zahnriemen 39 zusammenwirkt. Dieser führt, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zu einem zugeordneten Abtriebsrad 40 des Antriebsmotors 5. Der das Abtriebsrad 40 mit dem Zahnkranz 33 verbindende Antriebszug in Form des Zahnriemens 39 und des das Zahnriemenrad 38 und das Zahnrad 34 enthaltenden Doppelrads bildet das oben erwähnte Vorgelege. Durch geeignete Wahl der Durchmesser kann hier ein gewünschtes Untersetzungsverhältnis erreicht werden.
• Das Lagergehäuse 37 ist, wie aus Fig. 2 erkennbar ist, zum Spannen des Zahnriemens 39 verschiebbar angeordnet. Zum Verschieben und Spannen ist eine hier in Form einer Stellschraube ausgebildete Stelleinrichtung 41 vorgesehen. Zweckmäßig ist die Bahn, auf der das Lagergehäuse 37 verstellbar ist, mit einem dem Abstand vom Zentrum der Achse 29 entsprechenden Radius gekrümmt, so dass der gegenseitige Eingriff zwischen Zahnkranz 33 und Zahnrad 34 im Falle einer Verstellung des Lagergehäuses 37 nicht beeinflusst wird.
• Die zwei Ausgleichsgewichte 31, 32 der Rotoranordnung 4 sind, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, unterschiedlich schwer. Das schwerere Ausgleichsgewicht 31 wiegt 65% des Gesamtgewichts beider Ausgleichsgewichte 31, 32. Das Gewicht des anderen Ausgleichsgewichts 32 beträgt dementsprechend 35% des Gesamtgewichts. Die beiden Ausgleichsgewichte 31, 32 sind auch bezüglich der Achse 29 gegeneinander verdrehbar. Durch gegenseitiges Verdrehen der unterschiedlich schweren Ausgleichsgewichte 31, 32 kann die benötigte Unwucht exakt eingestellt werden.
• Die Ausgleichsgewichte 31, 32 enthalten jeweils eine von der Büchse 30 durchgriffene Nabe 42, 43. Die Nabe 42 des schwereren Ausgleichsgewichts 31 ist durch eine Schrumpfverbindung auf der Büchse 30 befestigt und durch eine lösbare Klemmverbindung mit der Nabe 43 des benachbarten Ausgleichsgewichts 32 verbindbar. Zur Bildung der lösbaren Klemmverbindung sind die Ausgleichsgewichte 31, 32, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, im Bereich ihrer einander zugewandten Seiten mit in gegenseitigen Eingriff bringbaren Konuselementen versehen. Die Nabe 42 ist mit einer umlaufenden, zur benachbarten Nabe 43 hin sich erweiternden Konusnut 44 versehen. Die Nabe 43 besitzt einen umlaufenden, zur benachbarten Nabe 42 hin sich verjüngenden, konischen Bund 45, der in die Konusnut 44 eingreift. Zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung wird das Ausgleichsgewicht 32 mit seiner Nabe 43 an das benachbarte Ausgleichsgewicht 31 angestellt, wobei die gegenseitigen Konusflächen aneinander angepresst werden.
• Hierzu ist, wie am besten aus Fig. 4 erkennbar ist, wenigstens eine über eine Ausnehmung 46 der benachbarten Seitenwand des Gehäuses 28 von außen betätigbare Stellschraube 47 vorgesehen, die sich einerseits an einem radialen Flansch 48 der Büchse 30 und andererseits an der Nabe 43 des benachbarten Ausgleichsgewichts abstützt. Im dargestellten Beispiel ist eine in den Flansch 48 eingesetzte, durch einen inneren Radialflansch hieran abgestützte Gewindebüchse 49 vorgesehen, mit der die Stellschraube 47 im Gewindeeingriff ist. In Fig. 4 ist nur eine Stellschraube 47 gezeigt. Selbstverständlich können aber mehrere Stellschrauben am Umfang des Flansches 48 vorgesehen sein, um eine möglichst gleichmäßige Verspannung im Bereich der Konusanordnung zu gewährleisten.
• Um die Baugröße des Antriebsmotors 5 möglichst klein zu halten, erfolgt das Anfahren der Rotoranordnung 4 nicht in einer Richtung durchgehend, sondern nach Art einer Schaukel hin- und hergehend. Hierzu ist die Steuereinrichtung 6 mit einem in Fig. 1 angedeuteten Anfahrprogrammspeicher 50 versehen, der mit seinem Ausgang an einem zugeordneten Eingang des Reglers 11 liegt. Beim Vorliegen eines Startsignals ist dieser Eingang entriegelt, so dass der Regler 11 das im Speicher 50 gespeicherte Anfahrprogramm empfängt und hiernach arbeitet.
• Das Anfahrprogramm ist so ausgestaltet, dass der Antriebsmotor 5 zunächst in der Vorwärtsrichtung das volle Moment abgibt, was zu einem Ausschlag der Rotoranordnung 4 um einen bestimmten Drehwinkel führt. Sobald die Rotoranordnung 4 zum Stillstand kommt, d. h. den Umkehrpunkt erreicht, erfolgt eine Umschaltung des Motors 5, so dass dieser in der Gegenrichtung das volle Moment abgibt und die Rotoranordnung 4 in der Gegenrichtung antreibt, wobei diese Bewegung der Rotoranordnung 4 durch die Gravitation unterstützt wird. Die Umschaltung des Motors 5 ist bei einem drehmomentregelbaren Hydraulikmotor hier vorliegender Art in besonders einfacher Weise möglich. Bei dem oben geschilderten hydraulischen Axialkolbenmotor, dessen Kolben mit einer geneigten Scheibe zusammenwirken, wird hierzu einfach die Scheibe über eine Neutralstellung hinaus zur anderen Seite geneigt.
• Die hin- und herschwingende Bewegung der Rotoranordnung 4 wird wiederholt, bis die Rotoranordnung 4 vom Antriebsmotor 5 in Vorwärtsrichtung über den oberen Totpunkt hinaus bewegt wird. Zweckmäßig wird der Winkelausschlag der Rotoranordnung 4 bis zum Umkehrpunkt erfasst. Hieraus lässt sich errechnen, wie viele hin- und herschwingende Bewegungen bis zum Überschreiten des oberen Totpunkts benötigt werden. Sofern nach der Rechnung die Gefahr bestehen sollte, dass die Rotoranordnung 4 bei einer Rückwärtsbewegung den oberen Totpunkt überschreiten könnte, erfolgt bei der Rückwärtsbewegung der Rotoranordnung 4 keine Drehmomentbeaufschlagung durch den Motor 5. Dieser wird in derartigen Fällen nur bei der Vorwärtsbewegung zugeschaltet.
• Sobald die Rotoranordnung 4 den oberen Totpunkt überschritten hat, erfolgt keine Umschaltung des Motors 5 mehr. Dieser wird nun kontinuierlich in einer Vorwärtsrichtung angetrieben. Dabei wird die Rotoranordnung 4 zunächst auf eine Drehzahl nahe der gewünschten Synchrondrehzahl, beim Ausgleich von Massenkräften 2. Ordnung nahe der doppelten Drehzahl der Hubkolbenmaschine 1, beschleunigt. Während dieser Beschleunigungsphase wird der Motor 5 so beaufschlagt, dass er mit vollem Drehmoment arbeitet. Anschließend erfolgt eine Feinanpassung der Drehzahl und Phase der Rotoranordnung 4 an die Synchrondrehzahl und -phase innerhalb eines engen Winkelbereichs nahe der synchronen Phase. Hierzu wird der Motor 5 so beaufschlagt, dass ein progressiv ansteigendes bzw. abschwellendes, auf die Rotoranordnung wirkendes Moment abgegeben wird. Bei einer Phasenabweichung von mehr als 15° arbeitet der Motor 5 mit dem vollen, maximalen Drehmoment. Mit abnehmendem Fehler des Phasenwinkels nimmt auch das drehmoment ab. Sobald ein Synchronlauf von Rotoranordnung 4 und Hubkolbenmaschine 1 erreicht ist, ist der Anfahrvorgang abgeschlossen und geht die Regelung in der weiter oben bereits bechriebenen Weise in Normalbetrieb.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Kompensation von durch Massenkräfte, insbesondere Massenkräfte zweiter Ordnung, verursachten Schwingungen, die einer Hubkolbenmaschine (1), insbesondere einem als Schiffsantrieb dienenden Zweitakt-Großdieselmotor, zugeordnet ist und eine Rotoranordnung (4) aufweist, die mit von der Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine (1) nach einem vorgegebenen Verhältnis abhängiger Drehzahl und Phase antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (4) mittels eines eigenen Antriebsmotors (5) antreibbar ist, dem eine Steuereinrichtung (6) zur Synchronisierung der Rotoranordnung (4) mit der Hubkolbenmaschine (1) im vorgegebenen Verhältnis zugeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (4) mit zur Längsachse der Hubkolbenmaschine (1) rechtwinklig verlaufender, horizontaler Achse angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Rotoranordnung (4) zugeordnete Antriebsmotor (5) als Hydraulikmotor ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der der Rotoranordnung (4) zugeordnete Antriebsmotor (5) als drehmomentregelbarer Hydraulikmotor ausgebildet ist, der mit einem Hydraulikmedium konstanten Drucks beaufschlagbar ist und dessen Drehzahl durch eine Änderung des Drehmoments änderbar ist und der ein das Drehmoment beeinflussendes Stellglied aufweist, das durch die Wirkung der Steuereinrichtung (6) verstellbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der den der Rotoranordnung (4) zugeordneten Antriebsmotor (5) bildende Hydraulikmotor als hydraulischer Axialkolbenmotor ausgebildet ist, der mit einem Hydraulikmedium konstanten Drucks beaufschlagbar ist und dessen Kolben mit einer geneigten Scheibe zusammenwirken, deren Neigung in Abhängigkeit von einem zugeordneten Ausgangswert der Steuereinrichtung (6) verstellbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels einer Pumpe (8) mit Hydrauliköl konstanten Drucks versorgbare common rail (7) vorgesehen ist, von der eine dem den Antriebsmotor (5) bildenden Hydraulikmotor zugeordnete Versorgungsleitung (10) abzweigt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Antriebsmotor (5) zugeordnete Steuereinrichtung (6) einen Regler (11) und einen diesem zugeordneten Komparator (13) enthält, wobei der Komparator (13) Eingänge für die Drehzahl und Phase der Rotoranordnung (4) und der Hubkolbenmaschine (1) sowie einen Ausgang für ein aus Abweichungen der Eingangssignale gebildetes Fehlersignal und der Regler (11) einen Eingang für das Fehlersignal und einen Ausgang für ein ein Stellglied des Antriebsmotors (5) beeinflussendes Stellsignal aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhandenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein trommelförmiges Gehäuse (28) vorgesehen ist, an dem der Antriebsmotor (5) angebracht ist und das von einer festen Achse (29) durchgriffen ist, auf der eine Büchse (30) drehbar gelagert ist, an der wenigstens ein exzentrisches Ausgleichsgewicht (31, 32) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Büchse (30) mehrere, vorzugsweise zwei, in Umfangsrichtung gegeneinander verstellbare Ausgleichsgewichte (31, 32) aufgenommen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgewichte vorzugsweise im Verhältnis 65 : 35 unterschiedlich schwer sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsgewichte (31, 32) von der Büchse (30) durchgriffene Naben (42, 43) aufweisen und dass eine Nabe (42) durch eine Schrumpfverbindung auf der Büchse (30) befestigt und mit der benachbarten Nabe (43) durch eine lösbare Klemmverbindung verbindbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Naben (42, 43) der Ausgleichsgewichte (31, 32) im Bereich ihrer einander zugewandten Seiten mit in gegenseitigen Eingriff bringbaren Konuselementen versehen und durch wenigstens eine Stelleinrichtung (47) aneinander anstellbar sind, die an einem Flansch (48) der Büchse (30) abstützbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoranordnung (4) ein umlaufendes Antriebsrad (33) aufweist, das mit einem im Gehäuse (28) angeordneten Gegenrad (34) einer auf einem eine Seitenwand des Gehäuses (28) durchgreifenden Lagergehäuse (37) aufgenommenen Doppelradanordnung im Eingriff ist, deren anderes, außerhalb des Gehäuses (28) vorgesehenes Rad (38) mittels eines vorzugsweise als Zahnriemen ausgebildeten Riemens (39) mit einem Abtriebsrad (40) des Antriebsmotors (5) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (37) auf einer mit einem seinem Abstand vom Zentrum der Achse (29) entsprechenden Radius gekrümmten Bahn verstellbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (5) so umschaltbar ist, dass die Rotoranordnung (4) nach Art einer Schaukel hin- und hergehend anfahrbar ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) mit einem Programmspeicher (50) versehen ist, der ein vom Regler (11) verarbeitbares Anfahrprogramm zum hin- und herschwingenden Anfahren der Rotoranordnung (4) enthält und das mittels eines Startsignals aktivierbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrprogramm so ausgebildet ist, dass im Anschluss an den hin- und herschwingenden Anfahrvorgang eine Beschleunigung der Rotoranordnung (4) bis in den Bereich der Drehzahl der Hubkolbenmaschine erfolgt und dass dann eine Feinannäherung von Drehzahl und Phase der Rotoranordnung an Drehzahl und Phase der Hubkolbenmaschine (1) erfolgt.