DE1242059B

DE1242059B - Resonanzschwingungsdaempfer zur Daempfung von Drehschwingungen der Wellen umlaufender Maschinen, insbesondere elektrischer Maschinen

Info

Publication number: DE1242059B
Application number: DE1964S0094335
Authority: DE
Inventors: Kurt Schoenfelder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-11-26
Filing date: 1964-11-26
Publication date: 1967-06-08

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

F16f

Deutsche Kl.: 47 a -20

Nummer: 1242 059

Aktenzeichen: S 94335 ΧΠ/47 a

Anmeldetag: 26. November 1964

Auslegetag: 8. Juni 1967

Die Wellen umlaufender Maschinen und die mit diesen verbundenen, ebenfalls umlaufenden Maschinenteile werden oft zu Drehschwingungen angeregt. Dies ist beispielsweise der Fall bei Kolbenmaschinen durch die rhythmischen Drehmoment-Schwankungen, bei Einphasenmaschinen durch den pulsierenden Verlauf des Drehmomentes oder bei Drehstrommaschinen durch eine ungleichmäßige Verteilung der Ströme in den drei Phasen. Liegt nun die Frequenz dieser erzwungenen Drehschwingungen bei einer beliebigen Drehzahl, die man als kritische Drehzahl bezeichnet, in der Nähe der Eigenfrequenz des aus der Welle und den mit der Welle umlaufenden Teilen bestehenden Systems oder stimmt die Frequenz der erzwungenen Drehschwingungen sogar mit der Eigenfrequenz des umlaufenden Systems überein, so kann die Amplitude der erzwungenen Schwingungen so weit anwachsen, daß es zu Beschädigungen oder zur Zerstörung der Maschine kommt. Um solche Resonanzerscheinungen an umlaufenden Maschinen von vornherein zu vermeiden, ist man bestrebt, die Drehschwingungen der Wellen durch zusätzliche Vorrichtungen, die auf der Welle angeordnet werden, zu dämpfen.

Ein derartiger Dämpfer ist in der deutschen Patentschrift 610 293 beschrieben. Er besteht aus einem fest mit der WeUe verbundenen Rotor und aus einem drehbar auf der Welle angeordneten Stator, die jeweils Magnet- oder TrommelwicMungen tragen, so daß durch die magnetischen Kräfte der Stator von dem Rotor mitgenommen wird. Entsteht zwischen dem Stator und dem Rotor eine Relativbewegung, hervorgerufen durch Drehschwingungen der Welle, so wird in den Wicklungen des Stators ein elektrischer Strom erzeugt, der durch Energievernichtung abdämpfend auf die anregenden Drehschwingungen wirkt. Weiterhin wirkt der bekannte Dämpfer, da er ein schwingungsfähiges System ist, als reiner Resonanzschwingungsdämpfer. Er tilgt Drehschwingungen, die seiner Eigenfrequenz entsprechen, dadurch, daß er Impulse abgibt, die den anregenden Impulsen jeweils entgegengesetzt sind.

Bei dem bekannten Dämpfer werden magnetische Kräfte als Rückführkräfte verwendet. Der Magnetfluß verläuft zur einen Hälfte über den Stator und zur anderen Hälfte über den Rotor. Dies bedingt eine entsprechend große Masse des beweglichen Teiles des Dämpfers bei verhältnismäßig kleinen magnetischen Kräften. Der Dämpfer hat daher nur eine geringe Eigenfrequenz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen reinen Resonanzschwingungsdämpfer zu schaffen, Resonanzschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen der Wellen umlaufender
Maschinen, insbesondere elektrischer Maschinen

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Kurt Schönfelder, Berlin

dessen Eigenfrequenz wesentlich höher und damit, in technisch interessanten Gebieten liegt. Gemäß der Erfindung enthält der Resonanzschwingungsdämpfer einen Rahmen, der eine geringe Masse hat und aus einem unmagnetischen Werkstoff mit längs des Umfanges des Rahmens in Abstand angeordneten, magnetisierbaren Einlagen besteht und im Luftspalt eines oder mehrerer mit der Welle verbundenen Magneten angeordnet ist, so daß die Einlagen des Rahmens durch die im Feld des Magneten wirksamen mechanischen Kräfte in Drehrichtung mitgenommen werden. Bei diesem Resonanzschwingungsdämpfer ist der größte Teil des Magnetflußverlaufes in den mit der Welle verbundenen Teil verlegt, während der drehbare Rahmen in einem Luftspalt im Magnetfeld angeordnet ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, daß auch der bewegliche Teil einen für die Führung des Magnetflusses entsprechend bemessenen Eisenquerschnitt aufweisen muß. Die Masse des beweglichen Rahmens kann daher sehr gering gewählt sein, ohne daß die Größe der magnetischen Rückstellkraft zwischen dem "mit der Welle umlaufenden Teil und dem Rahmen beeinflußt wird. Dies hat wiederum zur Folge, daß durch die geringe Masse des Rahmens bereits verhältnismäßig kleine magnetische Kräfte eine große magnetische Steifigkeit des Dämpfers hervorrufen. Der Dämpfer hat weiterhin infolge der geringen Trägheit und der vergleichsmäßig dazu hohen magnetischen Rückstellkraft eine hohe Eigenfrequenz. Man kann daher mit dem Resonanzschwingungsdämpfer gemäß der Erfindung Eigenfrequenzen in dem praktisch interessierenden Frequenzbereich von 20 bis 50 Hz erzielen.

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Claims

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Oft wird, z.B. beim Hochfahren elektrischer Ma- Blechpaketen hergestellt sind und auf dem Rahmen

schinen, gefordert, daß der Schwingungsdämpfer aufgenietet oder in einer sonst bekannten Weise be-

beim Durchlaufen der kritischen Drehzahlen der Ma- festigt werden.

schine in seiner Eigenschwingungszahl der entspre- Beim Umlaufen der Welle 1 werden der Tragchenden Drehzahl der Maschine angepaßt werden 5 körper 2 und mit ihm die Einzelmagneten 4 in Umkann, um Resonanzerscheinungen zu vermeiden und fangsrichtung mitgenommen. Treten an der Welle 1 die Maschine stets drehschwingungsfrei zu fahren. während des Umlaufens Drehschwingungen auf, so Damit nun der gemäß der Erfindung ausgebildete werden diese gleichzeitig auf den mit der Welle ver-Resonanzschwingungsdämpfer auch während des Be- bundenen Tragkörper 2 des Resonanzschwingungstriebes auf beliebige Eigenfrequenzen abgestimmt io dämpfers übertragen. Das hat zur Folge, daß die werden kann, ist in Weiterführung des Erfindungs- zunächst zwischen den Polen der Einzelmagneten gedankens der mit der umlaufenden Welle verbun- befindlichen Einlagen 9 des drehbaren Rahmens 7 dene Magnet als Elektromagnet ausgebildet, dessen ausgelenkt werden. Die magnetisierbaren Einlagen Erregung regelbar ist. Durch Änderung der Erregung haben jedoch das Bestreben, sich in die Lage eindes Elektromagneten ändert sich die Steifigkeit zwi- 15 zustellen, in der der magnetische Widerstand des sehen dem Magneten und dem Rahmen und damit über den Luftspalt führenden magnetischen Kreises auch die Eigenfrequenz dieses Systems. Auf diese möglichst klein gehalten wird. Aus diesem Grund Weise ist ein Resonanzschwingungsdämpfer geschaf- streben die magnetisierbaren Einlagen 9 in ihre Ausfen, den man während des Durchfahrens der Ma- gangslage zurück, als ob sie durch eine Feder mit schine von kritischen Drehzahlen auf die betreffende 20 den Einzelmagneten 4 verbunden wären und Resonanzlage abstimmen kann, die zum Auslöschen haben somit eine Eigenfrequenz, die durch ihre bzw. Dämpfen der durch die kritischen Drehzahlen Masse und die magnetische Rückstellkraft bestimmt hervorgerufenen Schwingungen erforderlich ist. So ist. Dabei kann die Eigenfrequenz des gemäß der können beispielsweise Dieselschiffsantriebe ohne jeden Erfindung ausgebildeten Resonanzschwingungs-Sperrbereich mit beliebiger Drehzahl gefahren wer- 25 dämpfers zusätzlich durch Änderung der Erregung den, wenn man dafür Sorge trägt, daß die Abstim- der Einzelmagneten 4 variiert und damit der mung des Resonanzschwingungsdämpfers durch eine Frequenz der störenden Drehschwingungen anentsprechende Regelung erfolgt. gepaßt werden.

Der mit der umlaufenden Welle verbundene Ma- Durch die Wahl mehrerer Einzelmagneten und

gnet besteht zweckmäßig aus mehreren am Umfang 30 einer Anzahl entsprechender Einlagen auf dem dreh-

eines Tragkörpers verteilten Einzelmagneten, in de- baren Rahmen ist erreicht, daß bei einer geringen

ren Luftspalt der mit den magnetisierbaren Einlagen Masse des drehbaren Rahmens die zwischen den

versehene Rahmen drehbar angeordnet ist und deren Einzelmagneten 4 und den Einlagen 9 wirkende ma-

Anzahl gleich der Anzahl der längs des Umfanges gnetische Federkraft besonders groß ist. Die wirk-

des ringförmigen Rahmens verteilten magnetisier- 35 samen Kräfte, mit der die Einlagen 9 in ihre Symme-

baren Einlagen ist. triestellung zwischen die Pole der Einzelmagneten 4

Für die Gegenstände der Unteransprüche wird ein gezogen werden, ergeben sich aus der mit der Stelselbständiger Schutz nicht begehrt, lungsänderung verknüpften Änderung der Energie

Die Erfindung sei an Hand des in der Figur als des magnetischen Kreises der Einzelmagneten 4.

Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellten Re- 40 Falls erwünscht, kann man dem gemäß der Erfin-

sonanzschwingungsdämpfers näher erläutert. dung ausgebildeten Schwingungsdämpfer durch einen

Auf der Welle 1 einer nicht dargestellten umlau- Kurzschlußring oder durch Wirbelstromdämpfung fenden elektrischen Maschine ist der Tragkörper 2 eine Energie verzehrende Dämpferwicklung geben, angeordnet, der, wie aus der Figur ersichtlich, die wie sie bei den bekannten mechanischen Schwin-Welle konzentrisch umgibt. Im Innern des Trag- 45 gungsdämpfern durch äußere oder innere Reibung körpers 2, der durch den Deckel 3 verschließbar ist, der zur Resonanzschwingungen angeregten Dämpfersind mehrere am Umfang verteilte Einzelmagneten 4 vorrichtungen üblich ist.
mittels der Schrauben 5 angeordnet. Diese Einzelmagneten, die z. B. geblecht ausgeführt sind und

einen C-förmigen Querschnitt aufweisen, sind als 5° Patentansprüche:
Elektromagneten ausgebildet und werden durch die

Erregerspule6, die z.B. über Schleifringe mit dem 1. Resonanzschwingungsdämpfer zur Dämp-Erregerstrom gespeist wird, erregt. Im Luftspalt zwi- fung von Drehschwingungen der Wellen umlauschen den Polen der Einzelmagneten 4 ist der eine fender Maschinen, insbesondere elektrischer Mageringe Masse aufweisende ringförmige Rahmen 7 55 schinen, mit einem leicht drehbaren, ringförmigen angeordnet, der mittels der Kugellager 8 in dem Rahmen, der elektromagnetisch mit einem mit der Tragkörper2 gelagert ist. Dieser Rahmen, der aus Welle umlaufenden Körper gekoppelt ist, daeinem unmagnetischen Werkstoff, z. B. aus Sperrholz, durch gekennzeichnet, daß der Rahmen oder auch aus Kunststoff besteht, ist längs des Um- (7) eine geringe Masse hat und aus einem unfanges mit den in Abstand angeordneten Einlagen 9 ⁶° magnetischen Werkstoff mit längs des Umfanges versehen, die durch die im Feld der mit der um- des Rahmens in Abstand angeordneten, magnetilaufenden Welle 1 verbundenen Einzelmagneten 4 sierbaren Einlagen (9) besteht und im Luftspalt wirksamen mechanischen Kräfte in Drehrichtung eines oder mehrerer mit der Welle verbundenen mitgenommen werden. Diese Einlagen können aus Magneten (4) angeordnet ist.
einem pulverförmigen, magnetisierbaren Werkstoff 65 2. Resonanzschwingungsdämpfer nach Anbestehen und in Aussparungen des Rahmens 7 ein- Spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magesetzt sein. Man kann aber auch so vorgehen, daß gneten (4) als Elektromagneten ausgebildet sind, die Einlagen aus einem massiven Werkstoff oder aus deren Erregung regelbar ist.