DE1575388B1

DE1575388B1 - Wellenleitung fuer einen Schiffsantrieb

Info

Publication number: DE1575388B1
Application number: DE19661575388D
Authority: DE
Inventors: Wladimir Rasch
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1966-12-23
Publication date: 1971-01-28

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenleitung für einen Schiffsantrieb, auf der schwingungsdämpfendes Material zur Drehschwingungsdämpfung aufgetragen ist: In Schiffsantriebsanlagen, hauptsächlich bei Antrieb durch Großmotoren, aber auch bei Getriebeanlagen treten oft kritische Drehzahlen in den Fahrbereichen auf, in denen die Motoren oder die Motor-oder Getriebemasse gegen die Propellermasse schwingen. Die durch solche kritische Drehzahlen (Resonanzen) hervorgerufenen zusätzlichen Materialspannungen, d. h. zusätzlichen Torsionsmomente, in der Antriebswelle überschreiten in vielen Fällen die zulässigen Werte oder können Getriebegeräusche, z. B. Zahnklappern, hervorrufen. In der Praxis wird diesen Erscheinungen durch Drehzahlsperr- und Schonbereiche begegnet. Solche Sperr- oder Schonbereiche schränken aber naturgemäß den Einsatzbereich der ganzen Anlage ein.
Es ist bekannt, daß durch Verändern der Massen, hauptsächlich des Schwungrades am Motor oder des Propellers oder durch Verstärken oder Schwächen der Antriebswelle, diese kritischen Drehzahlen in die weniger benutzten Drehzahlbereiche verlagert werden können. Die damit an Hand gegebenen Möglichkeiten sind jedoch sehr beschränkt, da sowohl den Massenänderungen als auch einer Änderung der Abmessungen der Welle aus wirtschaftlichen und konstruktiven Gründen in der Praxis enge Grenzen gesetzt sind.
Auch die bisher bekannten Maßnahmen zur Schwingungsdämpfung durch Einsatz von Dämpfungsbelägen, wie sie beispielsweise zur Dämpfung von Vibrationen in Blechen verwendet werden, sind für eine Dämpfung von Torsionsschwingungen in Antriebswellen nicht geeignet, da die erforderliche Dicke des Dämpfungsmaterials in diesem Fall eine untragbare Vergrößerung des Durchmessers der Welle bedingen würde.
Gleiche Schwierigkeiten ergeben sich mit der Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen gemäß der deutschen Auslegeschrift 1071424. Hier werden schwingende Massen über Dämpfungskörper aus eigengedämpftem elastischem -Material mit der Welle verbunden. Zum einen erbringen die Dämpfungskörper keine ausreichende Dämpfung bei der Übertragung großer und größter Drehmomente; zum anderen würde ihre Anbringung an Wellenleitungen wiederum eine übermäßige Vergrößerung des Wellenleitungsdurchmessers herbeiführen. So wird auch im Zusammenhang mit der bekannten Einrichtung die Anordnung der Dämpfungskörper mit den Massen in gesonderten Scheiben vorgeschlagen. Aus der deutschen Auslegeschrift 1187 500 ist eine Kardanwelle bekannt, bei der zwei an den Flanschen angeordnete Gummimuffen finit einer aufgezogenen Stahlhülse zur Torsionsschwingungsdämpfung herangezogen werden. Auch hier ist die Dämpfungsfunktion auf eine hochelastische Masse und eine feste Masse unter Trennung beider Massen aufgeteilt.
Schließlich ist es aus der USA.-Patentschrift 2 001165 bekannt, eine Antriebswelle an den Schwingungsbäuchen mit zusätzlichen Ringen zu versehen. Durch diese Maßnahme tritt jedoch eine Dämpfung praktisch nicht auf, es werden vielmehr die Eigenfrequenzen der Welle in andere Bereiche verlagert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Wellenleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ohne ins Gewicht fallende Veränderung des Wellenquerschnitts und ohne Anordnung mehrerer verschiedener Teile eine wirksame Dämpfung von Drehschwingungen in vereinfachter Form erzielt werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß auf der Wellenleitung mit dieser fest verbundene oder einstöckig mit dieser ausgebildete starre Steg- oder zapfenartige Elemente in im wesentlichen regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Zwischenräume zwischen den Elementen mit dem Dämpfungsmaterial. ausgefüllt sind und die Elemente im Bereich der äußeren Oberfläche des Dämpfungsmaterials enden.
Bei einer derartigen Ausbildung der Oberfläche einer Wellenleitung wird bei auftretender Torsionsverformung der Welle das Dämpfungsmatdrial insbesondere durch die Einleitung der Schwingungsenergie auf radialem Wege vergleichsweise stark verformt und der schwingenden Welle ein ins Gewicht fallender Energiebetrag durch Überführung in Wärme irreversibel entzogen, Auf diese Weise wird eine relativ große Dämpfung erzielt, wodurch nur kleine Schwingungsamplituden möglich sind. Die Erfindung erbringt den Vorteil, daß sich die Abmessungen der erfindungsgemäßen Wellenleitung im Rahmen herkömmlicher Wellenleitungen bewegen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die mit dem Dämpfungsmaterial gefüllten Zwischenräume an den Stellen der Wellenleitung angeordnet sind, an denen die größten Beanspruchungen auftreten, also an Stellen mit geringem Wellendurchmesser, also dort, wo die maximalen Verformungen der Welle auftreten. An dieser Stelle wird am besten die Verformungsenergie auf das Dämpfungsmaterial übertragen.
Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele an Hand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt F i g. 1 eine genutete Welle, deren Nuten mit Dämpfungsmaterial gefüllt sind, F i g. 2 einen Schnitt nach Linie H-II der F i g. 1, F i g. 3 eine Welle mit aufgesetzten Stegen, deren Zwischenräume ebenfalls mit Dämpfungsmaterial gefüllt sind, F i g. 4 einen Schnitt nach Linie IV IV der F i g. 3, F i g. 5 eine Welle mit aufgesetzten Bolzen und dazwischen angeordnetem Dämpfungsmaterial und F i g. 6 einen Schnitt nach Linie VI-VI der F i g. 5. Gemäß F i g. 1 ist eine zunächst glatte Wellenleitung 1 in Richtung ihrer Längsachse genutet. Die zwischen den Stegen 30 der Nuten gebildeten Zwischenräume 21 sind mit einem viskoelastischen Dämpfungsmaterial 11 gefüllt. Eine größere Anzahl schmaler Zwischenräume ist dabei vorteilhaft, da dadurch die Steifigkeit der ungedämpften Wellenleitung 1 verringert wird und somit die Torsionsbewegungen mehr von dem in die Nuten 21 eingebrachten Dämpfungsmaterial11. aufgenommen wird, das dann relativ stark verformt wird. In dem Dämpfungsmaterial wird die der Wellenleitung 1 entzogene Energie in Wärme umgewandelt.
In gleicher Weise ist es denkbar, Zwischenräume 22 mit Hilfe von Längsstegen 31, wie Fig.3 zeigt, zu bilden. Um hierbei die Steifigkeit der Wellenleitung 2 durch die Längsstege 31 nicht unnötig zu erhöhen, brauchen diese nur in ihren Endbereichen 32 mit der Welle 2 fest verbunden zu werden. Die Zwischenräume 22 sind wieder mit Dämpfungsmaterial 12 auszufüllen.
Es ist aber auch denkbar, an Stelle von Nuten oder Stegen radiale Bolzen 33 regelmäßig auf der Wellenleitung 3 anzuordnen, wie es F i g. 5 zeigt. Statt der Bolzen 33 lassen sich Flachmaterial und andere Profilstücke verwenden. Werden die Zwischenräume 23 mit Dämpfungsmateria113 ausgefüllt, dann wird im Falle von Torsionsschwingung durch die Relativbewegung der Bolzen 33 zueinander und durch die zum Teil vergrößerten Bewegungen entlang der Bolzenhöhe mechanische Energie an das Dämpfungsmaterial 13 abgegeben.
Zum Ausfüllen der Zwischenräume 21-23 kann ein handelsübliches Material, z. B. Antidröhnmittel, mit hohen inneren Verlusten verwendet werden, wobei es sogar vorteilhaft ist, dieses Material mit anderen Materialien hohen Gleitmoduls, z. B. Stahlteilchen, zu mischen. Auf diese Weise läßt sich die Relativverformung im Dämpfungsmateria111-13 noch zusätzlich vergrößern.
Selbstverständlich läßt sich die oben beschriebene Dämpfung auch bei Hohlwellen verwirklichen.

Claims

Patentansprüche: 1. Wellenleitung für einen Schiffsantrieb, auf der schwingungsdämpfendes Material zur Drehschwingungsdämpfung aufgetragen ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der Wellenleitung (1, 2, 3) mit dieser fest verbundene oder einstückig mit dieser ausgebildete starre Steg- oder zapfenartige Elemente (30, 31, 33) in im wesentlichen regelmäßigen Abständen angeordnet sind, wobei die Zwischenräume (21, 22, 23) zwischen den Elementen (30, 31, 33) mit dem Dämpfungsmaterial (11, 12, 13) ausgefüllt sind und die Elemente (30, 31, 33) im Bereich der äußeren Oberfläche des Dämpfungsmaterials (11, 12, 13) enden.
2. Wellenleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (30, 31, 33) und das Dämpfungsmaterial (11, 12, 13) im Bereich der Stellen der Wellenleitung (1, 2, 3) mit geringem Wellendurchmesser vorgesehen sind.
3. Wellenteilung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stegartigen Elemente (30, 31) in Achsrichtung auf der Wellenleitung (1, 2) geradlinig, schräg oder wendelförmig verlaufen.
4. Wellenleitung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zapfenartigen Elemente (33) die Form von Profilstücken oder Bolzen aufweisen.