DE1750581C3 - Vorrichtung zum Dampfen von Radial schwingungen einer sich drehenden Welle - Google Patents

Description

liegenden Luftspalt, in dem ein auf der Welle Zentrierstück verbunden ist, das mindestens einen

koaxial dazu sitzendes Rad aus magnetischem io an einem fest mit diesem Polschuh verbundenen

Material umläuft, dadurch gekennzeich- feststehenden Kranz anliegenden Reibbelag trägt,

net, daß mit dem einen Polschuh (13) über in Durch die erfindimgsgemäße Ausbildung der

einstellbarer Weise zusammendrückbare Puffer Dämpfungsvorrichtung erhält man zum eim.n eine

(22 und 23) ein Zentrierstück (6) verbunden ist. gewisse Lagersteirigkei' durch den Einfluß des magne-

das mindestens einen an einem fest mit diesem i_o tischen Kreises, und zusätzlich addiert sich zu dieser

Polschuh (13) verbundenen feststehenden Kranz Lagersteifiekeit der Eintluß einer mechanische·!

(19) anliegenden Reibbelag (21) trägt. Dämpfung" über die elastische Andrückung der in

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, daduich ge- Reibberührung stehenden Teile durch die zusammenkennzeichnet, daß das Zentrierstück (6) auf einer drückbaren Puffer. Durch diese doppelte Dämpfung Seite kreisförmige, konzentrische Zähne (27) auf- 20 wird jegliche Bewegung mit der Tendenz ein*.-i weist, die ihnen gegenüberliegenden analogen spiraligen Erweiterung nach außen unterdrückt, uiui Zähnen (25) auf dem Rad (2) zugeordnet sind. auch größere Seitenkräfte für die sich drehende WeIi-.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- führen nur zu Kreisbewegungen von deren Schwer durch gekennzeichnet, daß das Zentrierstück (6) punkt mit sehr kleinem und stabilem Radius, die eine axiale Bohrung (5) aufweist, in der die sich 25 nicht AnIaIi zu einem Festfressen der Welle in ihren drehend· Welle (1) umläuft, und daß die Boh- Lagern oder auch zu Stoßen der Welle gegen die rung (5; mit einem Überzug (9) aus einem Mate- Lager sein könne-, .

rial mit geeignetem Reibungskoeffizienten aus- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin-

gekleidet ist. dune weist das Zentrierstück auf einer Seite kreis-

30 förmige. konzentrische Zähne auf, die ihnen gegenübet Gehenden analogen Zähnen auf dem Rad zugeordnet sind. Außerdem kann das Zentrierstück eine axiale Bohrung aufweisen, in der die sich drehende Welle umläuft, und diese Bohrung kann mit einem 35 überzug aus einem Material mit geeignetem Rei-

Die Erlindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bungskoeffizienten ausgekleidet sein,
zum Dämpfen von Radialschwingungen einer sich In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines

drehenden Welle mit einem magnetischen Kreis aus Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Dabei zeigt einem feststehenden Permanent- oder Elektromagne- die einzige Figur der Zeichnung einen Axialschnitt ten. zwei feststehenden Polschuhen und einem da- 40 durch eine Hälfte einer erfindungsgemäß ausgebildezwischenliegenden Luftspalt, in dem ein auf der ten Vorrichtung.

Welle koaxial dazu sitzendes Rad aus magnetischem In dieser Figur ist eine sich drehende Welle I

Material umläuft. dargestellt, die außen mit einem Rad 2 versehen ist,

In der deutschen Auslegeschrift 1 219 117 ist ein das an einer Schulter 3 an der Welle 1 anliegt und Elektromotor für hohe Drehzahlen mit vertikaler 45 mittels einer Schraube 4 festgehalten wird. Die Läuferwelle beschrieben, der mit einer Dämpfungs- Welle 1 ist drehbar in eine axiale Bohrung 5 in einem vorrichtung der obenerwähnten Art ausgestattet ist. Zentrierstück 6 eingesetzt, das einen zentralen Teil 7 Bei diesem bekannten Elektromotor werden die sich uivl einen äußeren Flansch 8 aufweist, der sich in aus dem Gewicht der sich drehenden Teile ergeben- einer zur Welle 1 senkrechten Richtung parallel zum den Belastungen im wesentlichen durch ein am 50 Rad 2 erstreckt. Vorteilhafterweise weist die Bohunteren Ende der Läuferwelle angeordnetes Spur- ping 5 im Zentrierstück 6 innen einen Überzug 9 aus zapfenlager aufgenommen, und die obenerwähnte einem Material mit passendem Reibungskoeffizienten Dämpfungsvorrichtung dient als reine Zentner- insbesondere auf der Basis von Polytetrafluoräthylen vorrichtung, die nur geringe Auslenkkräfte zu korn- auf, das auf ein Zusammenwirken mit einem entpensieren hat. ₅₅ sprechenden Teil 10 an der Welle 1 eingerichtet ist.

Eine solche Belastungsverteilung ist jedoch nicht Das Rad 2 und das Zentrierstück 6 sind in den

für sich drehende Wellen beliebiger Art zu gewähr- Luftspalt 11 eines magnetischen Kreises 12 eingeleisten, und es können ganz allgemein Belastungs- setzt, der im wesentlichen einen ersten Polschuh 13 fälle auftreten, beil denen sich durch die Auslenkung mit einem zum Rad 2 und zum äußeren Flansch 8 des Wellenschwerpunktes instabile Bewegungen 60 des Zentrierstückes 6 parallelen radialen Ansatz 13a dieses Schwerpunktes um die Wellenachse ergeben, und einen in einem zum Ansatz 13a parallelen die gegebenenfalls die Form einer sich rasch erwei- Flansch 14 a endenden zweiten Polschuh 14 aufweist, ternden Spirale annehmen. Solche Bewegungen Zwischen den Polschuhen 13 und 14 ist die Wickführen zu rasch zunehmenden seitlichen Belastungen lung eines Elektromagneten 15 untergebracht, die der Lager und können ein Festfressen der Welle in 65 im Luftspalt 11 zwischen den Polschuhen 13 und 14 ihren Lagern hervorrufen. ein Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien im wesent-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, liehen paralle! zur Achse der Welle 1 gerichtet sind eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so und demzufolge das Rad 2 und den Flansch 8 des

Zentrierstückes 6 normal dazu durchsetzen. Vorzugsweise sind die beiden Poischuhe 13 und 14 miteinander über eine Schraube 16 unter Zwischenlage einer Einstellscheibe 17 verbunden, die es ermöglicht, Jen Luftspalt 11 auf einen gewünschten Wert einzustellen.

An dem radialen Ansatz 13a des Polschuhs 13 ist mittels einer Schraube 18 ein Kranz 19 aus unmagneuschem Material angebracht, der gegenüber dem Zentrierstück 6 eine Randleiste 20 trägt, mit der ein ic Reibbelag 21 aus einem Material mit passendem Reibungskoeffizienten zur Zusammenarbeit kommt, der auf der Deckfläche des Flansches 8 angebracht ist. Außerdem sind mischen dem Flansch 8 und dem Polschuh 13 zwei ringwulstförmige Puffer 22 und 23 aus elastischem Material angeordnet, die in geeigneten Hohlkehlen in den einander gegenüberliegenden Oberflächen des Zentrierstückes 6 und des radiaon Ansatzes 13a so liegen, daß sie die Abstützung des Zen'.rierstückes 6 gewährleisten, diesem dabei ao !•.■doch dank ihrer Elastizität leichte radiale Ausschläge entsprechend geringen Relativ. erschiebungen ties Reibbelages 21 auf der Randleiste 20 gestatten. Beim Zusammenbau der verschiedenen obenerwähnten Bauteile wird eine Zwischenscheibe 24 passender Starke zwischen den Polschuh 13 und den Kranz 19 eingelegt, um den Luftspalt e_c zwischen dem Zentrierstück 6 und dem Polschuh 13 durch eine geeignete Zusammendrückung der Puffer 22 und 23 einzustellen.

Schließlich ist das Rad 2 auf seinen beiden Seiten mit zwei Serien von Zähnen 25 und 26 in Form zueinander koaxialer Kreise versehen, die so angeordnet sind, daß sie bei richtiger Zentrierung der Welle 1 jeweils analogen Zähnen 27 und 28 gegenüberstehen, die an dem Flansch 8 des Zentrierstückes 6 bzw. an dem Flansch 14a des zweiten Polschuhes 14 angebracht sind, wobei sie zwischen sich Luftspr'te e_i und e_s festlegen.

Die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung *o ergibt sich nun aus nachstehenden Überlegungen:

Jede Radialauslenkung des Rades 2 läßt eine magnetische Rückstellkraft entstehen, die das Rad 2 in seine Gleichgewichtslage zurückzubringen sucht, und daraus ergibt sich eine radiale magnetische Steifigkeit der Vorrichtung, die als Differentialquotient aus Rückstellkraft und Auslenkung definiert ist.

Der Flansch 8 folgt einerseits dem Rad 2 bei seiner Verschiebung, wird jedoch andererseits von den elastischen Puffern 22 und 23 zurückgehalten. Wenn man daher außerhalb jedes Magnetfeldes die für eine Verschiebung des Zentrierstücks 6 gegenüber dem Polschuh 13 erforderliche Kraft mißt, so kann man in analoger Weise wie oben eine radiale mechanische Steifigkeit der Vorrichtung definieren.

Die Bewegung des Zentrierstücks 6 wird nun durch die Reibung zwischen dem Reibbelag 21 und der Randleiste 20 gebremst. Daher folgt bei einer Verschiebung des Rades 2 und der Welle 1 das Zentrierstück 6 unter Überwindung einer Reibungskraft, und bei der Bewegung in umgekehrter Richtung treten die gleichen Erscheinungen auf. Damit es nun zu einem möglichst raschen .Abklingen dieses Bewegungsablaufs kommt, wird der Dämpfungskoeffizient für diese Bewegung auf eine solche Größe gebracht, daß das System praktisch nach einer einzigen Pseudoschwingung in seiner Ausgangslage zur Ruhe kommt.

Dabei hat die Erfahrung gezeigt, daß das Verhältnis für die Größe der oben definierten magnetischen radialen Steifigkeit einerseits und der entsprechenden mechanischen Steifigkeit andererseits zwischen 3 und 8 und vorzugsweise um 5 liegen sollte.

Die Reibungskraft zwischen dem Reibbelag 21 und der Randleiste 20 wird im Verlaufe der obenerwähnten Einstellung festgelegt, was es gestattet, in Abhängigkeit von der magnetischen Anziehungskraft c!^;e Reibfläche zu berechnen, da der Reibungskoeffizient für das Material des Reibbelags 21 auf dem Metall der Randleiste 20 bekannt ist.

V-.'as nun die Amplitude der zu dämpfenden Radialbewegung anlangt, so ist zunächst zu erläutern, was hier unter dem Ausdruck »kritische Drehzahl« zu verstehen ist. Dieser Ausdruck bezieht sich auf gyroskopische Schwingungserscheinungen, die sich der Rotation einer sich frei drehenden Welle überlagern. Diese langsamen Bewegungen, die sich mit Präzessionsbewegungen vergleichen lassen, zeigen mehrere charakteristische Schwingungsformen, die sich mit der Drehzahl wandeln und bei Übereinstimmung zwischen der Drehzahl und der Frequenz der betreffenden Schwingungsform ein Maximum durchlaufen. Die entsprechende Drehzahl nennt man dann »kritische Drehzahl«.

Die dargestellte Vorrichtung ist nun speziell für die Dämpfung dieser langsamen — mit 2 bis 30 Hz erfolgenden — Bewegungen und nicht für die Beseitigung der kritischen Biegeschwingung bestimmt, die stets einen viel größeren Frequenzwert zwischen 30 000 und 60 000 Hz aufweist. Diese Schwingungen einer biegenden Welle entsprechen einer völlig anderen Erscheinung, infolge deren die Welle eine Krümmung mit mehreren sogenannten Knotenpunkten annimmt. Die Abhilfe dagegen besteht zum einen in einer möglichst vollständigen Auswuchtung der Welle und zum anderen in einem möglichst raschen Durchlaufen der kritischen Drehzahlberciche.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

auszubilden, daß sie Radialbewegungen der Welle Patentansprüche: in nachgiebiger Weise abzufangen und damit die Lage der Welle ganz allgemein unabhängig von der

1. Vorrichtung zum Dämpfen von Radial- jeweils gegebenen Gewichtsbelastung zu stabilisieren schwingungen einer sich drehenden Welle mit 5 vermae.

einem "magnetischen Kreis aus einem feststehen- Die"2cstellte Aufgabe wird erfindungsgemäß da-

den Permanent- oder Elektromagneten, zwei durch gelost, daß mit dem einer. Polschuh über in

feststehenden Polschuhen und einem"dazwischen- einstellbarer Weise zusammendrückbare Puffer em