DE219899C

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Publication number: DE219899C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 219899 KLASSE ArIh. GRUPPE

JOHN WILLS CLOUD in LONDON.

Massen herrühren.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. März 1908 ab.

Die Erfindung will Schwingungen und Spannungen, welche bei der Umdrehung von Achsen, Schiffsschrauben in den sich drehenden Teilen der Turbine auftreten können, vermeiden oder doch vermindern. Es ist bekannt, daß bei Änderung der Richtung der Drehachse einer sich drehenden Masse eine ablenkende Koppel auftritt, die von der Geschwindigkeit der Richtungsänderung, vom Trägheitsmoment und von der Winkelgeschwindigkeit der umdrehenden Masse abhängt. Diese ablenkende Koppel mag man die gyroskopische Koppel nennen, da die auftretenden Erscheinungen an Instrumenten klargestellt werden, welche man Gyroskope nennt. Der Deutlichkeit wegen möge ein Gyroskop kurz beschrieben werden. . · ■

Das Gyroskop trägt einen Schwungkörper, welcher um eine horizontale Achse α drehbar ist, und ist so angeordnet, daß dieser Körper sich mit seinem Traggestell urn eine zweite horizontale Achse, b senkrecht zu α drehen kann und dies wieder in der Weise, daß das Gestell mit der Achse b sich um eine vertikale Achse c drehen kann, die deshalb senkrecht zur Ebene von α und b ist. Dreht sich der Schwungkörper um seine Achse α im Sinne, des Uhrzeigers, von einem Auge betrachtet, das sich in der Ebene von α und b befindet und längs der Achse α hinblickt, und ist gleichzeitig während dieser Drehung der ganzen Masse eine zweite Drehung um die senkrechte Achse c im Sinne des Uhrzeigers, wenn beobachtet wie zuvor, gegeben, so wird eine Drehung um die Achse b in solcher Richtung hervorgerufen, daß das Ende von a, welches vom Auge in der Ebene von α und b am entferntesten liegt, sich niederwärts bewegt. Diese dritte Drehung nennt man Präzession; sie geht in umgekehrter Richtung vor sich, wenn eine der beiden Drehungen um die Achse α oder b sich umkehrt.

Falls mechanischer Antrieb für eine Drehung um die Achse α im Gyroskop vorhanden ist, und eine zweite Drehung ähnlich der um die Achse c durch den Wechsel in der Richtung des Fahrzeuges eintritt, so ist, falls sich der Präzession um die Achse b Widerstand entgegensetzt, ein bestimmtes Drehmoment vorhanden, welches strebt, solche Präzession hervorzubringen, und zwar immer um eine Achse senkrecht zur Ebene der Achsen a und c. Dabei ist die Größe der Koppel bekannt, wenn die maßgebenden Größen gegeben sind, nämlich die Massen M, welche sich um die Achse α drehen, deren Winkelgeschwindigkeit w, der Gyrationsradius r und die Winkelgeschwindigkeit α um die Achse c.

Nimmt man nun an, daß eine zweite Masse M¹ um die Achse α sich drehe, so wird die Gesamtkoppel, welche eine Drehung um die Achse b hervorzubringen bestrebt ist, und die von beiden sich drehenden Massen herrührt, der Summe beider Koppeln gleich sein. Wenn man jetzt die Massen und ihre Tragheitsmomente und die Geschwindigkeiten so

wählt, daß M w r² = M¹ w¹ r² _± und eine von ihnen sich in umgekehrter Richtung zur anderen drehen läßt, so ergibt sich offenbar für die Gesamtkoppel

M w r ² α — Mw¹ r² _x α = ο,

ά. h. es tritt kein Drehmoment auf, welches das Bestreben hat, eine Drehung um die Achse b hervorzurufen. Die beiden Massen

ίο heben sich in der Tat für diese Wirkung vollständig auf.

Bei Fahrzeugen ist es häufig nötig, die ablenkenden Kräfte durch gleiche ablenkende Kräfte auszugleichen, wie bei der Gleichgewichtserzeugung der hin und her gehenden Massen durch gleich wirksame Massen, die ,sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. ■ Es ist auch wichtig, daß die sich entgegengesetzt drehenden Massen so zueinander in Beziehung" stehen, daß eine starre Verbindung zwischen ihnen besteht, wenn sie seitlich getrennt werden, um die sich ändernden Gleichgewichtskoppeln zu übertragen, ohne Erzitterungen im Gestell der Maschine hervorzurufen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist, die Notwendigkeit, das Gestell starr zu halten, entfallen zu lassen, und zwar dadurch, daß man eine Gleichgewichtsniasse auf derselben Achse (bei verschiedenen Arten der Fahr-

30. bewegung) anbringt, so daß durch die vorkommenden Änderungen in der Richtung der Bewegung das Fahrzeug keinen Schaden leidet und keine Unannehmlichkeiten und Gefahren für die Fahrgäste auftreten.

Man hatte früher den gyroskopischen Wirkungen, welche Spannungen in den Lagern und Schwingungen der Tragteile hervorrufen, keine große Bedeutung beigeschrieben, seit aber Turbinen mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit für den Schiffsantrieb üblich geworden sind, hat man diese Wirkungen, welche unter Umständen mit ernsten Folgen auftreten, näher erforscht. Sie rührt her von den ablenkenden Kräften, die durch Richtungsänderung der Drehachse der Turbinen und der hiermit verbundenen Teile bedingt werden und die vom Stampfen und Abtreiben des Schiffes oder von beiden zugleich bei starkem Seegang herrühren. Sowohl das Stampfen

50- als auch das Abtreiben aus der Richtung kann man als präzessionale Bewegung auffassen; da aber die See selbst die Änderung dieser Bewegungen bestimmt, so erkennt man, daß nur zufällig oder für Augenblicke die Änderung der Präzession für eine Achse bei dem jeweiligen Treiben und Stampfen auch zugleich für eine andere Achse richtig ist, und daß die Präzession für die andere Achse in umgekehrter Richtung liegt. Wenn nun die Präzession durch äußere Kräfte entweder zurückgehalten oder beschleunigt wird, so entsteht eine Erschütterung oder zitternde Bewegung in den umlaufenden Massen, die dem nicht ausgeglichenen Winkelmoment zuzuschreiben ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung vermindert oder vermeidet man die Erzitterungen und die Störungen, die von der Drehung der Achse der Schrauben der Turbinenläuferteile oder anderer sich drehender Massen herrühren, und die den ablenkenden Koppeln zuzuschreiben sind, sowie die Erschütterung, welche die gyroskopische Wirkung hervorruft, dadurch, daß andere Massen angebracht sind, die geeignete Trägheitsmomente besitzen und mit gleicher Drehgeschwindigkeit um dieselbe Achse angetrieben werden wie die erstgenannten sich drehenden Massen, aber in entgegengesetzter Richtung, so daß die ablenkende Koppel, die durch die gyroskopische Wirkung der erstgenannten Massen hervorgerufen wird, ausgeglichen wird, wenn die Richtung der Achse sich ändert. Die Ausgleichsmassen können dieselben Trägheitsmomente haben wie die Massen, die auszugleichen sind, und alsdann kann die Umdrehungsgeschwindigkeit für beide die gleiche sein. Es können aber auch die Trägheitsmomente verschieden und die Drehge-* schwindigkeit entsprechend vergrößert oder verringert sein, bis wieder die ableitende Koppel erreicht wird, deren Größe nach den oben stehenden Ausführungen bestimmt wurde. Als Ausgleichsmasse kann man ein Schwungrad oder einen anderen passend gestalteten Körper wählen, der sich in umgekehrter Riehtung durch ein Zahnradgetriebe dreht. Auch der Läufer eines Elektromotors oder der Läufer einer anderen Turbine läßt sich für den Zweck verwenden. Die Ausgleichsmassen können zweckmäßig in Kugellagern um die Achse umlaufen, welche ausgeglichen werden soll. Vorzugsweise sollen Ausgleichsmassen zwischen jedem Paar Lager angebracht werden, welches Treibmassen, die auszugleichen sind, trägt, um eine übermäßige Abnutzung der Lager durch eben die Ablenkungskoppeln infolge der gyroskopischen Wirkung zu vermeiden.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der die Schiffsschraubenachse ausgeglichen werden soll; diese Achse 1 trägt die Schiffsschraube 2 und ist durch eine Anzahl Lager 3 gestützt. Der Antrieb geschieht durch die Turbine 4 mit den Lagern 5. Die Ausgleichsmasse in der Nähe ·■ der Schiffsschraube ist mit 6 bezeichnet und läuft in den Kugellagern 7 zwischen den beiden ersten Lagerpaaren. Ihr Antrieb geschieht durch das Kegelradgetriebe 8, welches so gezeichnet ist, daß es für die Ausgleichsmasse 6 die iao gleiche Geschwindigkeit wie für die Achse 1, aber in umgekehrtem Sinne ergibt. Es muß

also das Trägheitsmoment des Teiles der Achse und der Schiffsschraube, welche auszugleichen ist, dem Trägheitsmoment der Ausgleichsmasse gleichkommen. Zwischen der Turbine und dem zweiten Lager ist zu gleichem Zwecke ein Elektromotor 9 angeordnet, dessen Läufer 10 eine entsprechende Masse aufweist und in den Lagernii auf der Achse 1 läuft. Dieser Motor ist so einfach als möglieh zu gestalten und erhält seinen Strom von der Stromquelle des Schiffes oder von einer Batterie aus. Praktisch ist es, den Strom einem Stromerzeuger zu entnehmen, welcher von der Achse 1 angetrieben wird, so daß ein Ausgleich für die Geschwindigkeit eintritt. Da der Motor leer läuft, verbraucht er wenig Energie; seine Geschwindigkeit aber wird so eingerichtet, daß sein Trägheitsmoment bei dieser Geschwindigkeit die gyroskopische Wirkung des . entsprechenden Teiles der Achse ι zwischen den Lagern 3 und 5 ausgleicht. Die Turbine selbst und der zugehörige Teil der Achse wird durch den Turbinenläufer 12, der zweckmäßig in der Auspuffkammer der Turbine angebracht wird, ausgeglichen. Hierzu eignet sich vorzüglich die Lavalturbine wegen ihrer hohen Geschwindigkeit und wegen des bei dieser Geschwindigkeit auftretenden Minimums von Energie.

Auch kann das Trägheitsmoment klein gehalten werden.

Man hat wohl vorgeschlagen, Dampfschiffe mit zwei Wellen, die durch Dampfturbinen in umgekehrter Richtung angetrieben werden, auszurüsten, um die gyroskopischen Wirkungen zu vermeiden, allein was man wollte, wird nicht erreicht, denn die ableitenden Koppeln, welche in jeder Achse und in den damit verbundenen Massen auftreten, falls die Richtung der Achse sich ändert, müssen Spannungen in den Lagern der Achse hervorbringen, und die . Lager müssen genügend stark gehalten werden, um diese Spannungen aufzunehmen. AVenn beide Achsen durch ein genügend starres Gestell miteinander verbunden sind, dann wird allerdings die gyroskopische Wirkung in bezug auf das ganze Schiff als nicht mehr vorhanden betrachtet werden können, aber das ist nicht das Ziel vorliegender Erfindung, welche vielmehr diese starren Verbindüngen in Wegfall bringen will.

Wünschenswert ist es natürlich, die Gewichte der Ausgleichsmassen so klein zu bemessen, als dies mit dem Trägheitsmoment möglich ist, d. h. also, es empfiehlt sich hohe Geschwindigkeit,

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung zur Verminderung der Schwingungen und Spannungen, welche von der Richtungsänderung der Drehachsen von Wellen und anderen sich drehenden Massen herrühren, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgleichsmassen mit passend gewählten Trägheitsmomenten in entgegengesetzter Richtung wie die auszugleichende Achse, aber um dieselbe Achse umlaufen, wobei Drehgeschwindigkeits- und Trägheitsmomente so bemessen sind, daß die gyroskopische Koppel der sich drehenden und auszugleichenden Achse ausgeglichen wird.

2. Ausführungsform- der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmasse in Lagern auf der Achse, welche die. auszugleichende Masse trägt, läuft und von dieser Achse aus durch ein zwangläufiges Getriebe angetrieben wird.

3. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgleichsmasse der Läufer eines Elektromotors benutzt wird.

4. Ausführungsform der Vorrichtung nach Anspruch 1 für Turbinenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgleichsmasse der Läufer einer anderen Turbine als der der auszugleichenden benutzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.