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vorrichtung zu Übertragen der Antriebsenergie von einer Gatterhauptwelle
auf eine rotierende Unwuchtmasse Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
mit einer drehelastische Kupplung zum Übertragen der Antriebsenergie von einer Gatterhauptwelle
auf eine dem Ausgleich der freien Masserkräfte des Gatters dienende rotierende Unwuchtmasse,
wobe er Eigenfrequenzbereich des im wesentlichen aus der Kupplung und der Unwuchtmasse
bestehenden Drehschwingungssystes unter der Betriebsdrehzahl der Gatterhauptwelle
liegt.
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Die dem Ausgleich der durch die schwingenden Massen des Sägegatters
erzeugen freien Masserkräfte dienende Unwuchtmasse wird mit der Vorrichtung zum
Übertragen der Antriebsenergie von der Gatterhauptwelle euf sie als gesondertes
aggregat an das satter angebaut. Die Verwendung einer elastischen Kupplung bei der
Übertragungsvorrichtung hat den Zweck, Belastungsstöße zu vermeiden, die von dem
unvermeidbaren Ungleichförmigkeitsgrad
gleichförmigkeitsgrad herrühren,
mit dem die Gatterhauptwelle umläuft. dadurch wird eine wesentliche Vereinfachung
der Übertragungsvorrichtung erreicht, die ohne eine solche elastische Kupplung so
konstruiert werden müsste, daß sie auch die endlichen Belastungsspitzen aushält.
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Die bekannte Verwendung einer elastischen Kupplung in der Antriebsverbindung
bietet aus den vorgenannten Gründen also ganz erhebliche vorteile, doch ergeben
durch sie auch die nachstehend geschilderten Probleme, die bisher noch nicht gelöst
worden sind und deren Lösung die Erfindung anstrebt.
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Der Einsatz einer elastischen, d.h. "weichen", Kupplung führt naturgemäß
dazu, daß das im wesentlichen aus der elastischen Kupplung und der rotierenden Unwuchtmasse
bestehende D:hschwingungssystem eine Eigenfrequenz besitzt, die unter der Betriebsdrehzahl
des Gatters und damit der rotierenden Unwuchtmasse liegt. Dies bedeutet, daß bei
jeder Inbetriebnahme unter bei jedem Stillsetzen des Gatters der Resonanzbereich
dieses Drehschwingungssystems durchfahren wird, wobei bisher kritische Beanspruchungen
aufgetreten sind. Da das Durchfahren des Resonanzbereiches unvermeidbar ist, hat
sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Weg zu finden, der es ermöglicht,
das Auftreten solcher kritischer Beanspruchungen zu vermeiden.
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gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgabe dadurch gelöst, da
bei einer Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff elne Einrichtung vorgesehen wird,
die die relativen Bewegungen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der
Kupplung in der Weise dämpft, daß die Dämpfung im Eigenfrequenzbereich des Drehschwingungssystems
größer ist als bei Betriebsdrehzahl.
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Die Erfindung hat die Wirkung, daß einerseits durch die starke
starke
Dämpfung im Eigenfrequenzbereich des Drehschwingungssystems beim Durchlaufen des
Resonanzbereichs keine kritischen Beanspruchungen mehr auftreten können, daß aber
andererseits die Funktionsweise der elastischen Kupplung bei Nenndrehzahl des Gatters
nicht beeinträchtigt wird, so daß die obertragungsvorrichtung im Nennbetrieb nur
die geringe Leistung zu übertragen braucht, die nötig ist, um die rotierende' Unwuchtmasse
mit der mittleren Nenndrehzahl des Gatters ohne Ungleichför:nikeitsgrad im Umlauf
zu halten.
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Die Erfindung schafft also eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff,
auf die nicht nur, wie bisher, der Ungleichförmigkeitsgrad, sondern darüber hinaus
auch die Eigenfrequenz des oben genannten Drehschwingungssystems ohne störenden
Einfluß bleibt, so da alle im Zusammenhang mit der Konstruktion einer solchen Übertragungsvorrichtung
anstehenden Probleme, die zu besonderen Schwierigkeiten Veranlassung gaben, zufriedenstellend
gelöst sind. Es können nunmehr weder während des An- oder Auslauf 5 noch bei Nenndrehzahl
des Gatters in der Übertragungsvorrichtung Belastungsspitzen auftreten, die durch
Schwingungsrezonanz oder Ungleichförmigkeit verursacht sind.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Dämpfung e-4v.eder
von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite
der Kupplung oder von der mittleren Drehzahl der Gtterhauptwelle abhängig zu machen.
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Das erstere kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
dadurch erreicht werden, daß die Dämpfung durch Drossel-,- einer durch die Relativbewegung
zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung entstehenden Druckmittelströmung
erzeugt wird. Die Drosselung wird
wird hierbei vorzugsweise so gestaltet,
daß sie für Relativbewegungen kleiner Amplitude geringer ist als für Relativbewegungen
größerer Amplitude. Dies erbringt den Vorteil, daß im Nenndrehzahlbereich des Gatters,in
dem die Antriebsseite und die Abtriebsseite der Kupplung relativ zueinander nur
mit kleiner Amplitude schwingen, die Dämpfung nahe bei dem Wert Null liegt. Es empfiehlt
sich in diesem Zusammenhang auch, die Drosselung etwa symmetrisch zu der Mittelstellung,
die die Antriebsseite und die Abtriebsseite der Kupplung im Nennbetrieb einnehmen,
veränderbar zu gestalten.
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Eine von der mittleren Drehzahl der Gatterhauptwelle abhängige Dämpfung
kann in Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß diese durch eine
zu der drehelastischen Kupplung parallel geschaltete ReibungsKupplung erzeugt wird,
deren Reibmoment mit steigender Drehzahl abnimmt. In diesem Zusammenhang sieht eine
bevorzugte Ausgestaltungsform vor, da3 das Reibmoment durch Federkraft erzeugt und
durch Fliehgewichte entgegen der Federkraft verringerbar ist. Vorzugsweise ird hierbei
die Anordnung so getroffen, daß das Reibmoment bei Betriebsdrehzahl den Wert Null
aufweist.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine erste Ausführungsform
einer zwischen eine Gatterhauptwelle und eine rotierende Unwuchtmasse eingeschaltetenerfindungsgemäßentibertragungsvorrjchtung
im Längsschnitt, Fig.2 den Querschnitt durch die Anordnung nach Fig.1 entlang der
Schnittlinie II-II in Fig.1 mit Blickrichtung zur Gatterhauptwelle, wobei die Gatterstelze
der tbersichtlichkeit halber weggelassen ist, Fig.3
Fig.3 die links
in Fig.1 zu sehende Kupplung mit Dämpfungseinrichtung in näheren Einzelheiten sowie
in größerem maßstab, Fig.4 den Auerschnitt zu Fig.3 entlang der Schnittlinie IV-IV
in Fig.3, Fig.5 eine abgewandelte Ausführung der elastischen Kupplung mit Dämpfungseinrichtung
in der Fig. 3 entspreckender Darstellung , und Fig.6 den Querschnitt zu Fig.5 entlang
der Schnittlinie Vi-Vl in Fig.5.
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Gemäß Fig.1 wird eine dem völligen Ausgleich der Massenkräfte erster
Ordnung dienende, zusätzlich an das Gatterangebaute Unwucht 1, die auf einer in
einem Gehäuse 2 gelagerten Hohlwelle 3 befestigt ist, über ein als Kegelradgetriebe
ausgebildetes Wendegetriebe 4 angetrieben, Das antreibende Zahnrad 5 ist durch eine
drehelastische Kupplung mit einer Antriebswelle 7 verbunden, die über eine Ausgleichsverbindung
8 von einer an das Gatterschwungrad 13 angeschlossenen Gegen kurbel 9 mitgenommen
wird. Die Ausgleichsverbindung 8 hat die Aufgabe, einerseits Montageungenauigkeiten
und andererseits die durch die hohe Belastung unvermeidlichen Durchbiegungen der
Gatterhauptwelle 10 und des Kurbelzapfens 11, an dem die Gatterstelze 12 angreift,
auszugleichen. Zu der drehelastischen Kupplung ist eine Dämpfungseinrichtung 6 parallelgeschaltet,
die eine von der Relativgeschwindigkeit zwischn der Antriebsseite und der Abtriebsseite
der Kupplung abhängige Dämpfung herbeiführt. Nähere Einzelheiten der elastischen
Kupplung und der Dämpfungseinrichtung werden weiter unten im Zusammenhang mit den
Fig.3 und 4 beschrieben.
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Die
Die Fig.2 zeigt das Gatterschwungrad 13 mit dem
an ihm angebrachten üblichen Gegengewicht 14, das dem Kurbelzapfen 11 gegenüberliegt.
Das Gegengewicht 14 dreht sich mit dem Gatterschwungrad 13 in.Richtung des Pfeiles
15, während die zusätzliche Unwuchtmasse 1 in der durch den Pfeil 16 angedeuteten,
entgegengesetzten Richtung umläuft.
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Die Figuren 3 und 4 zeigen in nähren Einzelheiten die drehelastische
Kupplung mit einer ersten Ausführung einer Dämpfungs einrichtung 6, die zu der Kupplung
parallel geschaltet ist und eine von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite
und der Abtriebsseite der Kupplung abhängige Dämpfung herbeiführt. 3ei der eigentlichen
drehelastischen Kupplung handelt es sich um eine handelsübliche uummikupplung, nämlich
die Stromag-Periflex-Kupplung. Sie besteht aus dem Nabenteil 26, auf dem mittels
eines Druckrings 27 und Schrauben 28 ,ne uum:niåcneibe 29 festgeklemmt ist, die
formschlüssig durch eine trt 7verzahnung mit einem Außenring 30 verbunden ist.
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Die zu dieser Kupplung parallel geschaltete Dämpfungseinrichtung 6
arbeitet hydrodynamisch. Sie besteht aus einem auf der antrieDãwelle 7 sitzenden
Nabenteil 31 mit radial angeordneten Schaufeln 32, das mittels Lagern. 33 drehbar
in einem durch Dichtringe 34 abgedichteten Gehäuse gelagert ist.
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Dieses Gehäuse eist einen Gehäusering 35 und Seitenwände 36 sowie
37 auf, die durch Schrauben 38 miteinander fest verbunden sind. Der Gehäusering
35 geht in einen Flansch 39 über, der mittels Schrauben 40 an den Kupplungsaußenring
30 angeschlossen ist. Das Gehäuse der Dämpfungseinrichtung der Kupplung ist durch
vom Gehäusering 35 ausgehende, radial nach inne ge-ichtete Wände 41 in einzelne
Kammern unterteilt. Jede dieser Kammern wird wiederum durch die Schaufeln 32 in
der Ruhelage (also bei entlasteter drehelastischer Kupplung
Kupplung)
in die Kammerhälften 42, 43 unterteilt. Die tammerhälften stehen untereinander durch
Spalten 44 und 45 zwischen dem NEbenteil 31 mit den Schaufeln 32 einerseits und
den Gehäuseteilen 35,36,37 andererseits in Verbindung. Im Bereich um die Mittelstellung
wird der Querschnitt der Spalten 44 durch Überströmkanäle 46 stark vergrößert.
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Unter dem Einflu3 eines wechselnden Drehmoments, das seine Ursache
in dem unvermeidbaren Ungleichförmigkeitsgrad hat, mit dem die Gatterhauptwelle
umläuft, wird die drehelastiscne kupplung 26 - 30 zum Pendeln um die Mittellage
gebracht.
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Die gleiche Pendelbewegung führt auch das Nabenteil 31 der Dämpfungseinrichtung
o gegenüber dem ölgefüllten Gehäuse aus.
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dabei wird das vl abwechselnd von einem Kammerteil 42 durch die Spalten
44 und 45 in den anderen Kammerteil 43 gedrückt.
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Bei geringen Winkelausschlägen sorgt der Uberströmkanal 46 für eine
geringe Strömungsdrosselung und damit für eine niedrige Dämpfung. Sobald ein kritischer
Zustand eintritt, was insbesondere beim Durchlaufen des im wesentlichen aus der
Unwuchtmasse 1 und der elastischen Kupplung bestehenden Drehschwingurgssystems der
Fall ist, und die Winkelausschläge demzufolge ein bestimmtes Naß überschreiten,
wird der Bereich der Sberströmkanäle 46 durch die Schaufeln 32 überfahren, und der
dann verbleibende geringe Querschnitt der Spalten 44 und 45 fuhrt wegen der starken
Drosselung der Strömung aus dem einen Kammerteil in den anderen zu großen Strömungsverlusten,
d.h. daß ein großer Teil der Bewegungsenergie in dieirreversible Energieform Wären
überführt wird.
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Damit wird das entstehen von Drehschwingungen mit kritischer Amplitude
vermieden.
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Die Dämpfungseigenschaften der vorstehend erläuterten Dämpfungseinrichtung
lassen sich durch verschiedene Faktoren beeinflussen, nämlich die ölmenge, die in
das Gehäuse eingefüllt
füllt wird, die Zähigkeit dieses oels, die
Spaltenquerschnitte und eine evtl. Verrippung zum Erzeugen von Turbulenz.
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Darüber hinaus kann auch eine Endlagendämpfung vorgesehen werden,
die gemäß Fig.4 durch sich über die ganze Breite der Schaufeln 32 erstreckende Leisten
47 und in Verdickungen der trennwände 41 vorhandene Nuten 48 gebildet wird. Sobald
bei extremen Ausschlägen die Leisten 47 die Nuten 48 erreichen, wirkt das darin
eingeschlossene öl stark bremsend und verhindert eine hartes Aufschlagen.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform einer
Dämpfungseinrichtung für die drehelastische Kupplung, bei der er sich um die bekannte
weiter oben bereits erläuterte Stromag-Periflex-Kupplung 26-30 handelt. Die zu dieser
drehelastischen Kupplung parallel geschaltete Dämpfung einrichtung arbeitet nach
dem Prinzip einer Reibungskupplung und erzeugt eine drehzahlabhängige Dämpfungskraft,
die mit wachsender Drehzahl abnimmt.
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Die Dämpfungseinrichtung gemäß Fig.5 und 6 weist eine auf der Antriebswelle
befestigte Nabe 50 auf, die eine Bremstrommel 51 trägt. Auf der Naben 50 sind mittels
Wälzlagern Gehäusewände 54 und 55 gelagert, die mittels Schraubenbolzen 56 mit einem
Gehäusering 53 zu einem geschlossenen Gehäuse vereinigt sind. In diesem Gehäuse
sind im vorliegenden Fall drei Bremsbacken 61 mit Bremsbelegen 62 gelenkig angeordnet,
die gegen die Bremstrommel 51 gedrückt werden, wobei die Anpresskraft mit wachsender
Drehzahl abnimmt. Zu dem letztgenannten Zweck sind auf in den Gehäuseseitenwänden
54 und 55 befestigten Bolzen 57 Belastungshebel 58 mit Fliehgewichten 59 schwenkbar
gelagert, von denen jeder einer Bremsbacke 61 zugeordnet ist, die mit ihm durch
Bolzen 60 beweglich verbunden ist. Auf die Belastungshebel 58 wirken Federn 63 ein,
die sich zwischen den Belastungshebeln und dem Gehäusering
sering
53 abstützen und die Anpresskraft für die Bremsbacken 61 bzw. die Bremsbelage 62
liefern.
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Während zu Beginn der Drehbewegung von der vorstehend geschilderten
Reibungskupplung ein Drehmoment übertragen wird, das außer von den Reibungsverhältnissen
nur durch die Federn 63 bestimmt wird, wirkt die Eingemasse der Bremsbacken 61 und
der Belastungshebel 58, unterstützt von den Fliehgewichten 59, mit zunehmender Drehzahl
der Federkraft entgegen und damit entlastend. Vor Erreichen der endgültigen Betriebsdrehzahl
(Nenndrehzahl) wird bei entsprechender Dimensionierung die Fliehkraftwirkung so
stark, daS die Backen 61 von der Bremstrommel 51 abgehoben werden und somit kein
Reibungsmoment er vorhanden ist.
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Die vorstehende Wirkungsweise sorgt dafür, daß beim Durchfahren des
weit unter der Nenndrehzahl liegenden kritischen Drehzahlbereichs der Übertragungsvorrichtung
ein ausreichendes Dämpfungsmoment vorhanden ist, welches das Entstehen voN zu großen
Schwingungsamplituden und damit unzulässigen Belastungsspitzen für das system zum
Übertragen der Antriebskraft auf die zusätzlicne Unwuchtmasse 1 verhindert. Dieses
Dämpfungsmoment verschwindet aber durch das abheben der Bremsbacken 61 von der Bremstrommel
51 vollständig im Nenndrehzahlbereich, so da dann die Ausgleichsfunktion der drehelastischen
Kupplung voll wirksam wird.
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Die vorstehend beschriebenen drehelastischen Kupplungen mit einer
Dämpfung, die, allgemein ausgedrückt, drehgeschwindigkeitsabhängig ist, ermöglichen
generell einen Einsatz in den Antriebsfallen, wo die Antriebsdrehzahl relativ starken
rhytmischen Schwankungen unterliegt (Ungleichförmigkeitsgrad) und große Schwungmassen
anzutreiben sind. In solchen Fällen ist eine drehelastische Verbindung von gro1<3er
Nachgiebigkeit
bigkeit sehr vorteilhaft, weil die sonst unvermeidlichen
Beschleunigungs- und Verzögerungsstöße von den pbertragungs-Elementen ferngehalten
werden. Eine drehelastische Verbindung von großer Nachgiebigkeit bedeutet jedoch,
daß die Eigenfrequenz des Drehschwingungssystems: elastische Kupplung Ubertragungselemente-Schwungmasse
weit unter der Betriebsdrehzahl liegt, das Drehschwingungssystem also tief abgestimmt
ist. Große Schwungmassen bedingen aber gleichzeitig auch relativ lange Beschleunigungszeiträume
für das Anfahren bzw. Abstellen solcher Aggregate, so daß es unmöslich ist, die
unter der Betriebsdrehzahl liegende kritische Drehzahl so schnell zu durchfahren,
daß Schwingungsresonanz vermieden wird. engen der erfindungsgemäß vorgesehenen Dämpfung
kann sich aber die Schwingungsresonanz nicht mehr gefährlich auswirken. Die Dämpfung
kommt aber andererseits dort wieder in Fortfall, wo sie stören würde, nämlich im
Betriebsdrehzahlbereich, wo sie entweder ganz oder zumindest bis auf ein unbedeutendes
Restmoment verschwindet.
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Patentansprüche