DE2263686C3 - Vorrichtung zum Übertragen der Antriebsenergie von einer Gatterhauptwelle auf eine rotierende Unwuchtmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einer drehelastischen Kupplung zum Übertragen der Antriebsenergie von einer Gatterhauptwelle auf eine dem Ausgleich der freien Massenkräfte des Gatters dienende rotierende Unwuchtmasse, wobei der Eigenfrequenzbereich des im wesentlichen aus der Kupplung iinrl der Unwuchtmasse bestehenden Drehschwingungssystems unter der Betriebsdrehzahl der Gatterhauptwelle liegt und eine den relativen Bewegungen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung entgegenwirkende Dämpfungseinnchtung vorgesehen ist, die verhindert, daß die Amplitude der Drehschwingung beim Durchlaufen des Eigenfrequenzbereichs des Drehschwingungssystems in den Bereich gefährlicher Werte gelangt

Die dem Ausgleich der durch die schwingenden Massen des Sägegatters erzeugten freien Massenkräfte dienende Unwuchtmasse wird mit der Vorrichtung zum Übertragen der Antriebsenergie von der Gatterhauptwelle auf sie unter Verwendung einer elastischen Kupplung an das übrige Gatter angeschlossen. Die Verwendung der elastischen Kupplung bei der Übertragungsvorrichtung hat den Zweck, Belastungsstöße auszuschließen, die von dem unvermeidbaren Ungleichförmigkeitsgrad 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 erheblichen Belastungsspitzen aushält.

Die bekannte Verwendung einer elastischen Kupplung in der Antriebsverbindung bietet aus den vorgenannten Gründen also ganz erhebliche Vorteile, doch ergeben sich durch sie auch die nachstehend geschilderten Probleme, die bisher noch nicht zufriedenstellend gelöst worden sind und deren optimale Lösung die Erfindung anstrebt.

Der Einsatz einer elastischen, d. h. »weichen«. Kupplung führt naturgemäß dazu, daß das im wesentlichen aus der elastischen Kupplung und der rotierenden Unwuchtmasse bestehende Drehschwingungssystems eine Eigenfrequenz besitzt, die unter der Betriebsdrehzahl des Gatters und damit derjenigen der rotierenden Unwuchtmasse liegt. Dies bedeutet, daß bei jeder Inbetriebnahme und bei jedem Stillsetzen des Gatters der Resonanzbereich dieses Drehschwingungssystems durchfahren wird. Da dieses Durchfahren des Resonanzbereichs unvermeidbar ist, treten, wenn keine Gegenmaßnahmen getroffen werden, kritische Beanspruchungen auf.
Als eine solche Gegenmaßnahme schlägt der Stand der Technik die Verwendung der eingangs genannten Dämpfungseinnchtung vor. Der bekannte Vorschlag (Holz-Zentralblatt Nr. 137, 97. Jahrgang auf S. 1993/ 1994) geht dahin, der Dimensionierung der Dämpfungseinrichtung ausschließlich die Kräfte bei Resonan2 zugrunde zu legen. Dadurch wird zwar das Auftreter kritischer Beanspruchungen beim Durchlaufen des Resonanzbereichs, sei es beim Anlassen, sei es beirr Stillsetzen des Gatters, vermieden, aber diese bekannt« Dämpfungseinnchtung beeinflußt auch den Nennbe trieb, und zwar in störender Weise z. B. dadurch, daß si« Energie verbraucht und, da sie gewöhnlich als zui elastischen Kupplung paralleler Kruftübertragungs zweig anzusehen ist, in einem zwar geminderten, abei doch merklichen Ausmaß Ungleichförmigkeiten dji Gatterantriebs zur Unwucht überträgt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dei vorstehend geschilderten Mangel der bekannten Vor richtungen nach dem Gattungsbegriff zu beheben um eine Vorrichtung dieser Art zu schaffen, bei der sich di< Dämpfungseinrichtung nur im Resonanzbereich be merkbar macht, während sie auf das übrige Betriebsver halten ohne Einfluß bleibt.
Gemäß der Erfindung wird die vorstehende Aufgab

dadurch gelöst daß die von der Dämpfungseinrichtung erzeugten Dämpfungskräfte im Eigenfrequenzbereich des Drehschwingungssystems größer sind als bei Betriebsdrehzahl.

Der erfindungsgemäße Vorschlag führt zu einer drehzahlabhängigen Dämpfung und löst die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht nur zuverlässig sondern auch auf eine Weise, deren Realisierung dem Durchschnittsfachmann ohne großen Aufwand möglich ist Einerseits können durch die starke Dämpfung ün Eigenfrequenzbereich des Drehschwingungssystems beim Durchlaufen dieses Bereichs keine kritischen Beanspruchungen mehr auftreten, während andererseits die Funktionsweise der elastischen Kupplung bei Nenndrehzahl des Gatters nicht beeinträchtigt wird, sodaß die Übertragungsvorrichtung trotz der Dämpfungseinrichtung im Nennbetrieb nur die geringe Leistung zu übertragen braucht, die nötig ist, um die rotierende Unwuchtmasse mit der mittle-en Nenndrehzahl des Gatters ohne Ungleichförmigkeitsgrad im Umlauf zu halten.

Es können nunmehr weder während des An- oder Auslaufs noch bei Nenndrehzahl in der Übertragungsvorrichtung Belastungsspitzen auftreten, die durch Schwingungsresonanz oder Ungleichförmigkeitsgrad _2S verursacht sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Dämpfung entweder von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung oder von der mittleren Drehzalu der Gatterhauptwelle abhängig zu machen.

Das erstere kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Dämpfung durch Drosselung einer durch die Relativbewegung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung entstehenden Druckmittel-Strömung erzeugt wird. Die Drosselung 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.

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, daß das Reibmoment durch Federkraft erzeugt und durch Fliehgewichte entgegen der Federkraft verringerbar ist. Vorzugsweise wird hierbei die Anordnung so getroffen, daß das Reibmoment bei Betriebsdrehzahl den Wert Null aufweist. ^

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer zwischen eine Gatterhauptwelle und eine rotierende Unwucht- (,$ masse eingeschalteten erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung im Längsschnitt,

Fig.2 den Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1 entlang der Schnittl.nie 11-11 in Fig. 1 mi: Blickrichtung zur Gatterhauptweile, wobei die Gatter stelze der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist,

Fig.3 die links in Fig. 1 zu sehende Kuppiurg mit Dämpfungseinrichtung ir. näheren Einzelheiten sowie in größerem Maßstab,

Fig.4 den Querschnitt zu Fig.3 entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig.3.

F i g. 5 eine abgewandelte Ausführung der elastischen Kupplung mit Dämpfungseinrichtung in der F i g. 3 entsprechender Darstellung, und

Fig.6 den Querschnitt zu Fig. 5 entlang der Schnittlinie Vl-Vi in Fig. 5.

Gemäß Fig. 1 wird eine dem völligen Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung dienende, zusätzlich an das Gatter angebaute 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 Gegenkurbel 9 mitgenommen wird. Die Ausgleichsverbindung 8 hat die Aufgabe, einerseits Montageungenauigkeiten und andererseits die durch die hohe Belastung unvermeidlichen Durchbiegungen der Gatterhauptwelle lö und des Kurbelzapfens 11, an dem die Gatterstelze 12 angreift, auszugleichen. Zu der drehelastischen Kupplung ist eine Dämpfungseinrichtung 6 parallelgeschaltet, die eine von der Relaiivgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung abhangige Dämpfung herbeiführt. Nähere Einzelheiten der elastischen Kupplung und der Dämpfungseinrichtung werden weiter unten im Zusammenhang mit den F i g. 3 und 4 beschrieben.

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.

Die Fig.3 und 4 zeigen in näheren Einzelheiten die drehelastische Kupplung mit einer ersten Ausführung einer Dämpfungseinrichtung 6, die zu der Kupplung parallel geschaltet ist und eine von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung abhängige Dämpfung herbeiführt. Bei der eigentlichen drehelastischen Kupplung handelt °.s sich um eine handelsübliche Gummikupplung, nämlich die Stromag-Periflex-Kupplung. Sie besteht aus dem Nabenteil 26, auf dem mittels eines Druckrings 27 und Schrauben 28 eine Gummischeibe 29 festgeklemmt ist, die formschlüssig durch eine Art Verzahnung mit einem Außenring 30 verbunden ist.

Die zu dieser Kupplung parallel geschaltete Dämpfungseinrichtung 6 arbeitet hydrodynamisch. Sie besteht aus einem auf der Antriebswelle 7 sitzenden Nabenteil 31 mit radial angeordneten Schaufeln 32, das mittels ι agern 33 drehbar in einem durch Dichtringe 34 abgedichteten Gehäuse gelagert ist. Dieses Gehäuse weist 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 is!. Das Gehäuse der Dämpfungseinrichtung der Kupplung ist durch vom Gehäusering 35 ausgehende, radial nach innen gerichte-

te Wände 41 in einzelne Kammern unterteilt. |ede dieser Kammern wird wiederum durch die Schaufeln 32 in der Ruhelage (also bei entlasteter drehelastischer Kupplung) in die Kammerhälften 42, 43 unterteilt. Die Kammerhälften stehen untereinander durch Spalten 44 und 45 zwischen dem Nabenteil 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.

Unter dem Einfluß eines wechselnden Drehmoments, das seine Ursache in dem unvermeidbaren Ungleichförmigkeitsgrad hat, mit dem die Gatterhauptwelle umläuft, wird die drehelastische Kupplung 26 bis 30 zum Pendeln um die Mittellage gebracht. Die gleiche Pendelbewegung führt auch das Nabenteil 31 der Dämpfungseinrichtung 6 gegenüber dem ölgefüllten Gehäuse aus. Dabei wird das Ol abwechselnd von einem Kammerteil 42 durch die Spalten 44 und 45 in den anderen Kammerteil 43 gedrückt. Bei geringen Winkelausschlägen sorgt der Überströmkanal 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 Drehschwingungssystems der FaI! ist, und die Winkelausschläge demzufolge ein bestimmtes Maß überschreiten, wird der Bereich der Überströmkanäle 46 durch die Schaufeln 32 überfahren, und der dann verbleibende geringe Querschnitt der Spalten 44 und 45 führt 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 die irreversible Energieform Wärme überführt wird. Damit wird das Entstehen von Drehschwingungen mit kritischer Amplitude vermieden.

Die Dämpfungseigenschaften der vorstehend erläuterten Dämpfungseinrichtung lassen sich durch verschiedene Faktoren beeinflussen, nämlich die ölmenge, die in das Gehäuse eingefüllt wird, die Zähigkeit dieses Öls. die Spaltenquerschnitte und eine evtl. Verrippung zum Erzeugen von Turbulenz. 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 '»8 gebildet wird Sobald bei extremen Ausschlägen die Leisten die Nuten 48 erreichen, wirkt das darin eingeschlossene öl stark bremsend und verhindert ein harte. Aufschlagen.

Die Fig.5 und 6 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform einer Dämpfungseinrichtung für die drehelastische Kupplung, bei der es sich um die bekannte weiter oben bereits erläuterte Stromag-Periflex-Kupplung 26 bis 30 handelt Die zu dieser drehelastischen Kupplung parallel geschaltete Dämpfungseinrichtung arbeitet nach dem Prinzip einer Reibungskupplung ..nd erzeugt eine drehzahlabhängige Dämpfungskraft, die mit wachsender Drehzahl abnimmt

Die Dämpfungseinrichtung gemäß F i g. 5 und 6 weist eine auf der Antriebswelle befestigte Nabe 50 auf. die eine Bremstrommel 51 trägt Auf der Nabe 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 Bremsbakke 61 zugeordnet ist, die mit ihm durch Bolzen 60 beweglich verbunden ist. Auf die Belastungshebel 58 ίο wirken Federn 63 ein, die sich zwischen den Belastungshebeln und dem Gehäusering 53 abstützen und die Anpreßkraft für die Bremsbacken 61 bzw. die Bremsbelege 62 liefern.

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 Eigenmasse 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, daß die Backen 61 von der Bremstrommel 51 abgehoben werden und somit kein Reibungsmoment mehr vorhanden ist.

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 zusätzliche Unwuchtmasse 1 verhindert. Dieses Dämpfungsmoment verschwindet aber durch das Abheben der Bremsbacken 61 von der Bremstrommel 51 vollständig im Nenndrehzah!L»ereich, so daß dann die Ausgleichsfunktion der drehelastischen Kupplung voll wirksam wird.

Die vorstehend beschriebenen drehelastischen Kupplungen mit einer Dämpfung, die, allgemein ausgedrückt, drehgeschwindigkeitsabhängig ist ermöglichen generell einen Einsatz in den Antriebsfällen, wo die Antriebsdrehzahl relativ starken rhythmischen Schwankungen unterliegt (Ungleichförmigkeitsgrad) und große Schwungmassen anzutreiben sind. In solchen Fällen ist eine drehelastische Verbindung von großer Nachgiebigkeit sehr vorteilhaft weil die sonst unvermeidlichen Beschleunigungs- und Verzögerungsstöße von den Übertragungs-Elementen ferngehalten werden. Eine drehelastische Verbindung von großer Nachgiebigkeit bedeutet jedoch, daß die Eigenfrequenz des Drehschwingungssystems: elastische Kupplung-Übertragungselemente-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 unmöglich ist die unter der Betriebsdrehzahl liegende kritische Drehzahl so schnell zu durchfahren, daß Schwingungsresonanz vermieden wird Wegen 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung mit einer drehelastischen Kupplung zum Übertragen der Antriebsenergie von einer Gatterhauptwelle auf eine dem Ausgleich der freien Massenkräfte des Gatters dienende, rotierende Unwuchtmasse, wobei der Eigenfrequenzbereich des im wesentlichen aus der Kupplung und der Unwuchtmasse bestehenden Drehschwingungssystems unter der Betriebsdrehzahl der Gatterhauptwelle liegt und eine den relativen Bewegungen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung entgegenwirkende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist, die verhindert, daß die Amplitude der Drehschwingung beim Durchlaufen des Eigenfrequenzbereichs des Drehschwingungssystems in den Bereich gefährlicher Werte gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Dämpfungseinrichtung (6) erzeugten Dämpfungskräfte im Eigenfrequenzbereich des Drehschwingungssystems größer sind als bei Betriebsdrehzahl.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung von der Relativgeschwindigkeit zwischen der Antriebsseite (26 und angeschlossene Teile) und der Abtriebsseite (30 und angeschlossene Teile) der Kupplung abhängig ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung durch Drosselung einer durch die Relativbewegung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Kupplung entstehenden Druckmittelströmung erzeugt wird (F i g. 3 und 4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung für Relativbewegungen kleiner Amplitude geringer (46) ist als für Relativbewegungen größerer Amplitude.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung etwa symmetrisch zu der Mittelstellung, die die Antriebsseite und die Abtriebsseite der Kupplung im Nennbetrieb einnehmen, veränderbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung von der mittleren Drehzahl der Gatterhauptwelle (10) abhängig ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfung durch eine zu der drehelastischen Kupplung (26 bis 30) parallel geschaltete Reibungskupplung (50 bis 63) erzeugt ist, deren Reibmoment mit steigender Drehzahl abnimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß das Reibmoment bei Betriebsdrehzahl den Wert Null aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibmoment durch Federkraft (63) erzeugt und durch Fliehgewichte (58, 59, 61) entgegen der Federkraft verringerbar ist.