DE599341C - Kombinierte starre und elastische Kupplung zur Verlagerung kritischer Drehzahlbereiche fuer Wellenleitungen von Kolbenkraftmaschinen - Google Patents

Description

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Bei von Kolbenkraftmaschinen angetriebenen Maschinenanlagen treten oft innerhalb des gesamten Maschinengetriebes Drehschwingungen auf, die ihre Ursache in den periodisch schwankenden Drehkräften haben. Derartige Drehschwingungen rufen eine Verdrehung der Wellenleitung und dadurch eine zusätzliche Beanspruchung derselben hervor. Sie sind an sich nicht sehr bedeutend, doch können sie gefährlich werden, wenn die Periodenzahl der Drehkraftstöße mit der Eigenschwingungszahl der Maschinenanlage zusammenfällt. Die dann auftretenden Resonanzen können unter Umständen so groß werden, daß sie zum Bruch der Kurbelwelle oder der weiteren Wellenleitung führen.

Liegt nun ein solcher kritischer Drehzahlbereich, in welchem diese Resonanzerscheinungen auftreten, unterhalb der normalen Betriebsdrehzahl einer Maschinenanlage, dann muß mindestens beim Anlassen und beim Stillsetzen der Maschine dieser Drehzahlbereich einmal durchfahren werden. Bei Fahrzeugantrieben, bei denen die Drehzahl der Maschine auch während des Betriebes stark schwankt, werden die kritischen Drehzahlbereiche sogar sehr häufig durchfahren. Bei Antriebsmaschinen kleinerer und mittlerer Leistung, beispielsweise für den Betrieb von Kraftfahrzeugen, geht das Durchfahren der kritischen Drehzahlen verhältnismäßig rasch vonstatten, da hier die zu beschleunigenden Massen klein sind. Anders ist das jedoch bei Kraftanlagen großer Leistung, beispielsweise bei Lokomotiven. Hier sind die zu beschleunigenden Massen so groß, daß die Maschine eine verhältnismäßig lange Zeit zum Durchfahren des kritischen Drehzahlbereiches benötigt. Die Maschinenanlage ist daher während dieser Zeit sehr starken Beanspruchungen ausgesetzt, die ihre Lebensdauer sehr herabdrücken.

Man hat bereits versucht, diese unangenehmen Schwingungserscheinungen dadurch zu beseitigen, daß man die Grundwerte der Schwingungssysteme während des Betriebes ändert und diese Änderung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebsmaschinen vornimmt, so daß bei der Annäherung an einen kritischen Dfehzahlbereich dieser infolge der Zuschaltung einer Zusatzmasse verlagert wird und die Maschine das bisher gefährliche Gebiet unbeschadet durchfahren kann. Die Anordnung derartiger Zusatzmassen hat aber einige Nachteile, die ihrer praktischen Anwendung hinderlich im Wege stehen. Besonders unangenehm macht sich für den Fahrzeug- und Schiffsbetrieb die erhebliche Gewichtserhöhung durch die Zusatzmassen bemerkbar. Dazu kommt als weiterer Nachteil der Umstand, daß die Zusatzmasse nur wirksam wird, wenn sie an einer Stelle größter Schwingungsausschläge oder doch mindestens in deren unmittelbarer Nähe an-

geordnet ist. Man ist also bezüglich der räumlichen Anordnung der Zusatzmassen verhältnismäßig beschränkt, was gerade beim Fahrzeugbetrieb mit seinen ungünstigen Raumverhältnissen sehr störend empfunden wird.

Nach der Erfindung soll nun der anfangs geschilderte Übelstand dadurch beseitigt werden, daß die in einen treibenden und einen ίο getriebenen Teil unterteilte Wellenleitung mittels einer kombinierten starren und elastischen Kupplung verbunden ist. Bei dieser Kupplung ist eine starre, unter ständigem Druck stehende Reibungskupplung parallel mit einer elastischen Federkupplung geschaltet, derart, daß die elastische Federkupplung nur dann in Tätigkeit tritt, wenn die starre Reibungskupplung ausgeschaltet ist. Infolge des Ersatzes der starren Reibungskupplung durch die elastische Federkupplung wird jeweils die Torsionseigenfrequenz des gesamten Maschinengetriebes verändert und der kritische Drehzahlbereich verschoben, und die Maschine kann den bisher gefährlichen Drehzahlbereich ungefährdet durchfahren. Danach wird die elastische Kupplung durch 'Wiedereinschalten der starren Kupplung wieder außer Wirksamkeit gesetzt. Bei abnehmender Drehzahl wird die starre Kupplung wieder durch die elastische ersetzt, wenn die Maschine sich dem Bereich der kritischen Drehzahlen wieder nähert.

Die Umschaltung von der starren zur elastischen Kupplung geschieht automatisch während des Betriebes durch einen Fliehkraftregler, der ein Druckmittel, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein. Gas, steuert. Die Verwendung dieser kombinierten starren und elastischen Kupplung bietet gegenüber der Anordnung von zuschaltbaren Zusatzmassen den Vorteil, daß keine wesentliche Gewichtserhöhung der Maschinenanlage eintritt und außerdem die Möglichkeit besteht, die Vorrichtung an jeder zur Verfügung stehenden Stelle innerhalb der Wellenleitung anzuordnen, ohne gerade an die Stellen mit den größten Schwingungsausschiägen gebunden zu sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer solchen kombinierten Kupplung dargestellt, und zwar zeigt

Abb. ι einen Axialschnitt und Abb. 2 eine Teilansicht der elastischen Kupplung von der Stirnseite. Die Motorwelle 1 ist mit Hilfe der Bolzen 2 mit dem Schwungrad 3 und der Büchse 4 fest verbunden. Die Kupplungsscheibe 5, die verschiebbar auf der Büchse 4 bzw. auf der mit der Büchse 4 fest verbundenen Hülse 6 angeordnet ist, wird mittels der Bolzen 7 vom Schwungrad mitgenommen. Das Kupplungsgehäuse 8 der Lamellenkupplung 9 ist ebenfalls drehbar auf der Büchse 4 angeordnet und bildet mit seinem Flansch 10 die Verbindung mit dem weiteren Maschinengetriebe. Die Lamellenkupplung 9 ist während des normalen Betriebes mittels der Federn 11 stets eingerückt. Zwischen dem. Schwungrad 3 und dem Kupplungsgehäuse 8 ist noch eine elastische Kupplung bekannter Ausführung· angeordnet, die aus den am Schwungrad 3 befestigten Ringen 12 und dem am Kupplungsgehäuse 8 befestigten Ring 13 besteht. Die Ringe 12 und 13 haben auf ihrem Umfange mehrere Aussparungen, in welchen Federn 14 angeordnet sind, die sich gegen Federteller 15 stützen (Abb. 2). Zwischen den Federtellern 15 und den Stirnflächen der Ringe 12 und 13 sind Bolzen 32 eingelegt, die in jeder Stellung der Ringe 12 und 13 zueinander eine gute Anlage der Federn 14 an den Federtellern 15 ermöglichen.

Ein Schieber 16 ist in der Büchse 17 und in der Bohrung 18 der Motorwelle 1 leicht verschiebbar untergebracht. Dieser Schieber 16 besitzt an seinem einen Ende einen Flansch 19, gegen den sich die Hebelarme eines Fliehkraftreglers 20 lehnen. Auf seinem anderen Ende ist der Schieber 16 mit zwei Bohrungen 21, 22 versehen, von denen die Bohrung 21 über die Bohrung 18 der Motorwelle ι mit der Abführungsleitung 23 für das Druckmittel in Verbindung steht. Die Bohrung 22 ist an ihrem Ende mittels eines Stopfens 24 verschlossen und mit radialen Bohrungen 25, 26 versehen, von denen die erstere mit der Druckmittelzuleitung 27 und die andere mit einem ringförmigen Druckraum 28 bei einer bestimmten Stellung des Schiebers in Verbindung stehen. Von der 10a Bohrung 21 gehen zwei radiale Bohrungen 29, 30 aus,' die ebenfalls bei bestimmten Schieberstellungen die Bohrung 21 mit dem ringförmigen Druckraum 28 verbinden. Am Ende des Schiebers ist noch eine Feder 31 angeordnet, die sich gegen den Flansch 19 stützt und das Bestreben hat, den Schieber stets in seine Ausgangsstellung zurückzubringen.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Beim Anlassen der Maschine ist normalerweise die starre Kupplung 9 mittels der Federn 11 eingerückt. Steigt die Drehzahl, dann "bewegen sich die Gewichte des Fliehkraftreglers 20 nach außen, und die n₅ Hebel des Fliehkraftreglers verschieben den Schieber 16 gegen den Druck der Feder 31 nach links. Kurz vor Erreichung des kritischen Drehzahlbereiches ist diese Verschiebung des Schiebers so weit fortgeschritten, iao daß die Bohrungen 26 und 25 sich mit der Zuleitung zum Druckraum 28 und der Druck-

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mittelzuleitung 2j decken. Das Druckmittel strömt jetzt in den Druckraum 28 und bewegt die Kupplungsscheibe 5 gegen den Druck der Federn 11 nach links, so daß die Kupplung 9 ausgerückt wird. Die Motorwelle 1 steht jetzt mit dem Maschinengetriebe nur noch über das Schwungrad 3, die elastische Kupplung und das Kupplungsgehäuse 8 in Verbindung. Infolge dieser elastischen Verbindung wird die Eigenfrequenz des Gesamtmaschinengetriebes verändert und damit der Bereich der kritischen Drehzahlen nach unten verlagert. Die Drehzahl der Maschine kann jetzt weiter gesteigert werden, ohne daß ein Bereich kritischer Drehzahlen durchfahren werden muß. Hat die Maschine den Drehzahlbereich, in welchem bei starrer Kupplung kritische Drehzahlen auftreten, durchfahren, dann ist inzwischen der Schieber 16 so weit nach links verschoben worden, daß die Bohrung 30 mit dem Druckraum 28 in Verbindung tritt und eine Entlastung desselben über die Bohrungen 21, 18 und 23 erfolgt. Damit wird der Gegendruck gegen die Kupplungsfedern 11 aufgehoben und die starre Kupplung 9 wieder eingerückt.

Bei fallender Drehzahl spielen sich die Schaltvorgänge in umgekehrter Reihenfolge ab. In der Nähe des kritischen Drehzahlbereiches wird das Druckmittel über die Bohrungen 27, 25, 22 und 26 wieder in den Druckraum 28 geleitet und die starre Kupplung ausgerückt. Ist der gefährliche Drehzahlbereich durchfahren, dann wird der Druckraum über die Bohrungen 29, 21, 18 und 23 entlastet und die starre Kupplung wieder eingerückt. Es findet alsti in Abhängigkeit von der Drehzahl eine Verlagerung des kritischen Drehzahlbereiches statt, so daß die Maschine niemals in die Lage kommt, einen solchen durchfahren zu müssen. Für den Fall, daß mehrere kritische Drehzahlbereiche zu durchfahren sind, dann können die Schaltvorgänge entsprechend oft wiederholt werden. Es ist nur nötig, den Schieber 16 mit den erforderlichen Radialbohrungen zu versehen.

Es ist auch möglich, die starre Kupplung mittels des gesteuerten Druckmittels einzurücken, so daß die Federn 11 in Fortfall kommen. In diesem Falle ist die Kupplung zuerst elastisch und wird vor Erreichung des kritischen Gebietes durch die starre Kupplung ersetzt. Es tritt auch dann eine Verlagerung des kritischen Drehzahlbereiches auf.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kombinierte starre und elastische Kupplung zur Verlagerung kritischer Drehzahlbereiche für Wellenleitungen von Kolbenkraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine ständig unter Druck stehende Reibungskupplung (9), die durch ein in Abhängigkeit von der Drehzahl der Maschine gesteuertes Druckmittel ein- bzw. ausrückbar ist, und durch eine parallel geschaltete elastische Kupplung (12, 13, 14), die nur bei ausgeschalteter Reibungskupplung (9) in Wirkung tritt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen