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Verfahren zur Dämpfung der bei einer umlaufenden biegsamen Transmissionswelle
sich einstellenden natürlichen stehenden Schwingungswellen Die Erfindung betrifft
-ein Verfahren zur Dämpfung der bei einer umlaufenden biegsamen Transmissionswelle
sich einstellenden natürlichen stehenden Schwingungswellen. Ein besonderes Anwendungsgebiet
für die Erfindung sind senkrecht angeordnete Wellen, die durch eine axial wirkende
Kraft Zugbeanspruchungen unterworfen sind, wie z. B. die Wellen von Bohrlochpumpen.
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Bekanntlich sind alle Schwingungen von umlaufenden Maschinenteilen
sehr nachteilig sowohl für die Lebensdauer als auch für den Wirkungsgrad der Maschine.
Es sind deshalb schon viele Anstrengungen gemacht worden; die sich einstellenden
natürlichen stehenden Schwingungswellen zu dämpfen oder ganz zu verhindern. Bei
Transmissionswellen, auf die sich die Erfindung bezieht, ist man nun hinsichtlich
der möglichen Mittel für die Erzielung der Dämpfung weitgehend beschränkt, insbesondere
auch dadurch, daß man eine bestimmte Drehzahl zu übertragen hat, wodurch die Drehzahlregelung
öder Drehzahlveränderung als Dämpfungsmittel ausgeschaltet wird.
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Die Erfindung zeigt nun einen einfachen Weg, das angestrebte Ziel
zu erreichen, und zwar besteht dieser darin, daß die Transmissionswelle an Punkten,
die. jeweils um eine Strecke voneinander entfernt sind, die einem ungeraden Vielfachen
der Viertellänge der der Transmissionswelle eigenen natürlichen stehenden Schwingungswelle
entspricht, in Lagern gelagert oder mit zusätzlichen umlaufenden Massen versehen
wird, die ebenso wie die Lager die. Transmissionswelle an diesen Punkten in ihre
geometrische Achse zwingen.
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Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung
hervor, in der die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert ist.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. i bis S schematisch fünf verschiedene
Schwingungsformen einer sich drehenden, senkrecht angeordneten, biegsamen Welle.
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Fig. i zeigt eine sich frei drehende Transmissionswelle. Gerät diese
Welle infolge ihrer Drehung in Schwingung, so stellen sich stehende Schwingungswellen
ein. Es ist mit M der Scheitelpunkt des Wellenbauches und mit N der Wellenknoten
bezeichnet. Der Abstand zwischen M und. N ist mit d bezeichnet. Die
Strecke d entspricht also einer Viertellänge der natürlichen stehenden Schwingungswelle.
Die Last P, die an der Transmissionswelle hängt, beeinflußt nicht die Länge .der
Schwingungswelle, sondern nur ihre Amplitude.
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Es sei nun angenommen, daß in einem Punkte M ein Lager H angeordnet
wird, wodurch die Transmissionswelle in diesem Punkte in ihre geometrische Achse
gezwungen wird, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Beiderseits von diesem Punkte sind
die Schwingungen über eine Entfernung gedämpft, die jeweils
von
der Biegsamkeit der Transmissionswelle abhängt. Die entfernteren Teile
der
Transmissionswelle dagegen behalten nach wie vor ihre wellenförmigen Ausschläge
bei',.
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Wird das Lager jedoch nicht genau ,zin' Punkte M angebracht, so entsteht
zu Beg'i4h@, ein ungeklärter kritischer Zustand, woratit` eine Vertauschung der
Schwingungspunkte in der Weise eintritt, daß tlie Punkte M zu Punkten N werden,
und umgekehrt. Dieser Wechsel tritt allerdings nur auf, wenn das Lager H von der
Einspannstelle des oberen Wellenendes genügend entfernt ist.
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Ordnet man, wie in Fig. 3 dargestellt, zwei Lager Hl und H2 in zwei
Punkten M an, so beobachtet man zuweilen außerhalb der Lager ein Aufhören der Schwingungen
über eine gleiche Länge wie bei der Anordnung nach Fig. 2, während zwischen den
Lagern, wo sich die Einflüsse der Schwingungen der Transmissionswellenenden nicht
oder nur ungenügend auswirken können, eine neue Schwingungsich einzustellen sucht
von gleicher Länge, wenn auch nicht von gleicher Schwingungsweite, wie bei einer
Welle ohne Lager, wobei diese Schwingung um eine Viertelwellenlänge gegenüber der
früheren verschoben ist.
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Ordnet man demgegenüber, wie in Fig. 4. dargestellt, zwischen zwei
in Punkten 111 vorgesehenen Lagern Hl und H= noch ein drittes Lager H3 in einem
Punkte N an, so setzen die Schwingungen innerhalb des von den Lagern begrenzten
Wellenstücks ganz aus, da keine Schwingungswelle sich derart einzustellen vermag,
daß ihre N-Punkte durch die Lager hindurchgehen, so daß jede im Entstehen begriffene
Schwingungswelie sofort durch die Gegenwirkung unterdrückt wird, die sie in den
Lagern auslöst. Hierbei sind also die Entfernungen Hl von H, und H, von HZ
gleich gd, doch kann man diese auch gleich 5d, 7d usw. wählen. Andererseits darf
man diese Abstände nicht allzu groß wählen, damit die Welle zwischen den Lagern
nicht wieder in Schwingungen geraten kann.
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Man kann auch die Lager gemäß der Erfindung ganz oder teilweise dui#ch
umlaufende Massen ersetzen, die allerdings im Verhältnis zu derjenigen der Transmissionswelle
groß genug sein müssen. So sind in Fig. 5 drei solche Massen G1, G2 (in den 1V1-Punkten)
und G" (in einem N-Punkt) dargestellt, wobei die Abstände G1 zu G, und G3 zu G2
gleich 5d sind. Diese umlaufenden Massen können auch mit Lagern abwechselnd angewendet
werden. Sie können durch die Laufräder von umlaufenden Maschinen, wie Schleuderpumpen,
Motoren u. a. m., gebildet sein.
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Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, wo gemäß der Erfindung
die Transmissionshelle zu lagern oder wo sie mit zusätzlichen umlaufenden Massen
zu versehen "isst, oder schließlich, wo die Laufräder angepTdnet sind, die von der
Transmissionswelle Äj*igetrieben werden.
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_ss.;=Um dieser Anweisung folgen zu können, 'fnuß man die Länge der
natürlichen stehenden Schwingungswelle kennen. Es gibt nun eine Reihe von Formeln,
die die Berechnung der Länge der natürlichen stehenden Schwingungswelle ermöglichen
sollen. Diese enthalten aber eine Reihe von Faktoren, die Schwankungen unterliegen.
Hierzu gehört z. B. die Elastizität des Werkstoffes, aus dem die Transmissionswelle
besteht.
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Tatsächlich'hat die Erfahrung gelehrt, daß die theoretisch errechneten
Verhältnisse mit den wirklichen nicht immer übereinstimmen, und deshalb ist es vorzuziehen,
die Länge der Schwingungswelle durch einen praktischen Versuch zu ermitteln. Dieser
ist selbst dann verhältnismäßig einfach, wenn es sich um sehr lange Wellen, wie
z. B. Bohrlochpumpenwellen, handelt, denn die Länge einer Schwingungswelle ist nicht
von der gesamten Länge des schwingenden Mediums, also der Transmissionswelle, abhängig.
Deshalb genügt es, die Schwingungsverhältnisse bei einem TeilstÜck der Transmissionswelle
zu ermitteln, sofern dieses Stück wenigstens so lang ist, daß das Verhältnis der
Länge der Schwingungswelle zum Durchmesser der Transmissionswelle genügend groß
ist, daß sich also auf dem Teilstück einige stehende Schwingungs-,vellen ausbilden
können.
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Nimmt man also ein Stück der Transmissionswelle von z. B. 24. m Länge,
das auch aus zwei Wellenstücken von je 12 m Länge zusammengesetzt sein kann, hängt
dieses in einem geeigneten Gerüst, in einem Treppenhaus o. dgl., auf und setzt es
mit der Betriebsdrehzahl in Drehung, dann können die Wellenknoten oder die Punkte
N in der beiliegenden Zeichnung optisch ermittelt und damit die Länge der Schwingungswelle
bestimmt werden. Aus der Kenntnis der Wellenlänge ergeben sich dann ohne weiteres
die Stellen, an denen die Transmissionswelle gemäß der Erfindung mit den Dämpfungsmitteln
zu versehen ist.