DE6601433U - Anordnung zur Schwingungs- und Geräuschdämpfung an Hochleistungsgetrieberädern - Google Patents

Description

SIEMENS AZiDIENGESELLSCHAi¹T *··''"Erlangen,

Werner-von-Sieaens-Str· 50

Unser Zeichen:

PLA 68/708 Gm Bu/Pl

Aktz.: S 64- 498/47b Gbi

Minwc-U; Diese <Unrerw<je (8eschr«DUM« «m Sehowiftipfj M Ott αιΜϋ dfrjereiehf·; ste *elcW «on 4v Hon iossuno de' ursprunglich eirv;»feichfen Unlerlo?·« ob. Öle fecMlich« Bedeutung der Abweichung \H nlchl gepriiti Die ursprunglich eingereichten Unieriog«n btfinden «Ich in Jen Amfcokrtn. Sie Vonnen Jederlei« ohne Nochweii eines fechHtohen Inleresse« gebührenfrei eii^MchM «*rd«t. 4uf Wrog werden hiervon ouch Fotokopiert oder FUm-■»pootiv* »μ der üblicher ?r»lsen <)«liefer« Oeutsche« ftitentomt

Anordnung zur ScliwingungB- und Geräuschdämpfung an Hochleistungsgetrieberädern

Die aeüerüSg bezieht sich auf eise AsördüüSg äüx- Sehwiugtrngs-Geräuschdämpfung an Getrieberädern von Hochleistungsgetrieben, vorzugsweise bei einer unter Verzicht auf aufgeschrumpfte Bandagen in das Vollmaterial eingearbeiteten Verzahnung (Vollräder).

Mit zunehmender Belastung von Hochleistungsgetrieben, die mit aufgeschrumpften Bandagen für die Verzahnung versehen sind, macht sich eine nachteilige Eigenschaft bemerkbar: Unter Einwirkung der an der Verzahnung angreifenden großen Kräfte und der thermischen Beanspruchung lockern sich die Bandagen in ihrem Sitz. Eine Möglichkeit zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten besteht darin, auf die Bandagen

68/0708

ganz su verzichten und die Verzahnung in das Vollmaterial einzuarbeiten. Jedoch zeigt es sich bei derartigen Getrieben, daß dann die Schwingungs- und Geräusehentwicklung stark zunimmt. Sie Ursache hierfür liegt offenbar darin, daß auf Grund fehlender Reigung zwischen Bandage und übrigem Radkörper und fehlenden Reflektieren an der Grenzschicht Bandage-Radkörper sich der Körperschall praktisch ungedämpft fortpflanzen kann und es deshalb zu einer größeren Schallabstrahlung kommt. Hierbei liegen in den axial außenliegendcn Ringkragenbereichen solcher Massivräder häufig die Schwingungsbäuche der Eigenschwingungen und damit die Stellen größter Ampli» tude.

jaw ergebenj daß Getrieberäder eis Spekt^aa ves Eigenfrequensen aufweisen. Größere Amplituden des Körperschalles und die dadurch größeren Lautstärkewerte treten nun immer dann auf, wenn eine Srregexxreqnenz den gleiches w«fs aät wie eise ~** ^=^==== des RadlcSrpera, Bs es sich hier um Eigenschwingungen rela-

tiv hoher Ordnungszahlen handelt, ist ihr Frequenzabstand voneinander nur gering.

Bei Änderung der Drehzahl, die ihre Usache in Belastungs- und/oder Betzfrequenzschwankuagen haben kann, ändert sich die erregende

] Freque m,

In Fig. 1a, 1b und 2a, 2b ist schematisch dargestellt, welche

j SchwiBgungsfiguren sich bei eisern Getrieberad ergeben, das zu eigen

frequenten Schwingungen durch sine Erregerfrequenz f₁ (Fig. 1a,b) bzw. ^2^^f1 ^^Fiß· ^2a* ⁰^ angestoßen wird. Fig. 1a bzw. 2a zeigen jeweils einen .Axialschnitt durch ein auf eine Welle 1 aufgeschrumpf tes Vollrad 2 mit äußerer Verzahnung 3; Fig. 1b, bzw. 2b jeweils

68/0708

die zugehörigen Seitenansichten auf die Generatorseite GrS (die Turbinenseite ist mit TS bezeichne^.

Die ausgesogenen linien 4- in Figuren 1a und 2a geben in übertriebener Darstellung den Amplitudenverlauf in einem Axialschnitt der jSW€iligsK SchviBgengsfigur wieder, wobei mit 4a Schwingungsknoten und 4-b Schwingungsbäuche bezeichnet sind. Durch die strichpunktierten Linie» 5 in Figuren Ib und 2b werden ruhende Zonen der Schwingungebewegung in axialer Richtung angedeutet (Knotenlinien). Es ergeben sich in jedem Moment abwechselnd positiv, d. h. nach außen, und negativ, d. h. einwärts schwingende Oberflächenbereiche.

Ausgehend von diesen Erkenntnissen liegt der Neuerung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Schwingungs- und Geräuschdämpfung an Getrieberädern der eingangs genannten Art anzugeben, durch welche sich mit geringem Aufwand eine Unterdrückung der geschilderten Schwingungen und damit eine Geräuschminderung erzielen last. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt neuerungsgemäS dadurch, daß an beiden Stirnseiten der Getrieberäder ring- oder scheibenförmige Dämpfungskörper unter Bildung von Grenzschichten gegen die Stirnseiten verspannt sind, wobei zwischen den oder in der Umgebung j

der die erforderliche Flächenpressung im Grenzschiclitbereich. lie- ' fernden Verspannungsstellen (Fixpsmlrfce) die Orte der reibschlüssigen Relativbewegung zwischen Stirnseiten und DS^pfungskörpem liegen. Die Schwingungsenergie wird somit innerhalb der genannten Grenzschichten in Reibungsenergie umgesetzt, wobei sich, eine weitere Verbesserung noch dadurch erzielen läßt, daß die ring- oder scheibenf(5rmigen Dämpfungskorper mehrschichtig in Form eines Z .ch.-päketes ausgebildet sind, wobei die Orte der reibsc&Lüssigen Relativbewegung auch zwischen des einzelnen Schichten des Bampiungskörpers liegen, . ,-^

-3- - ^§l

—~ΤΓί [ΤΊΓΤΤι TT-'

* I f ·

PiA 68/0708

Getrieberäder weisen vielfach, wie in Fig. 1st bis 2b dargestellt, einen äußeren axial vorspringenden Ringkragenbereich zur axialen |i Verlängerung des Verzahnungseingriffs sowie eine axiale Verstärkung!! im Radnabenbereich auf. Da die äußeren vorspringenden Ringkragen- j bereiehe im Falle der Schwingungen der Getrieberäder die Orte mit größter Amplitude sind, empfiehlt es sich gemäß einer Weiterbildung der Neuerung, daß auf beiden Stirnseiten der Getrieberäder zumindest die axial vorspringenden Ringkragenbereiche der den Zahnkranz ^! tragenden äußeren Umfangssehiehten des Scheibenkörper» sieving- odes scheibenförmigen Dämpfungskörpern verbunden sind. Im !Falle der f reehtwiklig abgesetzten äußerem Ringkragenbereiehe der Getriebe- j räder empfiehlt es sich, daß sich die ring- oder scheibenförmigen j Dämpfungskörper mit durch Unterkühlung (Schrumpfung) und nachfolgen^ de Erwärmung auf Betriebstemperatur erzielter Vorspannung an den axial vorspringenden Ringkragenteilen größeren Durchmessers abstützen und durch Axialschrauben abgesichert sind* Das Einarbeiten 1

oder Kacharbeiten der Verzahnung erfolgt in diesem Falle zweckmäßig erst dann, wenn die Dämpfungskörper mit dem Getrieberad verbunden sind, da sich andernfalls durch die Verspannkräfte unerwünschte Verformungen der Verzahnung ergeben könnten. Der Preßsitz der Dämpfungskörper an den Stirnseiten der Getrieberäder kann noch dadurch verbessert werden, daß die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper mit ihrem inneren und äußeren Umfang zwischen die axial vorspringenden Ringkragenteile größeren Durchmessers und axial orientierten StirnseitenvorSprüngen kleineren Durohmessers im Bereich der Radnabe unter Vorspannung eingefügt und durch Axiälschrauben abgesichert sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung wird bei Getrieberädern, die einen Querschnitt entsprechend Fig. 1a bis 2b aufweisen, d. h. mit trapezförmig nach innen sich verjüngenden Aus-

-4- £ #· A 4 A 6)

•:,::_: pm. 63/0708

nehmungen an "beiden Stirnseiten zur Bildung verbreiteter äußerer Zahnflankenbereiche und innerer Eadnabenfcereiehe versehen sind, vorgeschlagen, daß die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper als geschichtete Bleehpakete mittels Axialbolzen «dt ihren äußeren Umfangsflächen gegen die schräg nach außen verlaufenden äußeren Anlageflächen bzw. Grenzschichten der axial vorspringenden Ringlcragenteile größeren Durchmessers sowie mit ihren inaeren Umfangsflächen gegen die schräg nach innen verlaufenden inneren Anlageflächen bzw. Grenzschichten an den StirnseitenvorSprüngen kleineren !Durchmessers verspannt sind. In diesem Falls wird eine satte Anlage der einzelnen Blechpaketlamellen an den zugehörigen Gegenflächen des Getrieberades erzielt, ohne daß durch etwaige Oberflächenrauhigkeiten eine gleichmäßige Anlage verhindert werden könnte, wobei durch die axialen Spannbolzen die axialen Spannkräfte in den reibschlttssigen Sitz im Grenzschichtbereich bewirkende Auflagekritte umgeformt werden. Werden hierbei zwischen den Dämpfungskörpern und den radial verlaufenden Stirnseiteiateilen der Getrieberäder noch Luftzwischenräume vorgesehen, so können sich die Blechpakete unter gegenseitiger Reibung in den Zwischenschichten, angeregt durch die Schwingungsbewegung des Getrieberades, scheuernd frei bewegen und somit zu eiaer besonders günstigen Dämpfungowirkung beitragen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Neuerung sowie die Wirkungsweise werden im Folgenden anhand der mehrere Aüsführütjgsueispisle darstellenden Zeichnung erläutert.

Die weiteren Figuren zeigen in einer den Fir, 1a und 2a entsprechenden Darstellungeweise:

Fig. 3 ein Getrieberad, das an seiner linken Stirnseite mit einem

601433

■ S »a

• »I

s · * ι

PLA 68/0708

durch Unterkühlung unter Preßsitz eingefügten Dämpfungsring versehen ist und an seiner rechten Stirnseite als weitere Ausfährungsmöglichkeit mit einem in eine axiale Ringnut eingefügten Dämpfungsring.

FIg. 4 ein Getrieberad, das an beiden Stirnseiten mit als geschichtete Blechpakete ausgebildeten riag- oder scheibenförmigen Dämpfungskörpern ersehen ist, wobei die Grenzflächen konisch orientiert

Fig. 5 wiederum ein Getrieberad, bei dem der Dämpfungskörper mittels vorheriger Schrumpfung unter Preßsiiz Ib AuanehmuEgen au den Stirnseiten des Getrieberades eingesetzt ist, und zwar nicht nur mit seinen äußeren Umfangsflächen wie in Fig.. 3 sondern auch mit seinen inneren Umfangsflächen;

Fig. 6 ein Getrieberad, das entsprechend Fig. 4 ausgebildet ist, wobei jedoch der Dämpfungskäper nicht mit «einen äußeren oder inneren Umfangsflächen sondern mit seinen flächigen radial und konisch verlaufenden, dem Getrieberad zugekehrten Seiten an letzterem anliegt;

Fig. 7 schließlich ein mit planen Stirnflächen versehenes Getrieberad, das mit einem planen einschichtigen Dämpfungskörper (rechter Teil der Figur) bzw. einem mehrschichtigen Bäapfungskörper (linker Teil der Figur verbunden ist.

In allen Figuren ist die Welle wiederum mit 1, das aufgeschrumpfte Getrieberad mit 2 und sein äußerer Zahnkranz mit 3 bezeichnet. Im linken Teil der Fig. 3 ist ein ringförmiger, auch mehrschichtig ausführbarer Dämpfungskörper D 1 dargestellt, der sich mit Vor#-

' ·\,^: \,PLA 68/0708 Spannung an axial vorspringenden Ringkragenteilen 6 abstützt und durch nicht näher dargestellte Axial schrauben B abgesichert ist, wobei diese Schrauben B die erforderliche Flächenpressung innerha] der radialen Grenzfläche g_r zusätzlich zur Fläehenpressung innerhalb der axialen Grenzfläche g_a erzeugen. Bei der Herstellung kam zweckmäßig so vorgegangen werden, daß der Ring D 1 im unterkühlte! Zustand auf den Radkörper 2 aufgesetzt und sich durch Erwärmung ai Hormaltemperatur mit seinem äußeren Umfang innerhalb der Grenzschicht g_a unter Spannung gegen den Ringkragenbereich 6 legt. Ein solcher unter Torspannung aufgesetzter Ring dämpft die am äußeren Umfang des Rades 2 mit größter Amplitude auftretenden Schwingunge stark ab, so daß damit ein einfaches Mittel zur Schwingungs- und räuschdämpfung gegeben ist.

Me Anordnung nach Pig. 5 unterscheidet sich von derjenigen nach dem linken Teil der Pig. 3 dadurch, daß die aus mehreren aufeinander geschichteten Stahlscheiben bestehenden Dämpfungskörper nie nur mit ihrem äußeren, sondern auch mit ihrem inneren Umfang an axial vorspringenden Getrieberadteilen unter Bildung der inneren und äußeren axial orientierten Grenzflächen g_ und der radial

el

orientierten großen Grenzfläche g_r abgestützt sind. Mit B sind wiederum Spannbolzen bzw. Fixpunkte bezeichnet.

Das im rechten Teil der Pig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen ringförmigen Dämpfungskörper D 3 auf, der in eine im Bereich der axial vorspringenden Rin£kragenteile 6 axial eingearbeitete Ringnut 7 mit engem Paßsitz eingefügt und dort durch Radialbolzen B₃, unter Bildung der radialen Grenzfläche g_r und d? axialen Grenzflächen g_o verspannt ist. Das Einfügen unter Vorspannung ist bei einer solchen Anordnung nicht erforderlich.

«τ* pt '■· i 'f £~| Sj

\j ■' j 1 -Jl O O

t « «I

[ ft ι

ί Γ ι

at < ι

ι · * ic

PLA 68/0708

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper D 4 als geschichtete Blechpakete ausgebildet, die mit ihren konisch geformten äußeren und inneren Umfange·* flächen gegen entsprechend geformte Gegenflächen der axial vorspringenden Ringkragenteile 6 sowie der Nabenteile 8 unter Bildung konischer Grenzschichten g_fe mittels nicht näher dargestellter Axial·- bolzen B verspannt sind. In der Radialebene ist zwischen Dämpfungs-j

körper S 4 und Getrieberad 2 ein Luftzwischenraum 9 vorgesehen, der! eine freie lieibschlttssige Relativbewegung der einzelnen Blechpaket-j schichten gegeneinander ermöglicht. Dadurch, daS die einzelnen Blecl lamellen mit ihren äußeren Umfangeflächen an den entsprechenden Gegenflächen des Getrieberades 3 anliegen, ergibt sich ein spiellossr Sits, wobei die axiales Yerspasskräfte des· Beizen bzw. Zuganker B in gewünschter Stärke in Auflagekräfte innerhalb der konischen Grenzschichten K umgeformt werden können. Die konischen flächen des dexxieberaues g^. sinu du ais I?wS £^s RadkSrpsrs is allgemeinen vorgegeben, so daß eine gesonderte Bearbeitung des Radkorpers nicht erforderlich ist. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Merkmale und Eigenschaften läßt sich mit dem Ausführungsbeispiel nach Pig. 4 eine besonders günstige Dämpfungswirkung erzielen Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, daß der Wärtaefiuß innerhalb des Radkörpers durch die konischen Grenzflächen g_fc praktisch nicht beeinträchtigt wird und darüberhinaus durch das Blechpaket D^ ein zusätzlicher Weg zur Abführung der Wärme vom Zahnkranz 3 in das Innere des Rades gegeben ist.

Bei der Lösungsvariante nach Fig. 6 ist die Grundform des Radkörper 2 die gleiche wie in Fig. 4, jedoch sind die ein- oder mehrschichti ausgebildeten Dämpfungskörper nicht mit ihren inneren oder äußeren

— 8 —

33

r·

,· J :' : : ·: :: :pla 68/0708

Umfangsflachen mit dem Radkörper 2 zur Anlage gebracht, sondern »it ihren dem Radkörper zugewandten Flächenteilen unter Bildung radialer Grenzschichten g und konischer Grenzschichten g^. Während der Dämpfungskorper D 5 im linken Teil der Figur nur in seinem äußeren Umfangsbe2?eich schräge Grenzschichten g^ und durch Ab» biegung der Schrägung gewonnene, äußere radiale Grenzschichten g_p bezüglich des Radlcörpers 2 bildet, ist dies beim Dämpfutigskörper D 6 im rechten Teil der Figur sowohl an seinem äußeren als auch an seinem inneren Umfangsbereich der Fall. Die durch axial« Zuganker bzw. Bolzen gebildeten VerSpannungsstellen oder Fixpunkte B sind innerhalb der radialen Grenzschichten g_r angeordnet. Da bei« Dämpfungskorper D 6 ein zusätzlicher Kranz von konischen Gleitflächen und Spasnboläen is Vergleich sua Däspfengakörper D 5 vorsehen ist, ist eine verbesserte Yerspannungs- und Dämpfungewirkung erzielbar.

ϊ Eiae vereinfachte Auafiihrungsfors, bei welcher das Getrieberad

plane Stirnflächen aufweist, zeigt Fig. 7. Hierbei bildes die einschichtig (rechter Teil der Figur) oder mehrschichtig (linker Teil der Figur) ausgebildeten Dämpfungskörper D 7 bzw. D 8 mit dem Radkörper 2 lediglich radiale Grenzschichten g_r, wobei die Däapfungskörper gegen die Stirnseiten des Radkörpers 2 wjsderum mit Axialbolzen B verspannt werden.

Claims (9)

• · * * a ti Schutzansprüche

1. Anordnung zur Sehwingungs- und Geräuschdämpfung an Getrieberädern von Hochleistungsgetrieben, vorzugsweise mit einer unter Verzicht auf aufgeschrumpfte Bandagen in das Vollmaterial eingearbeiteten Verzahnung (Vollräder), dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten der Getrieberäder ring- oder scheibenförmige Dämpfungskörper (D......D_Q) unter Bildung von Grenzschichten (g_r) gegen die Stirnseiten verspannt sind., wobei zwischen den oder in der Umgebung der die erforderliche Plächenpressung im Grenzschichtbereich liefernden Verspannungsstellen (Fixpunkte B) die Orte der reibschlüssigen Relativbewegung zwischen Stirnseiten und Dämpfungekörpern liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper (D^) mehrschichtig in ".Form eines Blechpaketes ausgebildet sind, wobei die Orte der reibschllissigen Relativbewegung auch zwischen den einzelnen Schichter des Dämpfungskörpers liegen (Fig. 4).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Stirnseiten der Getrieberäder zumindest axial vorspringende Ringkragenbereiche (6) der den Zahnkranz (3) tragenden äußeren Umfangsschichten des Scheibenkörpers (2) mit ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörpern verbunden sind (Fig. 3).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper (D₁) mit durch

- 10 -

• · «a a ·

L *6S/ö708

Unterkühlung (Selirumpfung) und nachfolgende Erwärmung auf Betriebstemperatur erzielter Vorspannung an den axial vorspringenden Ringkragenteilen (6) größeren Durchmessers abstützen und durch Axialschrauben (B) abgesichert sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper (D,) mit ihrem inneren und äußeren Umfang zwischen den axial vorspringenden Ringkragenteilen (6) größeren Durchmessers und axial orientierten Stirnseitenvorsprüngen kleineren Durchmessers im. Bereich der Radnabe unter "Urspannung eingefügt und durch Axialschrauben (B_r) abgesichert sind.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein ringförmiger Dämpfungskörper(D,) in eine im Bereich axial vorspringender Ringkragenteile axial eingearbeitete Ringnut eingepaßt und durch Radialbolzen verspannt ist. ,

7. Anordnung nach Anspruch 3> mit trapezförmig nach innen sich verjüngenden Ausnehmungen an beiden Stirnseiten der Getrieberäder zur Bildung verbreiteter äußerer Zahnflankenbereiche und innerer Radnabenbereiche, dadurch gekennzeichnet, daß die ring- oder scheibenförmigen Dämpfungskörper (D.) als geschichtete Elechpakete mittels Axialbolzen (B) mit ihren äußeren Umfangsflächen gegen die schräg nach außen verlaufenden äußeren Anlageflächen bzw. Grenzschichten (g^) axial vorspringender Ringkragerteile größeren Durchmessers sowie mit ihren inneren Umfangsflächen gegen schräg nach innen verlaufende innere Anlageflächen bzw. Grenzschichten(gv) an Stirnseitenvorsprüngen kleineren Durchmessers verspannt sinä(]?ig.4·)·

- 11 -

"* " PIA '68/0708

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den geschichteten Blechpaketen (D^) und den radial verlaufenden Stirnseiten des Getrieberades ein die reibschlüssige Relativbewegung innerhalb der Zwischenschichten untersetzender luftzwischenraum (g) vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 3 mit trapezförmig nach innen sich verjüngenden Ausnehmungen an beiden Stirnseiten der Getrieberäder zur Bildung verbreiteter äußerer Zahnflanken b er eiche und innerer Radnabenbereiche, dadurch gekenzeichnet, daß die an die Porm der Ausnehmung angepaßten in diese eingefügten und axial verspanntes Bäspfusgskorper (Be₅ Bg) Ib ihrem Mnjeren Umfangsbereich eine konische, an die Ringkragenschrägung des Getrieberades angepaßte Porm aufweisen sowie an ihrem Konusrand in radialer Richtung in Anpassung äs die Radialebesen des #stri^bs= rades im Zahnkranz- und ggf, Radnabenbereich abgebogen sind, wobei der abgebogene Rand mit axial verlaufende Spannbolzen (B) versehen als äußerer und ggf. innerer Yerspannungs- bzw. Fixpunktbereich dient.

- 12 -

6(BQ 14 33