DE712074C

DE712074C - Electromagnetic vibration damper

Info

Publication number: DE712074C
Application number: DES127947D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eugen Vandewart
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-07-07
Filing date: 1937-07-07
Publication date: 1941-10-11

Description

Elektromagnetischer Schwingungsdämpfer Bekannt sind mechanische oder elektromagnetische Einrichtungen zum Dämpfen von Drehschwingungen bei Wellen. Diese Anordnungen verhüten das Auftreten kritischer Schwingungen in umlaufenden Wellen bei beliebigen Drehzahlen.Electromagnetic vibration damper known are mechanical or electromagnetic devices for damping torsional vibrations in shafts. These Arrangements prevent the occurrence of critical vibrations in rotating waves at any speed.

Die Dämpfung von Drehschwingungen ist besonders dann bei Wellenanordnungen schwer zu erreichen, bei denen ein einwandfreies Arbeiten in ganz verschiedenen Betriebszuständen gefordert wird. Dies ist z. B. der Fall bei einem Wellensystem mit verschiedenen Wellenteilen, die wahlweise mit mehreren Kraft- oder Arbeitsmaschinen je nach dem erforderlichen Betriebszustand zusammenarbeiten. Die einzelnen jeweils wirksamen Wellenteile bilden dann für sich ganz verschiedene Schwingungssysteme, so daß mit den bisher bekannten Dämpfungseinrichtungen keine selbsttätige Dämpfung bei allen Betriebszuständen erzielt werden kann. In solchen Fällen hat man sich bisher damit geholfen, daß man verschiedene Drehzahlsperrgebiete anordnete, was ein :großer Nachteil .st, da dann nicht mehr jede beliebige Drehzahl eingehalten werden kann.The damping of torsional vibrations is particularly important in shaft arrangements difficult to achieve where a flawless work in completely different Operating states is required. This is e.g. B. the case with a wave system with different shaft parts, optionally with several power or working machines cooperate depending on the required operating condition. The individual each effective shaft parts then form completely different vibration systems for themselves, so that with the previously known damping devices no automatic damping can be achieved in all operating conditions. In such cases one has so far helped that one arranged different speed lock areas, what a: big disadvantage .st, since then no longer any speed is maintained can be.

Wellenantriebe mit voneinander abweichenden Betriebszuständen, bei denen sich demgemäß auch eine größere Zahl von Schwingungs-, insbesondere Resonanzzuständen ergeben, liegen z. B. bei Dieselgeneratorsätzen vor, an die noch Luftverdichter je nach Betriebserfordernis ankuppelbar sein müssen. Die gleichen Verhältnisse findet man bei Unterseebootswellensträngen, bei denen eine Schraube bei Unterwasserfahrt durch eine elektrische Maschine, bei Überwasserfahrt h.ngegen von einer Kraftmaschine, z. B. von einem Dieselmotor, angetrieben wird. Bei diesen Anlagen muß des weiteren die Möglichkeit bestehen, zum Laden der Batterie die Kraftmaschine allein mit der elektrischen Maschine zu kuppeln. In allen diesen Betriebsfällen muß mit veränderlicher Drehzahl gearbeitet werden, und es dürfen hierbei keine kritischen Drehschwingungen auftreten. Auch Drehzahlsperrgebiete sind zu vermeiden, die bei den verschiedenen Betriebszuständen an verschiedenen Punkten des Drehzahlbereichs liegen würden und daher immer eine Gefahr, zum mindesten aber eine Betriebseinschränkung darstellen.' Diese Mängel können beseitig t werden, wenn man einen elektromagnetischen Schwingungsdämpfer für Wellen mit einer Umschaltung seines Wirkungsbereichs auf verschiedene Frequenzen durch Widerstandsschaltungen vorsieht und dafür sorgt, daß die Umschaltung mit der Drehzahlregelung der zu dämpfenden Wellen gleichzeitig betätigt wird.Shaft drives with different operating states, at which accordingly also have a larger number of oscillation, in particular resonance, states result, lie z. B. with diesel generator sets, which still have air compressors must be able to be coupled depending on the operating requirements. Finds the same proportions one in the case of submarine shafts where a screw is used when underwater by an electrical machine, or by a prime mover when traveling over water, z. B. is driven by a diesel engine. In these systems must also it is possible to charge the battery with the prime mover alone electrical To couple the machine. In all of these operating cases must be worked with variable speed, and there must not be any critical Torsional vibrations occur. Also to avoid speed restriction areas are those at the different operating states at different points of the speed range and therefore always a danger, but at least an operational restriction represent.' These shortcomings can be eliminated by using an electromagnetic Vibration damper for shafts with a switch of its range of action provides different frequencies through resistor circuits and ensures that the switchover is operated simultaneously with the speed control of the shafts to be damped will.

Nach der Erfindung soll bei einem solchen Schwingungsdämpfer bei An- und Abkupplung weiterer Wellenteile in Abhängigkeit von dieser Kupplung die Widerstandsschaltung so verändert werden, daß der Dämpfer den Eigenfrequenzen des jeweiligen 'Wellenaggregats entspricht.According to the invention, such a vibration damper is intended to and uncoupling of further shaft parts as a function of this coupling, the resistance circuit be changed so that the damper the natural frequencies of the respective 'wave unit is equivalent to.

Uni eine einfache, leicht zu bedienende Steuervorrichtung zu erhalten, wird man vorzugsweise einen einzigen Wahlschalter zur Auswahl der einzelnen Schaltkombinationen der Wellenteile anordnen, der außer den Kupplungen zum Zusammenfügen der einzelnen Wellenteile einen Schaltapparat zur entsprechenden Abstimmung der Dämpfungseinrichtung verstellt. Entsprechend der veränderlichen Drehzahl der ausgewählten Schaltkombination wird gemäß der weiteren Erfindung ein Organ verstellt, das eine der Anzahl von möglichen Schaltkombinationen der Wellenteile entsprechende Anzahl von einzelnen Regelorganen besitzt; das dem jeweils ausgewählten Betriebszustand entsprechende Regelorgan kann dann leicht durch Einstellung des obenerwähnten Wahlschalters ausgewählt werden. , In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Unterseebootsantrieb schematisch dargestellt. Ein Schiffspropeller P wird beispielsweise im direkten Antrieb ohne Übersetzung von einer elektrischen Maschine E angetrieben. Ferner ist es möglich, den Propeller beispielsweise ohne Übersetzung von dem Dieselmotor D zu betreiben. Schließlich bestehe noch die Bedingung, daß es möglich sein muß, die elektrische Maschine E vom Propeller zu entkuppeln und mit Hilfe des Dieselmotors D allein anzutreiben.Uni to get a simple, easy to use control device, one will preferably have a single selector switch to select the individual switching combinations of the shaft parts, apart from the couplings for joining the individual Shaft parts a switching device for the corresponding adjustment of the damping device adjusted. According to the variable speed of the selected switching combination an organ is adjusted according to the further invention, which one of the number of possible Switching combinations of the shaft parts corresponding number of individual control organs owns; the control element corresponding to the respectively selected operating state can can then be easily selected by setting the above-mentioned selector switch. In the drawing, a submarine drive is shown schematically as an exemplary embodiment shown. A ship propeller P is, for example, in direct drive without Translation driven by an electric machine E. It is also possible to operate the propeller, for example, from the diesel engine D without a gear ratio. Finally there is the condition that it must be possible to use the electrical To decouple machine E from the propeller and to drive it with the help of the diesel engine D alone.

Zur Erzielung dieser verschiedenen Betriebszustände sind die beiden Kupplungen I(,, h'2 und eine gemeinsame Steuervorrichtung Il, t3, die um eine Achse A schwenkbar ist, vorgesehen. Es ergeben sich dann je nach Einstellung der Kupplungen folgende Betriebszustände: a) Ki eingeschaltet, ILS ausgeschaltet: Elektrischer Propellerantrieb.To achieve these different operating states, the two Clutches I (,, h'2 and a common control device II, t3, which around an axis A is pivotable, provided. It then results depending on the setting of the clutches following operating states: a) Ki switched on, ILS switched off: electrical Propeller drive.

,b) K1 und k. eingeschaltet: Propellerbetrieb durch Dieselmotor, evtl. gleichzeitig zusätzl:cher elektrischer Antrieb des Propellers durch die elektrische :Maschine oder elektrische Leistungsabgabe von der elektrischen Maschine an andere Stromaufnehmer., b) K1 and k. switched on: propeller operation by diesel engine, possibly at the same time additional electric drive of the propeller by the electric : Machine or electrical power output from the electrical machine to others Current sensor.

c) 1i1 ausgeschaltet, K2 eingeschaltet: Der Dieselmotor betreibt nur die elektrische Maschine: in dieser Betriebsstellung ist es auch möglich, den Dieselmotor mittels der elektrischen Maschine anzuwerfen.c) 1i1 switched off, K2 switched on: The diesel engine only operates the electric machine: in this operating position it is also possible to use the diesel engine to start using the electric machine.

Um bei jedem dieser drei Betriebszustände mit beliebigen -Drehzahlen der Wellen und mit den dabei möglichen Leistungsübertragungen fahren zu können, ist ein Schwingungsdämpfer S an geeigneter Stelle eingebaut, der bei Einstellung der verschiedenen Betriebszustände der Kupplungen selbsttätig so in seiner Wirkungsweise umgestimmt wird, daß bei jedem Betriebszustand bei allen Drehzahlen kritische Drehschwingungen gedämpft werden. Als Schwingungsdämpfer sei z. B. eine elektromagnetisch wirkende Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, wie sie in d,--r Patentschrift 61o293 beschrieben ist. Bei solchen Dämpfern wird den Drehschwingungen durch einen auf der Welle b--festigten Rotor in'_t Magnet- oder Trommelwicklungen entgegengewirkt, wobei der mit dein Rotor zusammenarbeitende Teil (Stator) ein Drehfeld aufweist, das nur durch die Drehschwingungen von der Phase des Rotors abweicht.To in each of these three operating states with any speed of the waves and to be able to drive with the possible power transmissions, a vibration damper S is installed at a suitable point, which is when setting the different operating states of the clutches automatically in its mode of operation is retuned that critical torsional vibrations at all speeds in every operating state be dampened. As a vibration damper z. B. an electromagnetically acting Damping device provided, as described in d, - r patent specification 61o293 is. With such dampers, the torsional vibrations are fixed by a on the shaft b - Rotor in'_t counteracted magnet or drum windings, with the one with your rotor cooperating part (stator) has a rotating field, which is only due to the torsional vibrations deviates from the phase of the rotor.

Mit dem Hebel H wird gleichzeitig die Umstimmung des Schwingungsdämpfers entsprechend der gewählten Betriebsstellung vorgenommen. Die Berechnung des Wellenstranges für die verschiedene Betriebsweise und die ganzen dabei in Frage kommenden Drehzahlbereiche muß ergeben, welche Veränderungen im System des Schwingungsdämpfers erforderlich werden. Es können z. B. im Erregerkreis des elektromagnetischen Schwingungsdämpfers mit Hilfe des Hebels H in seinen drei Stellungen durch von der Drehachse A betätigte Schalter drei Grundeinstellungen des Widerstandes des elektrischen Kreises die erforderliche Umstimmung ergeben, wobei dann noch selbsttätig abhängig von der Drehzahl die erforderlichen Erregerstroincharakteristiken mit den für solche Schwingungsdämpfer bekannten 'Mitteln erwirkt werden. Ebenso können mit der Drehachse A je nach deren Stellung drei verschiedene Regler zur Wirkung gebracht werden, die, abhängig von der Drehzahl, z. B. durch `'Wirkung einer Tachometerdvnamo und einer elektrischen Drehvorrichtung, die richtage Abstimmung im Schwingungskreis ergeben. Es ist .auch möglich, zugleich mit der Vorrichtung, mit der die Drehzahl für den betreffenden Betriebszustand eingestellt wird, die erforderliche Einstellung der Dämpfung für diese Drehzahl zu bewirken.The lever H is used to retune the vibration damper at the same time made according to the selected operating position. The calculation of the shaft train for the different operating modes and all of the possible speed ranges must show what changes are required in the vibration damper system will. It can e.g. B. in the excitation circuit of the electromagnetic vibration damper with the aid of the lever H in its three positions operated by the axis of rotation A. Switch three basic settings of the resistance of the electrical circuit the required Result in retuning, with the necessary automatically depending on the speed Excitation current characteristics with the means known for such vibration dampers can be obtained. Likewise, depending on its position, three different axes can be used with the axis of rotation A Controller are brought into effect, which, depending on the speed, z. B. by '' Effect of a speedometer dvnamo and an electric rotating device, the correct poll result in the oscillation circle. It is also possible, at the same time with the device, with which the speed for the relevant operating state is set, the to effect the necessary adjustment of the damping for this speed.

In der Abbildung ist für die elektrische Reglerverstellung eine Ausführungsmöglichkeit dargestellt. Von einer Tachometerdynamo T, deren Spannung proportional der Drehzahl der mit der elektrischen Maschine E gekuppelten Welle ist, wird entgegen einer Federkraft ein Magnet H gesteuert, der über ein Zahnstangengetriebe die Welle der gekuppelten Regler R1, R2, R3 verstellt. jeder Umdrehungszahl der elektrischen Maschine E ist daher eine bestimmte Stellung der Regler zugeordnet.The illustration shows an embodiment for the electrical controller adjustment shown. From a tachometer dynamo T whose voltage is proportional to the speed the shaft coupled to the electrical machine E is counter to a spring force controlled by a magnet H, which drives the shaft of the coupled via a rack and pinion gear Controller R1, R2, R3 adjusted. each speed of the electric machine E is therefore a certain position of the regulator is assigned.

Mit dem Hebel H, mit dem der jeweils erforderliche Betriebszustand der Wellen eingestellt wird, wird nun gleichzeitig durch die Achse A der Betriebsschalter B verstellt, wodurch je nach Wahl des Betriebszustandes a, b, c der Regler R1, R2, R3 wirksam wird. Die Widerstände II, 12, 13 dieser Regler müssen so bemessen sein, daß, abhängig von der, Drehzahl und dem Betriebszustand der Wellen, die erforderlichen Erregerströme für den Schwingungsdämpfer S erzeugt werden. Die Inbetriebnahme des jeweils ausgewählten Reglers erfolgt mit Hilfe der leitenden Beläge I-a, i-3, I-q, des Betriebsschalters B, der Steuerleitungen ß, 9, Io der Schleifringe 5, 6; 7. An Stelle der im Ausführungsbeispiel dargestellten :elektromagnetischen Dämpfungseinrichtungen kann man auch abhängig von den Betriebszuständen eine mechanische Dämpfungseinrichtung verstellen. Gegebenenfalls kann man auch eine elektromagnetische und eine mechanische Dämpfungseinrichtung kombinieren. Die Zuschaltung eines mechanischen Schwingungsdämpfers oder einer weiteren Schwungmasse kann bei solchen Einrichtungen mechanisch oder z. B. mit Hilfe einer elektromagnetischen Kupplung erfolgen.With the lever H, with which the required operating status of the shafts is set, axis A now simultaneously becomes the operating switch B adjusted, whereby the controller R1, R2, R3 takes effect. The resistors II, 12, 13 of these regulators must be dimensioned in such a way that that, depending on the speed and the operating condition of the shafts, the required Excitation currents for the vibration damper S are generated. The commissioning of the each selected controller is carried out with the help of the conductive coatings I-a, i-3, I-q, the operating switch B, the control lines ß, 9, Io of the slip rings 5, 6; 7th Instead of the one shown in the exemplary embodiment: electromagnetic damping devices a mechanical damping device can also be used, depending on the operating conditions adjust. If necessary, one can also use an electromagnetic and a mechanical one Combine damping device. The activation of a mechanical vibration damper or a further flywheel can be mechanical or z. B. be done with the help of an electromagnetic clutch.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Hebel H drei Betriebsstellungen. Man kann hierbei auch noch eine vierte Einstellung vorsehen, in welcher beide Kupplungen ausgerückt sind.In the illustrated embodiment, the lever H has three Operating positions. You can also provide a fourth setting here, in which both clutches are disengaged.

Claims

PATENT CLAIM: Electromagnetic vibration damper for shafts with a switchover of its effective range to certain frequencies by means of resistance circuits, where the switchover with -: the speed control of the shaft to be damped at the same time is actuated, characterized in that when coupling and uncoupling further shaft parts Depending on this coupling, the resistance circuit is changed in such a way that that the damper corresponds to the natural frequencies of the respective shaft assembly.