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Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung Die Erfindung bezieht
sieh auf ein Verfahren zur Dämpfung der Sch«-iiigtingeii von schwingungsfähigen
Systemen, welche erregeilden Kräftcli -veränderlicher Frequenz unterworfen sind,
insbesondere von drehscli«-inguiigsfälligem System, wie Kurbelwellen von Breunkraftinaschinen,-
mittels resoitcuiztilgender angekoppelter Systeme, vorzugsweise angekoppelter Massen.
-Durch die _lnkophlung tlerartiger, geeignet lienlessener Systeme öder Massen an
das zu dänillfcndc Ilauptsystein ist es möglich, die Wirkung der periodisch erregenden
Kräfte weitgehend herabzumindern. Stimmt die Frequenz der erregenden Kriifte mit
der Eigeliteilfrequenz des allgekoppelteil Systems mit Dezug auf das Ilauptsvstem
überein, so wird die Eilergie der erregenden K=räfte voll dem angekoppelten System
üb; rnoninlcn. während sich das I3auptsystcill ill nallezil völliger Schwingnngsrulle
llernelet.
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Nach diesem Verfahren artleitende Drehschwingungsdämpfer sind bekannt.
plan kann hierbei zwischen Schwingungsdämpfer mi=t gleichbleibender I?i@enteiltreducnz
-und Schwinuii; sd#inltlfei: niii a-criindcrlicllei-
Eigenteilfrequenz
der angekoppelten 'lassen unterscheiden.
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13e. den Schwingungsdämpfern mit gleichbleibender Eigenteilfrequenz
sind die Massen beispielsweise lediglich drehelastisch mit den' 1 lauptsystem verbunden,
ohne daß die Fliehkräfte bzw. die Drehzahl der Welle einen Einfluß auf die Eigenschwingungszahl
der <essgekoppelten 'Tasse besitzen. Hierdurch kann liei 7%%ecl:cntspi-ecliender
Abstimmung der Masse bzw. des angekoppelten Svstems auf eine bestimmte Eigenfrequenz
des Hauptsystenis erreicht werden, daß jede Resonanz bei dieser Frequenz, gleichgültig
ob sie von Schwingungen I. Ordnung, deren Frequenz mit der Erregerfrequenz
übereinstimmt, oder höherer bzw. niederer Ordnung herrühren würde. -etilgt wird.
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In _1bb. I ist als Ordinate die I?igenschwin-un(rstrequenz o) über
Gier Drehzahl )t der Kurbelwelle als ,Abszisse aufgetragen. Von den Eigenfrequenzen
des Hauptsystems seien clie konstanten Eigenfrequenzen i. und 2. Grades mit CJI
und (o1, von den mit der Drehzahl n proportional anwachsenden Erre#crfrecluetizeti
dieleni-en o,5., I. und 2, Ordnung mit E;"5, Ei und E, bezeichnet. In den Schnittpunkten,
in denen sich die Erregerfrequenzen mit den Eigenfrequenzen r. oder 2. Grades des
flauprsystens schneiden, ergeben sich, vorausgesetzt, daiß keine Dämpfungsniassen
oder sonstig.,. dämpfenden Eintüisse vorhanden sind, Resonanzstellen, welche mit
tI, t'1, z, bzw. tII, 1'II, ztr bezeichnet seien. Wird nun an dieses System
in bekannter \\'eise eine -lasse mit von der Drehzahl bzw. der Erregerfrequenz unabhängiger
Eigenfrequenz, also z. L. ein auf der Welle drehelastisch angeordnetes Gewicht,
derart angekoppelt, daß die Eigenteilfrequenz der angekoppelten 'lasse mit Bezug
auf das Hauptsystein gleich der Frequenz ciI ist, so werden die Resonanzstellen
:eI, yI, z, beseitigt, d. h. alle Resonanzstellen, bei denen die Erregerfrcquenz
beliebiger Ordnung gerade der Eigenfrequenz r. Grades des Hauptsvstems ist. Dagegen
bleibet. die Eigenfrequenzen oder sonstigen anderen Grades durch die I)ümpfungsmasse
unbeeinflußt. Dieser Nachteil wirkt sich um so mehr aus, je mehr Eigenfrequenzen
im System auftreten, wobei clie Zahl der möglichen Eigenfrequenzen von der Zahl
der elastisch gekoppelten -lassen ,'.Düngt. I)emgein-if,l \vird auch durch das Iliiiztischalten
der l);itttliftui-sntasse eine \\-eitere Eigenfrequenz liitiztigefigt.
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\lan hat nun versucht, die 'Nachteile der angekoppciten \Iassrn init
;@@lcichb(rilx:nder l@.igenteilfreduenz, \velche al#o auch nurl@C on@ttt7eti gleicher
Frequenz zti tilgen imstande sind, durch die Verwendung von schwingungsdämpfern
mit drehzahlabhängiger Eigenteilfreduenz der angekoppelten Massen zu umgehen. Hierbei
wurden die anzukoppelnden Massen beispielsweise nach Art von Fliehkraftpendeln mit
der Welle verbunden, wobei die mit der Drehzahl bzw. der Erregerfrequenz nach einem
quadratischen Gesetz anwachsenden Fliehkräfte eine entsprechend zunehmende Rückstellwirlung
auf die die Drehschwingungen ausführenden .Massen ausüben. Da nun andererseits die
Eigenfrequenz eines Fliehkraftpendels proportional der Wurzel der Fliehkraft ist,
stehen Eigenfrequenz desselben und Drehzahl in geradliniger Abhängigkeit voneinander,
d.li. mit wachsender Drehzahl der Kurbelwelle wachst auch die 1igetifredtienz des
Fliclikraftpendels. Infolgedessen ist es möglich, mit einer solchen Anordnung die
durch eilte Erregende bestinunter Ordnung hervorgerufenen Resonanzen, also z. 13.
an den Resonanzstellen vI und yII tt5\\'. auf der Erregenden Et, zu til.gen. Von
der Rückwirkung der angekoppelten Masse auf die Frequenz des Gesainisystenis. die
unter dieser I@ück\virkttng einen hyperbolischen Verlauf nimmt, kann hierbei al>gesrhen
werden, da sie an den Ergebnissen grundsätzlich nichts ändert. Unter Umständest
ist es auch möglich, die \lasse des I# liehkraftpendels bzw. dessen Ankopplung derart
abzustimmen, daß die Ei.enfrequenz des schwinl;cnden Systems innerhalb des Betriehsdrehzahlbereiches
sticht mehr mit cler E.rrc-erfrequenz einer lxstinitnteii Ordnung übereinstimmt,
also jegliche Resonanz für diese Ordnung allein durch die -\tiorciiitiii.!Z der
Tilauti,"stn.tsse ausgeschlossen wird. 'Mit Rücksicht darauf, daß an sielt grundsätzlich
nur für die Erregende einer Ordnung Resonanz vermieden werden kann, haben derartige,
nach Art von Fliehkraftlxndeln aufgehängte Massen den Nachteil, d,15 die :\1istimmungsverhältnisse
unübersichtlich . und schwer beherrschbar werden, wenn in V ielmassensystemen Schwingungen
mehrerer Ordnungen getilgt werden sollen. Außerdem läßt die Tatsache, daß am _lnkopplunrispunkt
Schwingungsruhe herrscht, noch keinen Schluß über die Beanspruchungen innerhalb
gen Systems zu, da sich im Ankoppdes übrig lungspunkt ein Schwingungsknoten lxfnclet,
während im übrigen starke Schwin-unzsbeanspruchungen auftreten kiinnen.
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Die ha-findun- ermii#,liclit es, die Scli\\-ic#-rigkciten hei der
\"er\vcuciuti@ der 1@i#iieri@#e#n Schwingungsdämpfer zu lxseitigeci und c1er\#tl
Uuzulänglichkeiten-zti mildern und hestcht ini wesentlichen darin, daß clic# 1#:igt#nfrc#clttc#nz
clzs angekoppelten Systems zur lic#sc#ti@un@ oder \'ernündcrung von Resonanzei.
mit der
sielt :ändernden Frequenz- der erregenden Kräfte ebenfalls
verändert wird: Insbesondere ist die Erfindung anwendbar auf solche Sebwingungsdänif@fc#r.
deren angekoppeltes System eine von der I-i-I-egerfrequenz unabli*lli#l(re, z. 1.
konstante Eigenfrequenz besitzt und infolgedessen Resonanzen hei jeder dieser Eigenfrequenz
entsprechenden Erregerfrequenz 'beliebiger Ordnung verhindert bzw. tilgt. In diesem
Fall ist es lediglich erforderlicliclaß die Eigenfrequenz des angekoppelten Systems
nur dann verändert wird, -,wenn kritische Schwingungen verschiedener Grade auftreten,
während eine Veränderung der Eigenfrequenz nicht erforderlich ist, soweit kritische
Schwingungen gleichen Grades aLuftreten. Durch Änderung der Eigenfrequenz des angekoppelten
STstems, also bei-.
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pielsweise durclilferscliiebenyderDämpfungs-oder T ilgungsniasse auf
einer die- Kopplung finit dein flauptsysteni bewirkenden federnden \\"clle: ist
es infolgedessen möglich, nicht nur llestininite Frequenzen oder bestimmte Errege
rordnungen, sondern den gesamter eliwili,tiligsbereich zu b2lierrsclieil, indem
bei icder eingestellten Frequenz sämtliche l#a-re-erordnungen getilgt werden. In
Abb. 2 ist ein solches System scheniatisch dargestellt: _1n die Kurbelwelle a des
Motors ist eine Keilwelle b angekuppelt, auf der eine Scliwtnigniasse c verschoben
werden kann: )e nach der eingestellten Länge der als Kopplungsfeder wirkenden Welle
b wird die l-igellteilfreqtlel1z des a11gekoppelten, aus \\"el je undSchwuli@massehestehelideu
Systems vergvergrößert oder -verkleinert. BeiEinstellung derSchwungm ass eau f große
\Vellenlänge li ist die- Eigenteilfrequenz niedrig und entaii-icht z. B. einer Frequenz
o) z >r. Grades nach Abb. i. Infolgedessen werden alle Resoiiaii7en auf dieser
Geraden, z. B. in deli Punkten ,'I, yI, ,z, getilgt. Eitle Einstellung der Schwungnnasse
atf kleinere NVellenlänge lII bewirkt eiliellöllereFigenteilfrequeiiz, beipielsweiseentsprecliendeinerFrequenz
zoII 2. Grades flach Abb.1, so daß iittnmehr alle Resonanzen auf der Geraden o)11
getilgt werden. Durch eine 1@ersclüel>ung der Masse auf Zwischenstellungen bzw.
auf Stellungen aut3erlialb der dargestellten Lagen können ferner Ei-ellfrequenzen
jeden beliebigen Ciradea über ieder Drehzahl des Drehzahlhereiclies getilgt %%-erden;
indem jeweils beim Auftreten einer Resonanz, d.li. sobald die Erregende irgendeiner
Ordnung finit der l:igclifredtienzy des IIaupts}#stenis irgendcine: Grades in L,7iereinstininiung
ist, die 1)ililpfungsiiiasse c auf edle solche \Vellenlänge eingestellt wird,
daß die Eigenteilfreyuenz des ILn""ekoppelteli Systems gleich dieser Frequenz wird.
Das Hauptsystem bleibt dadurch in Ruhe, während die Erregtui"seliergievoli dein
angekoppeltenSystein aufgenoininen wird.
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Statt durchVerscliiebun- einer Dülnpftnigsmasse auf einer als federndes
Glied dienenden Welle kann die Änderung der Eigenteilfrequenz auch dadurch bewirkt
werden, da-13 die 'lasse, z. L. auf der Kurbelwelle eines Motors, unverscliiebbar
angeordnet ist und die Charakteristik einer die Masse mit der Welle kuppelnden Drehfederung
geändert wird, z. B. durch Abschalten von Teilen einer konischen Feder oder eines
Teiles von mehreren ungleich harten Federn.
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Ist ein verliältliisniäßig einfaches SchwingttlIgssvstein mit nur
zwei diinipfungsbedürftigen Eigenfrequenzen vorbanden, so braucht die Einstellung
der 'Lasse od. d51. auch nur tvechselweise in zwei Lagen zti erfolgen, wozu gegebenenfalls
eine Schnappvorrichtung vorgesehen sein kann.
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Die Einstellung kann jeweils nach dein Sduvngttligsverlialten der
Welle vorgelioninicli werdefi. G@veckniäl,ig erfolgt sie jcdocli selbsttätig und:
zwangsläufig, z. ß. in Abliängigkeit von der Erregerfrequenz, d. 1i. in der l@egcl,
z. l,. bei Kurbelwellen. von Erennkraftinaschinen, in Abhängigkeit von der 1)reliz2ilil
des umlaufenden Systems. Hierzu kann beispielsweise ein Flielikraftregler oder ein
livelratiliseher Druckregler, z. B. ein auf den ÜIclruclz der Maschine ansprechender
Kolben od. dgl.; vorgesehen sein. Auch kann die Einstellung unter Vermittlung einer
1LUrvcnscheibc zur Erzielung der geeignetsten :11@I1üngigl.-eit erfolgen.
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1s ist ferner niö;;licli, die Erfindung auch dann silnigeniiili anzuwenden,
wenn mehrere teilweise oder iiii @vesentlicheil gleichwertige Svsteme aileinandergekoppelt
werden, also von einem Hauptsystem und einem lediglich der Dämpfung dienenden Zusatzsystem
nicht gesprochenwerden kaiiti. Durch Änderung der Kopplung beider Svsteine können
auch in diesem- Fall die Eigenfrequenzen des einen oder anderen hzw. des Gesamtsystcins
geändert und dadurch Resonanzen beseitigt werden: