DE907366C - Vorrichtung zur Verhinderung von Drehschwingungsresonanzen bei umlaufenden Maschinenteilen, insbesondere Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung -betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung von Drehschwingungsresonanzen bei umlaufenden Maschinenteilen, insbesondere Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen, durch Veränderung des Schwungmomentes. Die zur Beseitigung der durch Drehschwingungsresonanzen auftretenden übermäßigen Beanspruchung des schwingenden Teiles von Kraft- und Arbeitsmaschinen bekannten Schwingungsdämpfer, insbesondere Drehschwingungsdämpfer, deren Sekundärmasse mittels Reibung, Federn oder Flüsisigkeit an die Primärmasse gekuppelt ist, haben die Eigenschaft, daß sie erst zu winken beginnen, wenn das Resonanzgebiet erreicht ist, also eine 'gewisse zusätzliche Beanspruchung des schwingenden Maschinenteiles bereits auftritt. Eine weitere Aufschaukehing wird zwar dann verhindert, doch bleibt eine zusätzliche Beanspruchung bestehen, wenn sie auch gegenüber dem ungedämpften Zustand stark vermindert ist. Es sind daher schon sogenannte Frequenzverlagerer vorgeschlagen und ausgeführt worden, bei denen durch die plötzliche Zuschaltung von zusätzlichen Massen zum umlaufenden Schwingungssystem eine Veränderung des Schwungmomentes und damit eine Verlagerung des Resonanzgebietes erfolgte. Durch entsprechende Abstimmung der Zusatzmassen wird das kritische Resonanzgefoiet im Augenblick des Zuschaltens der Zusatzmassen unterhalb der Schaltdrehzahl gelegt, so daß die Maschine bei steigender Drehzahl gar nicht erst in das ursprüngliche Resonanzgebiet eintritt. Die Schaltung erfolgt bei den bekannten Frequenzverlagerern durch hydraulisch bediente Kupplungen, die im

Augenblick der Schaltdrehzahl die Zusatzmasse starr an das umlaufende System anhängen. Diese bekannten Schaltvorrichtungen sind jedoch sehr umständlich, teuer und nicht immer betriebssicher, da ihre Funktion abhängig ist vom Vorhandensein eines hydraulischen Schaltdruckes, bei dessen unbeachtetem Ausbleiben die Maschine in das nicht verlagerte Resonanzgebiet einfährt und gegebenenfalls zu Schaden kommen kann.

ίο Es sind ferner Schwingungsdämpfer bekannt, bei denen mittels ortsveränderlicher, radialgeführter Schwungmassen eine Veränderung des Schwungmomentes bewirkt wird. Die Schwungmassen sind dabei entweder federnd angehängt oder stehen unter ¹S Federdruck. Schwingungsresonanzen von umlaufenden Maschinenteilen können jedoch mit derartigen Anordnungen nicht in ausreichendem Maße verhindert werden, da sich infolge der Federcharakteristik die Schwungmassen stetig mit Zunahme der Drehzahl nach außen und bei Abnahme derselben stetig nach einwärts bewegen. Derartige Dämpfer beginnen erst zu wirken, wenn das Resonanzgebiet erreicht ist, d. h. bereits eine zusätzliche Beanspruchung der schwingenden Maschinenteile eintritt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Frequenzverlagerer einfach und betriebssicher zu gestalten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ortsveränderliehen, radialgeführten Schwungmassen an den umlaufenden, Drehschwingungen ausgesetzten Teilen mittels astatischer Federn so angehängt sind, daß während des Drehzahlanstieges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl der Federn die zusätzlichen Massen schlagartig von ihrer Innenlage sich nach außen bewegen und daß während des Drehzahlrückganges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl· die Federn die zusätzlichen Massen in ihre innere Ausgangsstellung schlagartig zurückziehen. Durch diese Maßnahme wird das ursprüngliche Resonan'zgebiet unterhalb der Schaltdrehzahl verlagert, dabei kann, beim Wiederabsinken der Drehzahl der Schaltvorgang je nach der Astatik der verwendeten Federn bei etwas kleinerer Drehzahl erfolgen. Um Gewähr zu geben, daß bei nur engen Tälern zwischen den Resonanzbereichen bei absinkender Drehzahl die Rückschaltung noch im absolut schwingungsfreien Bereich erfolgt, werden die Federn zweckmäßig so bestimmt, daß sie eine möglichst kleine, aber noch nicht in unmittelbarer Nähe der Labilität liegende Astatik aufweisen. Die Ausbildung einer derartigen Vorrichtung nach der Erfindung kann in sehr einfacher Weise erfolgen. Einzelheiten über eine derartige Schaltvorrichtung sind in der Zeichnung und in der nachfolgenden Beschreibung dargestellt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Schaltvorrichtung nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. ι einen Querschnitt durch einen Resonanzverlagerer nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Schaubild der Resonanzgebiete. Der innere Kern 1 der Schaltvorrichtung ist mit dem umlaufenden Maschinenteil, beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, fest verbunden. Am Kernteil 1 sind die Bolzen 2 befestigt, an denen die segmentartigen Massen 3, 3' und 4, 4' geführt sind. In' der radialen Bohrung 5 jeder Masse 3, 3', 4, 4.' sin'di zwischen dem Bohrungsgrund 6 und dem Bolzenkopf 7 die astatischen Federn 8 angeordnet. Der Kopf 7 eines jeden Bolzens 2 ist mit einer Platte 9 versehen, die als Ansehlag für die radiale Bewegung der Massen dient. An ihr ist zur Schlagdämpfung eine Scheibe 10 aus elastischem Material, z. B. Gummi, befestigt. Die Federn 8 sind unter Vorspannung-in die radialen Bohrungen 5 eingesetzt und halten die Massen 3, 3' und 4, 4' bis zu einer ihrer Vorspannung entsprechenden Drehzahl in ihrer Innenstellung, die in der Fig. ι dargestellt ist. Die Astatik der Federn 8 ist nun so berechnet, daß die beim Umlauf der Vor riehtung mit wachsender Drehzahl ebenfalls wachsende Zentrifugalkraft von der Erreichung einer bestimmten Drehzahl ab, stets die Federkraft überwiegt. Die Folge davon ist, daß die Massen bei dieser Drehzahl schlagartig unter Überwindung der Federkraft nach außen fliegen, bis sie an den festen Anschlagplatten 9 bzw. an den vorgelagerten Pufferplatten 10 anliegen. Durch die schlagartige Verlagerung der beweglichen Massen nach außen wird plötzlich das Schwungmoment des gesamten. Schwingungssystems 'des umlaufenden Maschinenteiles, z. B. der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit dem die Vorrichtung starr gekuppelt ist, ein anderes und damit der ■kritische Drehzahlbereich verlagert. Durch entsprechende Berechnung der Massen 3, 3' und 4, 4' und der Federn 8 ist man in der Lage, die Verlagerung der kritischen Drehzahbereiche so vorzunehmen, daß bis zur Erreichung der Höchstdrehzahl keiner dieser Drehzahlbereiche durchfahren werden muß.

In der Fig. 2 ist ein Schaubild gezeigt, in welchem die kritischen Drehzahlbereiche und¹ ihre Verlagerung dargestellt sind. Es sind hier die Schwingungsausschläge bzw. die Beanspruchung des umlaufenden Schwingungssystems durch die Torsionsschwingungen über den Drehzahlen aufgetragen. Erreicht z. B. die Maschine während ihrer Beschleunigung die Schaltdrehzahl n_sl am Beginn eines Resonanzbereiches, bei dem also große gefährliche Schwinigungsausfälle und damit gefährliche Beanspruchungen auftreten, dann wird durch Veränderung des Schwungmomentes dieser kritische Drehzahlbereich nach links verlagert, d. h. das Resonanzgebiet befindet sich jetzt in einem Drehzahlbereich, den die Maschine bereits durchfahren hat, und die Drehzahl der Maschine kann jetzt weiter gesteigert werden, ohne ihre Beanspruchung, die nunmehr nach der ausgezogenen Kurve verläuft, zu groß zu machen. Beim Absinken der Drehzahl erfolgt der Schaltvorgang in .umgekehrter Richtung. Ist die Schaltdrehzahl n_S2 erreicht, dann überwiegt die Kraft der Federn 8 die auf die ortsbeweglichen Massen einwirkende Fliehkraft, und die Massen werden ebenso· schlagartig nach innen bewegt, wie bei steigender Drehzahl nach außen. Das dadurch wiederum auf den ursprünglichen Wert gebrachte

Schwungmoment bewirkt die Rückverlagerung des kritischen Resonanzgebietes schlagartig nach rechts in. einen von der Maschine bereits durchfahrenen Drehzahlbereich. Nach Maßgabe der Astatik der Federn 8 erfolgt bei sinkender Drehzahl der Umschaltvorgang bei etwas niederer Drehzahl als bei ansteigender Drehzahl.

Liegen innerhalb des zu durchfahrenden Gesamtdrehzahlbereiches zwei oder mehrere Resonanzgebiete hintereinander, so muß man zwei- oder mehrmals entsprechende Massen verlagern. Das kann entweder mit der¹ gleichen Schaltvorrichtung erfolgen, indem man beispielsweise dlie Massen4und 4' mit Federn 8 in Verbindung bringt, die infolge ihrer Berechnung bei einer anderen Drehzahl den Schaltvorgang auslösen, oder man ordnet auf dem gemeinr samen Kernstück 1 parallel weitere ortsbewegliche Massen an, die nacheinander verlagert werden. Selbstverständlich kann man auch die Größe der Massenpaare 3, 3' und 4, 4' verschieden wählen.

Die Schaltvorrichtung nach der Erfindung stellt eine einfache und billige Einrichtung dar, um bei Maschinen mit gefährlichen Resonanzgebieten, die. nicht schnell 'genug durchfahren werden können, einen Schwingungsdämpfer ziu ersparen. ■

Claims (10)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vorrichtung zur Verhinderung von Drehschwingungsresonanzen bei umlaufenden Maschinenteilen durch Veränderung des Schwungmomentes mittels ortsveränderlicher, radialgeführter Schwungmassen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmassen (3, 3' und 4, 4') an den umlaufenden, Drehschwingungen ausgesetzten Teilen mittels astatischer Federn (8) so angehängt sind, daß während des Drehzahlanstieges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl der Federn (8) die zusätzlichen Massen (3, 3' und 4, 4') schlagartig von ihrer Innenlage sich nach außen bewegen und daß während des Drehzahlrückganges bei Erreichung der Umschaltdrehzahl die Federn die zusätzlichen Massen in ihre innere Ausgangsstellung schlagartig zurückziehen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmassen (3, 3' und 4, 4') und die astatischen Federn (8) so abgestimmt sind, daß das ursprüngliche Resonanzgebiet unterhalt) der Schaltdrehzahl verlagert wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Astatik der Federn (8) so klein gewählt wird, daß die Schaltdrehzahl bei Drehzahlrückgang nur wenig unterhalb der Schaltdrehzahl bei Drehzahl anstieg liegt.
4. 4. Vorrichtung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abfangen der schlagartigen Massenbewegung an den Außen- und/oder Innenanschlägen (9) Dämpfungsvorrichtungen (10), z. B. Gummi-, Feder-, Luft- oder Flüssigkeitspuffer, angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Paare von Zusatzmassen (3, 3' und 4, 4') und auf sie abgestimmte astatische Federn (8) vorgesehen sind.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Paare der Zusatzmassen (3, 3' und 4, 4') und ihre astatischen Federn (8) auf verschiedene Schaltdrehzahlen abgestimmt sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der einzelnen Zusatzmiassenpaare (3, 3' und 4, 4') unterschiedlich ist.
8. 8. Vorrichtung¹ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmassen (3, 3' und 4, 4') aus Kreissegmenten bestehen und durch radiale, am zentralen Kupplungsteil (1) befestigte Bolzen (2) geführt wenden.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die astatischen Federn (8) zwischen dem äußeren Bolzenkopf (7) und dem inneren Segmentfuß angeordnet sind.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Bolzenkopf (7) ein Anschlag (9) für die Außenstellung der Zusatzmassen (3, 3' und 4, 4') angeordnet ist.

    Angezogene Druckschriften:
    Deutsche Patentschrift Nr. 307 177;
    USA.-Patentschriften Nr. 2480946, 986978; Festschrift der Tech η. Hochschule Stuttgart, 1929, S. 125.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

    © 5849 3.54