DE2538577C2

DE2538577C2 - Anordnung zur Dämpfung von Biegeschwingungen des Rotors von Maschinen mit einer Freiträgerwelle

Info

Publication number: DE2538577C2
Application number: DE2538577A
Authority: DE
Inventors: Daniel C. Kimberton Pa. Sautter
Original assignee: Pennsylvania Crusher Corp
Current assignee: Pennsylvania Crusher Corp
Priority date: 1974-08-29
Filing date: 1975-08-29
Publication date: 1982-12-02
Also published as: JPS54152268A; ZA755513B; FR2289243B1; JPS5150057A; AU8433675A; DE2538577A1; JPS5944902B2; JPS5525902B2; GB1531254A; BR7505569A; BE832907A; FR2289243A1

Description

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- hung ermöglicht.

Gemäß einer weiteren Ausführangsform weist der Dämpferring eine innere Aussparung in der Nähe des Umfangs der Freiträgerwelle auf, innerhalb welcher Einrichtungen zur Unterbrechung des Kontakt,;:; zwischen der Freiträgerwelle und der inneren Aussparung angeordnet sind, so daß eine Kreiselpräzession im wesentlichen vermieden wird.

Sm folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemälien Anordnung zur Dämpfung von Biegeschwingungen anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fi^. · ein-j Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung, teilweise im Schnitt gehalten, zur Erläuterung; eines Anwendungsbeispiels,

F i g. 2 eine Teilschnittansicht entsprechend F i g. 1,

F i g. 3A und 3B Teilschnittansichten entlang der Linie 3-3 in F i g. 2,

F i g. 4 eine F i g. 2 entsprechende Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung,

Fig.5A, 5B und 5C vergrößerte Aufsichten entlang der Linie 5-5 in F i g. 4,

F i g. G eine vergrößerte Teilansicht einer Dämpfungsvorrichtung,

Fig.7 eine im Schnitt dargestellte vergrößerte Aufsicht entlang der Linie 7-7 in F i g. 4 zur Erläuterung des Prinzips der Dämpfungsvorrichtung bei ausgelenktem Rotationselement, ufid

Fig.8 eine im Schnitt dargestellte Aufrißansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Anordnung.

In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh- Λ0 rungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Dämpfung von Bißgeschwingungen des Rotors hochtouriger Maschinen sind gleiche Elemente in allen Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsbeispiele der Erfindung sind unter Bezugnähme auf ihrer Anwendung in einer Zerkleinerungsmaschine näher erläutert, jedoch ist die erfindungsgemäße Anordnung auch bei anderen Maschinen einsatzfähig, in welchen Biegeschwingungen oder dergleichen auftreten können. "to

F i g. 1 ze?jt in einer teilweise im Schnitt gehaltenen Aufrißansicht eine Anordnung zur Dämpfung von Biegeschwingungen bei einer Maschine, mit der eine Zerkleinerung in einmaligen Durchgang erzielt werden kann. Ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 weist eine obere Abdeckung 12 mit einem zentral angeordneten Einlaßtrichter 14 auf, durch den das zu zerkleinernde Material in die Maschine eingebracht wird. Innerhalb des zylindrischen Gehäuses 10 ist eine Tragplatte 16 angeordnet, auf der ein Zentrifugalwellen-Gehäuse 18 montiert i&r. Einzelheiten der Anordnung mit ihrem Antrieb, die in dem Gehäuse 18 enthalten sind, sind in F i y. 2 veranschaulicht. Unterhalb der Tragplatte 16 sind Riemenscheiben 20 und 22 angeordnet, die sich innerhalb eines Schutzkanals befinden, der von der 5f> Tragplatte 16 und einer unteren Wand 24 begrenzt wird. Antriebsriemen für die. Riemenscheiben 20 und 22 erstrecken sich durch den Schutzkanal und übertragen die Antriebskraft zu der Maschine.

Nach Fig. 2 ist die Riemenscheibe 20 starr mittels eines Halteringes 30 an einer äußeren Hohlwelle 28 befestigt. Die äußere Hohlwelle 28 ist ihrerseits so angeordnet, daß sie sich innerhalb des Gehäuses 18 in einem oberen und unteren Lager 32 bzw. 34 drehen kann. Die äußere Hohlwelle 28 ist an ihrem unteren Ende mit mehreren Radialdurchgangsöffnungen 36 versehen, die eine Schmiermittelströmung aus dem Inneren der Hohlwelle 73 ermöglichen, die noch weiter erörtert wird. Das zylindrische Gehäuse Ie weist an seinem oberen Ende mehrere radiale Öffnungen 38 auf, durch die Schmiermittel unter L'ruck eingeführ; werden kann, das zum Kühlen und zum Schmieren citr Lager 32 iMa 34 dient. An der Hohlwelle 28 sind an Stellen gerade unterhalb der Öffnungen 36 und oberhalb der övfaungen 38 Schmiermittelschleuderringe 40 und 42 befestigt, die den Durchgang von öl durch den Ringraum zwischen der Hohlwelle 28 und dc:n zylindrischen Gehäuse 18 nach unten zu einem ringförmigen Raum 44 und nach außen durch einen Durchgang 46 zu einem nicht dargestellten ölsumpf erleichtern. Dichtungen 48 verhindern, daß Staub oder andere Verunreinigungen den Raum 44 zwischen dem Gehäuse IB und der Hohlwelle 28 erreichen. Das obere Ende der Hohlwelle 28 ist starr mit geeigneten Mitteln, beispielsweise einem Lager- und Dichtungsbefestigungsteil 49, an einer scheibenförmigen Halterung 50 befestigt, wodurch sich letztere drehen kann, wenn Drehkraft auf die Riemenscheiben 20 wirkt

Eine innere Hohlwelle 52 ist innerhalb der Hohlwelle 28 in Laigern 54 und 56 drehung angeordnet Konventionelle Labyrinthschmiermitteicichiungen 58 und 60 dienen dazu, eine ölleckage aus dem Ringraum zwischen der Hohlwelle 28 und der Hohlwelle 52 auf ein Minimum zu reduzieren. Innerhalb der Hohlwelle 52 ist eine Frtiträgerwelle 62 angeordnet, die an ihrem unteren Ende 64 in Schrumpfsitz in den Innendurchmesser der Hohlwelle 52 eingesetzt ist so daß sich eine starre Verbindung zwischen der Freiträgerwelle 62 und der Hohlwelle 52 an dieser Stelle ergibt Am oberen Ende 66 der Freiträgerwelle 62 ist ein im wesentlichen radiales Spiel 68 zwischen der Freiträgerwelle und der Hohlwelle 52 vorgesehen. Dieses Radialspiel ist so gewählt, daß es etwas größer als die maximal zulässige Auslenkung der Freiträgerwelle 62 ist jedoch ist das Spiel klein genug, um einen hydraulischen Präzessionsdämpfungseffekt zu erleichtern, der unter Bezugnahme auf die F i g. 6 und 7 erläutert wird. Das obere freie Ende 66 der Freiträgerwelle 62 kann sich im wesentlichen radial zum oberen Ende der Hohlwelle 52 bewegen. Am freien Ende 66 der Freiträgerwelle 62 ist die Nabe 70 eines Rotationselementes 72, beispielsweise eines Laufrades, der Zerkleinerungsmaschine starr angebracht. Eine flexible Dichtung 74, die zu einer noch erläuterten Dämpfungsvorrichtung gehört, verbindet das oberste Ende der Hohlwelle 52 mit der Nabe 70, so daß eine ölleckage aus dem Ringraum zwischen der Freiträgerwelle 62 und der Hohlwelle 52 verhindert wird.

Die Riemenscheibe 20 ist am unteren Ende der Freiträgerwelle 62 mittels eines Keils 76 und des Befestigungsteils 78 angebracht. Durch das untere Ende 64 der Freiträgerwelle 62 erstreckt sich nach oben ein K ana! 8ü, der eine Strömung des Schmiermittels, z. B. Öl, in den Ringraum zwischen der Freiträgerwelle 62 und der Hohlwelle 52 ermöglicht. Am freien Ende der Hohlwelle 52, und zwar gerade oberhalb des Lagers 54, ist eine Mehrzahl von radialen Schmiermittel-Durchgangsöffnungen 32 vorgesehen, die einen Strömungsweg für das Schmiermittel in den Ringraum zwischen der äußeren Hohlwelle 28 und der inneren Hohlwelle 52 bilden. Das Schmiermittel strömt somit durch de.i Kanal 80 nach oben und verläuft aufgrund der Rotationsbewegung der inneren Hohlwelle 52 spiralförmig nach oben entlang de '". inneren Umfang der Hohlwelle 52, dann nach außen durch die öffnungen Wl, nach unten durch die Lager M und 56 und nach außer, durch die

öffnungen 36, so daß das Schmiermittel schließlich durch die Durchgänge 46 in den ölsumpf gelangt, wie bereits erläutert wurde. Da das Schmieröl sowohl auf den inneren als auch auf den äußeren Oberflächen der Hohlwellen 28 und 52 strömt, ergibt sich eine beträchtliche Kühlung beider Hohlwellen durch die Schmiermittelströmung. Das führt zu einer weitgehenden Verringerung differentieller thermischer Ausdehnungen der Hohlwellen 28 und 52, so daß auf diese Weise Änderungen der axialen Spiele der Lager 54 und 56, durch die Spannungen und Abnützungen der Lager hervorgerufen werden könnten, auf ein Minimum reduziert werden.

Das Rotationselement 72 empfängt das zu zerkleinernde, eingespeiste Material durch einen zentral angeordneten Einsatztrichter 14, beschleunigt dieses Material radial und stößt es dann mit einer hohen Geschwindigkeit aus, so daß es auf eine umgebende Pralloberfläche auftrifft. Infolgedessen wird der Aufprall durch die hohe Geschwindigkeit der Teilchen und weniger durch die Auffänger erzeugt. In F i g. 1 sind mit 84 Auffängerflügel bezeichnet, die in der Nähe des Umfangs einer Auffängerhalterung 50 angeordnet sind.

Im Betrieb werden die Riemenscheiben 20 und 22 durch geeignete Motoren angetrieben, die an der Außenseite des Gehäuses 10 angeordnet sind. Das als Schleuderrad dienende Rotationselement 72 und die Auffängerhalterung 50 erreichen ihre bevorzugten Betriebsgeschwindigkeiten. Normalerweise dreht sich die scheibenförmige Auffängerhalterung 50 mit etwa 300 bis 400 Umdrehungen pro Minute, wogegen das Rotationselement 72 sich im Bereich von etwa 2400 bis 6000 Umdrehungen pro Minute oder außerhalb des Resonanzdrehzahlbereichs dreht. Da das Rotationselement 72 ein relativ massives Bauteil ist, das z. B. einige hundert Pfund schwer und mit mehreren Schweißungen hergestellt ist, ist es aus ökonomischen Gründen nicht wünschenswert, das Rotationselement 72 exakt um sein geometrisches Zentrum herum auszuwuchten. Infolgedessen ermöglicht die Anbringung der Freiträgerwelle 52, die starr an der Nabe 70 des Rotationselementes 72 befestigt ist, eine ausreichende Flexibilität in dem Rotationssystem, das von der Hohlwelle 52, der Nabe 70 und dem Rotationselement 72 gebildet wird. Damit dreht sich das Rotationselement 72 um seinen eigenen « Schwerpunkt, wodurch das Erfordernis für eine genaue Auswuchtung desselben unnötig ist. Die Drehung des Rotationselementes 72 um seinen eigenen Schwerpunkt bewirkt, daß das Zentrum des freien Endes der Freiträgerwelle 72 eine exzentrische Bewegung relativ zum Zentrum des freien Endes der Hohlwelle 52 ausführt. Die sich aus dieser exzentrischen Bewegung ergebende Schwingung wird am unteren Ende 74 der Freiträgerwelle 62 aufgenommen. Infolgedessen wird eine Schwingungsübertragung von dem mit hoher Geschwindigkeit sich drehenden Rotationselement auf die Lager, welche die innere und äußere Hohlwelle 52 und 28 halten, auf ein Minimum reduziert, wodurch die Lagerlebensdauer verlängert wird. Bei der Auslegung der Freiträgerwelle 62 ist es notwendig, einen minimalen Durchmesser zu wählen, der für das anzuwendende Drehmoment geeignet ist Weiterhin ist die Länge der Freiträgerwelle 62 so festzusetzen, wie es erforderlich ist daß eine genügende Flexibilität zum Selbstzentrieren des Rotationselementes ermöglicht wird, ohne daß eine dauernde Verformung in der Freiträgerwelle 62 hervorgerufen wird.

Die Fig.3A und 3B zeigen schematisch zwei mögliche Positionen der Freiträgerwelle 62 und des Rotationselementes 70, wenn sich diese innerhalb des Lagers und der Dichtungsbefestigung 49 drehen. Die Spiele sind zur deutlicheren Darstellung übertrieben groß dargestellt worden. In F i g. 3A sind die Freiträgerwelle 62 und das Rotationselement 70 so dargestellt, daß sie sich im wesentlichen konzentrisch innerhalb der Bohrung der umgebenden Lagerbefestigung 49 drehen. Das Zentrum der Freiträgerwelle 62 führt eine leichte exzentrische Bewegung aufgrund der Tendenz des Rotationselementes 72 zur Rotation um seinen Schwerpunkt auf der flexiblen Freiträgerwelle 62 aus. Aufgrund der relativ großen Masse des Rotationselementes 72 und dessen hoher Rotationsgeschwindigkeit besitzen die rotierende Freiträgerwelle 62 und das Rotationselement 72 deutliche Kreiselcharakteristika während des Betriebs, insbesondere bei Geschwindigkeiten oberhalb der kritischen Frequenz bzw. Resonanzdrehzahl.

Fig. 3B veranschaulicht schematisch die Bewegung der Freiirägcrwcüc 62 und des Rcia'.ionselemente? 70 von einem im wesentlichen zentralen Punkt in radialer Richtung in Berührung mit dem Befestigungsteil 49, wenn das Rotationselement die Resonanzdrehzahl durchläuft. In diesem Zeitpunkt wird kein Material zum Rotationselement 72 geführt. Wenn die Schwingungsamplitude der Freiträgerwelle 62, der Nabe 70 und des Rotationselementes 72 bei der Resonanzdrehzahl zunimmt, kann ein Zustand erreicht werden, an dem es zu eir.ir Berührung mit der Innenfläche des Befestigungsteils 49 kommt. Diese Berührung erzeugt ein neues kinematisches System, das eine höhere Resonanzfrequenz hat. Die Rotation des neuen Wellensystems, das eine Unwucht besitzt, die durch das ausgelenkte Rotationselement und die Freiträgerwelle 62 hervorgerufen worden ist, hat die direkte Übertragung der übermäßigen Biegeschwineungen auf die Lager zur Folge, die das Rotationseiement wie auch die Hohlwellen halten, was eine unerwünschte Lagerabnutzung mit sich bringt. Weiterhin führt die Berührung zwischen dem Rotationselement 70 und der Innenfläche des Befestigungsteils 49 zu einer übermäßigen Abnutzung an diesen Stellen.

Zur Verringerung der Schwingungsamplitude der Freiträgerwelle 62, der Nabe 70 und des Rotationselementes 72 auf annehmbare Grenzen während des Durchgangs der Resonanzfrequenz ist die im folgenden unter Bezugnahme auf Fi g. 4 beschriebene Anordnung vorteilhaft.

Die in F i g. 4 gezeigte Anordnung ist derjenigen nach F i g. 2 ähnlich, jedoch mit der Ausnahme, daß eine Einrichtung 86 zur Dämpfung mechanischer Schwingungen und Präzession und eine hydraulische ?räzessionsdämpfungseinrichtung 88 zusätzlich vorgesehen sind. Einzelheiten der Einrichtung 88 werden unter Bezugnahme auf F i g. 6 und 7 erörtert Die Dämpfungseinrichtung 86 ist unterhalb des Rotationselementes 72 an einem Lager- und Dichtungsbefestigungsteil 90 über eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in Abstand angeordneten Öffnungen 92 in der Lager- und Dichtungsbefestigung 90 angebracht Ein im wesentlichen flacher bzw. ebener Dämpferring 94 wird elastisch in Reibungsberührung mit der oberen Oberfläche der Lager- und Dichtungsbefestigung 90 mittels Schrauben 96, Unterlagscheiben 98, Vorspannungsfedern 100 und Unterlagscheiben 102 gehalten. Die Schrauben 96 erstrecken sich durch vergrößerte Bohrungen 104 des Dämpferrings 94 in Gewindeeingriff mit den Öffnungen 92 in der Lager- und Dichtungsbefestigung 90.

Infolgedessen wird beim Durchlaufen der Resonanzdrehzahl durch die Drehung der Freiträgerwelle 62, der Nauc 70 und des Rotationselementes 72 bei Beschleunigung des Rotationselementes über die Resonanzdrehzahl eine Berührung zwischen der Nabe 70 und der Innenseite des Dämpferrings 94 hervorgerufen. Aufgrund des Reibungswiderstandes, der sich zwischen dem Dämpferring 94 und der Lager- und Dichtungsbefestigung V) durch die Schrauben 96 und die Federn 100 einstellt, bewegt sich der Dämpferring 94 radial und bildet auf diese Weise einen elastischen Widerstand gegen die Radialbewegung der Nabe 71 über eine annehmbare Grenze hinaus, die durch Bohrungen 104 begrenzt ist, wenn sich die Nabe 70 mit bzw. in der Bohrung der Befestigung 90 bewegt. Der Betrag des Widerstandes, der durch den Dämpferring 94 hervorgerufen wird, kann in gewünschter Weise dadurch eingestellt werden, daß die Schrauben % zur Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen dem Dämpferring 94 und der Lsger- und Djchtupg^efestigung angezogen werden. Es muß aber darauf geachtet werden, daß die Schrauben 96 nicht übermäßig angezogen werden, da dadurch das System starr gemacht wird und es zu der gleichen unerwünschten Schwingung käme, die auftritt, wenn überhaupt kein Dämpferring 94 vorgesehen ist.

Die Fig.5A, 5B, 5C zeigen teilweise im Schnitt gehaltene Ansichten entlang der Linie 5-5 in F i g. 4. Die obere Oberfläche des DämpfeHngs 94 ist dargestellt zusammen mit der Geometrie des Dämpferrings an dessen Innenseite. Ein Dämpferring 94, der eine ebene, kreisförmige innere Bohrung hat, liefert eine adäquate Schv ;ngungsdämpfung, durch die eine übermäßige Schwingung verhindert wird, wenn das System durch die Resonanzdrehzahl hindurch beschleunigt wird. Die Kreiselnatur der Freiträgerwelle 62 und des schweren Rotationselementes 72 führen, wenn sich das System jenseits der Resonanzdrehzahl befindet, neue Variable in den Betrieb der Maschine ein.

Ein Grundprinzip der Kreiselbewegung besteht darin, daß jedes Moment, das auf den Kreisel zur Einwirkung kommt, eine Präzession des Kreisels in einer solchen Richtung hervorruft, daß, während die Präzession stattfindet, der Winkelbewegungsvektor des Kreisels die Tendenz hat, sich in der Richtung des Drehmomentvektors zu bewegen. Das bedeutet, daß der Winkelbewegungsvektor dem Drehmomentvektor während der Präzession folgt.

Es wurde beobachtet, daß das Rotationselement 72 manchmal einer ungleichen Belastung ausgesetzt ist, wie sie beispielsweise dadurch hervorgerufen wird, daß zu zerkleinerndes Material nur entlang einer Seite des Einlaßtrichters 14 eingegeben wird, wodurch eine Unwucht in der sich auf dem Rotationselement bewegenden Last hervorgerufen wird. Dann hat das als Schleuderrad wirkende Rotationselement 72, das unter dem Einfluß des Rückführungsmoments steht, das durch die Freiträgerwelle 62 ausgeübt wird, und das sich in der Weise eines Kreisels verhält, die Tendenz, radial zu driften, während es eine Präzession im Uhrzeigersinn ausführt, und es kann in Kontakt mit der Innenseite des Dämpferrnigs ¥~- wnnien.

Aufgrund der exzentrischen Bewegung der Freiträgerwelle 62 tritt an deren freiem Ende eine solche Berührung mit der Bohrung des Dämpferrings 94 allgemein während weniger als einer Umdrehung der Welle 62 auf. Wenn die Radialbewegung und die im Uhrzeigersinn erfolgende Präzession des Rotationselementes 72 und der Freiträgerwelle 62 beginnen, wird angenommen, daß einer der folgenden Vorgänge auftritt: Zunächst kann die Radialgeschwindigkeit, die dem Rotationselement 72 durch ungleichmäßige Belastung oder ähnliche Faktoren verliehen wird, niedrig genug sein, daß das durch die Freiträgerwelle 62 ausgeübte Rückstellmoment eine Berührung mit dem Dämpferring 94 verhindert und bewirkt, daß das Rotationselement 72 im Uhrzeigersinn eine Präzession auf einer abnehmenden Spirale ausführt, bis das freie Ende der Freiträgerwelle 62 in seine ursprüngliche, leicht exzentrische Bahn zurückkehrt.

Die Radialgeschwindigkeit, die dem Rotationselement 72 verliehen wird, kann ausreichen, um eine leichte Berührung der Nabe 70 mit dem Dämpferring 94 zu bewirken, wodurch der elastische Dämpferring 94 eine gewisse Reaktionskraft radial auf die Nabe 70 zur Einwirkung bringt. Diese Reaktionskraft gibt dem Rotationselement 72 ein Moment, das entgegengerichtet zu demjenigen ist, das durch die Freiträgerwelle 62 ausgeübt wird, das die Tendenz hat, eine Präzession im Gegenuhrzeigersinn zum Rotationselement 72 zu erzeugen. Infolgedessen wird die Präzessionsgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn und das Winkelmoment, das durch das Rückführmoment der Freiträgerwelle 62 hervorgerufen wird, bis zu einem gewissen Ausmaß herabgesetzt, und zwar in Abhängigkeit von der Radialgeschwindigkeit zur Zeit des Auftreffens und der resultierenden Reaktionskraft. Es wird angenommen, daß derartige Berührungen mit dem Ergebnis stattfinden, daß die Präzessionsgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn im wesentlichen ausgeschaltet wird, so daß das freie Ende der Freiträgerwelle 62 in seine ursprüngliche, leicht exzentrische Bahn zurückkehrt.

Es wird ferner angenommen, daß die dem Rotationselement 72 verliehene Radialgeschwindigkeit in einigen Fällen groß genug sein kann, daß die Reaktionskräfte, die durch aufeinanderfolgende Berührungen mit dem Dämpferring 94 nicht nur ausreichen, die im Uhrzeigersinn erfolgende Präzession zu stoppen, sondern auch eine Präzession des Rotationselementes 72 im Gegenuhrzeigersinn hervorzurufen. Wenn eine Präzession im gleichen Gegenuhrzeigersinn wie die Rotation des Rotationselementes 72 beginnt, hat die Nabe 70 oft die Tendenz, in Berührung mit der inneren Bohrung des Dämpferrings 94 zu driften und in dieser Berührung zu bleiben, wenn die innere Bohrung kreisförmig ist. Die kinetischen Eigenschaften des Systems, die dieses Verhalten mit der kreisförmigen Dämpferringbohrung bewirken, sind kompliziert; jedoch wird angenommen, daß zunehmende Zentrifugalkräfte, die aus der Präzession im Gegenuhrzeigersinn resultieren, ein starker Faktor zur Hervorrufung der fortgesetzten Berührung sind. Eine fortgesetzte Berührung führt zu fortgesetzten Radialkräften durch den Dämpferring 94, die ihrerseits die Präzession im Gegenuhrzeigersinn aufrechterhalten. Da die Freiträgerwelle 62, die Nabe 70 und das Rotationselement 72 in der Präzession im Gegenuhrzeigersinn um einen innen kreisförmig ausgebildeten Dämpferring 94 fortfahren, wenn einmal eine solche Berührung hergestellt ist, würde sich eine unerwünschte zyklische Belastung der Freiträgerwelle 72 und eine übermäßige Abnutzung der Innenseite des Dämpferrings 94 aus dem fortgesetzten Betrieb mit einer kreisförmigen Bohrung des Dämpferrings 94 ergeben.

Um im wesentlichen die unerwünschte zyklische Belastung und Abnutzung, die sich durch die Kreiselnatur des mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Rotationselementes 72 ergibt, auszuschalten, wird bei

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dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 wenigstens ermöglichen. Damit kann das Rotationselement 72 um momentan bzw. kurzzeitig eine Unterbrechung des seinen Schwerpunkt rotieren, ohne den Dämpferring 94 Kontakts zwischen der Nabe 70 und der Inneiüsitfr des zu irgendeiner T'eit zu berühren, ausgenommen dann, Dämpferrings 94 hervorgerufen. Der Verlust des wenn das System die Resonanzdrehzahl durchläuft. Kontakts unterbricht die auf das Rotationselement 72 5 Dadurch wird ein adäquates Dämpfen bei der ·'· einwirkenden radialen Reaktionskräfte. Wenn die Resonanzdrehzahl, d. h. der kritischen Frequenz sicher-Oberflächendiskontinuitäten auf der Innenseite des gestellt. Der genaue Beirag des Spiels hängt von ! Dämpferrings 94 vorgesehen werden, wodurch dessen Verhältnissen ab, wie etwa von der Geometrie der ; Konfiguration zu einer nicht kreisförmigen Gestalt Freiträgerwelle 62, deren Material, deren gewünschter I verändert wird, so daß der Dämpferring 94 Abschnitte ι ο Dauerfestigkeit, dem Betrag der exzentrischen Bewe-•j mit minimalem und maximalem Innenradius hat, wird gung, der für eine Selbstzentrierung erforderlich ist, erreicht, daß die Nabe 70 bzw. das Rotationselement 72 sowie damit verbundenen Faktoren. Die Oberflächenwenigstens zeitweise den Kontakt mit der Innenseite diskontinuitäten auf der Innenseite des Dämpferrings 94 des Dämpferrings 94 verliert, wenn sich die Nabe 70 von können durch eine einfache Ablagerung eines Schweiß-Abschnitten mit minimalem Radius zu Abschnitten mit 15 metalls, wie beispielsweise Bronze, gebildet sein. Es ist relativ größerem Radius in ihrem Verlauf um die innere erkennbar, daß auch andere Möglichkeiten benutzt ; Seite des Dämpferrings 94 bewegt. Dies ergibt sich, weil werden können, wie beispielsweise die Verwendung von '?. die Nabe 70 die Tendenz hat, die Abschnitte von Einsätzen aus geeignetem Lagermaterial einschließlic'.; df minimalem Radius entlang einer Tangente zu verlassen der Verwendung von Einsätzen, die aus Teflon oder L und über wenigstens einen Teil der Abschnitte mit 20 Nylon bestehen.

größerem Radius zu springen. Diese Perioden, in denen Zentrale Ausnehmungen, die in ihrer Form eüiptiscu

kein Kontakt stattfindet, schalten die radialen Reak- sind, haben sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen und

tionskräf te auf, die die Tendenz haben, das Rotationsele- sind in Fig. 5B gezeigt. Die kleine Achse der inneren

ment 72 bzw. dessen Nabe 70 in Kontakt mit dem elliptischen Bohrung ist so gewählt, daß das minimale

; Dämpferring 94 zu halten und ermöglichen es dem 25 Spiel C erhalten wird. Die kleinen Achsenpunkte 946

entgegengesetzten Moment, das durch die Freiträger- bilden auf diese Weise die Stellen des minimalen Radius

welle 62 ausgeübt wird, die Nabe 70 und somit das des Dämpferrings 94.

Rotationselement 72 in eine zentralere Rotationsposi- F i g. 5C zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines

tion zurückzuführen. Dämpferrings 94, der die erforderlichen Stellen mit

Eine Mehrzahl von unterschiedlichen, nicht kreisför- 30 minimalem Radius oder erforderlichen Oberflächendis-

migen Zentralbohrungen des Dämpferrings 94 haben kontinuitäten 94c zum Erzielen der erforderlichen

sich als vorteilhaft zum Ausschalten der unerwünschten Dämpfung aufweist. Die Diskontinuitäten oder Ab-

1 Präzession der Nabe 70 und des Rotationselementes 72 schnitte 94c können zufällig oder statistisch um den

I erwiesen. Mittige Ausnehmungen des Dämpferrings 94, Umfang des Dämpferrings 94 herum angeordnet sein;

[ die eine oder mehrere Oberflächendiskontinuitäten 35 jedoch wird eine symmetrische Anordnung bevorzugt.

L; oder Unebenheiten aufweisen, die sich nach radial nach Die Abschnitte 94c haben einen minimalen Krüm-

)■:. innen in Richtung auf das Zentrum des Dämpferrings 94 mungsradius, der nicht kleiner als der Krümmungsradius

''.; erstrecken, haben sich auch als Vorteilhaft erwiesen ist, wie er für ein minimales Spiel erforderlich ist, um

(Fi g. 5A). Ein Dämpferring 94, der nur eine derartige eine Dämpfung bei kritischen Frequenzen in der

'V Unebenheit hat, hat sich als wirksam bei der 40 vorstehend erörterten Weise sicherzustellen. Jedoch

Herabsetzung der Präzession des Rotationselementes können die Teile der Bohrung zwischen den Abschnit-

72 und dessen Freiträgerwelle 62 herausgestellt. ten 94c einen größeren Radius haben, der mit der

Die Ausbildung von vier in gleichmäßigem Abstand Anordnung der vergrößerten Bohrungen 104 für die

vorgesehenen Unebenheiten auf der inneren Ausneh- Schrauben 96 verträglich ist Die Abschnitte 94c können

mung des Dämpferrings 94 verbessert das Ergebnis bei 45 auch mehr flach bzw. eben als gekrümmt ausgeführt

der Herabsetzung der Präzession im Gegenuhrzeiger- sein, so lange das erforderliche minimale Spiel

sinn. Die Hinzufügung von weiteren Unebenheiten vorhanden ist. Auf diese Weise wird der Kontakt mit der

verbessert auch die Herabsetzung der Schwingung bei Nabe 70 zwischen Abschnitten 94c unterbrochen, was in

: der Resonanzdrehzahl durch eine größere Kontakt- der gewünschten Ausschaltung der Reaktionskräfte

oberfläche für die Nabe 70, wenn das System 50 resultiert und zu der Rückführung des Rotationselemen-

^: Resonanzdrehzahlen durchläuft tes 72 in eine mehr zentrale Position führt.

ij Wie in F i g. 5A gezeigt ist, können diese Dhkontinui- Die F i g. 6 und 7 zeigen Einzelheiten eines hydrauli-

% täten zylindrische Erhebungen 94a sein, die sich entlang sehen Präzessionsdämpfers für die erfindungsgemäße

φ der axialen Länge des Dämpferrings 94 erstrecken. Für Anordnung. Wie in F i g. 6 gezeigt ist, ist eine Mehrzahl

|j das Ausführungsbeispiel nach F i g. 5A ist ein Radius r 55 von Blindlöchern 108 im oberen Ende der Freiträger-

15 für die zylindrischen Diskontinuitäten 94a von ungefähr welle 62 auf den gleichen Mittellinienpositionen

rj einem Zehntel des Radius R der Nabe 70 ausreichend vorgesehen, auf denen sich auch die radialen ölkanäie

Vm zum Unterbrechen der Reaktionskräfte, die die Tendenz 82 befinden. Eine Ausnehmung in der Freiträgerwelle 62

|| haben, die Nabe 70 in Kontakt mit dem Dämpferring 94 genügt auch. Innerhalb der radialen Ölkanäie 82 ist eine

fjj zu halten, so daß es mit derartigen Diskontinuitäten ^o Mehrzahl von Hülsen 110 angeordnet, die sich von den

Γ0 wirksam möglich ist die unerwünschte Präzession im radialen öik-.nälen §2 über 6v> sSpiel zwischen der

fts Gegenuhrzeigersinn und deren begleitende zerstörende inneren Hohlweile und der FreiträgerweHc S2 sowie in

; ' bzw. nachteilige Wirkungen auszuschalten. Das minima- Löcher 108 erstrecken, wobei ein genügendes radiales

W Ie Spiel C zwischen den Spitzen oder den Stellen mit und diametrales Spiel am Ende 111 der Hülsen 110

ρ. minimalem Radius der Oberflächendiskontinuitäten 94a 65 verbleibt, um eine maximale vorgesehene radiale

y und dem äußeren Durchmesser bzw. der Außenseite der Auslenkung und eine maximale vorgesehene Drehaus-

tf Nabe 70 kann so gewählt werden, wie es erforderlich ist, lenkung der Freiträgerweüe 62 zu gestatten. Die Hülsen

3 um eine ausreichende Radialbewegung der'^abe 70 zu 110 bewirken einen Stau des Öls, das entlang eines

schrauuenlinienförmigen Weges nach oben auf der Innenseite der inneren Hohlwelle 52 strömt, wie schematisch in F i g. 4 angedeutet ist. Bevor das öl, das an der Hohlwelle 52 nach oben strömt, durch die radialen ölkanäle. 82 austritt, bewirkt der Staueffekt der Hülsen 110, daß die Dicke des Ölfilms auf eine Tiefe anwächst, die größer als das Spiel ist, das zwischen der Freiträgerwelle 62 und der Hohlwelle 52 an deren freien Enden vorhanden ist. Infolgedessen wird das Spiel zwischen den Wellen an dieser Stelle dauernd mit Schmieröl ausgefüllt. Die Schmiermittelviskosität, die Oberflächenbearbeitung der Wellen und das Spiel kennen so bemessen sein, daß die Reibungswiderstandskräfte des sich bewegenden Schmiermittels relativ zu den Geschwindigkeitsspitzenkräften, die der Bewegung der Freiträger welle 62 einen Widerstand entgegensetzen, optimalisiert und dadurch die auf die Freiträgerwelle 62 wirkenden resultierenden Kräfte optimalisiert werden.

Die Bedeutung diesem Merkmais ist schematisch in F i g. 7 veranschaulicht, in der die Freiträgerwelle 62 so dargestellt :3t, als ob sie aufgrund einei ungleichen Belastung zur rechten Seite der Innenseite der Hohlwelle 52 verschoben ist. Nimmt man an, daß kein Kontakt der Nabe 70 mit der Befestigung 90 vorhanden ist, ergibt sich eine Präiiession des Rotationselementes 72 im Uhrzeigersinn. Aufgrund der Bewegung der Freiträgerwelle 62 wird das Spiel zwischen ihr und der Hohlwelle 52 herabgesetzt. Da die ölströmung entlang der Innenseite der Hohlwelle 52 aufgrund der Rotation der Freiträgerwelle 62 in der dargestellten Richtung eine Geschwindigkeit um den Innenumfang hat, bewirkt das öl, das in den Bereich 112a herabgesetzten Spiels eintritt, einen Anstieg des lokalen Drucks. Das öl, welches den Bereich 1 Hb herabgesetzten Spiels verläßt, ruft einen Abfall des lokalen Drucks hervor. Zusätzlich erzeugt die Bewegung der Hülsen 110 innerhalb der Löcher 108 einen hydraulischen Stoßabsorptionseffekt, da die Hülsen 110 als kleine Kolben in den Löchern 108 wirken und die Bohrungen 82 die Strömung des Öls radial zu dem Ringraum zwischen den Wellen 52 und 58 beschränken. Diese Faktoren erzeugen eine resultierende Kraft, die ungefähr in der Richtung des Pfeils R it. F i g. 7 wirkt. Aufgrund der Kreiselnatur des Rotationselementes 72 ind der Freiträg<;r"i.!!e 62 ruft die resultierende Kraft Λ", die durch den übe^r der Freitr'igenvclle 62 entwickelten Druckunterschied erzeugt worden ist, ein Moment hervor, '.as auf die Freiträg'invelle 62 und das RoUtionselement 72 e^: lwirkt, das einen Momentvektor Mf in einer Richtung senkrecht zur Kraft R hat. Die Wirkung des durch die Kraft R hervorgerufenen Moments bestellt durin, daß sich eine Tendenz zur Bewegung der Nabe >'O weg von der Berührung mit der Lager- und Dichtungsbefestigung 90 in Richtung auf das Zentrum der Hohlwelle 52, in einer Richtung entgegengesetzt zur vorhandenen Präzession, ergibt. Die korrigierende Wirkung des hydraulischen Dämpfers ist eine kontinuierliche Einwirkung, wenn das System sich einmal jenseits aer kritischen Geschwindigkeit befindet, solange die Frei trägerwelle 62 ausgelenkt ist, wie in F i g. 7 gezeigt ist. Dadurch wird eine zusätzliche Dämpfungswirkung zu derjenigen erzielt, die sich durch die Dämpfungsvorrichtung 86 für mechanische Präzession und Schwingungen ergibt.

F i g. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung in zentrifugalen Zerkleinerungsmaschinen oder für ähnliche Anwendungen, wobei der Auffänger, der das Rotationselement umgibt, ein stationärer Auffänger ist, oder wobei der Auffänger durch eine andere Einrichtung als durch eine konzentrisch und koaxial mit der Freiträgerwelle verlaufende Welle angetrieben wird. Bei dieser Anordnung ist die äußere Hohlwelle 28 weggelassen worden. Die innere Hohlwelle 52 ist zum Zwecke der Rotation direkt innerhalb des zylindrischen Gehäuses 18a angeordnet. Am oberen Ende des Gehäuses 18a kann eine stationäre, scheibenförmige Halterung 50a oder ein entsprechendes Gehäuse befestigt sein. Im übrigen entspricht die Anordnung nach F ι g. 8 im wesentlichen der Ausführungsform nach Fig.4.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Patentansprüche: zeichnet, daß die Einrichtung (94a, 946, 94c) zur Kontaktunterbrechung nach innen vorspringende

1. Anordnung zur Dämpfung von Biegeschwin- Abschnitte aufweist, die regelmäßig oder unregelgungen des Rotors von Maschinen mit einer mäßig am Innenumfang des Dämpferrings (94) Freiträgerwelle, die an ihrem einen Ende mittels 5 angeordnet sind.

eines Lagers zwar drehbeweglich, jedoch in bezug

auf ihre Biegung fest eingespannt ist und an ihrem

anderen, freien Ende ein Rotationselement wie ein
Laufrad oder dergleichen trägt, wobei im Bereich

des freien Endes der Freiträgerwelle eine Dämp- io Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung

fungsvorrichtung vorgesehen ist, dadurch ge- von Biegeschwingungen des Rotors von Maschinen mit

kennzeichnet, daß ein konzentrisch zur Frei- einer Freiträgerwelle gemäß dem Oberbegriff des

trägerwelle (62,70) angeordnetes äußeres Zylinder- Patentanspruchs 1.

glied (28, \8a) vorgesehen ist, daß die Dämpfungs- Eine Anordnung der eingangs genannten Art ist aus

vorrichtung (86) auf dem äußeren Zylinderglied (28, 15 der US-PS 22 20 524 bekannt Dabei ist die Freiträger-

ISa^ und in einem solchen Abstand zur Freiträger- welle an beiden Enden über Kugellager gelagert und am

welle (62, 70) angeordnet ist, daß das Rotationsele- freien Ende ist der Kugellagerring an einem Halter

ment (72) bei Betrieb außerhalb der Resonanzdreh- befestigt, welcher mit einer Dämpfungsvorrichtung

zahl um seinen Schwerpunkt rotieren kann, ohne die zusammenwirkt Die Dämpfungsvorichtung befindet

Dämpfungsvorrichtung (86) zu berühren, während 20 sich in Wirkungsrichtung der Schwingungs- und

beim Durchlaufen der Resonanzdrehzahl des Rota- Kreiselbewegung hinter dem Kugellager, so daß das

tionselemtntes (72) die Dämpfungsvorrichtung (86) Kugellager ständig belastet ist und Schwingungen von

in Eingriff und damit zur Wirkung kommt der Freiträgerwelle auf andere Maschinenelemente,

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- insbesondere auf die Lager, übertragen werden, zeichnet, daß eine Hohlwelle (52) vorgesehen ist, die 25 Oberhalb der kritischen Geschwindigkeit werden die sich mit der Freiträgerwelle (62, 70) drehfest und Schwingungen der Freiträgerwelle kontinuierlich gezwischen dem Zylinderglied (28, iSa) und der dämpft

Freiträgerwelle (62,70) konzentrisch angeordnet, ist Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe

um ein radiales Spiel zwischen der Hohlwelle (52) zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art

und dem freien Ende der Freiträgerwelle (62, 70) 30 zu schaffen, bei welcher die von der Freiträgerwelle

festzulegen. übertragenen Biegeschwingungen auf ein Minimum

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- reduziert werden und die Dämpfung insbesondere beim zeichnet daß eine Einrichtung (80) zur Einführung Durchlaufen einer Resonanzdrehzahl erfolgt

einer Flüssigkeit ir; die Hohlwelle (52), eine Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den

Einrichtung (88) zum Aüe>ten der Flüssigkeit aus der 35 kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Hohlwelle (52) und eine Dross.· einrichtung (110) für Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich

den Flüssigkeitsstrom derart vorgesehen sind, daß aus den Unteransprüchen.

durch den Stau der Flüssigkeit der radiale Raum Die Freiträgerwelle und das Rotationselement

zwischen der Hohlwelle (52) und der Freiträgerwelle können vorteilhafterweise sich um den gemeinsamen

(62) im Bereich des radialen Spiels mit Flüssigkeit 40 Schwerpunkt drehen, ohne daß unerwünscht hohe

ausgefüllt ist Schwingungen auf die umgebende Anordnung bei

4. Anordnung nach wenigstens einem der Geschwindigkeiten übertragen werden, die oberhalb vorangehenden Ansprüche, bei Anwendung auf eine und unterhalb der Resonanzgeschwindigkeit liegen. Zerkleinerungsmaschine mit zwei konzentrisch Außerdem wird eine zu starke Bewegung der zueinander angeordneten Rotationselementen, da- 45 Freiträgerwelle und des Rotationselementes während durch gekennzeichnet, daß das äußere Zylinderglied der Resonanz vermieden.

eine zweite Hohlwelle (28) ist, die koaxial zur ersten Bei dieser Anordnung wird somit eine Selbstzentrie-

Hohlwelle (52) und diese umgebend angeordnet ist rung des schweren, nicht ausgewuchteten Rotationsele-

und das zweite Rotationselement trägt. mentes, insbesondere der Laufräder, sichergestellt,

5. Anordnung nach wenigstens einem der so wobei die Selbstzc.ntrierung daraus resultiert, daß sich vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- das Rotationselement außerhalb seiner Resonanzdrehnet, daß die Dämpfungsvorrichtung (86) einen zahl um seinen Schwerpunkt und nicht um die Achse der Dämpferring (94) aufweist, der um das freie Ende der Freiträgerwelle dreht.

Freiträgerwelle (62, 70) herum angeordnet und Da die Dämpfungsvorrichtung auf der Hohlwelle in

durch eine Einrichtung (100) zur Begrenzung der 55 Abstand zum freien Ende der Freiträgerwelle angeord-

radialen Auslenkung der Freiträgerwelle während net ist, wird die Übertragung von Biegeschwingungen

der Rotation vorgespannt ist. auf ein Minimum reduziert und es wird die Selbstzen-

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- trierung des Rotationselementes ohne Berührung zeichnet, daß der Dämpferring (94) am äußeren zwischen der Freiträgerwelle und der Dämpfungsvor-Zylinderglied (28,18a;befestigtist. 60 richtung ermöglicht. Die Berührung bzw. der Eingriff

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- gegenüber der Dämpfungsvorrichtung erfolgt erst bei zeichnet, daß der Dämpferring (94) eine Innenboh- Durchlaufen der Resorianzdrehzahl.

rung in der Nähe des Umfangs der Freiträgerwelle Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist die

(62, 70) aufweist, welche Einrichtungen (94a, 94b, Dämpfungsvorrichtung einen Dämpferring auf, der um

94c) zur Kontaktunterbrechung zwischen der 65 das freie Ende der Freiträgerwelle herum angeordnet ist

Freiträgerwelle (62, 70) und der Innenbohrung und elastisch vorgespannt ist, was eine radiale

enthält. Auslenkung der Freiträgerwelle während ihrer Dre-