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mit ungleichförmigem Drehmoment arbeitende Kraftmaschinenanlage. Die
Erfindung bezieht sich auf Zahnradgetriebe oder Zahnkupplungen, deren Verwendung
in der Wellenleitung von Schiffen oder bei anderen Anlagen bekannt ist. Der Betrieb
mit Zahnradgetrieben ist aber nur möglich, wenn die Zähne dauernd miteinander in
Berührung bleiben oder doch nach zeitweiligem Abheben sich genügend sanft wieder
aufeinandersetzen, um Beschädigungen der Zähne zu vermeiden. Diese Bedingung ist
in höchstem Maße erfüllt bei dem gleichförmigen Drehmoment der Dampfturbine, weshalb
auch das Zahnradgetriebe hauptsächlich bei Schiffsturbinenanlagen Eingang gefunden
hat. Dagegen stehen seiner Verwendung Schwierigkeiten entgegen, wenn es sich um
Antriebsmaschinen handelt mit ungleichförmigem Drehmoment, wie z. B. bei der Kolbendampfmaschine
oder noch mehr bei der Ölmaschine. Die ungleichförmigen Drehmomente dieser Maschine
lassen sich zwar in bekannter Weise durch genügend groß bemessene Schwungräder soweit
ausgleichen, daß ein Abheben der Zähne des Getriebes sicher vermieden wird; dieses
Mittel versagt jedoch bei gewissen Drehzahlenbereichen, bei denen dy namische Einflüsse
eine ausschlaggebende Rolle spielen. Es sind dieses die kritischen Drehzahlen, die
bekanntlich dadurch entstehen, daß eine aus dem ungleichförmigen Drehkraftdiagramm
der Maschine sich auslösende harmonisch an- und abschwellende Kraft in ihrer Periodenzahl
mit der Eigenschwingungszahl ersten oder höheren Grades des Massensystems übereinstimmt
und dadurch dieses in Schwingungszustand versetzt, wobei die einzelnen Massen mehr
oder weniger heftig gegen die mittlere Drehgeschwindigkeit vor-und zurückpendeln.
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Eine dieser pendelnden Massen bildet das aus Ritzel und Rad zusammengesetzte
Zahnradgetriebe. Betrachtet man z. B. die Schwingungsform, bei welcher zu beiden
Seiten des Getriebes in der Wellenleitung je ein Knotenpunkt liegt, so bildet das
Getriebe hinsichtlich der Schwingungen so lange eine einzige Masse, als die Zähne
in Berührung bleiben. Lösen sie sich aber voneinander, so wird augenblicklich das
ganze System in zwei getrennte Systeme zerlegt, von denen jedes eine ihm zugeordnete
Eigenschwingungszahl besitzt, mit welcher es für sich weiter zu schwingen sucht.
Sind diese beiden Eigenschwingungszahlen stark voneinander v erschieden,
so
wird einerseits ein Ablösen der Zähne voneinander begünstigt, anderseits muß das
schneller schwingende System nach erfolgtem Ablösen das langsamer schwingende System
jedesmal wieder auf die Eigenschwingungszahl des ganzen Systems beschleunigen, wobei
es selbst auf diese verzögert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich nach Maßgabe
der Eigenschwingungszahl in schneller Folge und äußert sich als Klappern in den
Zähnen, was um so schlagartiger erfolgt, je größer der 'Unterschied in den Eigenschwingungszahlen
(fier beiden Systeme ist. Diesem häufigen starken Kraftwechsel sind (hie Zähne nicht
gewachsen und auch die Wellen können unzulässigen Beanspruchutilgen ausgesetzt werden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, diese schädlichen Wirkungen
zu vermeiden, dadurch, daß die hassen (her beiden Systeme in Verbindung mit den
elastischen Verhältnissen der Wellen so gegeneinander abgestimmt werden, daß beide
Systeme völlig oder annähernd gleiche Eigenschwingungszahlen erhalten. Dann schwingen,
solange das ganze System nur von einem Ende her erregt wird, die beiden Nassen -
des Ritzels und des Rades - völlig oder annähernd gleichgerichtet, so daß eine störende
Relati,-bewegutig zwischen beiden nicht eintreten kann. Die beabsichtigte Abstinitnung
(her beiden _Systeme aufeinander kann durch geeignete -Bemessung der Welle und Massen
oder durch _Züsätzmassen erreicht werden. Die Abstinimtäng-känn -sich auch auf mehr
als zwei Massensvsteiite und auch auf Schwingungen höherer Grade beziehen, (nie
für die Einzelsvsteme verschieden sein können.
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Die Abstirnillung muß in der Weise erfolgen, daß jedes System, frei
und unabliängig voll dem anderen System laufend, um einen oder mehrere zwischen
den Wellenenden liegende Knotenpunkte die beabsichtigte, für beide Systeme gleiche
Schwingungszahl ergibt. Es genügt nicht, claß die beiden Systeme gleiche Schwingungszahlen
für den Fall ergeben, daß ihr im Zahnradgetriebe gelegenes Wellenende eingespannt
gedacht wird.
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In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Mit
a sind die Massen einer zu sechs Zylindern angenomnienett Kraftmaschine bezeichnet,
finit b das zugehörige Schwungrad. c stellt das Ritzel und d das große Rad des Getriebes
dar, e die Schiffsschraube. Die Massen sind so verteilt und die Wellen sind bezüglich
ihres elastischen Verhaltens so gewählt, daß das aus den Massen a, b und
c sowie der Welle f gebildete System I dieselbe Eigenschwingungszahl hat
wie (las aus den Massen d und c sowie der Welle g gebildete System II.
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In Abb. ra ist dasselbe System vereinfacht (largestellt, indem die
NIaschinemnassen mit der Schwungradmasse zusammengelegt und (las System II ohne
Übersetzung an das System I gelegt ist. Bei gleichen Eigenschwingungszahlen der
beiden Systeme schwingen die beiden Massen c und d ' wie eine .Masse, so daß Bewegungen
derselben gegeneinander nicht stattfinden. Der Vorgang ist durch die eingezeichnete
Schwingungsform dargestellt.
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Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel allderer Art. Um zwischen der
:Maschine und dem Getriebe die erforderliche, verhältnismäßig erhebliche Wellenlänge
zu erhalten, ohne das Getriebe von der Maschine abrücken zu müssen, ist die V erbindungswelle
f in bekannter `,'eise z. T. als rückkehren(le Hohlwelle ausgeführt, die an ihrem
freien Ende (las 1Zitzel trägt. Dieselbe Aasfiihrung kann auch für die Welle des
Rades gewählt werden.
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Unter Umständen läßt sich die neue Allordnung benutzen, uni an Maschinenraum
zu sparen; ergibt näm3icli die gegenseitige Abstimmung der Systeme eine größere
Wellenlänge, dann kann man das Getriebe in entsprechender Entfernung von der :Maschine
in einem weniger wertvollen Raum, beispielsweise hinten im Schiff, unterbringen.
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Eine andere Ausführungsart des Erfin-(lungsgedankens besteht darin,
daß an passender Stelle Zusatzmassen angebracht werden, welche (hie Eigenschwingungszahlen
der Systeme entsprechend beeinflussen. Dies:: Nassen können auch gleichzeitig Arbeit
verrichten.