DE597091C

DE597091C - Vorrichtung zur Verminderung der Torsionsschwingungen in Wellen mittels pendelnder Massen

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Publication number: DE597091C
Application number: DES99715D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-12-19
Filing date: 1931-07-11
Publication date: 1934-05-17
Also published as: GB379165A; GB382787A; BE384442A; FR724234A; USRE20773E; FR41251E; US2079227A

Description

Bibliotheek

Bur. Ind. Eigendom
19 JUK 1934-

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AIB
17. MAI 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 a¹¹ GRUPPE.

Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 26. April 1934

Raoul Roland Raymond Sarazin in Saint-Prix, Seine et Oise, Frankreich

Vorrichtung zur Verminderung der Torsionsschwingungen in Wellen mittels pendelnder Massen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Juli 1931 ab

Die Priorität der Anmeldungen in Frankreich vom 19. Dezember 1930 für Anspruch 1 bis 3, 5 und 6, 8 bis 13 und vom 30. Juni 1931 für Anspruch 4 und 7 ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verminderung der Torsionsschwingungen in Wellen mittels pendelnder Massen und besteht darin, daß jede Masse an zwei geführten Stellen mit der Welle frei beweglich verbunden ist und daß die geführten Stellen auf einer vorgeschriebenen gekiümmten Bahn sich bewegen.

Vorteilhafterweise beschreiben die geführten Stellen der beweglichen Massen parallele, gekrümmte Bahnen. Jede Masse kann an zwei an den geführten Stellen angeordneten Gelenkpunkten mittels zweier Arme mit zwei Festpunkten der Welle verbunden sein oder an den zwei geführten Stellen Rollen besitzen, mit denen die Massen über Bahnen rollen, die mit der Welle starr verbunden sind. Die Massen können unter sich in der Weise miteinander in Verbindung stehen, daß sie im gleichen Takt schwingen; beispielsweise können die die Gelenkpunkte mit den Festpunkten verbindenden Arme benachbarter Massen miteinander verbunden sein. Die Massen können aber auch durch sternförmig auf einer die Welle umgebenden Büchse angeordnete Arme miteinander in Verbindung stehen, so daß sie im gleichen Takt schwingen. Es können auch Mittel vorgesehen sein, welche die Pendelbewegung der Massen dämpfen, welche beispielsweise an den Gelenkpunkten oder an den Festpunkten angeordnet sind. Unter Umständen können die ' Massen auch radial zur Welle beweglich sein, wobei die Radialbewegung durch Federn ■ o. dgl. gebremst bzw. gedämpft wird. In gewissen Fällen ergibt sich dann eine vorteilhafte Ausbildung, wenn der Krümmungsradius der gekrümmten Bahn kleiner ist als der Radius der Drehung der geführten Stellen um die Wellenachse.

Bekannte Vorrichtungen zur Dämpfung der Torsionsschwingungen in Wellen, bei denen die Massen nicht frei beweglich, sondern federnd mit der Welle verbunden sind, haben den Nachteil, daß sie nur mit ganz kleiner Amplitude schwingen und schon dann in den einzelnen Bauteilen· unzulässig hohe Spannungen verursachen. Entsprechend der kleinen Amplitude ist auch die bei den Schwingungen in den Massen aufgespeicherte Arbeit sehr klein, so daß schließlich auch die Dämpfungswirkung von federnd aufgehängten Massen klein ist.

Es hat sich auch gezeigt, daß zur Erreichung der gewünschten Frequenz und Phasenverschiebung der Pendelbewegungen die

ßewegungsradien sehr klein werden, so daß federnde Arme von so geringer Länge konstruktiv überhaupt nicht mehr ausgeführt werden können. Schließlich läßt sich auch der Pendelradius von federnden Armen nicht genau bestimmen, weil ihre Deformation bei kleinen Geschwindigkeiten eine andere ist als bei großen Geschwindigkeiten.

Dadurch, daß nach der Erfindung jede to Masse mit der Welle frei beweglich verbunden ist und daß die geführten Stellen auf einer vorgeschriebenen gekrümmten Bahn sich bewegen, werden die beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Beispiele des Erfindungsgegenstands verein- - facht dargestellt.

Fig. ι zeigt den Querschnitt durch eine Kurbelwelle mit der Ansicht einer Dämpfungsvorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten von den Verbindungsstellen der Massen mit der Welle.

Fig. 4 stellt eine besondere Verbindungsart der beweglichen Massen mit der Welle dar.

Fig. 5 und 6 zeigen im Quer- und Längsschnitt ein Beispiel einer Dämpfungsvorrichtung, bei welchem die beweglichen Massen Rollen besitzen.

Fig. 8 stellt ein anderes Beispiel einer Dämpfungsvorrichtung, dessen Massen Rollen besitzen, dar, und schließlich können an Hand von

Fig. 8 die mechanischen Vorgänge bei der Dämpfung dargestellt werden.

Auf der Wellet (Fig. 1), welche beispielsweise eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine darstellen kann, ist ein mit drei auslaufenden Teilen 2 versehener Ring 1, beispielsweise durch einen nichtgezeichneten Keil befestigt. An den Enden der auslaufenden Teile sind an den Gelenkpunkten 3 die Hebel 4 angelenkt, welche in ihren Gelenkpunkten 5 mit den Massen 6 gelenkig verbunden sind. Damit ist jede Masse 6 an zwei geführten Stellen 5 mit der Welle A über die fest mit ihr verbundenen Gelenkpunkte 3 durch die Pendelarme 4 frei beweglich verbunden. Die geführten Stellen 5 der¹ Massen 6 können damit auf einer vorgeschriebenen, kreisförmig gekrümmten Bahn sich bewegen.

Dreht sich die Welle A beispielsweise mit gleichförmiger Geschwindigkeit, so werden die Massen 6 eine Lage einnehmen, in welcher sie von der Wellenachse die größtmögliche Entfernung einnehmen. Bilden sich aber bei der Drehung der Wellest Torsionsschwingungen aus, so wird die Geschwindigkeit der Wellen nicht mehr gleichförmig sein, sondern während einer Schwingungsdauer mindestens einmal beschleunigt und mindestens einmal verzögert werden. Diesen Beschlcunigungen und Verzögerungen werden die Massen 6 nicht sogleich folgen, sondern vorerst das Bestreben zeigen, weiterhin mit gleichförmiger Geschwindigkeit um. die Achsel zu drehen, da sie ja frei beweglich mit ihr verbunden sind. Zwischen der Wellen! und den Massen6 wird sich also entsprechend den Torsionsschwingungen der Wellen als Relativbewegung eine Pendelbewegung ausbilden. Während dieser Pendelbewegungen werden aber die Massen 6 auf die Welle gewisse Kräfte ausüben, und zwar während einer Beschleunigung der Welle .4 eine bremsende Kraft und während einer Verzögerung der Welle eine vortreibende Kraft, so daß die Amplituden der Torsionsschwingungen verkleinert werden, was einer Schwingungsdämpfung gleichkommt.

In bestimmten Fällen können die Pendelbewegungen der Massen 6 durch Anordnung von Vorrichtungen, welche Reibungswiderstände an den Gelenkstellen 3 und 5 verursachen, gedämpft werden.

Es kann beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, jeder Pendelarm 4 mit gegabelten go Enden 7 versehen sein, in welchen der Gelenkbolzen 5 ruht. Auf letzterem ist eine Büchse 8 befestigt, und zwischen dieser und" einer in· die Masse 6 eingepreßten Büchse 9, ist eine, beispielsweise aus gepreßtem Kautschuk bestehende Büchse 10, wie sie'für geräuschlose Lager verwendet werden, angeordnet. Dabei ergibt sich bei den Pendelbewegungen der Massen 6 eine Reibung an den Gelenkstellen, welche eine Dämpfung der too Bewegung bewirkt. Eine ähnliche Vorrichtung könnte auch für die Gelenke 3 angeordnet werden. ■

Die Pendelbewegungen der Massen 6 können auch durch Zwischenlegen von Scheiben 11 (Fig. 3) aus Fiber, Holz, Asbestgeweben oder anderen geeigneten Stoffen an einer oder beiden Seiten der Gabelenden gedämpft werden. Die Dämpfungswirkung der Scheiben 11 kann durch Verändern der Spannung der no Federn 13 durch die Schraube 14 geregelt werden.

Die Massen 6 (Fig. 4) können auch in der Weise mit der Welle frei beweglich verbunden sein, daß die Entfernung des Schwerpunkts der Masse von der Wellenmitte verändert wird. Auf dem in den Gabelenden 7 angeordneten Bolzens ist ein Teil 15 gehalten, der eine Verlängerung 15' besitzt. Die Massen 6 sind über den Teil 15 gestülpt und durcli die Federn 16 bzw. 17 in radialer Lage gehalten. Die Spannung der Federn wird

durch Verstellung der Mutter 8 verändert. Bei kleinen . Geschwindigkeiten hat die Masse 6 einen kleineren Pendelradius als bei größeren Drehgeschwindigkeiten, beispielsweise der Betriebszahl. Bei der Betriebsdrehzahl kann beispielsweise die Masse 6 auf der vollständig zusammengedrückten Feder ij aufliegen, so daß sie an den geführten Stellen auf einer vorgeschriebenen, kreisförmig gekrümmten Bahn sich bewegt.

Bei den Ausführungen nach Fig. 5 bis 7 ist die Möglichkeit gegeben, die Länge des Pendelradius beliebig zu verkleinern. Mittels der Nabe 18 ist ein Körper 19 mit einem inneren Hohlraum 20 auf der Welle A starr befestigt. Der Körper 19 besitzt im Innern Rollbahnen, auf welchen die Rollen 26 abrollen können. Die Massen 6 sind somit an zwei geführten Stellen 25 mit der Wellet durch Vermittlung der Rollen 26 und des .·' Körpers 19 frei beweglich verbunden, in der Weise, daß die geführten Stellen 25 auf einer " vorgeschriebenen gekrümmten Bahn sich bewegen.

25. Die Massen 6 (Fig. 5 und 6) sind mittels der Lenker 21 mit einer auf der Nabe 18 beweglichen Büchse 22 beweglich verbunden. Um die Pendelbewegung der Massen 6 zu begrenzen, ist in die Nabe 18 ein Stift 23 eingelassen, gegen den die Anschlagfläche einer Ausnehmung 24 in der Büchse 22 anschlägt und damit die Winkelausschläge der Massen begrenzt. Wird der Formradius der Rollbahn im Innern des Hohlraums 20 mit R und der Radius der Rollen 26 mit r bezeichnet, so hat der Radius der Pendelbewegung der geführten Stellen 25 eine Größe, die sich als Differenz R-r errechnen läßt. Durch geeignete Wahl der Größen R und r kann je nach den Betriebsbedingungen der Pendelradius beliebig klein gehalten werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die Massen 6 mittels der an der Büchse 22 befestigten und je in einen Bolzen oder eine Rolle 28 aufweisenden Arme untereinander verbunden. Die Bolzen bzw. die Rollen 28 treten frei in einen Hohlraum 29 der Massen 6. Zwischen der Grundfläche des Hohlraums 29 und den Bolzen bzw. den Rollen 28 sind die Federn 30 angeordnet, welche verhüten, daß bei Stillstand der Welle sich die Rollen 26 der Massen 6 von den" Rollbahnen abheben.

Es können auch mehrere Vorrichtungen der beschriebenen Art an geeigneten Stellen der Welle, deren Torsionsschwingungen zu dämpfen sind, angeordnet werden. Als geeignete Stellen haben sich besonders erwiesen: der vorderste Abschnitt des Motors und Stellen hinter dem Schwungrad, sofern die Maschine ein solches überhaupt besitzt.

Anstatt Ausnehmungen in einem auf der Welle, deren Torsionsschwingungen zu dämpfen sind, angebrachten Hohlstück anzubringen, könnten auch die Hohlräume in den be-. weglichen Massen selbst vorgesehen sein und die Rollen auf dem fest mit der Welle verbundenen Teil gelagert werden. In allen Fällen können die Rollbahnen auch eine andere Form als nur Kreisform aufweisen.

Die besten Ergebnisse bezüglich Dämpfung der Torsionsschwingungen sind dann zu erwarten, wenn der Radius der Pendelbewegung?·' (Fig. 8) einen Wert hat, für den die nachfolgende Formel Gültigkeit besitzt:

m-r'' „
— »-=1.

Dabei bedeutet

m die Größe der Masse,

11 die Ordnungszahl der zu dämpfenden Torsionsschwingung,

r' der Radius der Pendelbewegung.

Die Größe p läßt sich aus der nachfolgenden Formel ausrechnen:

wobei χ die Entfernung des Schwerpunktes der einzelnen Massenstreifen dm von der Geraden O₁, O₂, welche die geführten Stellen der Massen miteinander verbindet, ist.

Wenn der Schwerpunkt der beweglichen Masse auf der Geraden O₁, O₂ liegt, so ergibt sich:

' p = niR' und —— n'^z = i.

Die Erfindung läßt sich natürlich konstruktiv auch auf andere Arten zur Ausführung bringen, insbesondere können die Massen auf jede Art mittelbar oder unmittelbar mit der Welle frei beweglich verbunden sein.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verminderung der Torsionsschwingungen in Wellen mittels pendelnder Massen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Masse an zwei geführten Stellen mit der Welle frei beweglich verbunden ist und daß die geführten Stellen auf einer vorgeschriebenen gekrümmten Bahn sich bewegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geführten Stellen parallele, gekrümmte Bahnen beschreiben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Masse an

zwei an den geführten Stellen angeordneten Gelenkpunkten mittels zweier Arme mit zwei Festpunkten der Welle verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Masse an den zwei geführten Stellen Rollen besitzt, mit denen die Massen über Bahnen rollen, die mit der Welle starr verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen unter sich in der Weise miteinander in Verbindung stehen, daß sie im gleichen Takt schwingen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Gelenkpunkte mit den Festpunkten verbindenden Arme benachbarter Massen miteinander in der Weise verbunden sind, daß die Massen im gleichen Takt schwingen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen durch sternförmig auf einer die Welle umgebenden Büchse angeordnete Arme miteinander in Verbindung stehen, so daß sie im gleichen Takt schwingen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Dämpfung der Pendelbewegung der Massen vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pendelbewegung dämpfenden Mittel an den Gelenkpunkten bzw. an den Festpunkten angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen radial zur Welle beweglich sind und die Radialbewegung durch Federn o. dgl. gebremst bzw. gedämpft wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der gekrümmten Bahn kleiner ist als der Radius der Drehung der geführten Stellen um die Wellenachse.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius r' jedes Lenkers für die beweglichen Massen (oder deren Gleichwert) einen Wert

erhält, bei dem vr = 1 ist, wobei

- ^p m die Masse der beweglichen Gewichte, 11 die Ordnungszahl der zu kotnpensieren-, den harmonischen Schwingung und

φ — j [R' + x) dm

(Fig. 8) ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt der beweglichen Gewichte auf der die beiden Gelenkpunkte zwischen Lenker und Masse verbindenden Geraden liegt,

wobei p= viR' und

n- = 1 ist.

Hierzu r Blatt Zeichnungen

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