DE1161455B - Vorrichtung zur AEnderung der Resonanzfrequenz von Maschinensaetzen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: F06f

Deutsche Kl.: 47 a-20

Nummer: 1161455

Aktenzeichen: C 23980 XII / 47 a

Anmeldetag: 26. April 1961

Auslegetag: 16. Januar 1964

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen zwecks Dämpfung oder Ausschaltung von harmonischen Schwingungen, die sich bei gewissen Geschwindigkeiten von Maschinensätzen auf Grund der natürlichen Resonanzfrequenz ihrer Konstruktion aufzubauen trachten.

Die Erfindung wurde insbesondere zur Verwendung bei Brennkraftmaschinen entwickelt und ist an »Hand eines Flugzeugmotors dargestellt, da bei derartigen Maschinen die Möglichkeit der Übertragung von harmonischen Schwingungen an den Propeller eine immerwährende Gefahr darstellt. Normalerweise weist eine derartige Maschine mit ihrer Kurbelwelle verbundene Pendeldämpfer oder ähnliche Einrichtungen auf, die Resonanz- oder harmonische Schwingungen dämpfen, welche bei bestimmten Drehzahlen durch die natürlichen Frequenzen der Maschine verstärkt werden. Normalerweise tritt dieses Phänomen bei einer besonders kritischen Maschinendrehzahl am so stärksten auf, was eine ziemliche Gefahr mit sich bringen kann, wenn diese in der Nähe der normalen Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine liegt. Derartige Dämpfer verteuern jedoch im allgemeinen die Maschine erheblich und vergrößern ganz wesentlich ihren Umfang und ihr Gewicht.

Es können Mittel vorgesehen werden, um die natürliche Frequenz der Maschine so zu ändern, daß die Resonanz bei einer niedrigeren Drehzahl auftritt, die nur bei der Erhöhung der Maschinendrehzahl auf ihren normalen Arbeitsbereich durchlaufen wird. Ein derartiges Verfahren stellt jedoch zumindest keine volle Lösung des Problems dar, selbst wenn die hierfür verwendeten Mittel nicht so schwer und teuer sind wie Pendeldämpfer.

Es ist bereits eine Bauart bekanntgeworden, bei der im Abstand einander gegenüberstehende Kupplungsflächen vorgesehen sind, zwischen welchen sich geschwindigkeitsgesteuerte Kupplungsmittel befinden, welche die Antriebs- und Abtriebswelle verbinden. Nachteilig ist hierbei, daß ein herkömmliches Schwungmassensystem verwendet ist, bei dem die Steuerelemente selbst, d. h. Gewichte, keine Kupplungsfunktion ausüben, sondern nur als Betätigungsorgane für das Ein- und Ausrücken der wirksamen Kupplungselemente dienen. Hierdurch ergibt sich eine verhältnismäßig verwickelte Konstruktion. Ähnliches gilt für eine andere bekannte Bauweise, bei der in axialer Richtung verlagerbare Elemente vorgesehen sind, welche jedoch durch eine besondere Betätigungs-Vorrichtung ein- und ausgerückt werden müssen.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Ein- und Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen

Anmelder:

Continental Motors Corporation, Muskegon, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel, München 9, Eduard-Schmid-Str. 2, Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

William Arvin Wisemann, Muskegon, Mich., Clifford Arthur Fordham, Montague, Mich. (V. St. A.)

Ausrücken der drehzahlabhängigen Kupplung durch eine in den Kupplungselementen selbst vorgesehene Einrichtung durchzuführen, indem bei höheren Geschwindigkeiten diese Elemente selbst radial auswärts gedrängt werden.

Diese Ziele werden bei einer Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen mit einer Antriebs- und einer hohlen Abtriebswelle, die durch eine koaxiale Torsionswelle miteinander verbunden shid und einander im Abstand gegenüberstehende Kupplungsflächen aufweisen, zwischen denen geschwindigkeitsgesteuerte Kupplungsmittel eingesetzt sind, welche die beiden Welen bei niedriger Maschinendrehzahl direkt verbinden, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Kupplungsflächen einen sich radial auswärts öffnenden keilförmigen Ringzwischenraum bilden und die Kupplung mehrere in diesen keilförmigen Zwischenraum im Abstand auf einem Ring angeordnete Keile aufweist, welche außen von einer Ringschraubenfeder umgeben sind.

Diese erfindungsgemäße Lösung des Problems zeichnet sich durch wesentlich größere Einfachheit aus als die bisher bekannten Konstruktionen für ähnliche Zwecke, was neben einer Verringerung der Herstellungskosten auch die Wartung vereinfacht und das Eigengewicht der Anlage reduziert. Um die Vorrichtung auf eine bestimmte Ansprech^Drehzahl einzustellen, ist es lediglich erforderlich, die Masse der Kupplungselemente und die Kraft der Feder zu berechnen, während bei den bekannten eine größere

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Anzahl von Faktoren berücksichtigt werden muß, da die Kupplung durch eine gesonderte Steuereinrichtung betätigt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet im übrigen den besonderen, nicht ohne weiteres aus der dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegenden Aufgabenstellung folgenden Vorteil, daß die Kupplungselemente bei Geschwindigkeiten unterhalb der Ausrückdrehzahl irgendwelche unvorhergesehenen Fremdvibrationen oder -stoße dämpfen, da die die Elemente eingerückt haltende Federkraft gleich der durch die Zentrifugalkraft zu übersteuernden Kraft ist und in einem solchen Fall die Kupplung einfach etwas rutscht. Dabei vergrößert sich diese Dämpfwirkung mit zunehmender Drehzahl, da die wachsende Zentrifugalkraft die Federkraft immer stärker kompensiert und somit die Anordnung immer empfindlicher macht. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung, in deren Figuren gleiche Bezugsziffern gleiche Teile bedeuten, dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Getriebekastenteil eines Maschinensatzes mit den Merkmalen der Erfindung und

F i g. 2 einen Querschnitt im wesentlichen längs der Linie 2-2 in Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist für die Verwendung zusammen mit einer Brennkraftmaschine 10 mit einem Kurbelgehäuse 11 konstruiert, welches mit Hilfe eines Hauptlagers 13 eine Antriebskurbelwelle 12 lagert und an dessen vorderem Ende eine Getriebekastenanordnung 14 befestigt ist.

Das vordere Ende der Kurbelwelle 12 geht in eine in den Getriebekasten 14 eintretende Torsions welle 15 über, die an ihrem vorderen Ende Außennutenstücke 16 aufweist, welche mit Innennutenstücken 17 einer die Torsionswelle 15 in dargestellter Weise umgebenden Abtriebswelle 18 im Eingriff stehen. Am äußeren bzw. vorderen Ende der Torsionswelle 15 ist zwischen den Nutenstücken 17 und einem Sprengring 20 am vorderen Ende der Abtriebswelle 18 eine Halteplatte 19 befestigt, die letztere an einer axialen Verlagerung gegenüber der Torsionswelle 15 und der Kurbelwelle 12 hindert.

Die Abtriebswelle 18 ist beispielsweise mit Hilfe von Lagern 21 und 22 drehbar im Getriebekasten 14 gelagert und weist ein mit einem Zahnrad 24 kämmendes Zahnrad 23 auf. Das Zahnrad 24 sitzt auf einer in Lagern 26 und 27 im oberen Abschnitt des Getriebekastens 14 drehbar gelagerten Antriebswelle 25.

Das in Fig. 1 dargestellte vordere Ende der Kurbelwelle 12 weist einen radial auswärts abstehenden Flansch 35 mit einer vorwärts gerichteten kegelförmig abgeschrägten ringförmigen Kupplungsfläche 36 auf. Ebenso ist das hintere Ende der Abtriebswelle 18 mit einem radial auswärts gerichteten Flansch 37 versehen, der seinerseits im Abstand von der KurbelweHen-Kupplungsfläche 36 eine nach hinten gerichtete, kegelförmig abgeschrägte ringförmige Kupplungsfläche 38 aufweist. Zwischen den Kupplungsflächen 36 und 38 sind mehrere keilförmige Kupplungselemente 39 auf einem Ring verteilt, die einen in Fig. 2 gesondert dargestellten segmentförmigen Kupplungsring bilden, welcher im zwischen den kegelförmigen Kupplungsflächen 36 und 38 ausgebildeten keilförmigen Zwischenraum durch nachgiebige Mittel in Keil-Kupplungsberührung gehalten wird. Als derartiges Mittel kommt beispielsweise eine in in den Kupplungselementen 39 vorgesehenen Außennuten 41 eingesetzte, in sich geschlossene ringförmige Wendelteder 40 in Frage.

Wenn im Betrieb die Kupplungselemente 39 mit den Kupplungsflächen 36 und 38 im Eingriff stehen, ist die Abtriebswelle 18 unmittelbar mit der Kurbelwelle 12 antriebsmäßig verbunden und stellt ein System ohne Hohlwelle dar. Unter diesen Umständen ist die natürliche Frequenz des Maschinensatzes so, daß torsionsbedingte harmonische Schwingungen oder Resonanzen sich bei einer bekannten bestimmten Geschwindigkeit hochschaukeln, welche zum Zweck der Erläuterung beispielsweise bei 2800 U/min liegen soll. Wenn die Kupplungselemente außer Eingriff stehen, was, wie später noch beschrieben werden wird, durch Zentrifugalkraft geschieht, wird die Abtriebswelle 18 nur indirekt von der Kurbelwelle 12 über die Torsionswelle 15 angetrieben, die dabei einer Torsionsverzerrung unterliegt. Die Welle 15 kann so ausgewählt sein, daß sie die sogenannte natürliche Frequenz in der Weise verändert, daß Resonanz bereits bei einer bekannten, niedrigeren Geschwindigkeit auftritt, die zum Zweck der Erläuterung beispielsweise bei 1800 U/min liegen kann.

Die Feder 40 übt eine solche Kraft auf die Kupplungselemente aus, daß diese bis zu 2000 U/min eingerückt bleiben, so daß die Kurbelwelle 12 während der zweitgenannten eine Resonanz hervorbringenden Geschwindigkeit von 1800 U/min unmittelbar die Abtriebswelle 18 dreht, wobei keine Resonanz auftritt, da die natürliche Frequenz erst bei 2800 U/min wirksam wird. Bei einer Geschwindigkeit von etwa 2000 U/min drängt die entgegen der Kraft der Feder 40 wirkende Zentrifugalkraft die Kupplungselemente so weit auswärts, daß die Kupplung gelöst wird, wodurch die Abtriebswelle 18 nunmehr unmittelbar über die Torsionswelle 15 angetrieben wird und bei der höheren Geschwindigkeit von 2800 U/min ebenfalls keine Resonanz aufgebaut wird, da die natürliche Frequenz geändert worden ist und nur bei 1800 U/min wirksam wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur Änderung der Resonanzfrequenz von Maschinensätzen mit einer Antriebsund einer hohlen Abtriebswelle, die durch eine koaxiale Torsionswelle miteinander verbunden sind und einander im Abstand gegenüberstehende Kupplungsflächen aufweisen, zwischen denen geschwindigkeitsgesteuerte Kupplungsmittel eingesetzt sind, welche die beiden Wellen bei niedriger Maschinendrehzahl direkt verbinden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsflächen (36, 38) einen sich radial auswärts öffnenden keilförmigen Ringzwischenraum bilden und die Kupplung mehrere in diesem keilförmigen Zwischenraum im Abstand auf einem Ring angeordnete Keile (39) aufweist, welche außen von einer Ringschraubenfeder (40) umgeben sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 622266; französische Patentschrift Nr. 831320.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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