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Vorrichtung zum Ausgleichen der schwingenden Massen
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bei einem Sägegatter Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Ausgleichen der schwingenden Massen bei einem Sägegatter, insbesondere derjenigen
des Sägerahmens, mit einem außermittig an den beidseitigen Gatterschwungrädern sitzenden
ersten Gegengewicht und mindestens einem koaxial aber gegenläufig zu den ersten
Gegengewichten umlaufenden, zu deren Symmetrieebene symmetrisch angeordneten, mit
den Gatterschwungrädern elastisch gekoppelten zweiten Gegengewicht, wobei das Produkt
aus dem Gewicht und dem Durchmesser der Umlaufbahn des Schwerpunkts (GD) der Gesamtheit
aller zweiten Gegengewichte jeweils etwa in der gleichen Größenordnung liegt wied
dasjenige der ersten Gegengewichte und wobei die ersten und die zweiten Gegengewichte
so groß und in Bezug aufeinander so angeordnet sind, daß die von ihnen erzeugten,
resultierenden Massenkräfte etwa so groß sind wie die Massenkräfte der in Richtung
der Sägerahmenbewegung schwingenden Gattermassen, diesen aber entgegenwirken.
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Die bekannten Massenausgleicher dieser Art sind über eine elastische
Kupplung an die Gatterhauptwelle angekoppelt, die zu ihrem Schutze eine Dämpfungseinrichtung
benötigt. Es ist nämlich unvermeidbar, daß bei den bekannten Massenausgleicherß
die zweiten Gegengewichte mit der elastischen Kupplung ein drehschwingungsfähiggs
ZGeZbild,eZqa;;tellt, dessen Eigenresonan erheblich ~!
erheblich
unterhalb der Gatterbetriebsdrehzahl liegt, weil die zweiten Gegengewichte eine
verhältnismäßig große Masse haben und die Kupplung sehr elastisch im Sinne einer
weichen Federcharakteristik sein muß, um einen gleichförmigen Umlauf dieser großen
Ausgleichsmasse trotz des hohen Ungleichförmigkeitsgrades im Nennbetrieb des Gatters
zu erzielen. Große Masse und weiche Federcharakteristik ergeben eine tiefe Resonanzfrequenz.
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Die bei den bekannten Massenausgleichern benötigte Dämpfungseinrichtung
stellt ein sehr wichtiges Element dar, das keinesfalls ausfallen darf, denn sein
Versagen kann einen Bruch der Kupplung nach sich ziehen, was wiederum zur Folge
haben kann, daß die Ausgleichsmasse selbständig wird, d.h. ihre Phasenlage zum Gatterantrieb
keine vorgegebene Beziehung mehr aufweist. Da dies zu einer Summierung der Massenkräfte
anstelle der gewollten gegenseitigen Aufhebung führen könnte und somit eine große
Unfallgefahr bedeuten würde, ist für die Dämpfungseinrichtung hohe Zuverlässigkeit
zu fordern. Da der Dämpfungseinrichtung außerdem ein großes Dämpfungsvermögen abzuverlangen
ist, ergibt sich eine aufwendige, teure Konstruktion.
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Die Erfindung sucht die anstehenden Probleme auf einfachere Weise
zu lösen und hat sich die Aufgabe gestellt, einen Massenausgleicher nach dem Gattungsbegriff
zu schaffen, der beim Anfahren und beim Auslaufen des Gatters nicht in gefährliche
Drehschwingungsresonanz geraten kann und somit auch keiner Dämpfungseinrichtung
bedarf.
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Gemäß der Erfindung wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, daß
jedes zweite Gegengewicht als an einen drehbar angetriebenen Träger angelenktes
bifilares Pendel ausgeführt ist, wobei der Rotationsradius (L) des ersatzweisen
mathematischen Pendels und die Lange (1) der beiden Lenker zwischen der Pendelmasse
und dem Träger so gewählt sind, daß der für den Zusammenhang zwischen Eigenfrequenz
und Drehzahl beim bifilaren
filaren Pendel ausschlaggebende Faktor
kleiner als eins ist.
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Die gemäß der Erfindung als bifilares Pendel in der vorstehend angegebenen
Bemessung ausgeführten zweiten Gegengewichte können im Nennbetrieb des Gatters se§plrsAlekcht
ausgelenkt werden, was einer weichen Federcharakt/entspricht, so daß sie auch bei
hohem Ungleichförmigkeitsgrad des Gatterantriebs, von dem her sie ebenfalls angetrieben
sind, gleichförmig umlaufen können, während andererseits infolge der besonderen
Bemessung beim Hochfahren und beim Abbremsen des Gatters niemals ein kritischer
Resonanz-Bereich durchlaufen wird, was insgesamt zu einem einerseits sehr einfachen,
andererseits aber auch äußerst sicheren Massenausgleicher führt.
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Es ist bereits bekannt, das bifilare Fliehkraftpendel als Schwingungstilger
zu benutzen. Bei dieser auf Sarazin zurückgehenden Anwendung des bifilaren Fliehkraftpendels
bei Kolbenmaschinen wird das Pendel so abgestimmt, daß Torsionsschwingungen der
Kurbelwelle mit höherer Ordnung geschluckt werden. Dies setzt voraus, daß der Ausdruck
gemäß dem Vorschlag von Sarazin stets gleich der Ordnungszahl der zu -mß tilgenden
Schwingung gewählt und z.B. mindestens 2 betragen, den Wert, der sich ergibt, wenn
L = 41 ist. Drehschwingungen, die bei einer unter der Betriebsdrehzahl liegenden
kritischen Drehzahl auftreten, können mit dem bifilaren Fliekraftpendel in der Bemessung
gemäß Sarazin nicht getilgt werden. Abgesehen davon kommt es bei der Erfindung auch
nicht auf das Tilgen von irgendwelchen Resonanzschwingungen sondern auf die Funktion
als Massenausgleicher an, also eine Anwendung, die in keinem Falle durch den bekannten
Sarazin'schen Vorschlag nahe-: gelegt, wird. Es ist vielmehr im Zusammenhang mit
der erfindungsgemäßen Anwendung des bifilaren Pendels wesentlih, a) die Größe der
Masse und deren Rotationsradius L + 1 so zu wählen, daß bei gegebener Nenndreh-zahl
n (Betriebsdrehzahl) die gewünschte Fliehkraftwirkung eintritt und b)
b)
die bifilare Aufhängung so zu gestalten, daß die Eigenfrequenz des Pendels in jedem
Augenblick weit terhalb der Maschinen- Drehzahl liegt, was/die gewünscht weiche
Ankopplung ergibt.
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Für die Dimensionierung im Zusammenhang mit der Bedingung a) sind
in erster Linie konstruktive Gesichtspunkte maßgebend.
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Für die weiaihse Ankopplung ist die Wahl des Faktors
zu kleiner/eins ausschlaggebend, was auch gleichzeitig zur Folge hat, daß die Eigenresonanz
in jedem Augenblick unter der jeweiligen Systemdrehzahl liegt, also niemals Resonanz
auftreten kann.
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Vorzugsweise werden der Rotationsradius L .des ersatzweisen mathematischen
Pendels und die Länge 1 der Lenker des bifilaren Pendels so gewählt, daß der Faktor
einen Wert von etwa 0,6 bis 0,7 aufweist. Die Praxis hat gezeigt, daß hiermit eine
optimale Bemessung erzielt wird.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht ein einziges zweites Gegengewicht
vor, das zwischen den ersten Gegengewichten angeordnet wird. Diese Realisierung
ist auch für den Einbau des Massenausgleichers als in die Maschine integrierter
Bauteil besonders geeignet. Auch hierin liegt ein aus dem Grundprinzip der Erfindung
resultierender Vorteil. Besonders günstig ist es in diesem Zusammenhang, den Träger
des zwischen den ersten Gegengewichten angeordneten einzigen zweiten Gegengewichts
drehbar auf der Gatterhauptwelle zu lagern.
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Es empfiehlt sich, in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine Einrichtung
vorzusehen, die die Fallbewegung der Masse des bifilaren Pendels unter der Wirkung
der Schwerkraft in jenem Drehzahlbereich abfängt, in dem die auf die Pendelmasse
wirkende Fliehkraft in der Größenordnung der Schwerkraft oder darunterjliegt, wobei
diese Einrichtung so gestaltet ist, daß sie die Pendelbewegung der Pendelmasse im
Nenndrehzahlbereich des
des Gatters im wesentlichen unbeeinflußt
läßt. Die vorgenannte Fallbewegung hat nichts mit den weitaus gefährlicheren Resonanzschwingungen
zu tun, die bei der Erfindung nicht auftreten kön-i nen, und kommt auch nur bei
sehr kleinen Gatterdrehzahlen nahe beim Stillstand zur Wirkung. Da ein Ausfall dieser
Abfangeinrichtung keinesfalls zu einer gefährlichen Situation führen könnte, kann
sich auch der Aufwand für sie in mäßigen Grenzen halten, so daß die VerhältnisSe
nicht etwa mit denen bei der Dämpfungseinrichtung der bekannten Massenausgleicher
vergleichbar sind.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dar--,
gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1
einen direkt auf der Gdtterhauptwelle angeordneten Massenausgleicher nach der Erfindung
in Seitenansicht sowie im Schnitt entlang der Schnittlinie I-I in Fig.
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2, Fig. 2 den Massenausgleicher nach Fig. 1 in Ansicht von vorn sowie
im Schnitt entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1, und Fig. 3 eine schematische
Darstellung des Massenausgleichers nach Fig. 1 und 2 etwa in der Ansicht gemäß Fig.
1 jedoch demgegenüber aufs Prinzipielle vereinfacht, zur Erläuterung der mathematischen
Zusammenhänge.
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In der Zeichnung sind von dem Gatter, an dem der Massenausgleicher
angebracht wird, nur die Gatterhauptquelle 1, die Gatterständer2, die Schwungräder
3, die Kurbelzapfen 4, die Stelze 5 und die ersten, an den Schwungrädern 3 vorgesehenen
Gegengewichte 6 angedeutet.Di-e übrigen Teile des Gatters sind zum Verständnis der
Erfindung nicht nötig und konnten daher weggelassen werden. Bei der Ausführung des
Massenausgleichers nach Fig. 1 und 2 ist auf der Gatterhauptwelle 1 eine Nabe 7
drehbar gelagert. In zwei Ansätzen der Nabe 7 sind Bolzen 8 be-- - . a fertigt
festigt,
an denen jeweils ein Lenker 9 angelenkt ist. Die beiden Lenker 9 laufen zueinander
parallel. An ihren Enden ist als zweites Gegengewicht eine Ausgleichsmasse 11 über
Bolzen 10 ihrerseits schwenkbar gelagert. Die Teile 8 bis 11 bilden ein bifilares
Pendel, das an die seinen Träger bildende Nabe 7 angelenkt ist und von der Hauptwelle
1 aus über das nachfolgend beschriebene Wendegetriebe mit Maschinendrehzahl aber
in zum den ersten Gegengewichten 6 entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben wird.
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Das Wendegetriebe weist ein drehfest auf der Hauptwelle sitzendes,
als Kegelrad ausgeführtes Tellerrad 12 auf. Dieses treibt über Zwischenräder 13,
die wie die Hauptwelle 1 im Maschinengestell 2 mit im Raume feststehender Drehachse
gelagert sind, einen an der Nabe 7 starr angebrachten Zahnkranz 14 an.
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Der maximale Ausschlag des Pendelsystems wird durch die jeweils für
eine Ausschlagrichtung geltenden Anschlagflächen 16 an den Lenkern9 und die elastischen
Puffers an der Pendelmasse 11 begrenzt.
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Damit während des Anfahrens der Maschine in dem Drehzahlbereich, in
dem die Fliehkraftwirkung der das zweite Gegengewicht bildenden Pendelmasse 11 noch
geringer ist, als die durch Fallbeschleunigung und Eigenmasse gegebene Kraftwirkung,
ein hartes Aufschlagen der Puffer 15 auf die Anschläge 16 vermieden wird, ist eine
zusätzliche Auffangeinrichtung 17 vorgesehen. Diese Auffangeinrichtung kann beispielsweise
gemäß Fig. 1 aus einem doppeltwirkenden hydraulischen Stoßdämpfer bestehen, dessen
Zylindermantel an weiteren Ansätzen der Nabe 7 schwenkbar gelagert ist und dessen
Kolbenstange gelenkig mit Ansätzen der Lenker 9 verbunden ist. Bei jeder Auslenkung
der Pendelmasse 11 aus ihrer streng radialen Lage vollführt jede dieser stoßdämpferartigen
Auffangeinrichtungen 17 eine Hubbewegung, bei der die Bewegungsenergie in der Druckflüssigkeit
in Wärme umgesetzt wird. Zweckmäßigerweise wird
wird die Auffangeinrichtung
dabei aber so bemessen, daß bei Nenndrehzahl ihre Wirkung weitgehend ausgeschaltet
ist.
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Durch den Schrägzug der beiden nahezug gleich großen Kräfte in den
Lenkern 9 werden auf den nabenförmigen Träger 7, bedingt durch die unterschiedlichen
Hebelarme, zwei verschieden große, einander entgegenwirkende Momente ausgeübt. Das
daraus resultierende Differenzmoment wirkt auf die Antriebselemente. Um diese Wirkung,
die eine Beanspruchung der Antriebselemente darstellt, möglichst gering zu halten,
werden die Anlenkpunkte 8 im Rahmen der konstruktiven Möglichkeiten möglichst nphe
zur Achse BB (Fig. 3) verlegt, wobei allerdings zu/achten ist, daß ein stabiles
Gleichgewicht erhalten bleibt.
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In Fig. 3 bedeuten: 1 = Länge der Lenker 9, S = Massenschwerpunkt
der Pendelmasse 11, n = Systemdrehzahl, L = Rotationsradius des Fußpunktes oder
Poles P des ersatzweisen mathematischen Pendels, das man sich als im Pol P pendelnd
aufgehängt denken kann und dessen Pendelradius der Länge 1 der Lenker 9 entspricht.
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Die Fliehbeschleunigung für das Fliehkraftpendel beträgt L2tn. Damit
ergibt sich die Eigenfrequenz des bifilaren Fliehkraftpendels zu
Dieser Zusammenhang (bei dem die sich überlagernde Erdbeschleunigung g vernachlässigt
wurde) macht deutlich, daß die Eigenfrequenz eines solchen Pendels drehzahlabhängig
ist.
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Der für den Zusammenhang zwischen Eigenfrequenz unter Drehzahl ausschlaggebende
Faktor
wird gemäß der Erfindung kleiner als eins gewählt, vorzugsweise etwa zu 0,6 bis
0,7.
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Dadurch ist sichergestellt, daß die im Rhythmus der Drehzahl
zahl
auftretenden Beschieunigungs und Verzögerungsphasen (Ungleichfc;rmigkeit) der Gatterhauptwelle
1 ein müheloses Auslenken des Pendels bewirken und zum anderen niemals ein kritischer
Bereich .resonanz) während des Hochfahrens und Abbremsens des Sägegatters auftritt.
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Die Größe der Pendelmasse 11 und deren Rotationsradius L + 1.
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werden so gewählt, daß bei einer vorgegebenen -Nenndrehzahl n (Betriebsdrehzahl)
die gewünschte Fliehkraftwirkung eintritt, die zusammen mit derjenigen der ersten
Gegengewichte 6 zum Ausgleich der Massenkräfte erster Ordnung führt.
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Patentansprüche
L e e r s e i t e