DE552567C - Einrichtung zur Energieuebertragung von Antriebsmaschinen mit periodisch schwankendemDrehmoment auf Luftschrauben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Energieübertragung von Antriebsmaschinen mit periodisch schwankendem Drehmoment auf Luftschrauben und bezweckt vor allem die Vermeidung von Überbeanspruchungen in den zwischen dem Antriebsmotor und der Luftschraube liegenden Übertragungsgliedern.

Es ist bekannt, in die Übertragungsglieder

to zwischen Motor und Schraube Rutschkupplungen einzubauen, die, falls das in den Übertragungsgliedern wirksame Drehmoment eine bestimmte Grenze erreicht, gleiten und dadurch die Überschreitung dieser Grenze nach oben verhindern sollen. Führt man diese Kupplungen als Reibungskupplungen aus, wobei die beiden Kupplungshälften durch Federn bestimmter Spannung aneinandergepreßt werden, so besteht der Nachteil, daß das übertragbare Grenzdrehmoment nicht genau festliegt, weil die Reibungszahl der Reibflächen der Kupplung in ihrer Größe nie genau bekannt und auch im Betriebe Änderungen unterworfen ist. Es sind ferner Kupplungen bekannt, die das Drehmoment durch statischen Flüssigkeitsdruck übertragen; hierbei sind in die Druckräume Sicherheitsventile eingebaut, die sich bei Erreichung eines bestimmten Druckes öffnen und dadurch das von der Kupplung zu übertragende Drehmoment begrenzen. Diese Kupplungen wirken zwar im allgemeinen sicherer, erfordern aber sehr genaue Herstellung und sorgfältige Unterhaltung. Allen diesen Kupplungen ist gemeinsam, daß sie erst dann ansprechen, wenn das normale betriebsmäßige Drehmoment um einen gewissen Betrag überschritten wird; dieser Betrag kann namentlich bei Reibungskupplungen ■—■ infolge der Unbestimmtheit der Reibungszahl — sehr erheblich werden. Dieser Umstand ist für Luftschraubenantrieb sehr nachteilig, denn man geht dort wegen der Notwendigkeit an Gewicht möglichst zu sparen, mit den Beanspruchungen schon im Normalbetrieb mögliehst hoch, so daß dann, wenn ein Gleiten der Kupplung eintritt, die Beanspruchung der Übertragungsglieder in der Regel schon an der Grenze des Zulässigen liegt.

Erfindungsgemäß soll dieser Übelstand dadurch behoben werden, daß man dafür sorgt, daß höhere Beanspruchungen, als sie dem normalen Betrieb entsprechen, nur im Gebiete verhältnismäßig niederer Drehzahlen auftreten und daß man ferner die Kupplung so ausbildet, daß sie bei um so kleinerem Drehmoment gleitet, je kleiner die Drehzahl der Luftschraube ist. Dadurch werden folgende Vorteile gewonnen: Eine die jeweilige betriebsmäßige Beanspruchung übersteigende Beanspruchung kann überhaupt nur im Gebiete niederer Drehzahlen eintreten, hierbei

ist aber das Rutschdrehmoment der Kupplun klein, so daß diese schon nachgibt, ehe die erhöhte Beanspruchung auch nur den Wert erreicht, welcher der Beanspruchung der Übertragungsglieder im normalen Betriebe bei voller Drehzahl entspricht. Es kann also im allgemeinen überhaupt keine höhere Beanspruchung als diese normale betriebsmäßige Beanspruchung eintreten.
ίο Die Ursachen, welche eine Höherbeanspruchung hervorrufen können, sind im wesentlichen folgende:

Anlassen des Antriebsmotors, plötzliche Beschleunigung des langsam laufenden Motors durch plötzliche starke Brennstoffzufuhr,

Schwingungen, die durch das periodisch veränderliche Motordrehmoment hervorgerufen werden.

so Die beiden erstgenannten Ursachen können überhaupt nur bei geringen Motordrehzahlen auftreten, da bei hohen Drehzahlen das von der Luftschraube aufgenommene Drehmoment schon so groß ist, daß die noch vorhandene Kraftreserve des Motors' nicht genügt, um hohe Zusatzdrehmomente zu erzeugen.

Anders ist es bei den Schwingungserscheinungen. Diese können im allgemeinen bei allen Drehzahlen gefährliche Werte erreichen. Um auch die Schwingungserscheinungen auf das Gebiet kleiner Drehzahlen zu beschränken, kann man in an sich bekannter Weise elastische Zwischenglieder zwischen Motor und Luftschraube einschalten. Man kann auch die Schraubenwelle selbst zu einem solchen elastischen Glied machen, indem man sie so ausbildet, daß sie gegenüber Verdrehungskräften eine große Elastizität besitzt. Durch entsprechende, nach bekannten Regeln der Schwingungslehre vorzunehmende Bestim-• mung der Abmessungen des elastischen Zwischengliedes wird die Eigenschwingungszahl der umlaufenden Teile so bemessen, daß bei höheren Drehzahlen Resonanzerscheinungen zuverlässig vermieden werden.

Eine Kupplung, die ein um so kleineres Drehmoment überträgt, also um so eher gleitet, je kleiner die Drehzahl der Luftschraube ist, läßt sich dadurch leicht herstellen, daß der zur Erzeugung der Reibkraft erforderliche Anpreßdruck der Reibflächen durch Fliehkraft erzeugt wird.

Es ist an sich bekannt, bei Luftschrauben, die rom Motor über ein Freilaufgetriebe angetrieben , werden, eine Fliehkraftreibungskupplung dem Freilaufgetriebe parallel zu schalten, und zwar zum Zweck, im Gleitfluge ein Abbremsen der Luftschraube zu ermöglichen. Hierbei sitzen die Fliehgewichte an der mit der Luftschraube verbundenen Kupplungshälfte. Eine Schwingungsdämpfung kann diese Kupplung nicht bewirken, da das Freilaufgetriebe bei treibendem Motor wie eine starre Verbindung wirkt.

Beim Erfindungsgegenstand werden die die Reibkräfte erzeugenden Fliehgewich'te an der mit dem Motor verbundenen Kupplungshälfte angeordnet. Bei Einbau einer solchen Kupplung sind die Übertragungsglieder auch in dem Fall, daß der Motor plötzlich stark gebremst wird (z. B. durch plötzliches Festsetzen eines Kolbens), vor der Beanspruchung durch übermäßige, von der Schwungenergie der Luftschraube herrührende Drehmomente geschützt, ohne daß es nötig wäre, ein Freilauf getriebe vorzusehen; denn mit dem Motor werden zugleich auch die Fliehgewichte angehalten, deren Fliehkraft wird also zu Null und die Kupplung kann demgemäß besonders leicht gleiten, so daß die Luftschraube infolge ihrer Schwungenergie mitsamt den an sie angeschlossenen Übertragungsgliedern weiterlaufen kann, ohne diese Glieder zu gefährden.

Um zu vermeiden, daß die Kupplung bei niederen Drehzahlen, wo das Schraubendrehmoment noch recht klein und das durch die Fliehkraft hervorgerufene Rutschdrehmoment der Kupplung nur ganz wenig größer ist, schon gleitet, wenn geringe Schwankungen um den Mittelwert des Schraubendrehmoments auftreten, können die Reibbacken der Kupplung noch eine zusätzliche Anpressung durch Federn erfahren, die aber so schwach bemessen ist, daß sie gerade nur zur Aufnahme dieser geringen Drehmomentsschwankungen ausreicht.

Die Zeichnung veranschaulicht in den Abb. ι bis 4 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung, dabei zeigen

Abb. ι und 3 die Übertragungsglieder im Schnitt der Achse.

Abb. 2 ist ein Schnitt quer zur Achse nach Linie H-II der Abb. 1.

Abb. 4 ist ebenfalls ein Schnitt quer zur Achse nach Linie HI-III der Abb. 3.

Abb. 5 zeigt den Verlauf der verschiedenen Drehmomente M in Abhängigkeit von der Drehzahl n.

Bei der Einrichtung nach Abb. 1 und 2 no treibt der Motor 1 über eine längere Zwischenwelle 2 die Luftschraube 3. Die Welle 2 ist verhältnismäßig dünn ausgeführt, so daß sie als elastisches Zwischenglied wirkt. Die Folge ist, daß starke Schwingungsausschläge der umlaufenden Teile nur im Bereiche verhältnismäßig niederer Drehzahlen auftreten. Zwischen Motor 1 und Welle 2 ist eine Reibungskupplung eingeschaltet, bei welcher der Anpreßdruck der Reibbacken durch Fliehkraft erzeugt wird. Die Kupplung besteht aus einem mit der Motorwelle 10 fest ver-

bundenen Armkreuz 11, an welchem die der Fliehkraft unterworfenen Gewichte 12 radial verschieblich gelagert sind. Die Gewichte 12 sind an der Außenseite mit einem Reibbelag 13 versehen, der sich gegen die Innenfläche der auf der Welle 2 festsitzenden Kupplungsscheibe 14 anlegt und letztere durch Reibung mitnimmt, sobald die Anpreßkraft zur Überwindung des widerstehenden Drehmomentes

ίο der Luftschraube 3 ausreicht. Schwache Federn 15 bewirken eine geringe zusätzliche Anpressung der Fliehgewichte 12 an die Reibflächen der Scheibe 14.

Die Abb. 3 und 4 zeigen eine Einrichtung, die es ermöglicht, die Luftschraube unmittelbar auf das freie Ende der Motorwelle aufzusetzen. Auf der Motorwelle 20 sitzt eine Scheibe 21 fest, an welcher in den Gelenken 25 die Hebelarme 22 gelagert sind. Diese Hebelarme tragen an ihrem freien Ende die Fliehgewichte 23, in der Nähe der Gelenke die Reibbacken 26 mit dem Reibbelag 27. Die Fliehkraft wirkt so hebelartig auf die Reibbacken und erzeugt dadurch besonders hohen Anpreßdruck, so daß schon verhältnismäßig leichte Fliehgewichte genügen. Zwischen den beiden Hebeln 22 liegen schwache Druckfedern 35, weiche, ebenso wie die Fliehkräfte, die Hebel nach außen drängen. Die Reibbacken 26 legen sich wieder gegen die innere Umfangsfläche einer Reibscheibe 28, die gegenüber der Welle 20 frei drehbar ist. Der äußere Umfang dieser Reibscheibe trägt radial gerichtete Vorsprünge 30, zwischen welche die nach innen gerichteten Vorsprünge

31 einer weiteren, gegenüber der Welle 20 frei drehbaren Scheibe 32 eingreifen. Zwischen diesen Vorsprüngen 30 und 31 liegen in tangentialer Richtung nachgebende Druckfedern 33, die das Drehmoment von der einen Scheibe 28 zu der anderen Scheibe 32 überleiten und dabei als elastisch nachgiebiges Zwischenglied wirken, durch das die Schwingungserscheinungen auf den Bereich niederer Drehzahlen beschränkt werden. Die Scheibe

32 trägt an ihrer Stirnseite einen Flansch 34, an welchem die Luftschraube 3 befestigt ist.

Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung sei an Hand der Abb. 5 noch näher erläutert.

Dort sind vom Nullpunkt aus nach rechts die Luftschraubendrehzahlen η, nach oben die Drehmomente M aufgetragen.

Die Linie p zeigt das von einer Luftschraube bei steigender Drehzahl aufgenommene Drehmoment. Der normalen Betriebsdrehzahl der Luftschraube n_b entspricht ein Drehmoment M_b. Wird eine solche Luftschraube mit einer Rutschkupplung üblicher Art verbunden, so muß diese Kupplung so eingestellt werden, daß sie nicht schon bei dem Moment M_b, sondern erst bei einem etwas größeren Drehmoment anfängt zu rutschen. Da aber die Reibungszahl der Kupplung eine unsichere Größe ist, so muß man die Einstellung so vornehmen, daß das Rutschdrehmoment bei der kleinsten vorkommenden Reibungszahl größer ist als das Drehmoment M_b, daß es also bei dieser kleinen Reibungszahl etwa den Wert M₁ besitzt. Andererseits kann die Reibungszahl statt jenes Kleinstwertes einen wesentlich höheren Wert annehmen. Dann steigt das Rutschdrehmoment etwa bis auf den Wert M₂. Die Linie der Rutschdrehmomente einer solchen Kupplung in Abhängigkeit von der Drehzahl ist eine Gerade It₁ bzw. k₂, die parallel zur waagerechten Achse verläuft. Die Kupplung rutscht, gleichgültig, in welchem Drehzahlgebiet eine höhere als die betriebsmäßige Beanspruchung auftritt, immer erst dann, wenn das Drehmoment so groß geworden ist, daß es in das gestrichelte Gebiet zwischen den Linien k± und k₂ hineinreicht. Die Unsicherheit hinsichtlich der Reibungszahlen ist auch bei sorgfältiger Ausführung der Reibflächen ziemlich groß, so daß das obere Rutschdrehmoment M₂ beispielsweise um etwa 50⁰J₀ größer sein kann als das untere Rutschdrehmoment M₁. Daraus ergibt sich aber, daß das Rutschdrehmoment auch bei sorgfältiger Einstellung der Rutschkupplung Werte erreichen kann, die der Größenordnung nach etwa doppelt so groß wie das normale betriebsmäßige Drehmoment M_b sind, so daß die Schutzwirkung einer solchen Kupplung fraglich wird.

Anders werden die Verhältnisse bei Anwendung der Erfindung. Durch Einbau elastischer Zwischenglieder in die Übertragungsglieder zwischen Motor und Luftschraube ist das Auftreten höherer als der betriebsmäßigen Beanspruchungen auf den Bereich χ beschränkt, der sich von der Drehzahl η = Null bis zur Drehzahl n_m erstreckt, die noch wesentlich unter der normalen Betriebsdrehzahl n_b liegt. Für die -Rutschkupplung mit reiner Fliehkraftanpressung der Reibflächen ergibt sich für eine niedere Reibungszahl die Rutschdrehmomentlinie C₁, für eine hohe Reibungszahl die Linie C₂. Die Kupplung ist wieder so bemessen, daß die der kleinen Reibungszahl entsprechende Linie C₁ noch um einen gewissen Betrag über der Linie p liegt, also durch M₁ geht. Die Linie c₂ zeigt die Zunahme des Rutschdrehmomentes, wenn die Reibungszahl nicht den angenommenen Mindestwert, sondern einen (beispielsweise etwa 5o°/o) höheren Wert besitzt. Beide Linien C₁ und C₂ schmiegen sich in ihrem Verlauf der Linie p der Luftschraubendrehmomente an; denn die von der Fliehkraft abhängigen Rutschdrehmomente folgen der-

selben Gesetzmäßigkeit in bezug· auf die Drehzahl η wie das von der Luftschraube aufgenommene Drehmoment; alle drei Linien sind Parabeln.

Da, wie die Abb. 5 zeigt, die Linien C₁ und C₂ im Bereiche ganz niederer Drehzahlen nur ganz wenig über der Linie/) liegen und da demzufolge in diesem Bereich die Kupplung schon bei verhältnismäßig geringfügigen ίο Drehmomentsschwankungen gleitet, so ist es vielfach vorteilhaft, eine geringe zusätzliche Anpreßkraft ständig auf die Reibbacken der Kupplung einwirken zu lassen. Dieser zusätzlichen Anpreßkraft entspricht dann ein bei allen Drehzahlen gleiches Rutschdrehmoment M₃ (für kleine Reibungszahl) bzw. M₄ (für große Reibungszahl); die entsprechenden Drehmomentslinien k_s und fe₄ laufen wieder parallel zur waagerechten Achse. Die Fliehgewichte sind nun so zu bestimmen, daß die Summe aus ständiger Anpreßkraft und Fliehkraftanpressung bei der normalen Betriebsdrehzahl wieder das Rutschdrehmoment M₁ bzw. M₂ ergibt. Für die übrigen Drehzahlen folgt dieses Rutschdrehmoment dann der Linie ^₁ bzw. d₂- Diese Linien sind wieder Parabeln, nur ist ihr Scheitel um den kleinen Betrag M_s bzw. M^ nach oben verschoben. Auch sie folgen aber angenähert der gleichen Gesetzmäßigkeit wie die Linie/).

Bei dem erfindungsgemäß ausgestatteten Antrieb kann eine höhere als die betriebsmäßige Beanspruchung nur im Bereiche χ eintreten. Das Drehmoment kann in diesem Drehzahlbereiche aber nur bis in das gestrichelte Gebiet zwischen den Linien C₁ und C₂ bzw. ^₁ und d₂ hinein anwachsen, es kann also im ungünstigsten Fall (große Reibungszahl) höchstens die obere Linie C₂ bzw. d₂ erreichen (während es vorher bis zur Linie fe_ä anwachsen konnte). Man ersieht aus der Darstellung, daß diese auf den Bereich χ beschränkte Höherbeanspruchung, sogar bei Zugrundelegung einer großen Reibungszahl, noch kleiner bleibt als die normale betriebsmäßige Beanspruchung durch das Drehmoment Mj. Hieraus ergibt sich der mit der Erfindung erreichte technische Fortschritt, der vor allem in einer wesentlichen Erhöhung der Betriebssicherheit bei einfacher Bauart eines solchen Antriebes besteht.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Energieübertragung von Antriebsmaschinen mit periodisch schwankendem Drehmoment auf Luftschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß in die umlaufenden Übertragungsglieder ein elastisches Glied eingeschaltet ist, dessen Abmessungen so bestimmt sind, daß eine Resonanz der Eigenschwingungszahl der umlaufenden Teile mit den Drehmomentschwankungen des Motors im Bereich höherer Motordrehzahlen vermieden wird, und daß ferner in den Übertragungsgliedern eine Rutschkupplung vorgesehen ist, deren Rutschdrehmoment sich in Abhängigkeit von der Drehzahl wenigstens annähernd nach der gleichen Gesetzmäßigkeit ändert wie das von der Luftschraube aufgenommene Drehmoment.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rutschkupplung als Reibungskupplung ausgebildet ist, deren Reibbacken durch Fliehkraft an die Reibflächen angepreßt werden und deren die Fliehgewichte tragender Teil auf der Seite des Antriebsmotors angeordnet ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Reibbacken außer der Fliehkraft noch eine ständige geringe Anpreßkraft (Federn ¹S, 35) einwirkt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen