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Vibrations-oder Schwingungsdämpfer, insbesondere für Schwingungen oder Vibrationen, die beim
Betrieb einer Brennkraftmaschine auftreten.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Dämpfung von wenigstens annähernd linearen Schwingungen oder deren Komponenten, die insbesondere beim Betrieb einer Brennkraft- maschine auftreten.
Zur Dämpfung von Torsionssehwingungen einer umlaufenden Welle ist es bekannt, pendelnde
Massen zu benutzen, die an zwei geführten Stellen mit der Welle freibeweglieh verbunden sind, wobei sich die geführten Stellen auf einer vorgeschriebenen, gekrümmten Bahn bewegen. Die Pendelbewegung der Massen, die bei der Drehung der Welle der Zentrifugalkraft unterworfen werden und daher eine viel grössere Dämpfungswirkung haben, als sie allein durch die Grösse der genannten Massen erzielbar wäre, liegt in Ebenen senkrecht zur Achse der umlaufenden Welle.
Die vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die vorzugsweise an zwei geführten
Stellen mit einer umlaufenden Welle freibeweglich verbundenen und der Zentrifugalkraft unterworfenen Massen nicht nur zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, sondern auch zur Dämpfung von geradlinig hin-und hergehenden Schwingungen geeignet sind. Die geradlinig hin-und hergehenden Schwingungen brauchen hiebei gar nicht von der umlaufenden Welle herzurühren, sondern sie können auch auf die umlaufende Welle derart übertragen werden, dass letztere eine hin-und hergehende Bewegung in Richtung ihrer Achse macht.
Damit die pendelartig aufgehängten und im Zentrifugalkraftfeld der umlaufenden Welle angeordneten Massen in der Lage sind, die linear hin-und hergehenden und axial auf die umlaufende Welle übertragenen Schwingungen zu dämpfen, werden die pendelartigen Massen derart mit der umlaufenden Welle verbunden, dass sie im Gegensatz zu der oben behandelten bekannten Einrichtung frei in Richtung der Wellenachse schwingen können. Auch hiebei ist es besonders vorteilhaft, die Pendelmassen bifilar mit der umlaufenden Welle zu verbinden. Bei Anwendung des Erfindungsgegenstandes ist es möglich, sehr starke hin-und hergehende lineare Schwingungen mit Hilfe kleiner Dämpfungsmassen vollkommen zu dämpfen. Besonders zweckmässig ist der Erfindungsgegenstand zur Dämpfung von Schwingungen von Brennkraftmaschinen.
Zur Erzeugung des Zentrifugalkraftfeldes, in dem die Pendelmassen aufgehängt werden, kann eine beliebige umlaufende Welle dienen.
Besonders zweckmässig ist es jedoch, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine hiezu zu benutzen.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt schematisch im Radialschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäss ausgebildeten Schwingungs- oder Vibrationsdämpfers, Die Fig. 2 und 3 zeigen im radialen Teilschnitt und im Schnitt nach der Linie 777-777 der Fig. 2 eine Vorrichtung zur Vibrationsdämpfung gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 4 und 5 stellen im Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 5 und nach der Linie V-V der Fig. 4 eine ähnliche Dämpfungsvor- richtung gemäss einer dritten Ausführungsform der Erfindung dar. Fig. 6 veranschaulicht im kleineren Massstab eine Einrichtung entsprechend den Fig. 2 und 3 in ihrer Anordnung auf der Zylindergruppe eines Motors mit reihenförmig angeordneten Zylindern.
Fig. 7 zeigt schematisch im senkrechten Schnitt einen Sternmotor mit zwei Zylinderreihen, der mit erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtungen zur Dämpfung bestimmter Schwingungen oder Vibrationen ausgerüstet ist. Die Fig. 8 und 9 stellen im grösseren Massstab in Seitenansicht und im Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8 die Kurbelwelle einer ähnlichen Brennkraftmaschine dar, die ebenfalls erfindungsgemäss mit Einrichtungen zur Dämpfung von Vibrationen ausgerüstet ist. Die Fig. 10 und 11 sind zwei schematische Darstellungen,
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die Abänderungen der den Gegenstand der vorgenannten Figuren bildenden Einrichtungen veranschaulichen. Fig. 12 zeigt ähnlich wie Fig. 8 eine Kurbelwelle, die erfindungsgemäss mit Enrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen anderer Art versehen ist.
Die Fig. 13 und 14 schliesslich sind zwei Schemata, die ähnlich wie die Fig. 9 zwei Motorwellen darstellen, die mit ebenfalls erfindungsgemäss ausgebildeten Dämpfungsmitteln für Schwingungen oder Vibrationen ausgerüstet sind.
Im nachstehenden sind verschiedene erfindungsgemäss ausgebildete Dämpfungsvorrichtungen für Vibrationsschwingungen beschrieben, welche als Ganzes an dem vibrierenden und in seinen Vibrationen zu dämpfenden Gegenstand befestigt werden können.
Der ganze Dämpfungsmechanismus kann in einem geeigneten Gestell, beispielsweise in einem Gehäuse 1, untergebracht werden. In dem Gehäuse ist eine Welle 4, die durch irgendwelche geeignete Mittel in Drehung versetzt wird, mit Hilfe von Kugel-oder Rollenlagern gelagert, die derart ausgebildet sind, dass sie eine Ansehlagwirkung haben. Zu diesem Zweck sind die Kugellager 2 beispielsweise mit tiefen Rinnen versehen, oder die Rollenlager 3 weisen konische Rollen auf.
Mit der Welle ist eine Mehrzahl beweglicher Massen verbunden, die ein statisch im Gleichgewicht befindliches Ganzes bilden können. Die Verbindung der Massen 5 mit der Welle 4 ist ähnlich wie die Aufhängung eines Pendels derart beschaffen, dass die Massen so frei wie möglich in Längsrichtung der Welle in dem Felde der Zentrifugalkraft schwingen können. Zur Erleichterung der Schwingbewegung sind vorzugsweise Rollkörper, z. B. Walzen oder Nadeln, zwischengeschaltet.
Die genannte Dämpfungsvorrichtung wird mit ihrem Gestell derart an einem vibrierenden Körper befestigt, dass die Achse der Welle 4 parallel zur Richtung der zu dämpfenden Vibrationen oder parallel zur Richtung von Komponenten dieser Vibrationen verläuft. Wenn die verschiedenen Elemente der
Dämpfungsvorrichtung zweckentsprechend bemessen sind und die Geschwindigkeit, mit der die Welle 4 umläuft, den gewünschten Wert hat, geraten die Pendel in eine solche Schwingbewegung, dass die
Resultierende der auf die Massen 5 wirkenden Kräfte bestrebt ist, die genannten Vibrationen oder
Vibrationskomponenten zu dämpfen.
Je nach dem Einzelfall und vor allem je nach der Frequenz der Vibrationen müssen die von den Massen 5 gebildeten Pendel und ihre Verbindungsmittel mit der Welle 4 als monofilare oder bifilare
Pendel ausgebildet sein.
Wenn es sich um monofilare Pendel handelt, so kann hiebei jede geeignete Ausführungsform angewendet werden. Eine besonders zweckmässige Ausführungsform besteht darin, im Innern eines mit der Welle 4 verkeilten Schwungrades Ausnehmungen vorzusehen, die im Radialschnitt eine kreisförmige Innenfläche haben, gegen die sich unter der Wirkung der Zentrifugalkraft einfache Rollen oder Kugeln, welche die Massen 5 darstellen, legen. Die Rollen oder Kugeln werden auf diese Weise längs kreisförmigen Bahnen geführt, deren Radius gleich der Differenz der Radien der genannten kreisförmigen Flächen einerseits und der Rollen oder Kugeln anderseits ist.
Wenn es sich um eine bifilare Pendel aufhängung handelt, so können beispielsweise die in den Fig. 2 und 3 bzw. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen angewendet werden. Gemäss der ersten, in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist auf die Welle 4 ein hohles Gehäuse 6 aufgekeilt, das an seinem Umfang mit einem Kranz 7 versehen ist. Im Innern dieses Kranzes sind zwei Rinnen 8 vorgesehen, die im wesentlichen ringförmig sind und deren Schnitte in den durch die Achse der Welle 4 gehenden Ebenen Kreisbogen sind, während die Kontur dieser Rinnen in der Projektion auf eine senkrecht zur Wellenaehse stehende Ebene durch ein Vieleck dargestellt wird.
Im Innern des Gehäuses 6 sind bewegliche Massen J angeordnet, deren Querschnitt die Form eines abgestumpften Sektors hat, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die letztgenannten Massen sind aussen mit Rinnen 9 versehen, deren Querschnitt ähnlich dem der Rinnen 8 ist und die gegenüber den Rinnen 8 zu liegen kommen. Zwischen den Rinnen 8 und 9 sind Rollkörper, beispielsweise zylindrische Walzen 10 vom Radius 1'\ eingeschaltet. Wenn die Massen 5 bei der Drehung des Gehäuses 6 der Zentrifugalkraft ausgesetzt werden, führen die Walzen 10 die Massen in der Art bifilarer Pendel, deren Schwerpunkt immer in derselben radialen Ebene bleibt, die sieh mit der Welle 4 dreht.
Wenn die Rinnen 8 und 9 einen Radius 1. 2 haben, so bewegen sich die Massen 5 unter dem Einfluss der Vibrationen derart, dass alle ihre Punkte mit Bezug auf ein mit der Welle fest verbundenes Bezugssystem Kreisbögen beschreiben, deren Radius gleich 2 ist.
Gemäss der zweiten in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform sind rings um die Welle 4 radiale Platten 11 regelmässig verteilt, welche an zwei Stellen, die zweckmässigerweise den gleichen Abstand von der Drehachse der Welle haben, mit kreisförmigen Ausnehmungen 12 versehen sind. Die Massen 5 erhalten bei dieser Ausführungsform eine solche Gestalt, dass sie zu beiden Seiten jeder Platte 11 über diese mit Ohren hinweggreifen können, welche kreisförmige Ausnehmungen 13-aufweisen, die untereinander den gleichen Abstand haben, wie die obengenannten Ausnehmungen 12. In jeden Satz von Ausnehmungen 12, 13 wird eine Rolle oder Walze 14 eingeführt, deren Durchmesser kleiner ist
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Die beschriebenen Einrichtungen können zur Dämpfung von Schwingungen jeder Art benutzt werden. Wenn es sich z.
B. um die Dämpfung der in Querrichtung verlaufenden Vibrationen des
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Zylinderblocks eines Motors 15 mit in einer Reihe angeordneten Zylindern (s. Fig. 6) handelt, so wird das Gehäuse 1 des Schwingungsdämpfers seitlieh an dem Zylinderblock befestigt. Die Welle 4 wird durch irgendwelche geeignete Mittel, beispielsweise durch eine Zahnradübertragung, die an die Motorwelle selbst angeschlossen ist, in Drehung versetzt.
Wenn es sich darum handelt, die Vibrationen eines vibrierenden Körpers, beispielsweise eines Flugzeugtragflügels, zu dämpfen, wobei die Vibrationen des Flügels durch die Vibrationen des Motors oder durch aerodynamische Erscheinungen hervorgerufen werden können, so wird die Dämpfungsvorrichtung an irgendeinem geeigneten Platz angeordnet, beispielsweise an derjenigen Stelle, an der die Vibrationen die grösste Amplitude haben. In diesem Fall wird die Welle 4 beispielsweise durch einen unabhängigen Motor angetrieben. Ein solcher Motor kann ein elektrischer Motor sein (Fig. 1),
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung besteht die drehbare Welle 4 nicht aus der Welle einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich aber auch auf Einrichtungen zur Dämpfung gewisser Sonderschwingungen, denen manche Maschinenarten, insbesondere Brennkraftmaschinen oder einzelne Teile dieser Maschinen, ausgesetzt sind. Diese Sonderschwingungen kennzeichnen sich mindestens an bestimmten Punkten der Motorwelle durch Bahnen, die von den Kreisbahnen um die theoretische Drehachse der Welle abweichen. Um diese Schwingungen oder Vibrationen zu dämpfen, wird wenigstens ein Pendel an der Motorwelle an einer Stelle angelenkt, die einen gewissen Abstand von der Wellenachse hat, so dass das Pendel in der Längsrichtung der Welle schwingen kann. Dieses Pendel unterliegt während der Drehung der Welle der Zentrifugalkraft. Wenn die Bahn der Anlenkstelle des Pendels an der Welle einem Kreisbogen um die theoretische Drehachse der Welle entspricht, erleidet das Pendel keine Sehwingbewegung.
Wenn jedoch die Anlenkstelle eine Bewegung macht, die eine Komponente parallel zur Drehachse besitzt, tritt das Pendel in eine Schwingbewegung ein und übt einen Dämpfungseinfluss aus.
In der Praxis kann der vorstehend genannte Fall beispielsweise dann eintreten, wenn der Motor
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Lage nicht unveränderlich ist. Dies ist beispielsweise bei Sternmotoren von Luftfahrzeugen der Fall, welche Motoren im vorderen oder hinteren Teil eines Flugzeugrumpfes oder in einer stromlinienförmigen Motorgondel angeordnet sind. Ein anderer Fall ist der, dass die Kurbelwelle des Motors keine ausreichende Starrheit hat.
Wenn man den erstgenannten Fall näher untersucht, so stellt man fest, dass die Drehachse der Motorwelle eine Art Konus beschreibt, der im allgemeinen mehr oder weniger deformiert ist. Diese Erscheinung tritt vor allem dann auf, wenn zwischen dem Motor 6 und seinem Träger 17 elastische Befestigungsmittel eingeschaltet sind. In den genannten Fällen wird der ganze Motor in eine unregelmässige Bewegung in der Art der Bewegung eines tollen Kreisels versetzt. Dies tritt vor allem bei Sternmotoren mit in mehreren Reihen angeordneten Zylindern auf.
Um reiche Bewegungen zu verhindern, genügt es, an der Kurbelwelle 18 des Motors in der oben genannten Weise mindestens ein Pendel 19 anzulenken. Dieses Pendel mildert die unerwünschten Bewegungen in starkem Masse. Gemäss Fig. 7 ist das genannte Pendel in einem gewissen Abstand von der Drehachse an dem Flansch 20 angelenkt, der derjenige Flansch ist, der von der Befestigungsstelle des Motors an dem Träger 17 am weitesten entfernt ist. Das Pendel kann durch seine Msse mindestens teilweise das Ausgleichsgegengewicht ersetzen, das im allgemeinen an dieser Stelle angeordnet wird.
Das Pendel wirkt dann gleichzeitig als Gegengewicht und als Dämpfungsvorrichtung der Vibrationen.
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werden. Beide Pendel sind zu beiden Seiten der Drehachse an den Flansch 21 angelenkt, welcher die beiden Kurbelzapfen der Kurbelwelle miteinander vereinigt. Die Pendel können hiebei in der aus Fig. 9 ersichtlichen Weise ausgebildet werden, d. h. die Pendelmassen haben die Form eines C, das über eines der Enden des Flansches 21 hinweggreift. Jeder der Arme des C-förmigen Pendelkörpers ist durch in einer Linie liegende Achsen 22', 22", die zweckmässig mit Kugel-oder Rollenlagern ausgerüstet sind, an die genannte Kurbelwellenwange angeschlossen.
In allen Fällen wird der gewünschte Dämpfungseffekt erhalten, wenn die Pendel eine geeignete Masse und die gewünschte Schwingungsperiode haben, was in jedem Einzelfall durch den Versuch oder durch Berechnung ermittelt werden kann.
Wenn, was in der Praxis häufig vorkommt, die zu dämpfenden Vibrationen die Frequenz 1 haben, d. h. dass ihre Frequenz gleich der Zahl der Umdrehungen der Motorwelle je Sekunde ist, so müssen die verwendeten Pendel im allgemeinen monofilare Pendel sein. Auf jeden Fall müssen sie aber an Punkten angelenkt sein, die einen Abstand von der Drehachse der Welle haben. Die Anlenkpunkte können mit Bezug auf die Drehachse auf der gleichen Seite liegen, wie das Schwerpunktszentrum des Pendels (Fig. 7-10) oder auf der entgegengesetzten Seite (Fig. 11).
Wenn man den Fall der Dämpfung von Biegungsschwingungen der Kurbelwellen prüft, so stellt man fest, dass es im allgemeinen zweckmässig ist, hiebei bifilare Pendel anzuwenden, welche ebenfalls an den Wangen der Kurbelwelle angelenkt werden. Die bifilaren Pendel können beispielsweise in der an Hand der Fig. 4 und 5 erläuterten Art ausgebildet sein, und je eine Masse 23', 23" (Fig. 12) aufweisen, die mit Durchbrechungen versehen sind, durch welche Rollen 24', 24" mit Spiel hindurchgehen. Diese
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Rollen sind weiterhin ebenfalls mit Spiel durch andere Durchbrechungen hindurehgeführt, welche in mit der Kurbelwelle fest verbundenen Teilen 25', 25"angeordnet sind.
Gleichgültig, ob die verwendeten Pendel monofilar oder bifilar sind, kann es in manchen Fällen zweckmässig sein, Pendel vorzusehen, die in verschiedenen Radialebenen schwingen können. Diese
Radialebenen können beispielsweise gegeneinander um 900 versetzt sein.
In manchen Fällen empfiehlt es sich, auf der gleichen Wange einer Kurbelwelle zwei z. B. bifilare
Pendel 230, 2300 (Fig. 13) derart anzuordnen, dass diese Pendel in radialen Ebenen AO, AOO, die gegen- seitig um 900 versetzt sind, schwingen können. Hiebei ist das Schwerpunktszentrum G der aus den beiden Pendel bestehenden Gesamtheit an der Stelle angeordnet, an der sieh das Schwerpunktszentrum des zu dem betreffenden Kurbelzapfen gehörenden Gegengewichts befinden würde, wenn ein solches
Gegengewicht von der Kurbelwellenwange getragen wurde und die Pendel 23 , 2300 nicht vorhanden wären.
Bei einer andern Ausführungsform sind auf ein und derselben Platte 26, die mit der Welle 18 fest verbunden ist, vier beispielsweise monofilare Pendel angeordnet, die mit einem Abstand von 900 voneinander regelmässig um die Welle verteilt sind (Fig. 14).
Schliesslich kann man auch je nach der Natur der zu dämpfenden Vibrationen jede sonstige An- ordnung der gleichen Art anwenden.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtungen und ihre Vorteile dürften aus der vor- stehenden Beschreibung mit genügender Klarheit hervorgehen, so dass sich ein besonderes Eingehen hierauf erübrigt. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Anwendungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst zahlreiche Abänderungen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Dämpfung von wenigstens annähernd linearen Schwingungen oder deren
Komponenten, die insbesondere beim Betrieb einer Brennkraftmaschine auftreten, dadurch gekenn- zeichnet, dass mit einer umlaufenden Welle, die unter dem Einfluss der zu dämpfenden Schwingungen Sehwingbewegungen macht, die mindestens eine in Richtung der Wellenachse verlaufende Komponente haben, Pendelmassen, vorzugsweise mittels einer an sich bekannten bifilaren Aufhängung, frei beweglieh derart verbunden sind, dass sie in dem durch die Wellendrehung erzeugten Zentrifugalkraftfeld in Richtung der Wellenachse schwingbar sind.