AT401965B

AT401965B - Torsionsschwingungsisolator

Info

Publication number: AT401965B
Application number: AT200894A
Authority: AT
Original assignee: Pfeffer Peter Ernst
Priority date: 1994-10-27
Filing date: 1994-10-27
Publication date: 1997-01-27
Also published as: ATA200894A; DE19540157A1

Description

AT 401 965 B

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsisolator zur Verminderung von Drehschwingungen zwischen zwei elastisch miteinander verbundenen Abschnitten eines drehschwingungsfähigen Systems, umfassend ein Verbindungselement mit Langenausgleich, welches zwischen zwei nicht-identischen Anlenkpunkten der beiden Abschnitte allenfalls beweglich an diesen Punkten ansetzt.

Im Maschinenbau tritt sehr häufig das Problem auf, daß in einem drehschwingungsfähigen System (Antriebsstrang, ...) mit mehreren Komponenten die Drehungleichförmigkeiten bei bestimmten Frequenzen unzulässig hoch sind. Dabei treten durch Massenkräfte (Kurbeltrieb, ...), Gaskräfte, die Antriebs- und/oder Abtriebsmomente Schwankungen der Winkelgeschwindigkeiten auf, was auch zu dynamischen Belastungen und Geräuschemissionen fuhrt. Durch den Einbau von Torsionsschwingungsisolatoren können diese Drehungleichförmigkeiten bei bestimmten Frequenzen stark reduziert und die Resonanzen entschärft werden.

Die WO 88/02076, die GB-PS 2 231 123 und die FR-PS 999 128 zeigen lediglich Schwingungstilger für Drehschwingungen eines einzelnen Bauteiles, d. h. an lediglich diesem einzelnen Bauteil befestigte Zusatzmassen, und keine Torsionsschwingungsisolator zwischen zwei miteinander drehelastisch verbundenen Abschnitten eines Systems.

Aus anderen Veröffentlichungen sind Torsionsschwingungsdämpfer für zwei voneinander verschiedene, aber miteinander verbundene Systemabschnitte eines zu Torsionsschwingungen fähigen Systems zum Gegenstand. So beruht beispielsweise die DE-OS 36 18 471 auf einer Veränderung des Reibmomentes bei gegenseitiger relativer Verdrehung der beiden verbundenen Bauteile oder die DE-OS 34 42 738 auf einer Verdrehdämpfung durch von der relativen Verdrehung der Bauteile gegeneinander bewirkten Flüssigkeitsverdrängung über eine Drosselstelle. Diese Anordnungen sind aber baulich sehr aufwendig und durch die Abnutzung beispielsweise der reibenden Teile wartungsintensiv.

Besonders aufwendig sowohl im Aufbau als auch in der Steuerung ist die Vorrichtung der GB-PS 2 229 789, die steuerbare, langenveränderliche Aktuatoren zwischen zwei Flanschen an verschiedenen Abschnitten des Systems zeigt. Auch hier wird zur Dämpfung der Drehschwingungen unter erheblichem Steue-rungs- und auch apparativem Aufwand eine der Verdrehung entgegenwirkende Kraft über die genannten Aktuatoren erzeugt. Aufgrund der komplizierten Meß- und Steueranordnungen ist dieses System auch besonders störungsanfällig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher ein Torsionsschwingungsisolator, der baulich einfach unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Anordnungen eine störungsunanfällige Dämpfung von Drehschwingungen in torsionsschwingungsfähigen Systemen dämpfen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß das Verbindungselement mit zumindest einer Zusatzmasse versehen ist, sodaß diese oder jede Zusatzmasse bei Verdrehung zwischen den beiden Abschnitten beschleunigt oder drehbeschleunigt wird und durch ihre Trägheit ein der Verdrehung entgegen wirkendes Moment hervorruft.. Damit ist eine mechanisch sehr stabil und einfach ausführbare Anordnung gegeben, die nahezu störungsunanfällig durch ihre Trägheitskräfte die gewünschte Torsionsschwingungsdämpfung bewirkt.

Vorteilhafterweise ragt das Verbindungselement über seine Anlenkpunkte an den Abschnitten hinaus und ist zumindest eine Zusatzmasse außerhalb dieser Punkte angeordnet. Durch die Zusatzmasse wird die die Drehschwingungen vermindernde Massenträgheit noch vergrößert und damit die Wirkung der Konstruktion verbessert.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal ist am Verbindungselement zumindest ein unter einem Winkel abzweigender Hebelarm vorgesehen und zumindest eine Zusatzmasse auf diesem Hebelarm angeordnet ist. Auch damit wird die auf das drehschwingungsfähige System dämpfend zurückwirkende Trägheitsmoment vergrößert.

Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konstruktion sieht vor, daß zumindest einer der Anlenkpunkte über einen vorzugsweise starr am Verbindungselement ansetzenden Verbindungshebelarm mit diesem Verbindungselement verbunden ist, wodurch die Konstruktion besser an unterschiedliche bauliche Gegebenheiten anpaßbar ist.

Geringeren Platzbedarf weist eine Ausführungsvariante auf, bei der die Zusatzmasse um eine durch sie hindurchgehende Achse drehbar gelagert ist, vorzugsweise mittels eines Lagers auf der die beiden Abschnitte verbindenden Welle. Diese Variante ist speziell für in Rotation befindliche Systeme geeignet.

Um die Trägheitsmomente zur Schwingungsdämpfung ungehindert zur Geltung zu bringen, ist vorteilharterweise vorgesehen, daß der Langenausgleich bei der Verbindung des Verbindungselementes mit der Zusatzmasse vorgesehen ist.

Mit dem gleichen Effekt wie oben erwähnt ist das weitere Erfindungsmerkmal verbunden, daß als Längenausgleich zumindest ein Befestigungsbolzen des Verbindungselementes an einem Abschnitt in einer Führung des Verbindungselementes aufgenommen ist. 2

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Eine andere Ausführungsform sieht zur Erzielung des selben Effektes vor, daß als Längenausgleich zumindest ein Befestigungsbolzen des Verbindungselementes an einem Abschnitt mit einer Führung für das Verbindungselement versehen ist.

Vorteilhafterweise ist an den Anlenkpunkten bzw. innerhalb der oder jeder Führung zumindest ein 5 elastisches und/oder dämpfendes Element, beispielsweise ein Elastomer-Lager, eingesetzt, wodurch eine gewisse Dämpfung der Relativbeweglichkeit und ein weicherer Endanschlag gegeben sind. Auch können dadurch in unterschiedlcihen Richtungen unterschiedliche Steifigkeiten erzielt werden.

Eine Ausführungsform auf hydraulischer Basis ohne relativ viel Platz beanspruchende Hebelmechanismen ist gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement 70 durch eine längenveränderliche äußere Membran zwischen den Anlenkpunkten und eine nur mit einem der Anlenkpunkte verbundene längenveränderliche innere Membran gebildet ist, zwischen welchen Membranen ein Fluid eingeschlossen ist und wobei am dem Anlenkpunkt gegenüberliegenden Ende der inneren Membran die Zusatzmasse angebracht ist.

Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist eine Kupplung mit einer Kupplungsscheibe, deren innerer Teil 75 mit der Abtriebswelle verbunden ist und deren äußerer Teil über Reibbeläge durch die Anpreßkraft einer Feder mit der Schwungscheibe verbunden werden kann, wobei zwischen dem äußeren Teil und der Kupplungsscheibennabe eine Anordnung mit zumindest einer Feder oder zumindest einer Feder mit Dämpfer eingesetzt sein kann, welche Kupplung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen äußerem Teil und der Kupplungsscheibennabe zumindest ein Torsionsschwingungdämpfer gemäß 20 einem der vorhergehenden Absätze eingesetzt und dazu zumindest ein Verbindungselement mit zumindest einer Zusatzmasse zwischen einem Anlenkpunkt am äußeren Teil und einem Anlenkpunkt an der Kupplungsscheibennabe vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrere bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. 25 Fig, 1 ist eine schematische Darstellung eines aus mehreren Komponenten bestehenden, drehschwingungsfähigen Systems, Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsisolators in einer ersten Ausführungsform, Fig. 3a bis 3d zeigen verschiedene Varianten zur Erzielung eines Längenausgleiches bei der Anbringung des Torsionsschwingungsisolators, Fig. 4 ist eine schematische Seitenansicht der Anordnung von Fig. 2, Fig. 5 zeigt schematische Seitenansichten weiterer Ausfüh-30 rungsformen des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsisolators, Fig. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des Torsionsschwingungsisolators in Zweihebelausführung, Fig. 7 ist eine Ausführungsform mit rotationssymmetrischer Trägheitsmasse, Fig. 8 zeigt eine hydraulische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsisolators, Fig. 9 zeigt schematisch die Anwendung des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsisolators in einer Kupplung, und Fig. 10 ist ein Schnitt durch eine spezielle 35 konstruktive Ausführungsform einer Kupplung mit Torsionsschwingungsisolator.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Modell eines Torsionsschwingungssystem mit n Elementen, welche durch Drehfedern und Dämpfer verbunden sind. Die Massenträgheitsmomente I, die Drehfederkonstanten k und die Dämpfungskonstanten c müssen auch die entsprechenden Übersetzungen durch Zahnräder, Riementriebe od. dgl. und die Eigenschaften der Verbindungselemente, in aller Regel Wellenstücke, 40 berücksichtigen. Zwischen zwei beliebigen Elementen i, j kann ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsisolator eingebaut werden. Die Elemente i, j mit den Massenträgheitsmomenten lj und lj sind durch das Verbindungselement G verbunden, welches die Steifigkeit kjj und die Dämpfung Cij besitzt. Wenn die Elemente i,j nicht starr verbunden sind, kommt es beispielsweise durch ein Moment M, zu einer Ungleichförmigkeit der Winkelgeschwindigkeit ωι, damit zu einer Winkelgeschwindigkeit oj ungleich ω, und weiter zu 45 einer Verdrehung zwischen diesen beiden Teilen. ln Fig. 2 ist schematisch ein geeigneter Mechanismus zur Dämpfung dieser Verdrehung dargestellt. Bei Verdrehung wird über den Hebelarm C eine Masse D beschleunigt und/oder ein Teil - hier der Hebelarm C - drehbeschleunigt. Die Trägheitskräfte, welche vom Hebelarm C und/oder der Masse D auf die Elemente i,j zurückwirken, minimieren die Winkelgeschwindigkeitsänderungen von uj und/oder <jj und vermindern bzw. 50 verhindern somit eine Drehschwingung zwischen diesen Elementen.

Der Mechanismus kann mechanisch oder - wie später in Verbindung mit Fig. 8 erläutert wird -hydraulisch ausgeführt sein. Die Anlenkung in den Punkten A und B kann starr oder elastisch ausgeführt sein.

Durch die Relativbewegung der Punkte A und B auf den Elementen i, j zueinander ändert sich auch die 55 Länge der Strecke AB. Der erfindungsgemäße Mechanismus muß daher auf diese Längenänderung abgestimmt sein. Dies kann durch Verschiebestücke (Fig. 3a bis 3c), elastische Anlenkung (Fig. 3d) oder andere geeignete Konstruktionsweisen des Mechanismus (z.B. den Zweihebelmechanismus in Fig. 6) entweder in Punkt A, Punkt B oder beiden Punkten erfolgen. 3

Claims

AT 401 965 B Fig. 3a zeigt einen Längenausgleich, bei welchem ein Bolzen X fest mit einem der Elemente verbunden ist. Im Hebel C befindet sich ein Langloch, in dem der Bolzen X bei Relativbewegung der Elemente i, j zueinander und Längenänderung zwischen A und B gleiten kann. In den Ausführungsformen der Fig. 3b und 3c ist der Bolzen X drehbar gelagert. Der Längenausgleich erfolgt wiederum durch ein Gleiten des Hebels, der Bolzen X kann in einem Lager Y gelagert werden. Die Relativbewegung kann auch durch ein Elastomerlager Z, wie in Fig. 3d dargestellt, ermöglicht werden. Durch eine entsprechende Formgebung des Lagers wird erreicht, daß die Steifigkeit in x-Richtung (Hebellangsrichtung) klein ist und in y-Richtung, in welcher die Massenträgheitskräfte übertragen werden müssen, eine höhere Steifigkeit vorliegt. Aufgabe des erfindungsgemäßen Mechanismus ist es, die Relativdrehbewegung der Elemente i, j in eine (Dreh-)Beschleunigung umzuwandeln und somit eine Trägheitskraft bzw. ein Moment zu Erzeugen, welche dieser Relativbewegung entgegen wirkt. Die Fig. 2 und 4 zeigen Ausführungsformen, die einen Hebel verwenden. Der Hebel ist mit dem Element i im Punkt A und mit dem Element j im Punkt B verbunden. Durch eine Verdrehung zwischen diesen beiden Elementen verändern diese beiden Punkte die Lage zueinander. Die Beschleunigung der Masse D und somit die resultierenden Trägheitskräfte auf das System werden durch die Lage der Punkte A, B, der Längen a und I und der Größe der Masse D bestimmt. Wie durch die Ausführungsform der Fig. 5 exemplifiziert wird, muß die Masse D nicht in direkter Verlängerung auf einer Geraden durch die Punkte A und B liegen, sondern kann über einen unter einem bestimmten Winkel a angelenkten Seitenhebel verbunden sein. Allenfalls kann auch noch über zumindest einen zweiten Hebel unter einem Winkel ß zumindest eine zweite Trägheitsmasse vorgesehen sein. Beim Zweihebelmechanismus der Fig. 6 wird zusätzlich zum Haupthebel ein Ausgleichshebel verwendet, der die Streckenänderung zwischen den Punkten A und B bei Relativbewegung der Elemente i, j ermöglicht. Bei der Ausführungsform der Fig. 7 wird die schwingungsisolierende Wirkung im wesentlichen durch die Verdrehbeschleunigung des um die die Teile E und F verbindende Welle rotationssymmetrischen Teils M erzielt, welche durch die Verdrehung der beiden Teile E und F zueinander erzwungen wird. Ein Längenausgleich kann in zwei Punkten A, B oder H vorgesehen sein. Zur Führung des Teils M kann ein Lager L verwendet werden. Eine hydraulische Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsisolators ist in Fig. 8 dargestellt. Durch eine Verdrehung der Teile i, j gegeneinander ändert sich der Abstand der Punkte A und B. Durch den Teil 0 wird mit Hilfe einer Flüssigkeit F, welche von der Membran N eingeschlossen ist, die Masse m-rvi beschleunigt. Fig. 9 (schematisch) und 10 (im Schnitt) zeigen eine Kupplung mit integriertem Schwingungsdämpfer, an welcher ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsisolator appliziert ist. Einer der Anlenkpunkte A des Mechanismus liegt auf dem äußeren Teil i mit dem Reibbelag Q, welcher kraftschlüssig durch die Anpreßkraft der Membranfeder T mit dem Schwungrad S verbunden ist. Der zweite Anlenkpunkt B sitzt auf der Kupplungsscheibennabe j, welche mit der Abtriebswelle U verbunden ist. Zusätzlich können diese beiden Teile mit Federn G oder mit Federn und Dämpfer P elastisch verbunden sein. Patentansprüche 1. Torsionsschwingungsisolator zur Verminderung von Drehschwingungen zwischen zwei elastisch miteinander verbundenen Abschnitten eines drehschwingungsfähigen Systems, umfassend ein Verbindungselement (C; N, F) mit Längenausgleich, welches zwischen zwei nicht-identischen Anlenkpunkten (A, B) der beiden Abschnitte (i, j) allenfalls beweglich an diesen Punkten (A, B) ansetzt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (C; N, F) mit zumindest einer Zusatzmasse (D; M; m-rvi) versehen ist, sodaß diese oder jede Zusatzmasse (D; M; m-rvi) bei Verdrehung zwischen den beiden Abschnitten (i, j) beschleunigt oder drehbeschleunigt wird und durch ihre Trägheit ein der Verdrehung entgegenwirkendes Moment hervorruft.
2. Torsionsschwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (C) über seine Anlenkpunkte (A, B) an den Abschnitten (i, j) hinausragt und zumindest eine Zusatzmasse (D) außerhalb dieser Punkte (A, B) angeordnet ist.
3. Torsionsschwingungsisolator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Verbindungselement (C) zumindest ein unter einem Winkel (a, ß) abzweigender Hebelarm vorgesehen und zumindest eine Zusatzmasse auf diesem Hebelarm angeordnet ist. 4 AT 401 965 B
4. Torsionsschwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Anlenkpunkte (A, B) über einen vorzugsweise starr am Verbindungselement (C) ansetzenden Verbindungshebelarm (E) mit diesem Verbindungselement (C) verbunden ist.
5. Torsionsschwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzmasse (M) um eine durch sie hindurchgehende Achse drehbar gelagert ist, vorzugsweise mittels eines Lagers (L) auf der die beiden Abschnitte (i, j) verbindenden Welle.
6. Torsionsschwingungsisolator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Langenausgleich bei der Verbindung (H) des Verbindungselementes (C) mit der Zusatzmasse (M) vorgesehen ist.
7. Torsionsschwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Langenausgleich zumindest ein Befestigungsbolzen (X) des Verbindungselementes (C) an einem Abschnitt (i, j) in einer Führung des Verbindungselement (C) aufgenommen ist.
8. Torsionsschwingungsisolator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Längenausgleich zumindest ein Befestigungsbolzen (X) des Verbindungselementes (C) an einem Abschnitt (i, j) mit einer Führung für das Verbindungselementes (C) versehen ist.
9. Torsionsschwingungsisolator nach Anspruch 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Anlenkpunkten (A, B) bzw. innerhalb der oder jeder Führung zumindest ein elastisches und/oder dämpfendes Element, beispielsweise ein Elastomer-Lager, eingesetzt ist.
10. Torsionsschwingungsisolator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement durch eine längen veränderliche äußere Membran (N) zwischen den Anlenkpunkten (A, B) und eine nur mit einem der Anlenkpunkte (A) verbundene längenveränderliche innere Membran (N) gebildet ist, zwischen welchen Membranen (N) ein Fluid (F) eingeschlossen ist und wobei am dem Anlenkpunkt (A) gegenüberliegenden Ende der inneren Membran (N) die Zusatzmasse (m™) angebracht ist.
11. Kupplung mit einer Kupplungsscheibe, deren innerer Teil (j) mit der Abtriebswelle verbunden ist und deren äußerer Teil über Reibbeläge (Q) durch die Anpreßkraft einer Feder (T) mit der Schwungscheibe (S) verbunden werden kann, wobei zwischen dem äußeren Teil und der Kupplungsscheibennabe (j) eine Anordnung mit zumindest einer Feder (G) oder zumindest einer Feder mit Dämpfer (P) eingesetzt sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen äußerem Teil und der Kupplungsscheibennabe 0) zumindest ein Torsionsschwingungisolator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 eingesetzt und dazu zumindest ein Verbindungselement (C; N; F) mit zumindest einer Zusatzmasse (D; M; m™) zwischen einem Anlenkpunkt (B) am äußeren Teil (R) und einem Anlenkpunkt (A) an der Kupplungsscheibennabe (j) vorgesehen ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 5