DE19534818A1 - Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle, insbesondere der Kurbelwelle in einer Kolbenkraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Dämpfungseinrichtungen dienen dazu, speziell in Kol­ benkraftmaschinen unzulässig hohe Schwingungswinkelamplitu­ den zu verhindern. Die Primärmasse wird über eine Nabe fest an die Welle angeflanscht, deren Schwingbewegungen es zu dämpfen gilt. Hierbei sind unterschiedliche Konstruktionen bekannt, die sich durch die unterschiedlichen Gestaltungen der Feder- und Dämpfungselemente und hinsichtlich des Auf­ baus der Primär- und der Sekundärmassen voneinander unter­ scheiden.

So ist beispielsweise aus der DE-PS 3 07 086 eine Dämpfungseinrichtung in der Bauform eines sog. Visko­ dämpfers bekannt, bei dem in einem allseitig geschlossenen Gehäuse, das die Primärmasse bildet, ein drehbar gelagerter Schwungring auf genommen ist, der als Sekundärmasse fun­ giert. Das Gehäuse, d. h. der verbleibende Spalt zwischen Gehäuse und Schwungring ist teilweise mit Flüssigkeit hoher Viskosität, wie z. B. mit Silikonöl, gefüllt. Zwischen Vor­ sprüngen des die drehbare Masse aufnehmenden Gehäuses und Vorsprüngen der freidrehbaren Masse sind Schrauben- bzw. Druckfedern vorgesehen, die für die drehelastische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärmasse sorgen. Ferner sind Fluidleitungen vorgesehen, die die einzelnen Funktionskam­ mern zwischen den wechselweise einander nähernden Vorsprün­ gen der frei drehbaren Masse und des Gehäuses verbinden und in denen Drosselorgane liegen, mit denen die Verdrängungs­ strömung zur Dämpfung der Drehschwingungen einstellbar ist. Eine Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekundärmasse führt zu einer Volumenänderung der Funktionskammern und damit zu einer Strömung, d. h. zu einer Verdrängungsströ­ mung durch die Drosselorgane. Entlang der Drosselstrecken kommt es durch diese Strömung zu einem Druckabfall und da­ mit zur Dämpfung der Schwingbewegung durch Drosselung.

Bei einer anderen Bauart, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 12 33 215 oder aus der GB-PS 1,239,450 bekannt ist, erfolgt die drehelastische Ankopplung der Sekundärmasse durch speziell ausgebildete, speichenartige Federn. Im Spalt zwischen Gehäuse als Primärmasse und der Sekundär­ masse ist wiederum ein hochviskoses Dämpfungsmedium vorge­ sehen, das bei auftretenden Drehschwingungen der Primär­ masse Schwingungsenergie in Wärme umsetzt, indem es zwi­ schen den dicht benachbarten Wänden zwischen Primär- und Sekundärmasse einer wechselnden Scherbeanspruchung unter­ worfen wird. Im Falle der GB-PS 1,239,450 wird der Scher­ spalt zwischen Primär- und Sekundärmasse gemäß einer Aus­ führungsform dadurch vergrößert, daß in Axialrichtung ein labyrinthartiger Verlauf des Scherspalts bereitgestellt wird.

Bei jüngeren Konstruktionen solcher Dämpfungseinrichtungen hat man in erster Linie versucht, die Komponenten für die drehelastische Kopplung zu optimieren. So gelangen gemäß einer Ausgestaltung, wie sie in der DE-OS 28 18 296 anhand eines viskohydraulisch gedämpften Drehschwingungstilgers beschrieben ist, Biegefederpakete in Form von gekrümmten Blattfederelementen zur Anwendung, die aus Stahlblech her­ stellbar sind.

Aus der DE 42 28 022 A1, schließlich, ist eine Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, die nach wie vor solche Federelemente, d. h. Bogenfedern verwendet, wie sie in der DE-OS 28 18 296 vorgeschlagen werden. Bei dieser be­ kannten Drehschwingungs-Dämpfungseinrichtung ist zur Erzie­ lung einer baulich getrennten Ausgestaltung und einer hohen Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Dämpfung der federnden Ankopplung die Anordnung derart getroffen, daß eine bezüg­ lich der Primärmasse spiegelbildliche Ausgestaltung der Sekundärmasse möglich wird. Es ist eine besondere Ausbil­ dung der zur hydrodynamischen Dämpfung dienenden Dämpfungs­ kammern radial außerhalb der Bogenfedern vorgesehen, wo­ durch sich eine gute Wärmeabfuhr von der Außenoberfläche des hier von der Sekundärmasse gebildeten Gehäuses ergibt. Ferner sind Mittel zur Veränderung der hydrodynamischen Dämpfung als auch zur Veränderung der elastischen Kopplung vorgesehen.

Es ist zwischenzeitlich erkannt worden, daß die Leistungs­ fähigkeit solcher Einrichtungen zur Dämpfung von Dreh­ schwingungen einer Welle in hohem Maße von den am Einsatz­ ort zur Verfügung stehenden baulichen Gegebenheiten einer­ seits und den bei der Schwingung entstehenden und abführba­ ren Wärmemengen beeinflußt wird. Ferner ist für die Leistungssteigerung der Dämpfer die Ausgestaltung der federnden Ankopplung der Sekundärmasse an die Primärmasse von großer Bedeutung. Mit der bekannten, gattungsbildenden Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle ist es zwar möglich, die Dämpfungscharakteristik durch Ver­ änderung der Federsteifigkeit einerseits und der Drossel­ wirkung der Verdrängungsströmungen andererseits an das jeweils vorliegende Schwingungs-Dämpfungsproblem anzupas­ sen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannten Anpas­ sungsmöglichkeiten in manchen Fällen nicht mehr ausreichen, um die Schwingungstilgung wirtschaftlich, d. h. unter Berücksichtigung geringer Herstellungs- und Montagekosten in den Griff zu bekommen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ richtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiter­ zubilden, daß die Möglichkeiten zur exakten dynamischen Abstimmung der Dämpfungseinrichtung auf das betreffende Schwingungssystem weiter verbessert sind, wobei nach wie vor eine baulich getrennte Gestaltung der Dämpfungseinrich­ tung und eine fertigungs- und werkstoffoptimierte Konstruk­ tion bereitgestellt werden soll.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Dämpfungseinrichtung dort, wo es auf die Beeinflussung von Steifigkeit und Dämpfung in be­ sonderem Maße ankommt, so aufgebaut, daß durch einfache Variation der Zahl der axial geschichteten Körper eine Anpassung an das schwingende System ermöglicht wird. Es ist auf diese Weise möglich, unter Beibehaltung des Grundkon­ zepts des Dämpferaufbaus eine optimale Anpassung der Dämpfungseinrichtung beispielsweise an eine ganze Motoren­ baureihe vorzunehmen, indem lediglich die axiale Bautiefe der Dämpfungseinrichtung durch Variation der Zahl der axial geschichteten Körper verändert wird. Gleichzeitig läßt die­ ses erfindungsgemäße Konzept es in bislang nicht gekannter Weise zu, Einfluß auf die Wirkung der Dämpfungskammern einerseits und der Drosselung der Verdrängungsströmung zu nehmen, indem beispielsweise die benachbarten, axial geschichteten Körper der Primär- und/oder der Sekundärmasse unterschiedlich ausgebildet werden, wodurch bei vorgegebe­ ner Schwung- bzw. Dämpfungsmasse eine zusätzliche Varia­ tionsmöglichkeit bezüglich des Dämpfungsverhaltens bereit­ gestellt wird. Dabei gelten nach wie vor-alle Vorteile der Bauweise der Dämpfungseinrichtung bzw. des Schwingungs-Ver­ drängungstilgers gemäß DE 42 28 022 A1, insbesondere die Vorteile hinsichtlich einer baulich getrennten Ausgestal­ tung, hinsichtlich der Möglichkeit ausreichender Wärmeab­ fuhr und hinsichtlich getrennter Beeinflussung von Verdrän­ gungswirkung und elastischer Ankopplung. Erfindungsgemäß ergibt sich jedoch der zusätzliche Vorteil einer erhebli­ chen Vereinfachung der Fertigung, da unterschiedliche Bau­ reihen der Dämpfungseinrichtung unter Beibehaltung der kon­ struktiven Konzepts verwirklicht werden können, wobei le­ diglich eine andere Zusammenstellung ansonsten identisch gestalteter, axial geschichteter Körper erforderlich ist. Dies eröffnet die Möglichkeit, die axial geschichteten Kör­ per mit identischer Kontur und Formgebung in Großserien herzustellen, was der Wirtschaftlichkeit des Herstellungs­ verfahrens zugute kommt. Es gelingt mit den erfindungsge­ mäßen Maßnahmen schließlich leichter, eine optimale Anpas­ sung des Schwingungs-/Dämpfungsverhaltens an das zu dämpfende Schwingungssystem vorzunehmen, insbesondere die drehenden Massen optimal an die Dämpfungscharakteristik und die Federcharakteristik der Feder- und Dämpfungselemente anzupassen. Die eingangs geschilderten Probleme hinsicht­ lich einer ausreichenden Wärmeabfuhr können auf diese Weise und schneller gelöst werden, weil die Erfindung eine her­ stellungstechnisch positiv verwertbare weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Dämpferfunktion bereitstellt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 2 können die Kosten für die Herstellung der Primär- bzw. der Sekundärmasse wei­ ter gesenkt werden. Entsprechendes trifft für die Weiter­ bildung des Patentanspruchs 3 zu, gemäß dem es ermöglicht wird, zur Zusammenstellung von Dämpfungseinrichtungen un­ terschiedlichster Charakteristik mit ein und der selben Ausgestaltung der Primär- und Sekundärmassen-Komponenten zu arbeiten.

Eine besonders einfache Herstellbarkeit der axial geschich­ teten Körper ergibt sich durch die Herstellungsmethoden gemäß Patentanspruch 4.

Wenn die Dämpfungskammer gemäß Anspruch 5 einen Raum erfaßt, der zwischen zumindest einem radial nach außen vor­ springenden Verdrängerflügel der Primärmasse-Körper und einem zugehörigen, radial nach innen offenen Schlitz der komplementären Sekundärmasse-Körper gebildet ist, ergibt sich der Vorteil, daß fliehkraftbedingt im Bereich der Dämpfungskammern ein höherer Öldruck aufgebaut wird, wodurch Tavitationserscheinungen wirksam entgegengewirkt wird.

Alternativ hierzu bzw. zusätzlich zu dieser Weiterbildung gemäß Anspruch 5 ist es auch möglich, die Dämpfungskammer so anzuordnen, daß sie zwischen einem radial nach innen vorspringenden Verdrängerflügel der Primärmasse-Körper und einem komplementären, radial nach außen offenen Schlitz der Sekundärmasse-Körper gebildet ist. Auf diese Weise entste­ hen weitere Möglichkeiten der Variation des Dämpfungsvermö­ gens und der Dämpfungssteifigkeit der Dämpfungseinrichtung.

Vorzugsweise sind die in die Dämpfungskammern ragenden Ver­ drängerflügel entsprechend ihrer Belastung zum Einspan­ nungspunkt hin verstärkt ausgeführt, so daß ein Körper im wesentlicher gleichbleibender Randfaserspannung gebildet wird. Die Belastbarkeit der Verdrängerflügel läßt sich auf diese Weise mit geringem Raumbedarf auf einem hohen Niveau halten.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 führt zu einer leicht auswuchtbaren Anordnung der Elemente der Dämpfungseinrich­ tung mit einer Vielzahl von Möglichkeiten der Variation der Dämpfungscharakteristik.

Vorzugsweise sind die axial geschichteten Körper der Primär- und der Sekundärmasse jeweils miteinander fest ver­ schraubt und/oder verstiftet. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die zusammengestellten, geschichteten Körper mit­ einander zu verschweißen, insbesondere dann, wenn anhand eines Prototyps die optimale Zusammenstellung der Primär­ masse- und Sekundärmasse-Körper herausgefunden worden ist.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 9 hat den Vorteil, daß nach wie vor eine bezüglich der Primärmasse spiegel­ bildliche Ausgestaltung der Sekundärmasse in getrennter Bauweise möglich ist. Dabei kann auch das Stegblech ähnlich wie die Primärmasse- und Sekundärmasse-Körper aus axial geschichteten, vorzugsweise identisch geformten Stegblech­ teilen gestaltet sein, wodurch sich eine weitere Varia­ tionsmöglichkeit für die Gestaltung und die Auslegung der Primärmasse ergibt.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 10 führt zu einer leichten Abdichtbarkeit der mit hochviskosem Fluid gefüllten Arbeitskammern, wobei die Abdichtung durch die Weiterbil­ dungen gemäß den Patentansprüchen 11 und 12 zusätzlich ver­ bessert wird und eine hohe Standzeit erhält.

Der modulare Aufbau setzt sich vorzugsweise gemäß Anspruch 13 auch in den Bereich der Nabe fort, die vorteilhafterwei­ se aus mehreren Nabenkörpern zusammenstellbar ist, welche axial zusammengespannt werden. Diese Weiterbildung hat den besonderen Vorteil, daß über die Nabenteile eine optimale Anpassung an die übrigen Komponenten, wie z. B. an die Lagerung der scheibenförmigen Deckel der Sekundärmasse erfolgen kann. Mit diesem Aufbau wird die Wirtschaftlich­ keit des Herstellungsverfahrens weiter verbessert, da nun­ mehr erforderliche Feinbearbeitungen an Flächen der Nabe an speziellen Einzelkomponenten vorgenommen werden können, die separat zu diesem Zweck bearbeitet werden können.

Diese Weiterbildung hat insbesondere in Verbindung mit Patentanspruch 15 den weiteren Vorteil, daß zur Bereitstel­ lung eines radialen Kanals zur Versorgung der Dämpfungsein­ richtung mit Dämpfungsmedium einfache Bearbeitungsschritte, wie z. B. das Einfräsen einer Nut in eines der Nabenteile genügt.

Die Dämpfungscharakteristik wird vorzugsweise mit den Maß­ nahmen nach den Patentansprüchen 16 bis 21 vorgenommen. Eine besonders effektive Maßnahme besteht in der Weiterbil­ dung des Patentanspruchs 19.

Zusätzlich zu der im scheibenförmigen Deckel vorgesehenen Eindrehung oder alternativ hierzu können die Kanäle zur Ermöglichung der dämpfenden Verdrängungsströmung dadurch vorgesehen werden, daß Eindrehungen in den Stirnseiten der axial zusammengespannten Sekundärmasse-Körper ausgebildet werden. Auf diese Weise läßt sich auf die Dämpfungscharak­ teristik der Dämpfungseinrichtung weiter gezielt Einfluß nehmen.

Vorzugsweise ist die Doppelwirkung der Kanäle, über die die Verdrängungsströmung stattfindet, mittels Einstellschrauben veränderbar. Diese werden vorzugsweise in zumindest einen der Deckel eingeschraubt, so daß sie in Abhängigkeit von der Eindrehstrecke den Drosselquerschnitt des Strömungska­ nals bestimmen und variieren.

Zusätzlich kann gemäß Anspruch 22 die Gestaltung des schei­ benförmigen Deckels dazu herangezogen werden, die Dämpfungseinrichtung mit Kühlflüssigkeit zu spülen, ohne dadurch die Funktion der Dämpfungseinrichtung zu beein­ trächtigen.

Die drehelastische Ankopplung der Sekundärmasse an die Primärmasse erfolgt gemäß einer ersten Variante in vorteil­ hafter Weise mit der Weiterbildung des Anspruchs 23. Die Bogenfedern können bei dieser Ausgestaltung in Anlehnung an die Lehre gemäß DE-OS 28 18 296 so ausgebildet sein, daß bei Relativverdrehung zwischen Sekundär- und Primärmasse im Bereich der Einspannungsenden kein Einspannmoment auftritt.

Wenn die drehelastische Ankopplung der Sekundärmasse an die Primärmasse gemäß Anspruch 24 erfolgt, ist es von Vorteil, die Bogenfeder zu beiden Seiten des Stegblechs vorzusehen, um die mechanische Beanspruchung der Einzelkomponenten mög­ lichst gering zu halten.

Alternativ zu der Anordnung von Bogenfederpaketen zwischen Sekundär- und Primärmasse ist es auch möglich, gemäß An­ spruch 26 die drehelastische Kopplung durch ein Materialge­ lenk bereitzustellen, das dann in den einstückig zusammen­ hängenden Blechzuschnitten vorliegt. Die elastischen Fede­ rungselemente bilden dann mit den Verdrängerblechen und den Kammerblechen ein einziges Teil, so daß eine separate Ver­ schraubung zwischen Federelementen und der Sekundär- und der Primärmasse entfallen kann.

Die erfindungsgemäße Gestaltung der Dämpfungseinrichtung erlaubt es, einen Großteil der Einzelkomponenten durch einen einfachen Trennschnitt, wie z. B. einen Sägeschnitt herzustellen, so daß das dabei entstehende eine Teil einen Primärmasse-Körper und das komplementäre Teile einen Sekun­ därmasse-Körper bildet. Anstelle der Sägetechnik kann selbstverständlich jede andere Bearbeitungstechnik Anwen­ dung finden, wie z. B. ein Drahterudierverfahren oder eine Laser-Schneidtechnik.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 Halb-Ansichten der Dämpfungseinrichtung, wobei Fig. 1B die Ansicht mit aufgesetztem Deckel und die Fig. 1A die Ansicht mit abgenommenem Seiten­ deckel zeigt;

Fig. 2 in etwas vergrößertem Maßstab einen Halb-Schnitt der Dämpfungseinrichtung bei einer Schnittführung entlang der Linie II-II in Fig. 1, d. h. bei einem Schnitt durch die innere Federpaketver­ schraubung; und

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines Halb­ schnitts bei einer Schnittführung entlang der Linie III-III in Fig. 1, d. h. ein Schnitt durch die äußere Federpaketverschraubung.

In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 10 ein sog. Ver­ drängungstilger bezeichnet, d. h. eine Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle, wie z. B. der Kurbelwelle in einer Kolbenkraftmaschine. Der Verdrän­ gungstilger ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausge­ bildet, so daß es genügt, Halbansichten bzw. Halbschnitte gemäß den Fig. 1 bis 3 darzustellen. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Nabe, über die der Verdrängungstilger 10 an eine nicht näher dargestellte Welle mit der Achse 14 an­ geflanscht werden kann. Zu diesem Zweck sind in der Nabe 12 axiale Befestigungsbohrungen 16 vorgesehen.

Die Schwingungsdämpfung der Welle erfolgt dadurch, daß eine mit der Welle über die Nabe 12 verbundene Primärmasse drehelastisch an eine Sekundärmasse angeschlossen ist, wo­ bei zwischen Primär- und Sekundärmasse über den Umfang gleichmäßig verteilte Dämpfungskammern bzw. Dämpfungs- Arbeitskammern vorgesehen sind, die mit einem vorzugsweise hochviskosem Dämpfungsmedium gefüllt sind. Darüberhinaus sind Maßnahmen getroffen, die es dem Dämpfungsmedium bei einer Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekundärmasse erlauben, einer gedrosselten Strömung, d. h. einer Verdrän­ gungsströmung aus der durch die Relativverdrehung unter Druck gesetzten Arbeitskammer unterworfen zu werden. Da­ durch ergibt sich der Dämpfungseffekt.

Die Besonderheit des in den Figuren gezeigten Verdrän­ gungstilgers besteht darin, daß sowohl die Primärmasse als auch die Sekundärmasse zumindest im Bereich der Dämpfungs­ kammern axial geschichtet aufgebaut sind, d. h. aus einer veränderbaren Anzahl axial geschichteter Körper zusammenge­ stellt ist. Dies wird nachfolgend näher erläutert:

Die Primärmasse wird von einer veränderlichen Anzahl - hier zwei - Stegblechen 18, die axial im Bereich der Nabe 12 durch Nabenteile 12₁ und 12₂ unter Zuhilfenahme mehrerer, über den Umfang gleichmäßig verteilter Spannschrauben 20 zusammengespannt sind. An ihrem radialen äußeren Ende sind die Stegbleche 18 mit einer Vielzahl von in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander stehenden, radial vorstehenden Flügeln, sog. Verdrängerflügeln 22 ausgebildet, die wie in Fig. 1A gezeigt einstückig mit den Stegblechen 18 verbunden und so ausgebildet sind, daß sich im Bereich der Verdrän­ gerflügel eine im wesentliche gleichbleibende Randfaser­ spannung ergibt. Die Verdrängerflügel 22 entsprechen hin­ sichtlich ihrer Formgebung den Verdrängerflügeln entspre­ chend dem Verdrängungstilger, wie er in der DE 42 28 022 A1 beschrieben ist, auf die zur Offenbarung hier ausdrücklich verwiesen wird. Die Primärmasse wird ergänzt durch eine Anzahl von zu beiden Seiten an die Stegbleche 18 angespann­ ten Verdrängerblechen 24, die untereinander kongruent aus­ gebildet sind und einen ringförmigen Abschnitt mit davon vorstehenden radialen Verdrängerflügeln 26 haben. In Fig. 1A sind die Verdrängerflügel 26 der in den Schnittdarstel­ lungen gemäß Fig. 2 und 3 rechten äußeren Verdrängerbleche 24 sichtbar. Das Zusammenspannen der Verdrängerbleche 24 mit den Stegblechen 18 erfolgt durch eine Vielzahl von in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander stehenden Spann­ schrauben 28. Zusätzlich kann eine Verstiftung vorgesehen sein. Es ist jedoch gleichermaßen möglich, die Stegbleche mit den Verdrängerblechen 24 unlösbar miteinander zu ver­ binden, beispielsweise zu verschweißen.

Bei der gezeigten Ausführungsform sind die einzelnen Ver­ drängerbleche 24 mit gleicher axialer Stärke SA ausgebil­ det. Dies ist jedoch für die Verwirklichung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Entscheidend ist, daß durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Primärmasse durch geeig­ nete Zusammenstellung der einzelnen Komponenten, d. h. der Anzahl der Stegbleche 18 und der Anzahl der Verdrängerble­ che 24 Einfluß auf die Größe der Primärmasse und der dabei entstehenden Verdrängerflügel 22, 26 genommen werden kann.

Die Fig. 2 und 3 lassen ferner erkennen, daß die Primär­ masse bestehend aus den Stegblechen 18 und den Verdränger­ blechen 24 asymmetrisch gestaltet ist. Da das erfindungs­ gemäße Konzept jedoch eine beliebige axiale Zusammenstel­ lung der Verdrängerbleche erlaubt, ist es selbstverständ­ lich, daß die Erfindung nicht auf eine derartige asymmetri­ sche Gestaltung der Primärmasse beschränkt ist.

In ähnlicher Weise wie die Primärmasse ist auch die Sekun­ därmasse aus einer Vielzahl von axial zusammenspannbaren Sekundär-Massekörpern gebildet, die im Bereich der Verdrän­ gerflügel 22, 26 von sog. Kammerblechen 32 gebildet ist, von denen wiederum das äußerste der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 bzw. 3 in Fig. 1A sichtbar ist. Die Bezeich­ nung Kammerbleche ist deshalb gewählt, weil in diesen Ble­ chen radial fluchtend mit den Verdrängerflügeln 22, 26 radial nach innen offene Schlitze 30 ausgebildet sind, in denen die Verdrängerflügel 22, 26 - wie in Fig. 1A ersicht­ lich - mittig hineinragen, wobei am radial äußeren Ende ein geringer Spalt verbleibt. Die Kammerbleche 32 liegen somit den einzelnen Flügelabschnitten der Verdrängerbleche 24 exakt gegenüber. Die Gesamtbreite BG der Anzahl axial zusammengestellter Kammerbleche 32 entspricht der Gesamt­ breite der an die Stegbleche angekoppelten Verdrängerbleche 24.

Die Kammerbleche 32 sind miteinander durch eine Vielzahl von über den Umfang gleichmäßig verteilten und axial ver­ laufenden Spannschrauben 34 verbunden, die gleichzeitig dazu herangezogen werden, die von den Schlitzen 32 gebilde­ ten Dämpfungskammern seitlich abzuschließen. Zu diesem Zweck sind die Kammerbleche 32 zu beiden Seiten mit schei­ benförmigen Deckeln 36 und 38 verbunden, die sich bis in den Bereich von Lagerflächen 40 und 42 an den Nabenteilen 12₁ und 12₂ erstrecken und sich dort zentriert und abge­ dichtet abstützen. Zu diesem Zweck sind die Lagerflächen 40, 42 vorzugsweise feinbearbeitet und mit einem Lagerwerk­ stoff wie z. B. PTFE beschichtet. Die scheibenförmigen Deckel 36, 38 stützen sich darüberhinaus in axialer Rich­ tung an der Primärmasse, d. h. an den Verdrängerblechen 24 ab. Auch im Bereich dieser Abstützung sind vorteilhafter­ weise Lagerelemente vorgesehen, die in den betreffenden Deckel 36, 38 und/oder in die damit in axialer Anlage ste­ henden Verdrängerbleche und -flügel 24 bzw. 26 eingebracht sind. Durch die Gestaltung der Primär- und der Sekundärmas­ sen werden somit im Bereich der Schlitze 30 abgeschlossene Dämpfungskammern ausgebildet, die mit einem Dämpfungsme­ dium, vorzugsweise einem hochviskosem Dämpfungsmedium wie z. B. Silikonöl gefüllt sind. Die über den Umfang gleich­ mäßig verteilten Dämpfungskammern stehen über zumindest eine im scheibenförmigen Deckel 36 und/oder im scheibenför­ migen Deckel 38 ausgebildete Ringnut bzw. Eindrehung 44 miteinander in Verbindung. Bei der in den Figuren gezeigten Ausführungsform sind pro scheibenförmigem Deckel 36, 38 drei solcher Ringnuten vorgesehen. Die Ringnut bildet somit zwischen benachbarten Dämpfungskammern, die in Fig. 1A mit 46 bezeichnet sind, Strömungsmittelkanäle aus, durch die das in den Dämpfungskammern 46 aufgenommenen Dämpfungsmedi­ um bei einer Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekun­ därmasse strömen kann.

Die Primärmasse und die Sekundärmasse ist drehelastisch gekoppelt. Zu diesem Zweck sind zu beiden Seiten der Steg­ bleche 18 Bogenfederpakete, d. h. axial geschichtete, kon­ gruent ausgebildete Bogenfedern 48 angeordnet, die im wesentlichen die Formgebung einer gespiegelten "6" (vgl. Fig. 1A). Diese Art der Formgebung, die in Anlehnung an die Bogenfeder gemäß DE-OS 28. 18 296 gestaltet sein kann, hat den Vorteil, daß bei Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekundärmasse an den betreffenden Einspannstellen ein sehr geringes Einspannmoment auftritt. Durch Veränderung der Anzahl der Bogenfedern bzw. der Bogenfederschichten ist es möglich, die Hochkant-Biegebeanspruchung der einzelnen Bogenfedern pro Seite des Verdrängungstilgers, d. h. der Dämpfungseinrichtung zu verändern.

Ein Endbügel 54 ist mittels Befestigungsbolzen 56 an den Stegblechen 18 befestigt, während der andere Endbügel 50 mittels Befestigungsbolzen 52 - wie in Fig. 3 gezeigt - mit den scheibenförmigen Deckeln 36, 38 fest verbunden ist. Die Bolzen 52 erstrecken sich mit Passung durch entsprechende Bohrungen in den zu koppelnden Teilen. Mit dem Bezugszei­ chen 58 ist ein Distanzstück bezeichnet, das die Strecke zwischen den Bogenfedern zu beiden Seiten der Stegbleche 18 überbrückt.

Die Befestigungsbolzen 52 dienen gleichzeitig zur Lage­ fixierung zweier Zusatz-Masseplatten 60, mit denen der Raum radial innerhalb der Verdrängerbleche 24 und seitlich neben dem Bogenfederpaket 48 ausgefüllt wird.

Mit dem Bezugszeichen 62 ist eine Radialnut bezeichnet, die im Nabenteil 12₁ ausgebildet ist, und die nach dem Zusam­ menspannen der Nabenteile 12₁ und 12₂ unter Zwischenschal­ tung der Stegbleche 18 einen Radialkanal zur Versorgung des Inneren des Verdrängungstilgers mit Dämpfungsfluid bzw. Drucköl herangezogen wird.

Die Funktionsweise der Dämpfungseinrichtung ist folgende:
Wenn die die Nabe 12 tragende Welle eine Drehschwingung ausführt, führt die Trägheitskraft bedingt zu einer Relativ­ verdrehung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse. Diese Relativverdrehung wird durch die elastische Federkraft der Pakete der Bogenfedern 48 abgefedert. Gleichzeitig wird in den einzelnen Arbeitskammern 46 Dämpfungsfluid von der einen Seite der Kammer über die mit 64 bezeichneten Arbeitsspalte in den auf der anderen Seite des Verdränger­ flügels 26 liegenden Teil der Dämpfungskammer verdrängt. Es stellt sich eine hydrodynamische Dämpfung ein, aufgrund des bei dieser Strömung auftretenden Druckabfalls in der Dämpfungsfluidströmung. Die Dämpfungsenergie wird in Wärme umgewandelt, wobei der Druckverlust und der bei einer bestimmten Frequenz und Schwingwinkelamplitude auftretende Volumenstrom in den Arbeitsspalten einer vorbestimmten hydraulischen Verlustleistung entspricht, die an das Schwingungssystem angepaßt werden sollte.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Dämpfungseinrichtung läßt sich auf vielfache Weise Einfluß auf die Dämpfungs­ charakteristik und die Dämpfungskapazität nehmen, indem beispielsweise die Anzahl und die summarische Länge der einzelnen Funktionsspalte im Bereich der im Eingriff mit­ einander stehenden Primär- und Sekundärmasse-Körper vari­ iert wird. Gleichzeitig kann durch den flexiblen Aufbau der Dämpfungseinrichtung, d. h. durch geeignete Massezusammen­ stellung (symmetrisch oder asymmetrisch zum Stegblech) eine Anpassung an das zu dämpfende Schwingungssystem, d. h. an die Abtriebswelle der jeweils vorliegenden Motorenbaureihe vorgenommen werden.

Zur zusätzlichen Feinabstimmung des Dämpfungsverhaltens dienen die vorstehend bereits beschriebenen Koppelkanäle in Form der Ringnuten 44. Im Bereich dieser Ringnuten sind nämlich - in den Fig. 2 und 3 näher dargestellte - Ein­ stellschrauben vorgesehen, die mit ihren Schraubköpfen mehr oder weniger weit in die Ringnut 44 zwischen benachbarten Dämpfungskammern 46 eintauchen können und dadurch die Drosselwirkung des Kanals bestimmen. Entsprechende Gewinde­ bohrungen sind in Fig. 1B mit 66 bezeichnet. Im Bereich der weiteren Ringnuten 44₁ und 44₂ können entsprechende Drosselschrauben vorgesehen sein, die dann mit Gewindeboh­ rungen 68 in Eingriff stehen.

Die Ringnuten 44 bzw. 44₁ bzw. 44₂ können in vorteilhafter Weise auch in Verbindung mit einem nicht näher dargestell­ ten, lösbar verschließbaren Radialkanal in der Sekundär­ masse dazu herangezogen werden, die Dämpfungskammern mit Kühlflüssigkeit zu spülen, um übermäßige Erwärmungen der Dämpfungseinrichtung zu verhindern.

Schließlich sind in Fig. 1B noch Schlitze 70 erkennbar, die als Lüfterschlitze fungieren und zur Kühlung der Dämpfungs­ einrichtung herangezogen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ergibt sich somit eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Beeinflussung und Abstimmung des Dämpfungsverhaltens des Verdrängungstilgers auf das vorliegende zu dämpfende System. Der Aufbau erfolgt in allen Bereichen in axial geschichteter Form aus Blechzu­ schnitten, die vorzugsweise durch Feinstanzen oder durch ähnliche Trennverfahren hergestellt werden können. Dadurch ergibt sich nicht nur eine sehr getrennte Bauweise, sondern auch eine besondere Wirtschaftlichkeit des Herstellungsver­ fahrens.

Selbstverständlich sind Abweichungen von der zuvor beschriebenen Ausgestaltung möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. So ist es beispielsweise auch möglich, die drehelastische Kopplung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse durch ein Materialgelenk in den ein­ stückig zusammenhängenden Blechzuschnitten zu realisieren. In diesem Fall kann die Anzahl der Dämpferkomponenten erheblich reduziert werden. Gleichzeitig ergibt sich bei dieser Variante der besondere Vorteil, daß es mit einem einzigen Trennschnitt gelingt, den zur elastischen Kopplung und zur Bereitstellung der fluidischen Dämpfung erforderli­ chen Spalt zwischen Primär- und Sekundärmasse zu erzeugen. In diesem Fall ist es von Vorteil, das Materialgelenk von einem blattfederartig ausgeschnittenen Steg auszubilden, der die Zentrierung zwischen Primär- und Sekundärmasse übernimmt.

Es ist schließlich auch nicht erforderlich, daß die Ver­ drängerflügel 22, 26 radial nach außen von der Primärmasse vorstehen. Es ist gleichermaßen denkbar, diese Verdränger­ flügel ausschließlich oder zusätzlich radial nach innen vorstehen zu lassen.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion der Dämpfungseinrichtung ist grundsätzlich auch für eine Kupplung einsetzbar. Es sind dann geeignete Mittel zur drehmomenten Übertragung zwischen Primär- und Sekundärmasse vorzusehen. Dies kann beispielsweise durch Gewindebohrungen, Durchgangsbohrungen, Pressverbänder oder dergleichen realisiert sein.

In diesem Fall besitzt die Kupplung Mittel, welche bei einfacher Ausgestaltung zu einer Veränderung der hydraulischen Dämpfung und zur Veränderung der elastischen Kopplung beitragen. Durch die Veränderung der Anzahl der Bogenfedern in dem geschichteten Federpaket ist die Koppelsteifigkeit zwischen den zwei Schwungmassen einstellbar. Die Variaion der Dämpfung ist dann ebenso wie bei der vorstehend beschriebenen Dämpfungseinrichtung, durch die Beipass-Kanäle und -schrauben in den Drosselkanälen 44, 44₁, 44₂ möglich.

Schließlich ist es mit dem erfindungsgemäßen Aufbau der Dämpfungseinrichtung auch möglich, die Feinabstimmung der Dämpfungsleistung durch eine andere Führung und Ausbildung der die Dämpfungskammern verbindenden Kanäle 44 zu erzie­ len. So können beispielsweise in ausgewählten Stirnflächen der axial zusammengespannten Primärmasse- und/oder Sekun­ därmassekörper Einstiche oder Eindrehungen 44* vorgesehen sein, über die eine fluidische Kopplung benachbarter Dämp­ fungskammern 46 erfolgen kann. Die radiale Lage dieser Einstiche ebenso wie die Zahl und die Form kann variiert werden. Es ist dabei nach wie vor möglich, den Strömungs­ querschnitt dieser Kanäle 44* mittels Drosselschrauben zu verändern.

Die Erfindung schafft somit eine Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle, insbesondere der Kurbel­ welle in einer Kolbenkraftmaschine, mit einer mit der Welle über eine Nabe verbundenen Primärmasse und einer an diese drehelastisch angeschlossene Sekundärmasse, die mit der Primärmasse eine Vielzahl von über den Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten Dämpfungskammern ausbildet. In diesen Dämpfungskammern ist ein hochviskoses Dämpfungsmedi­ um aufgenommen, das bei Realtivverdrehung zwischen Primär- und Sekundärmasse einer dämpfenden Verdrängungsströmung in Funktionsspalten bzw. in Funktionskanälen unterworfen wird. Um die Dämpfungscharakteristik, d. h. das Dämpfungsvermögen und die Dämpfersteifigkeit optimal an das zu dämpfende Schwingungssystem anpassen zu können, ist sowohl die Primärmasse als auch die Sekundärmasse zumindest im Bereich der Dämpfungskammern aus einer veränderbaren Anzahl axial geschichteter Körper zusammengestellt. Hierdurch ergibt sich eine getrennte Beeinflussung von Verdrängerwirkung und elastischer Ankopplung, wodurch eine optimale Anpassung an verschiedene Motorenbaureihen unter Beibehaltung des Grund­ konzepts des konstruktiven Aufbaus ermöglicht wird. Die Beeinflussung der Steifigkeit und der Dämpfung ist durch die Anzahl der Brechschichten einerseits und zusätzlich durch Optimierung der Funktionsflächen zwischen den einzel­ nen, axial zusammengestellten Komponenten möglich.

Claims (29)

1. Einrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen einer Welle, insbesondere der Kurbelwelle in einer Kolbenkraftmaschine, mit einer mit der Welle über eine Nabe verbundenen Primärmasse und einer an diese drehelastisch, vorzugswei­ se begrenzt drehelastisch angeschlossene Sekundärmasse, die mit der Primärmasse zumin­ dest eine Dämpfungskammer ausbildet, in der ein vorzugsweise hochviskoses Dämpfungsmedium aufgenommen ist, das bei Relativverdrehung zwischen Primär- und Sekundärmasse einer dämpfenden Verdrängungsströmung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Primärmasse (18, 22, 24, 26) als auch die Sekundärmasse (32, 36, 38) zumindest im Bereich der Dämpfungskammer (46) aus einer veränderbaren Anzahl axial geschichteter Körper zusammengestellt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axial geschichteten Körper (24, 32) im Bereich der Dämpfungskammer (46) auf Seiten der Primärmasse und der Sekundär­ masse jeweils eine identische Kontur haben.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die axial geschichteten Körper (24, 32) der Primär- und der Sekundärmasse im Bereich der Dämpfungskammer jeweils gleiche axiale Stärke (SA) haben.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die axial geschichteten Körper (18, 24, 32) von Blech­ zuschnitten gebildet sind, die vorzugsweise durch Feinstanzen, durch Sägen oder im Drahterodierverfahren herstellbar sind.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Dämpfungskammer (46) einen Raum erfaßt, der zwischen zumindest einem radial nach außen vorspringenden Verdrängerflügel (26) der Primärmasse-Körper (18, 24) und einem zugehörigen, radial nach innen offenen Schlitz (30) der Sekundärmasse-Körper (32) gebildet ist, wobei vorzugsweise der Quer­ schnitt der Verdrängerflügel (26) und/oder der Übergang zwischen Verdrängerflügel und dem diese tragenden Ringkörper im Hinblick auf die Erzielung einer gleichbleibenden Randfaserspannung optimiert ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Dämpfungskammer (46) einen Raum erfaßt, der zwischen einem radial nach innen vor­ springenden Verdrängerflügel der Primärmasse- Körper und einem zugehörigen, radial nach außen offenen Schlitz der Sekundärmasse- Körper gebildet ist, wobei vorzugsweise der Querschnitt der Verdrängerflügel (26) und/oder der Übergang zwischen Verdrängerflü­ gel und dem diese tragenden Ringkörper im Hinblick auf die Erzielung einer gleichblei­ benden Randfaserspannung optimiert ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl über den Umfang gleichmäßig verteilter Dämpfungskammern (46) identischer Gestaltung vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axial geschichteten Körper (18, 24, 26 und 32, 36, 38) der Primär- und der Sekundärmasse jeweils miteinander fest verbunden, vorzugsweise ver­ schraubt und verstiftet sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axial geschichteten Körper (26) der Primärmasse mit zumindest einem mit einer Nabe (12, 12₁, 12₂) verbundenen Stegblech (18) verbunden sind, wobei vorzugsweise die geschichteten Körper (26) zu beiden Seiten des Stegblechs (18) angebracht sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axial geschichteten Körper der Sekundärmasse als ringförmig ausgebildete Kammerbleche (32) gestaltet sind, die axial zu beiden Seiten fest mit jeweils einem scheibenförmigen Deckel (36, 38) verbunden sind, der vorzugs­ weise abgedichtet auf der Nabe (12, 12₁, 12₂) zentriert und in axialer Richtung an der Primärmasse (22, 24, 26) abgestützt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Deckel (36, 38) zentrierenden Flächen (40, 42) auf Seiten der Nabe (12) feinbearbeitet und vorzugsweise mit einem Lagerwerkstoff, vorzugsweise mit PTFE, beschichtet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abstützung der Deckel (36, 38) unter Zwischenschaltung von Lagerelementen erfolgt, die in den Deckel (36, 38) und /oder in die damit in Anlage stehenden Teile (24, 26) der Primärmasse eingebracht sind.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (12) aus mehreren Nabenkörpern (12₁, 12₂) zusam­ menstellbar ist, die axial zusammengespannt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nabenkörper (12₁, 12₂) axial mit zumindest einem dazwischenliegenden Stegblech (18) zusammengespannt sind.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Na­ benteile (12₁) mit einer radialen Nut (62) zur Versorgung der Dämpfungseinrichtung mit Dämpfungsmedium ausgestattet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosse­ lung der Verdrängungsströmung des Dämpfungs­ mediums und damit der Dämpfungsgrad einstell­ bar ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drosselung über zumindest einen Kanal (44) einstellbar ist, in dem eine veränderliche Drosselstelle vorgesehen ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungskammern (46) über in Umfangsrichtung verlaufende Kanäle (44, 44₁, 44₂) miteinander in Fluidverbindung stehen.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kanäle von zumindest einer Eindrehung in einem scheibenförmigen Deckel (36, 38) gebildet sind, der die Dämpfungskam­ mern (46) beidseitig abschließt und Bestand­ teil der Sekundärmasse ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle von Eindrehun­ gen (44*) in den axial zusammengespannten Sekundärmasse-Körpern (32) und/oder den Primärmasse-Körpern (24, 26) gebildet sind.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselwirkung der Kanäle (44) mittels Einstellschrauben verän­ derbar ist, die in zumindest einen der Deckel (36, 38) eingeschraubt sind.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der scheibenförmigen Deckel (36, 38) zur Spülung der der Dämpfungseinrichtung mit Kühlflüssigkeit mit einem Einstich ausgebil­ det ist, mit dem die über den Umfang verteil­ ten Dämpfungskammern (46) verbunden sind, wobei der umlaufende Einstich mittels zumin­ dest einer nach außen offenen und verschließ­ baren Radialbohrung spülbar ist.

23. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die drehela­ stische Ankopplung der Sekundärmasse an die Primärmasse mittels einer über den Umfang gleichmäßig verteilten Anordnung von Bogenfe­ dern (48) erfolgt, deren einer Schenkel (54) an der Primärmasse und deren anderer Schenkel (50) an der Sekundärmasse (36, 38) befestigt ist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die dreh­ elastische Ankopplung der Sekundärmasse an die Primärmasse mittels einer über den Umfang gleichmäßig verteilten Anordnung von Bogenfe­ dern (48) erfolgt, deren einer Schenkel (54) mit dem zumindest einen Stegblech (18) und deren anderer Schenkel (50) mit den scheiben­ förmigen Deckeln (36, 38) fest verbunden ist, wobei vorzugsweise die Bogenfedern (48) zu beiden Seiten des Stegblechs (18) vorgesehen sind.

25. Einrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenfedern radial gleichmäßig am Umfang verteilt und in geschichteter Bauweise ausgeführt sind.

26. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die dreh­ elastische Kopplung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse durch ein Materialgelenk in den einstückig zusammenhängenden Blechzuschnitten gebildet ist.

27. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Materialgelenk von einem blattfederartig ausschnittenen Steg gebildet ist, der die Zentrierung zwischen Primär- und Sekundärmasse übernimmt.

28. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die axial ge­ schichteten Körper durch einen einzigen Schnitt aus Blechen hergestellt sind, wobei über die Breite des Trennschnitts Einfluß auf die Drosselwirkung der Verdrängungsströmung genommen wird.

29. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch die Verwendung als Kupplung, wobei das Drehmoment über die Primärmasse eingeleitet und über die Sekun­ därmasse abgegeben wird.