DE202020103356U1 - Viscosity torsional vibration damper - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/167—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring
    • F16F15/173—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring provided within a closed housing

Abstract

Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer (1) umfassendein Dämpfergehäuse (2) mit einer Rotationsachse (100), einer ringförmigen mit einem Dämpfungsmedium befüllten Arbeitskammer (4); und einen innerhalb der Arbeitskammer (4) angeordneten Schwungring (3),dadurch gekennzeichnet, dassdas Dämpfungsmedium als Hauptkomponente ein Silikonöl (8) umfasst und dass das Dämpfungsmedium zudem ein Additiv umfasst, welche die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls (8) zumindest um 50% erhöht wobei das Additiv partikuläres Aluminiumoxid ist.Viscosity torsional vibration damper (1) comprisinga damper housing (2) with a rotation axis (100), an annular working chamber (4) filled with a damping medium; and a flywheel (3) arranged within the working chamber (4), characterized in that the damping medium comprises a silicone oil (8) as the main component and that the damping medium also comprises an additive which at least increases the thermal conductivity of the damping medium compared to the thermal conductivity of the silicone oil (8) increased by 50% with the additive being particulate aluminum oxide.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a viscosity torsional vibration damper according to the preamble of claim 1.

Drehschwingungsdämpfer der gattungsgemäßen Art dienen an einer Maschinenwelle - häufig einer Motorkurbelwelle - zur Dämpfung von Drehschwingungen. An der Maschinenwelle wird das Dämpfergehäuse des Drehschwingungsdämpfers drehsteif verbunden. Das Dämpfergehäuse und der Schwungring folgen der mittleren Drehgeschwindigkeit der Maschinenwelle ohne Schlupf. Ihre Drehschwingungen hingegen, die sich mit der gleichmäßigen Drehung überlagern, übertragen sich zunächst nur auf das Dämpfergehäuse. Der Schwungring würde gleichförmig rotieren, wenn ihn nicht ein viskoses Dämpfungsmedium - beispielsweise ein Silikonöl - das den engen Spalt ausfüllt, an das Dämpfergehäuse ankoppeln würde.Torsional vibration dampers of the generic type are used on a machine shaft - often an engine crankshaft - to dampen torsional vibrations. The damper housing of the torsional vibration damper is connected to the machine shaft in a torsionally rigid manner. The damper housing and the flywheel follow the mean rotational speed of the machine shaft without slippage. Their torsional vibrations, on the other hand, which are superimposed with the uniform rotation, are initially only transferred to the damper housing. The flywheel would rotate uniformly if it were not coupled to the damper housing by a viscous damping medium - for example a silicone oil - which fills the narrow gap.

Typischerweise ist der vorgenannte Schwungring in einer mit dem Dämpfungsmedium befüllten Arbeitskammer des Dämpfergehäuses gelagert, welcher mit einem Deckel verschlossen sein kann. Der Deckel ist typischerweise mediumsdicht verschweißt so dass das Dämpfungsmedium nicht austreten kann.Typically, the aforementioned flywheel is mounted in a working chamber of the damper housing which is filled with the damping medium and which can be closed with a cover. The cover is typically welded in a medium-tight manner so that the damping medium cannot escape.

Die Qualität der Dämpfung wird u.a. durch die Zusammensetzung des Dämpfungsmediums bestimmt. Diese Zusammensetzung ändert sich in Folge eines Abbaus des Dämpfungsmediums über die Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers. Bislang wurde größtenteils angenommen, dass Scherkräfte für diesen Abbau verantwortlich sind.The quality of the damping is determined, among other things, by the composition of the damping medium. This composition changes as a result of degradation of the damping medium over the life of the torsional vibration damper. Until now, it has largely been assumed that shear forces are responsible for this degradation.

Die DE 2 038 280 A1 offenbart eine in einem Drehschwingungsdämpfer eingesetzte Mischung aus Silikonöl und einem verstärkten viskoelastischen Material mit langgestreckten submikroskopischen Teilchen. Dabei wird u.a. Kohlenstoff als Teilchenart genannt und insbesondere als keramisches Material beta Siliziumcarbid-Fasern. Die Verstärkung in diesem Stand der Technik tendiert somit zu keramischen Fasern oder zumindest zu langestreckten Teilchen. Die Form ist dabei zur Abstimmung der Schwingungsdämpfung entscheidend, da die Flächen der Fasern oder langgestreckten Teilchen Scherkräften einen Widerstand entgegensetzen.the DE 2 038 280 A1 discloses a mixture of silicone oil and a reinforced viscoelastic material with elongated submicroscopic particles used in a torsional vibration damper. Among other things, carbon is mentioned as a type of particle and, in particular, beta silicon carbide fibers as a ceramic material. The reinforcement in this prior art thus tends to be ceramic fibers, or at least elongated particles. The shape is decisive for tuning the vibration damping, since the surfaces of the fibers or elongated particles offer resistance to shear forces.

Im Fall von Kohlenstoff, welcher ebenfalls gemäß der DE 2 038 280 A1 verwendet wird, kann entweder von Graphitstruktur ausgegangen werden. Die Verwendung von Diamant oder C-Nanotubes als Alternativen wäre unrealistisch, da dies zu abrasiv wäre oder aufgrund der hohen Beschaffungskosten für Spezialanwendungen vorgehalten wird. Graphit besteht aus sp2 hybridisierten kovalent zu sogenannten Basalschichten verknüpften Sechseckanordnungen aus C-Atomen besteht. Daher weist Graphit nur geringe Festigkeit senkrecht zur Stapelrichtung der Schichten auf. Daher wird sich die Verteilung von Graphit beim Betrieb des Drehschwingungsdämpfers aufgrund der auftretenden Scherkräfte verändern, so dass sich die Materialeigenschaften der Silikonöl-Mischung sich während der Benutzung nach und nach aufgrund der allmählichen Verteilung des Graphits verändern.In the case of carbon, which also according to the DE 2 038 280 A1 is used, either a graphite structure can be assumed. The use of diamond or carbon nanotubes as alternatives would be unrealistic, as this would be too abrasive or, due to the high procurement costs, would be reserved for special applications. Graphite consists of sp 2 hybridized hexagonal arrangements of carbon atoms that are covalently linked to form so-called basal layers. Therefore, graphite has only low strength perpendicular to the stacking direction of the layers. The distribution of graphite will therefore change during operation of the torsional vibration damper due to the shear forces that occur, so that the material properties of the silicone oil mixture will gradually change during use due to the gradual distribution of the graphite.

Ausgehend von der vorgenannten Vorbetrachtung ist es nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Dämpfungsmedium bereitzustellen, welches über die Lebenszeit des Drehschwingungsdämpfers möglichst gleichbleibende Materialeigenschaften aufweist.Based on the aforementioned preliminary consideration, it is now the object of the present invention to provide a torsional vibration damper with a damping medium which has material properties that are as constant as possible over the life of the torsional vibration damper.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The present invention solves this problem by means of a viscous torsional vibration damper with the features of claim 1.

Ein erfindungsgemäßer Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer umfasst ein Dämpfergehäuse mit einer Rotationsachse. Dieses Dämpfergehäuse weist eine ringförmige mit einem Dämpfungsmedium befüllten Arbeitskammer auf.A viscosity torsional vibration damper according to the invention comprises a damper housing with an axis of rotation. This damper housing has an annular working chamber filled with a damping medium.

Innerhalb der Arbeitskammer ist ein Schwungring angeordnet. Ein Deckel kann zum mediumsdichten Verschluss der Arbeitskammer vorgesehen sein.A flywheel is arranged inside the working chamber. A cover can be provided for the medium-tight closure of the working chamber.

Das Dämpfungsmedium umfasst als Hauptkomponente ein Silikonöl. Das Dämpfungsmedium umfasst zudem ein Additiv, welches die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls zumindest um 50% erhöht.The main component of the damping medium is a silicone oil. The damping medium also includes an additive which increases the thermal conductivity of the damping medium by at least 50% compared to the thermal conductivity of the silicone oil.

Erfindungsgemäß ist als Additiv partikuläres Aluminiumoxid vorgesehen. Dieses wird, anders als im Stand der Technik vorgeschlagen, nicht als keramisches Fasermaterial, sondern als Aluminiumoxid mit einer bevorzugten Konzentration von zumindest 2 Gew.%.According to the invention, particulate aluminum oxide is provided as an additive. Unlike in the prior art, this is not proposed as ceramic fiber material, but as aluminum oxide with a preferred concentration of at least 2% by weight.

Bevorzugt sollte die Aluminiumoxidkonzentration im Silikonöl im Bereich 2-10 Gew.%, insbesondere 2,5 - 3,5 Gew.% betragen, da bei höheren Konzentrationen zunehmend die Gefahr abrasiver Effekte besteht.The aluminum oxide concentration in the silicone oil should preferably be in the range 2-10% by weight, in particular 2.5-3.5% by weight, since at higher concentrations there is an increasing risk of abrasive effects.

Durch die Zugabe von Aluminiumoxid gelingt ein Ableiten der Wärme zum Dämpfergehäuse hin. Zugleich das Ausbilden eines thermisch-isolierenden Silikonfilms entlang der Oberfläche des Schwungrings vermieden oder zumindest verringert, so dass eine thermische Schädigung des Silikonöls in einem geringeren Umfang auftritt.The addition of aluminum oxide enables the heat to be dissipated to the damper housing. At the same time, the formation of a thermally insulating silicone film along the surface of the swing ring is avoided or at least reduced, so that thermal damage to the silicone oil occurs to a lesser extent.

Dadurch kann die Lebensdauer des Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers erheblich erhöht werden, insbesondere wesentlich höher im Vergleich zu Silikonöl mit zudosierten Wärmestabilisatoren oder Zersetzungsinhibitoren.As a result, the service life of the viscous torsional vibration damper can be increased considerably, in particular significantly higher in comparison to silicone oil with added heat stabilizers or decomposition inhibitors.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Es ist von Vorteil, wenn das Dämpfergehäuse eines oder mehrere Gleitlager zur Lagerung des Schwungrings aufweist, welches oder welche innerhalb Arbeitskammer angeordnet sind.It is advantageous if the damper housing has one or more slide bearings for mounting the flywheel, which or which are arranged within the working chamber.

Der Spalt erstreckt sich über den Großteil des Umfangs des Schwungrings. Es kann eine lokale Spaltverbreiterung auftreten, z.B. als Lagerkammer für das Dämpfungsmedium. Diese erstreckt sich, sofern überhaupt vorhanden, typischerweise über weniger als 20% des Umfangs, insbesondere sogar weniger als 10% des Umfangs des Schwungrings. Die vorgenannte Spaltbreite beträgt weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm. Dass bei dieser geringen Spaltbreite herkömmliches Silikonöl in einem Drehschwingungsdämpfer einen derart hohen Temperaturgradienten aufweist, ist überraschend.The gap extends over most of the circumference of the flywheel. A local widening of the gap can occur, e.g. as a storage chamber for the damping medium. If present at all, this typically extends over less than 20% of the circumference, in particular even less than 10% of the circumference of the flywheel. The aforementioned gap width is less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm. It is surprising that with this small gap width conventional silicone oil in a torsional vibration damper has such a high temperature gradient.

Die im Dämpfungsmedium enthaltenen Aluminiumoxid-Partikel weisen einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser auf, wobei der maximale Durchmesser weniger als 300%, vorzugsweise weniger als 200%, des minimalen Durchmessers beträgt. Diese Angabe bezieht sich auf den Durchschnitt aller Partikel, so dass einzelne Partikel von der Norm abweichen können. Im Unterschied zur DE 2 038 280 A1 sind die Partikel somit eher rund als länglich.The aluminum oxide particles contained in the damping medium have a maximum diameter and a minimum diameter, the maximum diameter being less than 300%, preferably less than 200%, of the minimum diameter. This information refers to the average of all particles, so that individual particles can deviate from the norm. In contrast to the DE 2 038 280 A1 the particles are thus round rather than elongated.

Das Dämpfungsmedium kann vorteilhaft zumindest zu 85 Gew.% Silikonöl aufweisen. Demgegenüber kann das Dämpfungsmediums vorteilhaft zwischen 2-20 Gew.%, vorzugsweise zwischen 3-12 Gew.%, des Additivs zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit aufweisen.The damping medium can advantageously have at least 85% by weight silicone oil. In contrast, the damping medium can advantageously contain between 2-20% by weight, preferably between 3-12% by weight, of the additive to increase the thermal conductivity.

Die Art des Additiv, also dessen chemische Zusammensetzung und dessen Modifikation, z.B. beschichtete oder unbeschichtete Aluminiumoxid-Partikel, als auch der Anteil dieses Additivs in Gew.%, kann derart ausgesucht sein, dass die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls um zumindest 100%, besonders bevorzugt um zumindest 200%, insbesondere um zumindest 300% erhöht wird.The type of additive, i.e. its chemical composition and its modification, e.g. coated or uncoated aluminum oxide particles, as well as the proportion of this additive in% by weight, can be selected in such a way that the thermal conductivity of the damping medium compared to the thermal conductivity of the silicone oil by at least 100 %, particularly preferably by at least 200%, in particular by at least 300%.

Der bevorzugte Konzentrationsbereich an Aluminiumoxid bezogen auf das Gesamtgewicht des Dämpfungsmediums liegt zwischen 2-10 Gew.%, insbesondere 2,5 - 3,5 Gew.%.The preferred concentration range of aluminum oxide based on the total weight of the damping medium is between 2-10% by weight, in particular 2.5-3.5% by weight.

Eine entsprechende Wärmeleitmessung kann z.B. durch einen Wärmeflussdetektor erfolgen. Entsprechende Geräte werden z.B. von den Firmen Netzsch-Gerätebau GmbH oder C3 Prozss- und Analysentechnik GmbH angeboten. Entsprechende Dosierreihen für die jeweiligen Additive können erstellt werden um das optimale Verhältnis zwischen der Viskosität des Dämpfungsmediums und dessen Wärmeleitfähigkeit zu bestimmen.A corresponding thermal conductivity measurement can be made, for example, using a heat flow detector. Corresponding devices are offered, for example, by Netzsch-Gerätebau GmbH or C3 Prozss- und Analysentechnik GmbH. Corresponding dosing series for the respective additives can be created in order to determine the optimal ratio between the viscosity of the damping medium and its thermal conductivity.

Das Additiv sollte zudem keine mechanische Abrasion gegenüber dem Gleitlager, dem Dämpfergehäuse und dem Schwungring aufweisen.In addition, the additive should not show any mechanical abrasion to the plain bearing, the damper housing and the flywheel.

Dies kann durch einen Langzeit-Belastungstest, z.B. über 60 Tage Dauerbetrieb, ermittelt werden. Ebenfalls über den Langzeittest kann die chemische Inertheit des Additivs, z.B. korrosive Effekte auf die Gleitlager oder eine Gelierung des Silikonöls, getestet werden.This can be determined by a long-term load test, e.g. over 60 days of continuous operation. The chemical inertness of the additive, e.g. corrosive effects on the slide bearings or gelling of the silicone oil, can also be tested using the long-term test.

Weiterhin erfindungsgemäß ist die Verwendung einer Zusammensetzung umfassend ein Silikonöl als Hauptkomponente und ein Additiv, welches die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls zumindest um 80% erhöht, als Dämpfungsmedium in einem Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer. Die Verwendung eines Silikonöls mit deutlich erhöhter Wärmeleitfähigkeit in diesem Anwendungsgebiet ist bislang nicht bekannt.Furthermore, according to the invention, the use of a composition comprising a silicone oil as the main component and an additive, which increases the thermal conductivity of the damping medium by at least 80% compared to the thermal conductivity of the silicone oil, as a damping medium in a viscosity torsional vibration damper. The use of a silicone oil with significantly increased thermal conductivity in this field of application is not yet known.

Es ist von Vorteil, wenn das Additiv die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls zumindest um 100%, vorzugsweise zumindest um 200%, besonders bevorzugt zumindest um 300%, erhöht, als Dämpfungsmedium in einem Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer erhöht. Eine entsprechende Dosierung in Abhängigkeit von der Viskosität des Dämpfungsmediums kann vorgenommen werden.It is advantageous if the additive increases the thermal conductivity of the damping medium compared to the thermal conductivity of the silicone oil by at least 100%, preferably at least 200%, particularly preferably at least 300%, as the damping medium in a viscosity torsional vibration damper. A corresponding dosage depending on the viscosity of the damping medium can be made.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:

  • 1 eine Perspektivansicht eines ringförmigen Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers;
  • 2a-c eine Schnittansicht eines Teilbereichs des Dämpfers und vergrößerte Ansichten des Spalts zwischen dem Schwungring und dem Dämpfergehäuse einschließlich einer Temperaturverteilung der Wärme im Silikonöl;
  • 3 ein Diagramm mit einer theoretischen und einer tatsächlichen Lebenserwartung eines Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers der 2a-c, bei Zusatz von Additiven, welche die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums erhöhen.
Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which an exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. The person skilled in the art will expediently consider the features disclosed in combination in the drawing, the description and the claims also individually and combine them into meaningful further combinations. Show it:
  • 1 a perspective view of an annular viscosity torsional vibration damper;
  • 2a-c a sectional view of a portion of the damper and enlarged views of the gap between the flywheel and the Damper housing including a temperature distribution of the heat in the silicone oil;
  • 3 a diagram with a theoretical and an actual life expectancy of a viscosity torsional vibration damper of 2a-c , with the addition of additives that increase the thermal conductivity of the damping medium.

Konkret zeigt 1 einen Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer 1 mit einem Dämpfergehäuses 2, welches eine Mittenöffnung 9 zur Anbindung an eine Maschinenwelle aufweist.Specifically shows 1 a viscous torsional vibration damper 1 with a damper housing 2 which has a center opening 9 for connection to a machine shaft.

2a und 2b zeigt einen Ausschnitt eines Dämpfergehäuse 2 des Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers 1 mit einer radialen Innenmantelfläche 6 und einer radialen Außenmantelfläche 5. Zwischen der Außen- und der Innenmantelfläche 6 und 5 ist eine Arbeitskammer 4 zur Anordnung eines Schwungrings 3 ausgebildet. 2a and 2 B shows a section of a damper housing 2 of the viscosity torsional vibration damper 1 with a radial inner jacket surface 6th and a radial outer circumferential surface 5 . Between the outer and inner lateral surface 6th and 5 is a working chamber 4th for the arrangement of a flywheel 3 educated.

Der Schwungring 3 kann innerhalb der Arbeitskammer 4 über Lagerelemente, insbesondere über Gleitlager, gelagert sein und kann über eine Kammeröffnung in die Arbeitskammer eingelegt werden. Entsprechende Gleitlager sind beispielsweise in der DE 10 2013 006 751 A1 dargestellt und können auch im vorliegenden Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer 1 genutzt werden.The swing ring 3 can within the working chamber 4th Be supported via bearing elements, in particular via sliding bearings, and can be inserted into the working chamber via a chamber opening. Corresponding plain bearings are for example in the DE 10 2013 006 751 A1 shown and can also be used in the present viscosity torsional vibration damper 1 be used.

Zwischen der Außen- oder Innenmantelfläche 5 oder 6 und dem Schwungring 3 ist ein Spalt 7 angeordnet. Die Spaltbreite des Spalts 7 beträgt über zumindest 50%, insbesondere über 90% des Umfangs des Schwungrings weniger als 1 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm. Nach dem Einsetzen des Schwungrings 3 in die Arbeitskammer 4, kann die Arbeitskammer 4, insbesondere die Kammeröffnung, mit einem Deckel verschlossen und mit Silikonöl 8 befüllt werden. Zum Befüllen der Arbeitskammer 5 kann der Deckel eine verschließbare Einfüllöffnung aufweisen.Between the outer or inner surface 5 or 6th and the swing ring 3 is a crack 7th arranged. The gap width of the gap 7th is less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, over at least 50%, in particular over 90% of the circumference of the flywheel. After inserting the flywheel 3 in the working chamber 4th , the Chamber of Labor can 4th , especially the chamber opening, closed with a lid and covered with silicone oil 8th be filled. For filling the working chamber 5 the lid can have a closable filler opening.

2c zeigt einen stark vergrößerten Ausschnitt des Spalts 7 und der Temperaturverteilung innerhalb des Silikonöls 8. Die Temperaturverteilung wurde mittels einer CFD-Simulation (engl. Computational Fluid Dynamics) ermittelt. Bei bekannten Werten zur Energiedissipation des jeweiligen Bautyps eines Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer kann die Temperaturverteilung anhand dieser etablierten Methode der Strömungsmechanik simuliert werden. 2c shows a greatly enlarged section of the gap 7th and the temperature distribution within the silicone oil 8th . The temperature distribution was determined by means of a CFD simulation (Computational Fluid Dynamics). With known values for the energy dissipation of the respective type of viscous torsional vibration damper, the temperature distribution can be simulated using this established method of fluid mechanics.

Die Aufnahme macht deutlich, dass es innerhalb des Silikonöls 8 einen Temperaturgradienten gibt, welcher trotz der geringen Spaltbreite von weniger als 1 mm auftritt. Der Temperaturgradient beginnt entlang der Oberfläche des Schwungrings 3 bei einer Temperatur von ca 408-410 K und endet entlang der Oberfläche des Dämpfergehäuses 2 bei einer Temperatur von 370-373 K. Dies macht einen Temperaturunterscheid von etwa 35 °C.The inclusion makes it clear that it is within the silicone oil 8th there is a temperature gradient which occurs despite the small gap width of less than 1 mm. The temperature gradient begins along the surface of the swing ring 3 at a temperature of approx. 408-410 K and ends along the surface of the damper housing 2 at a temperature of 370-373 K. This makes a temperature difference of about 35 ° C.

Das Auftreten eines Temperaturgradienten ist insofern überraschend, da man eigentlich davon ausgehen würde, dass sich in einem Spalt mit derart geringer Spaltbreite kein Tamperaturgradient von bis zu 30 K und mehr ausbildet. Nichts desto trotz konnte durch die CFD-Silulation dieser unerwartete Effekt festgestellt werden. Ausgehend davon ergibt sich die Erkenntnis, dass das Silikonöl im Bereich des beweglich gelagerten Schwungrings 3 als thermische Isolationsschicht wirkt. Somit ist nicht die Scherung ursächlich für die veränderten Materialeigenschaften des Silikonöls als Dämpfungsmedium innerhalb des Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers sondern es ist die lokale Erwärmung des Dämpfungsmediums, welche deutlich über der am Dämpfungsgehäuse messbaren Temperatur liegt.The occurrence of a temperature gradient is surprising in that one would actually assume that no temperature gradient of up to 30 K and more is formed in a gap with such a small gap width. Nevertheless, this unexpected effect could be determined by the CFD simulation. Based on this, the knowledge arises that the silicone oil is in the area of the movably mounted swing ring 3 acts as a thermal insulation layer. Thus, it is not the shear that is the cause of the changed material properties of the silicone oil as the damping medium within the viscosity torsional vibration damper, but rather the local heating of the damping medium, which is significantly higher than the temperature that can be measured on the damping housing.

3 offenbart eine weitere Simulation anhand eines Lebensdauermodells, welches für den Drehschwingungsdämpfer erstellt wurde. Dieses Modell wird durch die Ergebnisse realer Messungen, insbesondere Langzeitmessungen zur Lebensdauer, an Drehschwingungsdämpfern erstellt und kann auf unterschiedliche veränderte Bedingungen, wie z.B. die Änderung der Materialzusammensetzung des Dämpfungsmediums, angepasst werden. 3 discloses another simulation based on a service life model that was created for the torsional vibration damper. This model is created from the results of real measurements, in particular long-term measurements of the service life, on torsional vibration dampers and can be adapted to different changed conditions, such as the change in the material composition of the damping medium.

Die Lebensmodellsimulation ergab, dass die Lebensdauer des in 2a dargestellten Drehschwingungsdämpfers nicht linear mit einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit einhergeht, sondern bei einer Erhöhung von mehr als 100% in einer Kurve 21 resultiert. The life model simulation showed that the lifespan of the in 2a torsional vibration damper shown is not linearly associated with an increase in thermal conductivity, but with an increase of more than 100% in a curve 21 results.

Somit führt eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls 8 des Drehschwingungsdämpfers der 2a um mehr als 140% zu einer Erhöhung der Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers um mehr als 180%.This leads to an increase in the thermal conductivity of the silicone oil 8th of the torsional vibration damper of 2a by more than 140% to an increase in the service life of the torsional vibration damper by more than 180%.

Eine mögliche und bevorzugte Zusammensetzung eines Dämpfungsmedium mit erhöhter Wärmeleitfähigkeit zum Einsatz in den dargestellten Drehschwingungsdämpfer 1 und 31 umfasst zumindest zu 50 Gew.%, vorzugsweise zumindest zu 85 Gew.% Silikonöl.A possible and preferred composition of a damping medium with increased thermal conductivity for use in the torsional vibration damper shown 1 and 31 comprises at least 50% by weight, preferably at least 85% by weight, silicone oil.

Das Dämfungsmedoum weist zudem zumindest zu 3,1 Gew.% Aluminiumoxid als Additiv auf, welches die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmedium im Vergleich zu Silikonöl zumindest um 80%, vorzugsweise um zumindest 100%, besonders bevorzugt um zumindest 200%, insbesondere um zumindest 300% erhöht.The damping medium also has at least 3.1% by weight of aluminum oxide as an additive, which increases the thermal conductivity of the damping medium compared to silicone oil by at least 80%, preferably by at least 100%, particularly preferably by at least 200%, in particular by at least 300% .

Optional kann das Silikonöl auch Emulgatoren enthalten, um eine homogene Verteilung der Aluminiumoxid-Partikel im Silikonöl zu erreichen.The silicone oil can optionally also contain emulsifiers in order to achieve a homogeneous distribution of the aluminum oxide particles in the silicone oil.

Alternativ oder zusätzlich kann zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit ein öllösliches Additiv im Umfang von Weniger als 15 Gew.%, bezogen auf das Dämpfungsfluid, genutzt werden.Alternatively or additionally, an oil-soluble additive in the amount of less than 15% by weight, based on the damping fluid, can be used to increase the thermal conductivity.

Alle vorgenannten Varianten an Additiven sollten vorzugsweise chemisch inert gegenüber der Hauptkomponente, also dem Silikonöl, und gegenüber den Gleitlagern sein und insbesondere auf letztere nicht abrasiv einwirken.All of the aforementioned variants of additives should preferably be chemically inert to the main component, i.e. the silicone oil, and to the plain bearings and, in particular, should not have an abrasive effect on the latter.

Eine Gelierung des Silikonöls und eine Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Silikonöls durch das Additiv ist zudem unerwünscht.Gelling of the silicone oil and influencing the mechanical properties of the silicone oil by the additive is also undesirable.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Viskositäts-DrehschwingungsdämpferViscosity torsional vibration damper
22
DämpfergehäusesDamper housing
33
SchwungringFlywheel
44th
ArbeitskammerWork chamber
55
AußenmantelflächeOuter jacket surface
66th
InnenmantelflächeInner circumferential surface
77th
Spaltgap
88th
SilikonölSilicone oil
99
Mittenöffnung Center opening
2121
ermittelte Kurvedetermined curve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 2038280 A1 [0005, 0006, 0019]DE 2038280 A1 [0005, 0006, 0019]
  • DE 102013006751 A1 [0031]DE 102013006751 A1 [0031]

Claims (7)

Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer (1) umfassend ein Dämpfergehäuse (2) mit einer Rotationsachse (100), einer ringförmigen mit einem Dämpfungsmedium befüllten Arbeitskammer (4); und einen innerhalb der Arbeitskammer (4) angeordneten Schwungring (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium als Hauptkomponente ein Silikonöl (8) umfasst und dass das Dämpfungsmedium zudem ein Additiv umfasst, welche die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls (8) zumindest um 50% erhöht wobei das Additiv partikuläres Aluminiumoxid ist.Viscosity torsional vibration damper (1) comprising a damper housing (2) with an axis of rotation (100), an annular working chamber (4) filled with a damping medium; and a flywheel (3) arranged within the working chamber (4), characterized in that the damping medium comprises a silicone oil (8) as the main component and that the damping medium also comprises an additive which increases the thermal conductivity of the damping medium compared to the thermal conductivity of the silicone oil (8) increased by at least 50% with the additive being particulate aluminum oxide. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfergehäuse (2) zudem eines oder mehrere Gleitlager zur Lagerung des Schwungrings (3) aufweist, welches oder welche innerhalb Arbeitskammer (4) angeordnet ist oder sind.Viscosity torsional vibration damper according to Claim 1 , characterized in that the damper housing (2) also has one or more slide bearings for mounting the flywheel (3), which is or are arranged within the working chamber (4). Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Dämpfergehäuse (2, 32) und dem Schwungring (4) ein Spalt (7) mit im Wesentlichen einheitlicher Spaltbreite ausgebildet ist, welcher sich über den Großteil des Umfangs des Schwungrings (4) erstreckt, wobei die Spaltbreite weniger als 1 mm beträgt.Viscosity torsional vibration damper according to Claim 1 or 2 , characterized in that a gap (7) with a substantially uniform gap width is formed between the damper housing (2, 32) and the flywheel (4), which gap extends over the majority of the circumference of the flywheel (4), the gap width being less than 1 mm. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bevorzugte Konzentrationsbereich an Aluminiumoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Dämpfungsmediums zwischen 2-10 Gew.%, insbesondere 2,5 - 3,5 Gew.%, liegt.Viscosity torsional vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the preferred concentration range of aluminum oxide, based on the total weight of the damping medium, is between 2-10% by weight, in particular 2.5-3.5% by weight. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxid-Partikel einen maximalen Durchmesser und einen minimalen Durchmesser aufweisen, wobei der maximale Durchmesser durchschnittlich weniger als 300%, vorzugsweise weniger als 200%, des minimalen Durchmessers beträgt.Viscosity torsional vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the aluminum oxide particles have a maximum diameter and a minimum diameter, the maximum diameter being on average less than 300%, preferably less than 200%, of the minimum diameter. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium zumindest zu 85 Gew.% Silikonöl aufweist.Viscosity torsional vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the damping medium comprises at least 85% by weight of silicone oil. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv und der Anteil des Additivs in Gew.% derart ausgesucht ist, dass die Wärmeleitfähigkeit des Dämpfungsmediums gegenüber der Wärmeleitfähigkeit des Silikonöls um zumindest 100%, besonders bevorzugt um zumindest 200%, insbesondere um zumindest 300% erhöht wird.Viscosity torsional vibration damper according to one of the preceding claims, characterized in that the additive and the proportion of the additive in% by weight is selected in such a way that the thermal conductivity of the damping medium compared to the thermal conductivity of the silicone oil by at least 100%, particularly preferably by at least 200%, in particular is increased by at least 300%.
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