DE20209545U1

DE20209545U1 - Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen

Info

Publication number: DE20209545U1
Application number: DE20209545U
Authority: DE
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2002-06-13
Filing date: 2002-06-13
Publication date: 2003-10-16
Anticipated expiration: 2012-06-14

Description

-1-Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen mit den im Oberbegriff des Schutzanspruches 1 genannten Merkmalen.

Vorbekannt ist durch die Schrift DE 32 38 572 A1 ein Torsionsschwingungsdämpfer, dessen Innenteil drehfest an einer Kurbelwelle angeflanscht ist. Das Innenteil ist federnd und/oder viskos an einen als Dämpfungsmasse wirkenden Außenteil angekoppelt. Der Massenschwerpunkt des Außenteils liegt exzentrisch zur Drehachse der Welle, sodass er bei geeigneter Positionierung als Massenausgleichsgewicht für die Kurbelwelle dient. Das Außenteil wirkt somit als Dämpfungsmasse für Torsionsschwingungen und auch als Ausgleichsmasse für den Kurbeltrieb.

Nachteilig ist, dass dieser Torsionsschwingungsdämpfer einen großen Bauraum beansprucht. Dieser Bauraum ist insbesondere bei einem Einsatz des Torsionsschwingungsdämpfers an den Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren sehr begrenzt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Gleitstellen der Gleitlager zur Aufnahme der Fliehkräfte mit einem hohen Aufwand entsprechend abgedichtet werden müssen.

Weiterhin ist aus der DE 30 20 993 A1 ein Drehschwingungsdämpfer vorbekannt, bei dem die peripheren und seitlichen Spalte zwischen dem Gehäuse des Drehschwingungsdämpfers und der darin rotationssymmetrisch angeordneten seismischen Masse mit einem viskosen Dämpfungsmittel gefüllt sind. Des weiteren sind umfangsverteilt zwischen dem Innenumfang des Gehäuses und dem Innenumfang des Schwungringes mehrere Biegefedern angeordnet, die die seismische Masse in federnd rückgestellte Drehschwingungen versetzt und ihr eine radiale und axiale Führung verleiht.

Nachteilig ist, dass neben dem ebenfalls benötigten verhältnismäßig großen Bauraum dieser Drehschwingungsdämpfer nicht gleichzeitig die Funktion einer Ausgleichsmasse für den Kurbeltrieb übernehmen kann.

Aus der DE 39 25 181 A1 ist vorbekannt, an eine Kurbelwelle ein Gegengewicht anzuordnen, das zwecks Vermeidung einer störenden Vergrößerung des Massenträg-

heitsmomentes über elastomere und über federnd nachgiebige Elemente in Umfangsrichtung, nicht aber in radialer Richtung von der Welle entkoppelt wird.

Mit dieser Lösung werden die an einer Kurbelwelle auftretenden Massenträgheitsmomente reduziert, ein Eindämmen der vorhandenen Torsionsschwingungen ist nicht Ziel dieser Lösung.

Aus der DE 199 05 471 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen mit um die Drehachse der Kurbelwelle umlaufenden federnd angekoppelten Dämpfermassen bekannt. Dabei ist im axialen Bereich einer Kurbel der Kurbelwelle eine als Torsionsfeder ausgebildete Nabe drehfest mit der Kurbelwelle verbunden, an der über waagebalkenartige Arme, in den axialen Bereich neben einem Pleuel reichende, Dämpfermassen angekoppelt sind.

Nachteilig bei allen bekannten Lösungen ist, dass beim Kurbelwellenbetrieb auftretende Nebenschwingfunktionen und axiale Bewegungen der Dämpfermasse nicht gedämpft werden können.

Weiterhin ist aus der DE 199 49 206 A1 ein Drehschwingungstilger vorbekannt, der innerhalb des Motorgehäuses angeordnet ist und von der Kurbelwelle getragen wird. Die Tilgermasse ist gegenüber dem an der Kurbelwelle befestigten Eingangsteil durch Schraubenfedern drehelastisch aufgehängt. Die Dämpfung erfolgt durch Reibbeläge mit den damit verbundenen Nachteilen wie Verschleiß, Veränderung der Reibkraft über die Lebensdauer und Verschmutzung des Motoröls. Eine Variante sieht vor, den Tilger U-förmig auszubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer zu schaffen, der platzsparend im unmittelbaren Bauraum des Kurbeltriebes angebracht werden kann und der neben der auftretenden Hauptschwingform auch Nebenschwingformen und die axiale Bewegung der Dämpfermasse dämpft.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Schutzanspruches 1 gelöst.

Durch die Ausbildung der Dämpfermasse und somit des Torsionsschwingungsdämpfers als Ringsegment wird eine platzsparende Bauweise erreicht, wobei die Dämpfermasse neben der Dämpfung der auftretenden Torsionsschwingungen auch als Ausgleichsmasse für den Kurbeltrieb des Verbrennungsmotors dient. Der im Torsionsschwingungsdämpfer zwischen dem Innenradius der Dämpfermasse und dem Gehäuse entstehende Spalt ist deutlich größer ausgeführt als der aktive Scherspalt zwischen dem Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers und dem Außenradius der Dämpfermasse beziehungsweise zwischen dem Gehäuse und den seitlichen Flächen der Dämpfermasse. Die größere Spaltweite ermöglicht ein Rückführen des viskosen Dämpfungsmittels von einem Verdrängungsraum zum anderen bei den sich einstellenden Pendelbewegungen der Dämpfermasse. Durch die Anordnung von mehreren Gleitprofilen, die zwischen der Dämpfermasse und dem Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers verteilt sind, wird eine axiale und radiale Führung der Dämpfermasse im Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers erreicht. Außerdem wird durch die Gleitprofile im kalten Zustand der Viskositätseinfluss der Adhäsionskräfte des viskosen Dämpfungsmittels in den aktiven Scherspalt vermindert, sodass ein Anhaften der Dämpfermasse am Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers bei einem steifen Silikonöl vermieden wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben, sie werden in der Beschreibung zusammen mit ihren Wirkungen erläutert.

An Hand einer Zeichnung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine schematische Ansicht eines Torsionsschwingungsdämpfers gemäß dem Schnitt B-B der Figur 2,

Fig. 2: den Schnitt A-A gemäß der Figur 1,

Fig. 3: die Einzelheit R gemäß der Figur 1,

Fig. 4: eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung im Schnitt.

-A-

Der in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer zur Dämpfung der an Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren auftretenden Torsionsschwingungen besteht aus einem Gehäuse 2 mit einer daran über ein Federelement 4 und einem viskosen Dämpfungsmittel angekoppelten Dämpfermasse 1. Das Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers wird über die Verschraubungspunkte 3 an einer nicht dargestellten Kurbelwelle befestigt.

Die durch das Federelement 4 und durch mehrere Gleitprofile 6 und 7 im Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers in der Ruhelage zentrierte Dämpfermasse 1 ist so angeordnet, dass jeweils ein Spalt 8 und 9 zwischen dem Gehäuse 2 und dem Außen- und dem Innenradius der Dämpfermasse 1 entsteht. Der Spalt 9 zwischen dem Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers und dem Innenradius der Dämpfermasse 1 ist dabei wesentlich größer als der Spalt 8 zwischen dem Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers und dem Außenradius der Dämpfermasse 1. Der Spalt 8 sowie der Spalt zwischen den axialen Planflächen der Dämpfermasse 1 und dem Gehäuse 2 ist mit einem viskosen Dämpfungsmaterial, beispielsweise Silikonöl, gefüllt und bildet somit einen aktiven Scherspalt, in dem bei rotierender Kurbelwelle das Silikonöl den größten Teil der Dämpfung der Schwingungen bewirkt. Der Hauptanteil des auftretenden elastischen Torsionsmomentes wird durch das mit der Dämpfungsmasse 1 in Verbindung stehende Federelement 4 aufgenommen. Die Hauptschwingform der Dämpfermasse 1 ist eine Pendelbewegung auf einer kreisähnlichen Bahn um die Kurbelwellenachse. Durch die Ausbildung der Dämpfermasse 1 als Ringsegment, das exzentrisch gegenüber der Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist, dient die Dämpfermasse 1 gleichzeitig auch als Ausgleichsmasse für den Kurbeltrieb des Verbrennungsmotors.

Das Federelement 4 zwischen dem Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers und der Dämpfermasse 2 ist vorzugsweise als eine Blattfeder mit keilförmigen oder kegelförmigen Endstücken ausgebildet. Das Federelement 4 kann auch ein faserverstärktes Teil mit einer Kunststoff- oder Metallmatrix oder ein federelementartig ausgebildetes Drahtseil oder ein geflochtenes Drahtband sein. In der Figur 3 ist die Ausbildung des keilförmigen Endstückes einer Blattfeder als Einzelheit dargestellt.

Zwischen den radial verlaufenden Stirnflächen der Dämpfermasse 1 und dem Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers ist jeweils ein Verdrängungsraum 5 angeordnet, der eine Verbindung zwischen dem Spalt 8 und dem Spalt 9 herstellt. Der gegenüber dem Spalt 8 größer ausgeführte Spalt 9 zwischen Innenradius der Dämpfermasse 1 und Gehäuse 2 ermöglicht einen Volumenausgleich des im Verdrängungsraum 5 befindlichen Silikonöls zwischen dem rechten und linken Verdrängungsraum 5 beim Schwingen der Dämpfungsmasse 1.

Eine Variante der erfindungsgemäßen Lösung entsprechend der Figur 4 sieht vor, dass zur Verhinderung eines harten Anschlages der Stirnflächen der Dämpfermasse 1 an das Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers die Spaltbreite 9 zwischen dem Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers und dem Innenradius der Dämpfermasse 1 in Richtung der Verdrängungsräume 5 hin reduziert wird, sodass in diesen Bereichen das Silikonöl bei großen Ausschlägen der Dämpfermasse 1 jeweils durch eine Drossel 11 fließen muss. Um eine Kavitation im Bereich der Verdrängungsräume 5 zu verhindern, wird die Drossel 11 mit einem Rückschlagventil überbrückt, sodass im Verdrängungsraum 5 nur Überdruck entstehen kann.

Zur Dämpfung der Nebenschwingformen und zum weiteren Vermindern eines harten Anschlages der Stirnflächen der Dämpfermasse 1 an das Gehäuse 2 des Torsionsschwingungsdämpfers kann zwischen dem Gehäuse 2 und im Bereich einer oder beider Stirnflächen der Dämpfermasse 1 ein mit einer gegenüber dem Federelement 4 geringeren Biegesteifigkeit aufweisendes zugesteiftes und biegeweiches Nebenfederelement 10 angeordnet sein.

Zwischen der Dämpfermasse 1 und dem Gehäuse 2 sind verteilt mehrere Gleitprofile 6 zur axialen Führung der Dämpfermasse 1 und mehrere Gleitprofile 7 zur radialen Führung der Dämpfermasse 1 angeordnet. Die Gleitprofile 6 und 7 sind dabei an den Außenflächen der Dämpfermasse 1 und/oder an den Innenflächen des Gehäuses 2 des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet. Sie bestehen aus Kunststoff, Teflon, Bronze oder anderen Gleitwerkstoffen und sind als Gleitkissen oder als Wälzlager in Form von Rollen oder Kugeln ausgebildet.

Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, dass zur Verringerung der bei hohen Drehzahlen der Kurbelwelle auftretenden fliehkraftbedingten Zugbelastung des Federelementes 4 sowie der Reibung zwischen den im mittleren Bereich der Dämpfermasse 1 angeordneten Gleitprofilen T und dem Gehäuse 2 die Gleitprofile 7' im mittleren Bereich der Dämpfermasse 1 derart ausgebildet sind, dass im Stillstand, also bei nicht rotierender Kurbelwelle, zwischen der Oberfläche der Gleitprofile T und dem Gehäuse 2 ein Spalt entsteht.

-10-Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1 Dämpfermasse

2 Gehäuse

3 Verschraubungspunkt

4 Federelement

5 Verdrängungsraum

6 Gleitprofile zur axialen Führung der Dämpfermasse

7 Gleitprofile zur radialen Führung der Dämpfermasse 7' Gleitprofile zur radialen Führung der Dämpfermasse

8 Spalt

9 Spalt

10 Nebenfederelement

11 Drossel

12 Rückschlagventil

Claims

-
1. Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren mit folgender Bauart:

- ein Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers ist fest mit der Kurbelwelle verbunden,

- eine Dämpfermasse des Torsionsschwingungsdämpfers ist über Federelemente und/oder einem viskosen Dämpfungsmittel an das Gehäuse des Torsionsschwingungsdämpfers angekoppelt,

- der Massenschwerpunkt der Dämpfermasse ist gegenüber der Drehachse der Kurbelwelle exzentrisch angeordnet,

dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfermasse (1) als Ringsegment ausgebildet und derart im Gehäuse (2) des Torsionsschwingers angeordnet ist, dass ein dabei entstehender Spalt (8) zwischen dem Gehäuse (2) des Torsionsschwingungsdämpfers und dem Außenradius der Dämpfermasse (1) geringer ist als ein dabei entstehender Spalt (9) zwischen dem Gehäuse (2) des Torsionsschwingers und dem Innenradius der Dämpfermasse (1) und dass zur axialen und radialen Führung der Dämpfermasse (1) zwischen der Dämpfermasse (1) und dem Gehäuse (2) des Torsionsschwingungsdämpfers verteilt mehrere Gleitprofile (6) und (7) angeordnet sind.

1. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den radial verlaufenden Stirnflächen der Dämpfermasse (1) und dem Gehäuse (2) des Torsionsschwingungsdämpfers ein Verdrängungsraum (5) angeordnet ist.

2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwischen den Verdrängungsräumen (5) und dem Spalt (9) eine mit einem Rückschlagventil (12) versehene Drossel (11) angeordnet ist.

3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitprofile (6) und (7) aus Kunststoff, Teflon, Bronze oder anderen Gleitwerkstoffen bestehen.

4. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitprofile (6) und (7) als Gleitkissen oder als Wälzlager in Form von Rollen oder Kugeln ausgebildet sind.

5. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitprofile (6) und (7) an den Außenflächen der Dämpfermasse (1) und/oder an den Innenflächen des Gehäuses (2) des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet sind.

6. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) zwischen dem Gehäuse (2) des Torsionsschwingungsdämpfers und der Dämpfermasse (2) eine Blattfeder, ein faserverstärktes Teil mit Kunststoff- oder Metallmatrix oder ein als federelementartig ausgebildetes Drahtseil oder ein geflochtenes Drahtband ist.

7. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (2) und einer oder beiden Stirnflächen der Dämpfermasse (1) ein eine gegenüber dem Federelement (4) geringere Biegesteifigkeit aufweisendes zugesteiftes und biegeweiches Nebenfederelement (10) angeordnet ist.

8. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das viskose Dämpfungsmaterial Silikonöl ist.

9. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitprofile (7') im mittleren Bereich der Dämpfermasse (1) derart ausgebildet sind, dass im Stillstand der Kurbelwelle zwischen der Oberfläche der Gleitprofile (7') und dem Gehäuse (2) ein Spalt entsteht.