DE2038280C2

DE2038280C2 - Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE2038280C2
Application number: DE2038280A
Authority: DE
Inventors: Ronald LeRoy Tonawanda N.Y. McLean
Original assignee: Holset Engineering Co Ltd
Current assignee: Cummins Turbo Technologies Ltd
Priority date: 1969-08-26
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1982-07-15
Also published as: FR2059148A5; GB1323348A; DE2038280A1; US3640149A

Description

Die Erfindung betrifft einen abgestimmten Schwingungsdämpfer entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Schwingungsdämpfer ist aus der DE-PS 17 978 bekannt. Hierbei sind einem als Dämpfungsflüssigkeit dienenden öl Eisenspäne zugesetzt, und auf dieses Dämpfungsmedium werden elektromagnetische Kräfte ausgeübt, um die Dämpfungseigenschaften zu beeinflussen. Durch Änderung der elektromagnetischen Kräfte werden die Eisenspäne mehr oder weniger ausgerichtet, so daß hierdurch die Dämpfungseigenschaften verändert werden können. Je nach dem Anteil der Eisenspäne in dem öl kann die Dämpfung fast bis zur Starrheit des Dämpfers gesteigert werden.

Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Schwingungsdämpfer geschaffen werden, bei dem ohne zusätzliche Beeinflussung der Dämpfungseigenschaften von außen oder während des Betriebs nur durch Wahl der Zusammensetzung des Dämpfungsmediums unmittelbar bestimmte Dämpfungseigenschaften kostengünstig einstellbar sein sollen.

Erfindungsgemäß wird dies gemäß Anspruch I erreicht

Die der Dämpfungsflüssigkeit zugesetzten Teilchen sind also so gewählt, daß sie einer Wanderung in der Flüssigkeit unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen, beispielsweise auch unter dem Einfluß von Fliehkräften, einen Widerstand entgegensetzen und ständig in der Flüssigkeit im wesentlichen gleichmäßig

ίο dispergiert bzw. suspendiert bleiben. Die zugesetzten Teilchen bilden eine homogene Mischung mit der Dämpfungsflüssigkeit Das Dämpfungsverhalten des Dämpfungsmediums wird also nicht durch äußere Kräfte beeinflußt, sondern durch unmittelbare Veränderung oder Wahl der Viscosität des Dämpfungsmediums als Stoffwert

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, daß die zugesetzten Teilchen ein angenähert gleiches spezifisches Gewicht haben wie die Dämpfungsflüssigkeit Damit läßt sich eine gleichmäßige Dispersion oder homogene Mischung des Dämpfungsmediums besonders leicht aufrechterhalten, da die zugesetzten Teilchen sich beispielsweise unter dem Einfluß von Schwerkräften oder Fliehkräften nicht von der Flüssigkeit trennen.

Die Erfindung ermöglicht es also, daß man beispielsweise relativ billige und gering viscose Flüssigkeiten durch entsprechende Wahl der zuzusetzenden feinen Teilchen derart in den Dämpfungseigenschaften beeinflussen oder verstärken kann, daß sowohl die Abstimmals auch die Dämpfungseigenschaften im gewünschten Maße erfüllt werden, obgleich das kombinierte Dämpfungsmedium selbst dabei sehr kostengünstig herstellbar ist. Durch entsprechende Wahl des Materials und/oder der Mengen der der Dämpfungsflüssigkeit zuzusetzenden Teilchen kann man die Eigenschaften des Schwingungsdämpfers sehr einfach an gegebene Arbeitsbedingungen anpassen.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus den Un^ransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einem radialen Teilschnitt einen erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer für eine Kurbelwelle.

Fig.2 ist ein radialer Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 durch den gestrichelten Kreis HI bezeichneten Ausschnitt in einem erheblich

so größeren Maßstab.

F i g. 4 ähnelt F i g. 3, zeigt jedoch ein Dämpfungsmittel mit einem anderen Verhältnis zwischen der Flüssigkeit und dem Verstärkungsmaterial.
Als Beispiel für einen besonders vorteilhaften Schwingungsdämpfer gemäß der Erfindung zeigt F i g. 1 einen insgesamt mit 5 bezeichneten Schwingungsdämpfer für eine Kurbelwelle, der einen ringförmigen Trägheitskörper bzw. eine Schwungscheibe 7 umfaßt, die frei drehbar in einer dazu passenden ringförmigen Kammer 8 eines Gehäuses 9 gelagert ist, das einen Befestigungsflansch 10 trägt, der mit Löchern 11 zum Aufnehmen von Schrauben versehen sein kann, damit der Schwingungsdämpfer leicht gleichachsig mit einer Welle, z. B. einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, angeordnet und an dieser Welle befestigt werden kann, die Schwingungen ausgesetzt ist, welche gedämpft werden müssen, damit die Welle einwandfrei arbeitet, und um Beschädigungen zu verhindern, die z. B. auf

Kristallisationsvorgänge zurückzuführen sind, welche durch ungedämpfte Schwingungen hervorgerufen werden können. Innerhalb der Kammer 8 weisen der Trägheitsring 7 und das Gehäuse 9 parallele, einander zugewandte Arbeitsflächen auf, und zwar sowohl am Umfang des Trägheitsrings als auch an dessen Stirnflächen, wobei die Arbeitsflächen durch Spalte getrennt sind, in denen ?ich durch Scherkräfte beanspruchbare Filme aus einem zähflüssigen Dämpfungsmittel ausbilden können, das die Arbeitskammer 8 im wesentlichen vollständig ausfüllt Um den richtigen Abstand zwischen den Arbeitsflächen des Trägheitsgliedes und des Gehäuses aufrechtzuerhalten, kann das Trägheitsglied an seinem inneren Umfang mit Lagern 12 versehen sein.

Fig.2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen, mit einem zähflüssigen Dämpfungsmittel arbeitenden Schwingungsdämpfers 13 mit einer hohlen Trägheitsringkonstruktion 14, die eine Arbeitskammer 15 abgrenzt, in die ein ringförmiger Teil eines Berestigungsflansches 17 hineinragt, der mit Schraubenaufnahmelöchern 18 versehen sei-; kann, damit der Flansch an einer Welle, z. B. einer Kurbelwelle, befestigt werden kann, deren Schwingungen während des Betriebs gedämpft werden müssen. Bei diesem Schwingungsdämpfer können als Dichtungen wirkende Abstandhalteringe 19 zwischen den durch einen Abstand getrennten parallelen Arbeitsflächen des Gehäuses und des Tragflansches nahe dem inneren Rand des Gehäuses angeordnet sein und in die benachbarten Bauteile eingreifen. Ferner kann man ein Lager 20 vorsehen, das in das Gehäuse 14 eingebaut ist und mit oer äußeren Umfangsfläche des Tragflansches 17 zusammenarbeitet. Der Schwingungsdämpfer enthält in der Kammer 15 ein zähflüssiges Dämpfungsmittel. das über einen oder mehrere sich durch den Flansch 17 erstreckende Ausgleichskanäle 21 zwischen beiden Teilen der Kammer 15 zirkulieren kann. Die Kammer 15 kann über eine in dem Gehäuse 14 ausgebildete Füllöffnung 2? gefüllt werden, die nach dem Füllen hermetisch verschlossen wird.

Bei jedem der beschriebenen Schwingungsdämpfer 5 und 13 sowie bei jeder anderen möglichen Ausführungsform eines Schwingungsdämpfers gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Dämpfungswirkung zu erzielen und die Dämpfm.gswirkung in der gewünschten Weise abzustimmen, indem man in der Arbeitskammer ein verstärktes viskoelatisches Material 23 vorsieht, wk es in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Es stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, die als viskoelastische Dämpfungsflüssigkeiten verwendbar sind; hierzu gehören die Dime.hylpolysiloxant und Phenylmethylpolysiloxane, die im folgenden als Silikonflüssigkeiten bezeichnet werden, und die sich für den hier beschriebenen Zweck am besten eignen, da sie leicht zu « beschaffen sind, da sie eine hervorragende thermische Widerstandsfähigkeit besitzen, und da sie auch bei einer hohen Beanspruchung durch Scherkräfte ihre Eigenschaften beibehalten. Zu den weiteren Flüssigkeiten, die gemäß der Erfindung verwendbar sind, gehören m> Kohlenwasserstoffe auf Mineralölbasis, Polyisobutylene, Diester und Silikongemische.

Um unter Verwendung einer Flüssigkeit mit einer niedrigen Viskosität eine relativ starke viskoelastische Abstimmwirkung zu erzielen, wird die Flüssigkeit mit M einem feinen teilchenförmigen Material verstärkt, das die Eigenschaft besitzt, swil in Kombination mit der betreffenden Flüssigkeit im mkoelastischen Sinne so zu verhalten, wie sich keiner der beiden Bestandteile für sich verhalten würde. Durch geeignetes Wählen der Flüssigkeit und des Verstärkungsmaterials ist es möglich, jede erforderliche Kombination von wirksamen Elastizitäts- und Dämpfungsparametern zu erzielen. Wenn man z. B. eine sehr kleine Menge von relativ dichten submikroskopischen langgestreckten Teilchen von hoher Festigkeit und mit einem hohen Elastizitätsmodul, z. B. Beta-SiC-Fasern, mit einem typischen Gehalt von etwa 74% SiC₂ und etwa 26% SiC in einer Menge von etwa 1 bis 4 Gewichtsprozent einer flüssigen Silikonmatrix mit einer Viskosität von 30 000 bis 60 000 Centistoke beifügt, nimmt das kombinierte Material viskoelastische Eigenschaften in der Größenordnung von 1 000 000 bis 10 000 000 Centistoke an, wobei sich die Viskosität nach den berechneten relativen Prozentsätzen der Flüssigkeit und des festen Materials richtet. Neben diesen langgestreckten Beta-SiC-Teilchen kann man auch andere relativ dichte feste Stoffe in Form langgestreckter Teile'· :n oder Teilchen von kolloidaler Größe verwenden, die aus der Gruppe gewählt sind, weiche Metalle, keramische Materialien, seltene Erden, Kohlenstoff usw. umfaßt; diese Stoffe können zum Verstärken einer zähflüssigen Flüssigkeit dienen, wenn sie zur Verfügung stehen, wenn sich ihre Verwendung auf wirtschaftliche Weise ermöglichen läßt, und wenn ihr spezifisches Gewicht derart ist, daß sie sich während des Betriebs eines Schwingungsdämpfers unter dem Einfluß von Fliehkräfter nicht von der Flüssigkeit trennen, da sie ein ähnliches spezifisches Gewicht haben wie die Flüssigkeit.

Betrachtet man die Wirtschaftlichkeit der Verwendung eines Silikons, das mit langgestreckten Teilchen aus Beta-SiC verstärkt ist, und wenn man im Hinblick auf die gegenwärtigen Preise der betreffenden Materialien annimmt, daß ein Schwingungsdämpfer einer Größe benötigt wird, der etwa 0,182 kg des Dämpfungsmittels enthält, wobei eine Silikonflüssigkei' mit einer normalen Viskosität von 60 000 Centistoke zu einem Preis von etwa DM 12,50 Und Beta-SiC-Teilchen zu eine)■-. Preis von etwa DM 840,00/kg in einer Menge entsprechend 2 Gewichtsprozent der Silikonflüssigkeit verwendet werden, ergeben sich für die Silikonflüssigkeit Kosten von DM 2,24 und für die Verstärkungsteilchen Kosten von etwa DM 3,04 oder Gesamtkosten von etwa DM 5,28. Somit ergeben sich in diesem Fall durchaus vertretbare Kosten, wenn man diese Kosten mit den Kosten der gleichen Menge einer Flüssigkeit vergleicht, die ein höheres Molekulargewicht besitzt, d. h. die beim stetigen Fließen eine Viskosität von z. B. 1000 000 Centistoke aufweist, denn der Preis einer solchen Flüssigkeit würde etwa DM 125,00/kg betragen, und dir benötigte Menge von 0,182 kg würde etwa DM 22,80 kosten.

Noch größere Einsparungen lassen sic!i erzielen wenn man als Verstärkungsmaterial für die zähflüssige Flüssigkeit Kunsts'offe oder Elastomere in Form sehr kleiner Teilchen verwendet. Da diese Materialien jedoch einen erheLiich niedrigeren Elastizitätsmodul haben, kann es erforderlich sein, einen entsprechend höheren Gewichtsprozentanteil vorzusehen, um eine bestimmte Viskosität des zusammengesetztun Materials und die gewünschte Abstimmungselastizität zu erreichen. Bei einem Flüssigkeits- und Polymerisatgemisch, das sich aus einer Silikonflüssigkeit und einem Nitritbutadienelastomer zusammensetzt, kann es erforderlich sein, 95% des Verstärkungsmaterials auf 5% der Flüssigkeit zu verwenden. Ferner kann man andere

Kunststoffe verwenden. ζ B. Nylon. Polypropylen. Polyäthylen. Polytetrafluorethylen und dergl.. weiterhin Elastomere, z. B. Naturkautschuk. Styrolbutadien. Butyl. Athvlenpropylen. Urethan. Fluorsilikon und dergl. sowie Glasfasern; das wichtigste Merkmal des zu verwendenden Materials besteht darin, daß es einer Wanderung in der Flüssigkeit unter den zu erwartenden Betriebsbedingungen unter dem Einfluß von Fliehkräften einen Widerstand entgegensetzt und daher in der Flüssigkeit im wesentlichen gleichmäßig dispergiert bzw. suspendiert bleibt. In F i g. 4 ist im Vergleich zu F i g. 3 eine größere 7.ahl von Verstärkiingsleilehen a's Bestandteil -Ic· Dämpfiirigsmaterials dargestellt, um erkennen zu kissen, daß der Cjehalt der Flüssigkeit an Versiärknngs-π',.ικπιιΙ hoher ist ak bei dem in lip. Ϊ gezeigten li.iinpfungsmaterial.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich. (IaIi es die [Erfindung ermöglicht, genau das gewünschte visknt.'lastische Verhalten des Dämpfungsmiliels zu erzielen, und daß t bei abgestimmten Schwingungs-■ lampfern möglich ist. bei einem s ertretb.iren Kostenaufwand zu gewährleisten, daß das Dämpfungsmittel während einer langen Zeit die vorgesehenen dynamischen Abscherungseigensehaften beibehält. Als besonders wichtiges Anwendungsgebiet für die Erfindung sind Torsionsschwingiingsdämpfer zu nennen, da es sehr ■> vorteilhaft ist. auf optimale Weise abgestimmte Schwingungsdämpfer zu verwenden Während es bei der Verwendung zähflüssiger Dämpfungsmittel mit einem hohen Anteil der Flüssigkeit im Vergleich zu dem Verstärkungsmaterial erforderlich sein kann. Lager

in vorzusehen, um die Trägheitsmasse und die Tragkonstruktion in einer solchen Lage zu halten, daß zwischen ihn-M Arbeitsflächen die erwähnten Spalte aufrechter halten bleiben, ist es in Fällen, in denen das Verhältnis umgekehrt ist. d. h. in denen im Verhältnis zu der Fliissigkeitsmenge eine größere Menge des Verstärkungsmalerials vorhanden ist. ζ B. wenn (jummi oder Kunststoff als Verstärkiingsmatcrial vorgesehen ist. möglich, daß die verstärkte Flüssigkeit selbst als l.agerm.iterial zur Wirkung kommt, durch das die

■ richtigen Abstände zwischen den Arbeitsflächen der Teile aufrechterhalten werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Abgestimmter Schwingungsdämpfer mit relativ zueinander beweglichen Teilen, die einen dazwischenliegenden Raum begrenzen, der mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt ist, der ein teilchenförmiges Material zugesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Teilchen ein soweit angenähert gleiches spezifisches Gewicht haben wie die Dämpfungsflüssigkeit, daß sie im Beirieb in der Dämpfungsflüssigkeit frei schweben und eine gleichmäßige Dispersion mit dieser bilden und daß die Dämpfungsflüssigkeit allein eine erheblich niedrigere Viscosität aufweist als in Kombination mit den festen dispergierten Teilchen.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Teilchen langgestreckte submikroskopische Teilchen (Whiskers) von hoher Festigkeit und mit hohem Elastizitätsmodul sind.

3. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Teilchen aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe gewählt ist, die Metalle, keramische Materialien, seltene Erden, Kohlenstoff, Kunststoffe, Gummi und Elastomere umfaßt, und daß die Dämpfungsflüssigkeit aus der Gruppe gewählt ist, die Silikon, Kohlenwasserstoffe auf Mineralölbasis, Polyisobutylene.. Diester und Silikongemische umfaßt.

4. Schwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Teilchen Beta-S. J-Fasern sind und die Dämpfungsflüssigkeit eine Silikonflüssigkeit mit einer natürlichen Viscosität von ; }000 bis 60 000 Centistoke ist, wobei die Menge der Fasern etwa 1 bis 4 Gewichtsprozent der Flüssigkeit entspricht.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zugesetzten Teilchen aus einem fein verteilten Elastomermaterial bestehen und die Dämpfungsflüssigkeit eine Silikonflüssigkeit ist, wobei der Anteil des Elastomers etwa 95% und der Anteil der Flüssigkeit etwa 5% ausmacht.