DE2701205A1

DE2701205A1 - Drehschwingungsdaempfer bzw. schwingungsdaempfende und drehelastische kupplung

Info

Publication number: DE2701205A1
Application number: DE19772701205
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dr Ing Geislinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-23
Filing date: 1977-01-13
Publication date: 1977-07-28
Also published as: FR2339106A1; GB1545977A; AT343424B; IN146026B; US4173158A; JPS5290784A; ATA43876A; FR2339106B1

Description

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Dr.Ing.Leonhard Geislinger, Salzburg (Österreich)

Drehschwingungsdäapfer bzw. schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungsdämpfer bzw. eine schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung mit federnden Elementen und flüssigkeitsgefüllten Kammern zwischen Innen- und Außenteil des Dämpfers bzw. der Kupplung.

Es ist seit langem bekannt, die Wirkung von Drehschwingungndänpfern bei gleichem Schwungmoment des Außenteils durch Einsatz zweckmäßig abgestimmter Federn zwischen Außen- und Innenteil wesentlich zu verbessern. Es gibt bereits Ausführungsformen, bei denen durch zahnartiges Ineinandergreifen der entsprechend ausgebildeten Außen- und Innenteile Kammern entstehen, die mit öl gefüllt sind, dessen Verdrängung während einer Relativbewegung von Außen- und Innenteil die Dämpfung ergibt (DT-PS 748 416). Dabei ist auch schon eine Federkopplung vorhanden, die durch Gummidichtungen zwischen Außen- und Innenteil entsteht. Auch ist bereits ein Kammerdämpfer mit einem radial innerhalb der Kammern angeordneten und teilweise mit Gas gefülltemVorratsraum bekannt (DT-PS 974 310).

Um bei Drehschwingungsdämpfern mit Federkopplung eine bestmögliche Wirkung zu erzielen, wird eine bestimmte Steifigkeit der Kopplungsfedern und ein optimaler Dämpfungswert benötigt. Bei den bekannten Ausführungsformen der Dämpfer ist es jedoch in der Praxis unmöglich, Steifigkeit und Dämpfung mit ausreichender Genauigkeit konstant zu halten, da sich

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beide Werte mit der Temperatur und/oder der Alterung ändern.

Es erweist sich außerdem als überaus schwierig, die Gummifeder so zu dimensionieren, daß bei optimaler Steifigkeit die für eine ausreichende Lebensdauer erforderliche geringe Schubbeanspruchung des Gummis erreicht wird; dabei zeigt sich als besonders mißlich, daß alle bekannten Gummiarten altern und ihre Steifigkeit ändern.

Es gibt auch bereits Drehschwingungsdämpfer, die für eine *ederkopplung Blattfedern aus Stahl verwenden. Dadurch 1st zwar die Gefahr einer Alterung überwunden, doch sind solche Dämpfer vielteilig und teuer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Drehschwingungsdämpfer bzw. eine schwingungsdämpfende Kupplung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, dessen bzw. deren Eigenschaften temperaturunabhängig sind und sich im Laufe der Zeit nur wenig ändern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe im wesentlichen dadurch, daß die federnden Elemente in mit den Kammern in Verbindung stehenden Aufnahmeräumen vorgesehen sind und der in den Kammern herrschende Flüssigkeitsdruck auf diese federnden Elemente einwirkt.

Eine vorteilhafte konstruktive Lösung dieses Erfindungsgedankens besteht darin, daß der Innenteil des Dämpfers bzw. der Kupplung radial innerhalb der Kammern für die federnden Elemente zwei getrennte Aui-ahmeräume bildet, von denen der eine mit den Kammern, deren Volumen bei einer Relativdrehung zwischen Innen- und Außenteil abnimmt, und der andere mit den Kammern, deren Volumen dabei zunimmt, durch Kanäle verbunden sind.

Als federnde Elemente können dabei beispielsweise Tellerfedern oder Gaspolster dienen.

Eine besonders einfache Ausführung des Erfindungsgegenstandes ergibt sich, wenn beide Kammern teilweise mit Gas gefüllt werden. Durch eine Relativbewegung von Außen- und Innenteil kommt es dann zur Komprimierung des Gases in der einen Kammer und zur Entspannung des Gases in der anderen Kammer. Die Steifigkeit dieser Gasfeder ist unter anderem vom

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Volumen und vom Fülldruck des Gases abhängig. Da sich aber der Fülldruck leicht verändern läßt, bietet das Erreichen einer optimalen Steifigkeit keine Schwierigkeiten. Theoretische Untersuchungen haben gezeigt, daß zum Erzielen der bestmöglichen Wirkung die Steifigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl des zu dämpfenden Systems eingestellt werden muß. Dies ist nun erfindungsgemäß durch eine Verbindung eines oder beider Aufnahmeräume über Kapillarbohrungen mit einem Vorratsraum möglich, der über eine Drehdurchführung von einer stillstehenden Einrichtung mit entsprechendem Druck versorgt wird.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn als Aufnahmeräume für die federnden Elemente stillstehende Behälter Verwendung finden, die über Drehdurchführungen mit den Kammern durch Leitungen verbunden sind. Der Flüssigkeitsdruck der sich vergrößernden bzw. verkleinernden Kammern wird dann über zwei Vorratsräume und zwei Drehdurchführungen nach außen geleitet, woe· die als beliebige mechanische Federn oder auch als Gasfedern ausgebildeten federnden Elemente in den stillstehenden Behältern entsprechend beaufschlagt.

Diese Anordnung, bei der die federnden Elemente zumindest teilweise in einem stillstehenden Teil der Einrichtung untergebracht sind, eignet sich auch besonders gut als schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung zur übertragung von Drehmomenten. Es ergeben sich nämlich gegenüber den bisher bekannten Kupplungen die Vorteile, daß durch die Anordnung der federnden Elemente im stillstehenden Teil jede räumliche Beschränkung für die Dimensionierung der Federn entfällt und insbesondere eine sehr hohe Elastizität erzielt werden kann, daß es möglich ist, die Elastizität während des Betriebes zu verändern, und daß durch Einbau regelbarer Drosseln in die Verbindung von den stillstehenden Behältern zu den DrehdurchfUhrungen auch die Dämpfung der Kupplung während des Betriebes eingestellt werden kann. Die Änderung von Elastizität und Dämpfung während des Betriebes, beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl, erlaubt es, für jeden Betriebszustand optimale Werte zu erreichen.

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Bei der Übertragung von Drehmomenten, deren Mittelwert zeitlich konstant ist, ergibt sich die Aufgabe, die relative Lage von Innen- und Außenteil der Kupplung in Umfangsrichtung auf einen bestimmten Wert festzulegen. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dies dadurch geschehen, daß mit zunehmender Verdrehung in einer oder mehreren Kammern eine Abflußbohrung für das öl zunehmend freigegeben wird, was die Einregulierung des zur Übertragung eines bestimmten Drehmomentes erforderlichen Druckes erlaubt.

Vor allem bei Drehschwingungsdämpfern erweist es sich als vorteilhaft, in den Bohrungen bzw. Kanälen, die den Vorratsraum mit den Aufnahmeräumen oder die Aufnahmeräume mit den Kammern verbinden, Steuerungsorgane vorzusehen, die der Flüssigkeitsströmung in Richtung zu den Kammern einen geringeren Widerstand entgegensetzen als in umgekehrter Richtung, wodurch erreicht werden kann, daß der mittlere Druck in den Kammern höher ist als im Vorratsraum bzw. in den Aufnahmeräumen.

Die erfindungsgemäße hydraulische Übertragung des in den Kammern herrschenden Druckes auf die federnden Elemente bringt hinsichtlich der Dämpfungswirkung unerwartete Vorteile mit sich. Bei gleichen Trägheitsmomenten des Außenteiles und damit gleicher Dämpfergröße liegen die Maxima der Schwingungsamplituden des zu dämpfenden Systems bei höheren Frequenzen, und dies bedeutet anders ausgedrückt, daß bei der Dämpferbauart gemäß der vorliegenden Erfindung nicht wie bei den bisher bekannten Dämpferbauarten die "kritischen" Drehzahlen durch das Anordnen des Dämpfers nach kleineren Drehzahlen hin verlagert werden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers mit Tellerfedern im Schnitt nach der Linie I-I der Fig. 2 bzw. II-II der Fig.1,

die
Fig. 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel mit Gasfeder im Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 4 bzw. IV-IV der Fig.3 und die

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Fig. 5 und 6 eine erfindungsgemäße schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung im Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 6 bzw. VI-VI der Fig. 5.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 besitzt der Außenteil 1, der als Schwungring die aktive Masse des Dämpfers bildet, an seinem inneren Umfang Zähne 3, die in die Lücken der Zähne 4 des Innenteiles 2 eingreifen. Dadurch entstehen Kammern 5,6, die stirnseitig durch Deckplatten 7 abgeschlossen und mit öl gefüllt sind. Radial innerhalb dieser Kammern sind zwei Aufnahmeräume 8,9 vorgesehen, in denen Tellerfedern 10,12 angeordnet sind. Der Aufnahmeraum 8 steht dabei mit den Kammern 5 über Bohrungen 11 und der Aufnahmeraum 9 mit den Kammern 6 über Bohrungen 11a in Verbindung. Bei einer Relativbewegung des Innenteiles 2 gegenüber dem Außenteil 1, beispielsweise im Uhrzeigersinn, wird nun das in den Kammern 5 vorhandene Öl teilweise durch die Bohrungen 11 in den Aufnahmeraum 8 zurückgedrängt und belastet dort die Tellerfeder 10. Die Kammern 6 vergrößern hingegen ihr Volumen, so daß öl über die Bohrungen 11a vom Aufnahmeraum 9 in sie einfließt und die Tellerfeder 12 entlastet wird. Ein Teil des in den Kammern 5 verdrängten Öls fließt durch die Spalte 13 zwischen Innenteil 2 und Außenteil 1 in die Kammern

Zur Abdichtung des Dämpfers gegen Ölverluste nach außen dienen die beiden zwischen den Deckplatten 7 und den Stirnplatten 15,16 einvulkanisierten Gummiringe 14. Die Deckplatten 7 sowie die Stirnplatten 14,15 sind mit dem Außenteil 1 bzw. dem Innenteil 2 luftdicht verklebt. Die Tellerfedern 10,12 sind öldicht gelagert und trennen vom Aufnahmeraum 8 bzw. 9 die Teilräume 18 bzw. 17 ab. Durch die Relativbewegung zwischen Außenteil 1 und Innenteil 2 wird die Tellerfeder 10 belastet und die Tellerfeder 12 entlastet, wodurch sich der Teilraum verkleinert und der Teilraum 17 im gleichen Maß vergrößert. Beide Teilräume kommunizieren durch Bohrungen 19 und sind zudem durch nicht gezeichnete Kapillarbohrungen mit einem radial innerhalb der Aufnahmeräume 8,9 vorgesehenen Vorratsraum 20 verbunden. Der Vorratsraum seinerseits steht über das Rückschlagventil 21 mit dem Aufnahmeraum 8 in Verbindung.

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Durch besagte Relativbewegung von Außen- und Innenteil entsteht eine Pumpwirkung, die in den Kammern 5,6 und den Aufnahmeräumen 8,9 stets einen höheren Druck als im Vorratsraum 20 hervorruft. Außerdem bewirken das Rückschlagventil 21 und die Kapillarbohrungen, daß in den Teilräumen 17,18 ein niedrigerer Druck als in den Aufnahmeräumen 8,9 herrscht.

Der Dämpfer ist mit den Schrauben 22 an der Welle 23 des zu dämpfenden Systems verbunden.

Durch die Relativbewegung von Außen- und Innenteil werden die Gummiringe 14 auf Schub beansprucht und übertragen daher auch einen Teil des Drehmomentes. Sie geben unter der Wirkung der pulsierenden Öldrücke ebenso nach wie die Deckplatten 7 und schließlich ist Ja auch das öl komprimierbar. All diese Elemente tragen demnach auch zur Elastizität des Dämpfers bei und ihr Anteil an der Gesamtelastizität ist durch konstruktive Maßnahmen in weiten Grenzen variierbar.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Dämpfer ist besonders gut für eine ÖlzufUhrung von außen beispielsweise über eine Bohrung in der Welle 23 geeignet, wobei die Gummiringe 14 entweder ganz entfallen oder durch einfache O-Ringe ersetzt werden können.

Fig. 3 und 4 zeigt nun eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers mit Gasfeder, wobei die Elemente 101 bis 109 und 111,111a,113 und 114 den Elementen 1 bis 9 und 11,11a,13 und 14 des vorherigen Ausführungsbeispiels entsprechen. Die Aufnahmeräume 108 und 109 sind teilweise mit Ul und teilweise mit Gas gefüllt. Bei rotierendem Dämpf er in Mittellage sind dann die ringförmigen Aufnahmeräume innerhalb der strichlierten Linie 122 mit Gas gefüllt. Bei einer Relativbewegung des Innenteiles 102 gegenüber dem Außenteil 101 beispielsweise im Uhrzeigersinn wird Ol aus den Kammern 105 über die Bohrungen 111 in den Aufnahmeraum 108 verdrängt und das in diesem Raum befindliche Gas komprimiert. Das Volumen der Kammern 106 vergrößert sich, öl tritt aus dem Aufnahmeraum 109 über die Bohrungen 111a in die Kammern 106 ein und das Gas im Raum 109 entspannt sich.

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Da die Steifigkeit der Gasfeder unter anderem von Ihrem Volumen und dem mittleren Gasdruck abhängt, kann sie auf einfache Welse verändert werden. Es 1st sogar möglich, diese Änderung während des Betriebes vorzunehmen, wenn das Gas Über eine nicht gezeichnete Drehdurchführung in den Dämpfer geleitet wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 und 6 einer erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden und drehelastischen Kupplung wird das Drehmoment vom Innenteil 202 über die mit öl gefüllten Kammern 205,206 auf den Außenteil 201 übertragen, an dem ein beispielsweise mit der angetriebenen Maschine verbundener Flansch 225 festgeschraubt ist. Der Außenteil 201 ist mittels der Deckplatte 207, des Flansches 225 sowie der O-Ringe 226 nach außen hin abgedichtet. Die Kammern 205 werden z.B. von einer nicht dargestellten Zahnradpumpe über den Behälter 227, die Leitung 228, die Drehdurchführung 234, die Bohrungen 229, den Aufnahmeraum 208 und die Bohrungen 211 mit Drucköl versorgt. Der dem mittleren Drehmoment entsprechende Druck wird dabei über die Steuerbohrung 230 eingeregelt. Die abgesteuerte ölmenge fließt über den Aufnahmeraum 209, die Bohrung 232 der Platte 231, das Rohr 233 und die Drehdurchführung 235 in den Behälter 236 und von da in den nicht gezeigten ölsumpf.

Bei einer Relativbewegung des Außenteiles 201 gegenüber dem Innenteil 202 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn wird öl aus den Kammern 205 in den Aufnahmeraum 208 und schließlich in den Behälter 227 verdrängt. Der Druck im Raum 208 und im Behälter 227 steigt, wodurch die im Aufnahmeraum 208 vorgesehenen Tellerfedern 212 sowie das im Behälter befindliche Gas zusammengedrückt werden. Der Behälter 227 ist In Mittellage z.B. bis zur punktierten Linie mit Gas gefüllt. Gleichzeitig mit dem Druckanstieg im Aufnahmeraum 208 und im Behälter 227 verringert sich der Druck auf die im Aufnahmeraum 209 angeordnete Tellerfeder 210 und im Behälter 236, da sich das Volumen der Kammern 206, die mit dem Aufnahmeraum und dem Behälter 236 in Verbindung stehen, vergrößert.

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Bei der dargestellten Ausführung wird die Elastizität der Kupplung vor allem durch die Abmessungen der Tellerfedern 210,212 und durch Volumen und Druck des in den Behältern und 236 eingeschlossenen Bases bestimmt. Sie kann auf diese federnden Elemente beliebig verteilt werden, und es ist möglich, entweder die Tellerfedern oder die Luftpolster in den Behältern 227 und 236 wegzulassen. Durch Regelung des Gasdruckes in den Behältern kann die Elastizität der Kupplung ohne Schwierigkeiten auch während des Betriebes verändert werden.

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Claims

Patentansprüche :

( 1.) Drehschwingungsdämpfer bzw. schwingungsdämpfende und arehelastische Kupplung mit federnden Elementen und flössigkeitsgefüllten Kammern zwischen Innen- und Außenteil des Dämpfers bzw. der Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Elemente in mit den Kammern in Verbindung stehenden Aufnahmeräumen vorgesehen sind und der in den Kammern herrschende Flüssigkeitsdruck auf diese federnden Elemente einwirkt.
2. Dämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenteil (2;102;202) radial innerhalb der Kammern (5,6; 105*106; 205,206) für die federnden Elemente zwei Aufnahmeräume (8,9;108,109;208,209) bildet, von denen einer mit den Kammern, deren Volumen bei einer Relativdrehung zwischen Innen- und Außenteil (1,2;101,1029201,202) abnimmt, und der andere mit den Kammern, deren Volumen dabei zunimmt, durch Kanäle verbunden sind.
3. Dämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahmeräume für die federnden Elemente stillstehende Behälter (227,236) Verwendung finden, die über Drehdurchführungen (234,235) mit den Kammern (205,206) durch Leitungen verbunden sind.
4. Dämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde Elemente Tellerfedern (10,12;210,212) dienen.
5. Dämpfer bzw. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde Elemente Gaspolster dienen.
6. Dämpfer bzw. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als federnde Elemente Stücke aus porösem Kunststoff oder einem Werkstoff hoher Volumselastizität dienen.
7. Dämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb der beiden Aufnahmeräume (8,9) ein Vorratsraum (20) vorgesehen ist, der mit diesen Aufnahmeräumen in bekannter Weise durch Steuerorgane (21) oder Strömungsdrosseln verbunden ist.

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