DE2818296A1

DE2818296A1 - Viskohydraulisch gedaempfter drehschwingungstilger mit biegefeder-gefesseltem schwungring

Info

Publication number: DE2818296A1
Application number: DE19782818296
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof Dr Ing Federn; Thanh Son Dipl Ing Le
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1978-04-24
Publication date: 1979-10-31

Description

Viskohydraulisch gedämpfter Drehschwingungstilger mit
Biegefeder-gefesse I tem m chwungring Erfindungsbeschreibung: Zur Verminderung der Drehschwingungsamplituden des Triebwerkssystems von kleineren und mittelgroßen Dieselmotoren, insbesondere von schnellaufenden Hochleistungsmotoren und auch bei anderen Antriebssystemen werden seit Jahrzehnten Drehschwingungsdämpfer und Drehschwingungstilger eingesetzt. Bei viskohydraul ischen Drehschwingungsdämpfern, d.h. bei Dämpfung mit Hilfe eines hochviskosen Dämpfungsmediums im Spalt zwischen einem Schwungring und einem diesen umschließenden Gehäuse führt Gleitlagerung des Schwungringes im Gehäuse infolge der Wechselgleitung zu Verschleiß und Abrieb im Lager und damit zum Unbrauchbarwerden des Dämpfungsmediums, zum Teil durch katalytische Zersetzung. Es sind deshalb elastische Schwungring-Lagerungen im Gehäuse mit radialen Blattfedern und anderen federnden Elementen versucht worden. Diese sind in den bisher bekannten Ausführungen nicht hoch belastbar, oder sie gewährleisten keine ausreichende Sicherheit vor Reibung unter kleinen Relativbewegungen und damit keine Sicherheit vor Abrieb, der ein hochviskoses Medium, wie Siliconöl, schädigen würde.
Die mangelnde Belastbarkeit von Ausführungen, bei denen der zuletzt genannte Nachteil von Reibungsbewegungen mit Abrieb durch entsprechende Ausbildung der Federelemente vermieden ist, führte dazu, daß mit Drehschwingungsdömpfern mit feder-geführtem Schwungring wohl eine Dämpfungswirkung erzielt werden kann, aber es nicht möglich ist, den Schwungring im Gehäuse mit einer ihn fesselnden Feder auf Resonanz mit der zu dämpfenden Schwingfrequenz abzustimmen. Dadurch war es mit den bisher verwendeten Federn nicht möglich, reibungs- und verschleißfrei zu der gegenüber einem reinen Dämpfer vielfach verstärkten Tilgerwirkung zu kommen. Wenn wie bei bekannten Ausführungen die Federelemente als gekrümmte, bei der relativen Drehschwingung zwischen Gehöuse und Ring hochkant zu biegende und/oder Zug oder Druck beanspruchte flache Balkenelemente ausgebildet werden1 dann gehen diese Elemente in bisher bekannten Ausführungen in Umfangsrichtung nur über einen Bruchteil des Ringumfangs; sie werden deshalb bei der relativen Wechsel drehung zwischen Ring und Gehäuse teilweise in ihrem Krümmungsradius verkleinert, d. h. stärker gekrümmt und teilweise in ihrem Krümmungsradius vergrößert, d.h. gestreckt. Das Biegemoment längs dieser Elemente muß also an einer Stelle des Elementes seine Vorzeichen von +(vergrößerte Krümmung) zu -(verkleinerte Krümmung) ändern. Der mathematisch berechenbare Volumennutzungsgrad des Federmaterials in der freien Länge ist also <9 .(Bei einem glatten Zug/Druck beanspruchten Stab mit gleich hoher Beanspruchung über Länge und Querschnitt wäre er gleich 1 .) Bei einem gebogenen Balken mit etwa konstanter Biegerandspannung ist der Volumennutzungsgrad etwa 3, sofern der Balken gerade oder nicht zu stark gekrümmt ist. Mit den nachstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungen soll dieses hochgesteckte Ziel soweit als praktisch möglich erreicht werden.
In Bild 1 ist eine die Dämpfermitte (12) umschließende Feder in erfindungsgemäßer Gestaltung dargestellt (1). Wenn die beiden Federenden (1') und (1") auf einem Kreisbogen um die Dämpferachse gegeneinander bewegt werden, wird über die freie Federlänge am fast vollen Kreisumfang die Krümmung der hochkantgebogenen Lamelle verkleinert oder aber vergrößert. Die Federhöhe in Radialrichtung ist so bemessen, daß bei dieser Bewegung der Federenden gegeneinander die Biegerandspannung längs des Umfangs etwa gleich bleibt (das ist nicht möglich, wenn die Federenden auf Kreisbogen um die Achse gegeneinander bewegt werden und die freie Federlänge nicht ziernlich gut einen vollen Kreis umfaßt.) Das Moment, das durch Umfangskräfte an den Schrauben (5) in die Ringfeder in ihrem wirksamen Teil eingeleitet wird, ist wesentlich größer als das durch radiale Kräfte eingeleitete Einspannmoment. Mit relativ kleinen resultierenden Schubkräften lassen sich deshalb verhältnismäßig hohe Biegemomente im mittleren Teil der Ringfeder erzielen.
In Bild 2 ist ein Einblick in das geöffnete Gehäuse eines viskohydraulischen Drehschwingungstilgers mit erfindungsgemäß ausgebildeten Biegefedern und ein Querschnitt dargestellt. Die Feder (1) ist mit ihrem linken Ende (1') am Schwungring (2) mit Nieten (4) und mit ihrem rechten Ende (1") im Gehöuse (3') mit Schrauben (5) festgespannt. Weitere fünf Federn (6, 7, 8, 9 und 10) sind um jeweils 1200 im Winkel versetzt, symmetrisch zum Schwungring (2). Der größte Teil des Raumes, der nicht vom Schwungring selbst und vom dämpfenden Medium in den Spalten ausgefüllt ist, ist deshalb mit bis jeweils an die zulässige Beanspruchung ausgenutztem Federwerkstoff ausgefüllt. In der dargestellten Ausführung läßt sich somit bei 300 mm Schwungringaußendurchmesser eine Eigenfrequenz des Schwungrings im festgehaltenen Gehäuse bei etwa 200 Hz erzielen. Gehäuse (3') und Deckel (3") sind durch Schrauben innen (11) und außen (12) verbunden, sie können aber auch innen und außen mit je einer Rundnaht durch Schweißen verbunden sein.
In Bild 3 ist ein Teil eines aus einem Blech beispielsweise durch Stanzen hergestellten Federelementes mit Ausbildung der für die Federung im wesentlichen verantwortlichen freien Länge als im Wechsel hochkant zu biegender gerader durch die Achse gehender Balken (21) gezeigt. Dieser Balken wird in erster Annäherung durch ein sich über seine freie Länge nur wenig änderndes Wechselbiegemoment beansprucht. Da das Wechselbiegemoment am oberen Federende (21') infolge der größeren Entfernung von der Momentandrehachse der Ringschwingung gegenüber dem Gehäuse etwas geringer ist als am unteren Ende (21") des geraden "Federbalkens" weist der Federbalken zwecks effindungsgemäßer Erreichung einer etwa gleichen Biegerandspannung längs der Balkenlänge oben eine größere "Höhe" auf als unten ("Höhe" im Sinne der Hochkantbiegung in der Ebene der flachen Feder).
Erfindungsgemäß geht die Feder an ihrem oberen Rand bei (21') stoffschlüssig in den Ring (22) über, über zwei Arme (22') (in der Zeichnung nicht mehr dargestellt wie im folgenden alle mit ' gezeichneten Teile) und (22"), die schwingungsmäßig mit zur Ringmasse gerechnet werden können. Das untere Federende ist über zwei Arme (31') und (31") mit den Einspannungen (32') und (32") verbunden; im Einspannbereich umschließt die Federlamelle in diesem Fcll 3 Bolzen (33"), die in dem in diesem Bild nicht dargestellten Gehäuse angeschweißt sind. Mit (42) ist angedeutet, daß mindestens ein weiteres Federblatt angeordnet und um 1800 gegenüber dem beschriebenen oder mehreren der beschriebenen Art versetzt ist, damit bei Wärmedehnungen innerhalb des geraden Balkenteils der Schwungringteil nicht radial dezentriert wird. Mit (54") sind Zwischenlagen angedeutet, die zwischen zwei um 1800 im Winkel versetzte Federelemente im Einspannbereich gelegt werden müssen und einen Abstand bewirken, der die bei der Ringdrehschwingung sonst mögliche Berührung zwischen den Federn verhindert. Mit (55") ist eine Beilage angedeutet, die, ringförmig ausgebildet, dem Schwungring angehört und zwei um 1800 gegeneinander versetzte Schwungringteile voneinander trennt, aber auch im Bereich der Verschraubung (56") oder Vernietung von gegeneinander versetzten Federelementen für den nötigen Abstand sorgt.
Die hochkant im Wechsel zu biegende Feder (21) kann auch in Form der Feder (6) variiert sein mit Aussparungen für Hohlbolzen, die Deckel (62) und Gehäuseboden des Gehäuses (63) miteinander verbinden und gleichzeitig Raum für die Schrauben schaffen, mit denen der betriebsbereite Drehsctiwingungstilger beispielsweise an einem Kurbelwellenende angeschraubt wird.
Bei der in Bild 4 a) und 4 b) dargestellten Ausführung ist die hochkant zu biegende Flachfeder zu beiden Seiten der Dämpferachse mit je vier Schrauben (65'), (in Zeichnung 4 a) nicht dargestellt, wie im folgenden alle mit ' gekennzeichneten Teile) und (65") befestigt, wobei die Einspannenden der beiderseitigen Federarme (61') und (61") zwei gegenüber liegende Bolzen (64') und (64") spielfrei umschließen, um die Feder radial und im Winkel um die Drehachse auszurichten. Mit der gleichen Zentrierung (64') und (64") und den gleichen Schrauben (65') und (65") kann auch ein um 1800 im Winkel versetztes Federelement befestigt werden; zwei oder mehrere solcher Federelemente können durch Nieten (66) im Schwungringteil miteinander verbunden sein. Auch in diesem Falle geht jedes Federelement stoffschlüssig in ein zugehöriges Schwungringteil (67) über.
Die Anwendung der Federausführungen nach den Kennzeichen der Ansprüche 1 bis 13 soll nicht auf Schwingungstilger beschränkt sein, sie soll auch den Einsatz als Schwingfeder für Drehschwingungen um die Federachse (12) für andere Aufgaben umfassen, in denen eine leistungsfähige Drehfeder bei kurzer axialer Platzbeanspruchung gefordert wird, und weiterhin die Anwendung als Vorspannfeder, wenn z. B. eine übliche Drehfeder wie ein Torsionsfederstab wegen seiner Länge nicht eingesetzt werden kann. Anstelle des Gehäuses (3' und 3") in der Beschreibung tritt dann beispielsweise ein Flansch auf einer Welle, an die Stelle des Schwungringes (2), z.B. ein Zahnrad, das mit Vorspannung gegen ein weiteres Zahnrad angepreßt werden soll. Für die Fülle der Anwendungsmöglichkeiten der gekrümmten und der geraden Biegefedern nach den Patentansprüchen 1 bis 13 soll die vorstehend geschilderte Anwendung in einem Drehschwingungstilger beispielhaft sein. Leerseite

Claims

Patentanspruche Viskohydraulisch gedämpfter Drehschwingungsti Igermit Biegefeder-gefessel tem Schwungring Mit Mit einem viskosen Medium gedämpfter Drehschwingungstilger, bestehend aus einer ringförmigen Schwungmasse, einem diese umschließenden Gehäuse, dem Dämpfungsmedium im verbleibenden Spaitraum und federnden, in ihrer freien Länge im wesentlichen als gekrümmter oder gerader Biegebalken ausgebildete und demzufolge im wesentlichen auf Hochkant-Biegung beanspruchten Elementen, die einerseits mit dem Gehäuse und andererseits mit dem Schwungring haftreibschlüssig, form- und stoffschlüssig verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß dcs bei wechselnder Relativdrehung des Rings im Gehäuse sich ausbildende Wechselbiegemoment in der Feder innerhalb ihrer freien Federlönge sein Vorzeichen nicht ändert.
2) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bei wechselnder Relativdrehung des Rings im Gehäuse sich ausbildende Wechselbiegemoment in der Feder innerhalb ihrer freien Federlängezu angenähert konstanter Biegerandspannung führt.
3) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und vorzugsweise 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als gekrümmter Balken hochkant wechselgebogenen Federelemente lamellenförmig, d.h. z.B. aus Stahlblech durch Feinstanzen herstellbar sind und in ihren Konturen der freien Länge den bekannten Seeger-Ringspannelementen ähneln, so daß die Wechselbiegemomente nahe an den Federeinspannenden wesentlich kleiner sind als in Federmitte, sobald sich der Ring gegenüber dem Gehäuse wechselnd verdreht.
4) Viskohydraul i sch gedämpfter federgefessel ter Drehschwingungstilger, insbesondere für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem konzentrisch die Achse umschließenden Schwungring in einem die Achse umschließenden Gehäuse, das um den Ring allseits einen Spalt für das viskohydraulische Dämpfungsmedium frei gibt, wobei der Ring an die konzentrische Lage durch elastische Elemente zwischen Ring und Gehäuse gefesselt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Elemente zwischen Ring und Gehause als beiderseits eingespannte I Hochkant-Biegefedern nach Anspruch 1 und vorzugsweise2 .rH x der Art ausgebildet sind, daß sie die Achse um fast den vollen Umfang umschließen und mit ihrem einen Einspannende mit dem Ring und mit dem anderen mit dem Gehäuse verbunden sind.
5) Viskohydraulisch gedämpfter federgefessel ter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus 2 oder mehreren Ringscheiben besteht, zwischen denen die Hochkant-Biegefedern angeordnet sind.
6) Viskohydraul isch gedämpfter federgefesselter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und 5 und gegebenenfalls 2 und auch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Satz von im Winkel gegeneinander versetzten Federn sich von einem zweiten Satz dadurch unterscheidet, daß der Einspannungsbeginn im Gehäuse und der Einspannungsbeginn am Schwungring in umgekehrter Winkelreihenfolge hinsichtlich eines polaren r-<p- Koordinatensystems um die Achse aufeinander folgen.
7) Viskohydraulisch gedämpfter federgefessel terDrehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem oder mehreren der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Hochkant-Biegefedern die Einspannstellen am Gehäuse und am Schwungring abwechselnd auf einem Umfang angeordnet sind, der im Durchmesser entweder kleiner oder andernfalls auch größer als der mittlere Durchmesser der die Achse nahezu umschließenden Hochkant-Biegefeder ist.
8) Viskohydraulisch gedämpfter federgefesselter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannungen der Hochkant-Biegefedern am Gehäuse auf einem kleineren Durchmesser liegen und die Einspannungen am Ring auf einem größeren Durchmesser liegen als dem mittleren Durchmesser der die Achse nahezu umschließenden Hochkant-Biegefedem - oder auch umgekehrt hinsichtlich Gehöuseeinspannungen und Ringeinspannungen.
9) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und vorzugsweise 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen als gerader, hochkant wechselzubiegender Balken ausgebildeten Federelemente radial durch die Achse gehend verlaufen.
10) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und vorzugsweise 2, 3 und 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als gekrümmter oder gerader Balken hochkant wechselgebogenen flachen Federelemente zu zweit oder mehreren mit oder ohne Abstand nebeneinander geschichtet und einzeln oder in Gruppen im Winkel von vorzugsweise 900, 1200 oder 1800 um die Dämpferachse gegeneinander versetzt sind.
11) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und vorzugsweise 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen als gerader, hochkant wechselzubiegender durch die Mitte gehender Balken auszubildenden Federelemente stoffschlüssig in den Schwungring oder in Schwungringteile einerseits und in zwei Arme mit Einspannenden zur Befestigung im Gehäuse andererseits übergehen.
12) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und vorzugsweise 2, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäuseseitigen Einspannenden Rundbolzen im Gehäuse formschlüssig, spielfrei umfassen.
13) Gedämpfter Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das gehäuseseitige Ende eines einzelnen Federelementes derart ausgebildet ist, daß das in der freien Federlänge aufzunehmende Biegemoment in der Einspannung in erster Linie durch eine Kraft oder ein Paar von Kräften in einer Umfangsrichtung und weniger durch ein Einspannmoment übertragen wird.
14) Federelement nach den Kennzeichen des Anspruchs 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen 2 bis 13, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es als sogenannte Schwingfeder in einem drehschwingungsföhigen System eingesetzt wird.
15) Federelement nach den Kennzeichen des Anspruchs 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen 2 bis 13, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß es als Vorspannfeder zur Erzeugung eines Drehmomentes zwischen einem fest auf einer Welle oder Nabe oder dergl. sitzenden und einem um die Wellenachse drehbaren Teil eingesetzt wird.