DE2939332A1 - Torsionsschwingungsdaempfer - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdämpfer desjenigen Typs, bei dem eine Nabe über einen elastischen bzw.
Elastomer-Ring an einem äußeren Trägheitsglied befestigt ist*
Die Erfindung erweist sich als besonders nützlich beim Dämpfen
von Torsionsschwingungen in Innenverbrennungsmaschinen. Torsionsschwingungen
können als rückwärts und vorwärts erfolgende Ver— drillungen der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine aufgefaßt
werden, die der einseitig gerichteten Hauptdrehung der Kurbelwelle überlagert sind» Ohne Überwachung bzw. Stenaer^mg führen
solche Torsionssch^Ingungen vielfach z-a einem Ausfallen der Kurbelwelle
wie auch von anderen Teilen der Maschine oder ihres Kühlsystesis* und zwar insbesondere darm, wenn eine der Resonanzfrequenzen
der Kurbelwelle mit der jeweiligen Zünäfrequenz des
Motors oder einer bestimmten Harmonischen dieser Frequenz zusasraenfällt.
Nach der heutigen Theorie von Elastomer-Schwinguiigsdampfern
wird ein Teil der Torsionssdiwingungsenergie f die durch
die Kolbenbewegungen auf die Kurbelwelle übertragen wird, in dera Elastomer in Wärme umgewandelt. Das Elastomer kann dementsprehend
als ein AöflxaS oder Sumpf betrachtet werden, der ständig
einen "Teil der die Torsionsschwingungen begründenden Energie aufnxsmt,
ine übliche Form einer solchen Dämpfungsvorrichtung enthält ein
äußeres ringförmiges Tragheitsglied mit einer bestimmten bedeutenden
Masse. Der innere Bereich dieses Rings ist an dem Elastomer-Ring befestigt, der seinerseits an einer Nabe oder einem anderen
Element festgelegt ist, welches mit der sich drehenden Kurbelwelle
eines ,Motors verbunden ist. Die Nabe und die Trägheitsglieder können aus GuSeisen bestehen, Beim Drehen der Kurbelwelle
führt jedes sprungweise Aufbringen eines Drehmoments, was durch ein schnelles Verbrennen von Kraftstoff in einem Zylinder verursacht
wird, zu einem leichten Beschleunigen des a.n den Kurbelwellenarro
angrenzenden Metalls. Wenn das Metali aufgrund seiner
igenelastizität oder Nachgiebigkeit zurückgestellt wird, dreht
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es sich etwas in der entgegengesetzten Richtung. Solche Kräfte führen zu Torsionsschwingungen in der Welle. In einem typischen
Fall von Torsionsschwingungen führt eine Motorkurbelwelle, die sich mit 3000 U/min dreht, gleichzeitig Winkelschwingungen aus,
die eine Amplitude von 0,25 bis 1,0 Grad bei einer Frequenz von 150 bis 250 Hertz haben.
Die Aufgabe eines Torsionsschwingungsdämpfers besteht darin, die
Amplitude von Torsionsschwingungen zu reduzieren. Eine solche Reduzierung
führt zu einer Verminderung der Festigkeitserfordernisse der Kurbelwelle und somit zu einer Gewichtsabsenkung derselben.
Der Dämpfer hat einen direkten Einfluß auf die Kurbelwelle und unterdrückt auch Schwingungen verschiedener anderer Komponenten
der Innenverbrennungsmaschine, die durch die Kurbelwellenschwingungen
beeinflußt werden.
Wenn eine Innenverbrennungsmaschine mit verschiedenen Motordrehzahlen
betrieben wird, ergeben sich an der Kurbelwelle mehrere Schwingungsfrequenzen. Im allgemeinen haben die meisten Antriebsund
Dieselmaschinen herkömmlicher Gestaltung bei nicht vorhandenem Torsionsschwingungsdämpfer innerhalb des Drehzahlbetriebsbereiches
der Maschine eine Resonanzfrequenz mit einer ziemlich großen Amplitude. Jedoch sind auch bei irgendeiner gegebenen Motordrehzahl
Torsionsschwingungen von verschiedenen Schwingungsordnungen vorhanden, und diese Schwingungen können bedeutsam sein.
Bei einer gegebenen Dämpferanwendung, das heißt einem Dämpfer für
eine bestimmte Maschine, ist es in der Technik bekannt, volumenmäßig möglichst viel Elastomer mit möglichst viel Scherfläche
(Grenzfläche zwischen Metall und Elastomer) zu benutzen, um Scherbeanspruchungen
zu verringern. In der Praxis verhindern räumliche Beschränkungen ein einfaches Vergrößern der Breite oder des Durchmessers
des Dämpfers, um diese niedrigen Werte zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Torsionsschwingungsdämpfers.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Torsionsschwingungsdämpfer
erfindungsgemäß durch im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführte Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
Demgemäß hat der Torsionsschwingungsdämpfer einen an einer Nabe
festgelegten Trägheitsring. Die Nabe ist mit der Kurbelwelle einer
Innenverbrennungsmaschine zu verbinden. Zwischen der Nabe und dem Trägheitsring sind elastische bzw. Elastomer-Glieder angeordnet.
Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält erf indungsgeiaäß eine sich
radial einwärts erstreckende Zunge, die von dem Trägheitsring getragen wird und von der ein Teil von den Elastomer-Gliedern umgeben
ist. Eine viskose Scherflüssigkeit befindet sich in einem ringförmigen inneren Hohlraum der Nabe, und der radial innerste
Abschnitt der Zunge taucht in die Scherflüssigkeit ein. Der erfindungsgemäfie
Torsionsschwingungsdämpfer hat einen beschränkten Raumbedarf und eine große radiale sowie axiale Steifigkeit*
Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf eine Zeichnung
näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in einem halben Axialschnitt die obere Hälfte eines Torsionsschwingungsdämofers 10 nach der
vorliegenden Erfindung. Es ist ersichtlich, daß sich der volle Axialschnitt durch bloßes Hinzufügen des Spiegelbildes unterhalb
der Drehachse 20 ergibt.
Ein Trägheitsring 12 aus Eisen oder einem anderen massiven und
esten Material enthält eine hiermit zusammenhängende f sich radial
einwärts erstreckende Zange i4* Ein Mabenabscimitt. 16 einer zwei-3tückigen
Nabe besitzt an seinem radial innersten Bereich einen iiermit zusammenhängenden Stegabschnitt 18- Dieser ist in der übichen
Weise an einer sich um die Drehachse 20 drehenden Kurbelwelle
einer Innenverbrennungsmaschine inicht dargestellt) angeuppelt.
Die genaue Anbringungsart des Stegabschnitts 18 an der urbelwelle ist bekannt und bildet keinen Bestandteil der voriieenden
Erfindung. Entsprechende radiale und axiale Oberflächen 24
owie 26 des Nabenabschnitts 16 begrenzen in Verbindung mit der unge 14 einen Hohlraum, der den sich radial erstreckenden Ab-
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schnitt eines elastischen bzw. Elastomer-Gliedes aufnimmt (wird noch näher beschrieben). Der Nabenabschnitt 16 hat eine sich radial
erstreckende Oberfläche 28, die sich von der axial verlaufenden Oberfläche 26 zu einem noch zu beschreibenden Randabschnitt
40 erstreckt. Ein Klemmring 30 bildet den anderen Abschnitt der zweistückigen Nabe. Die Hinweiszahl 32 bezeichnet eine sich durchgehend
ringförmig erstreckende radiale Oberfläche am Klemmring 30,
während die Hinweiszahl 33 eine axial verlaufende Oberfläche bezeichnet. Diese Oberflächen 32 und 33 bestimmen in Verbindung mit
der Zunge 14 eine ringförmige Nut oder Vertiefung. Es ist ersichtlich, daß die Oberflächen 24 und 32 spiegelbildlich sind. Eine
radial verlaufende ringförmige Oberfläche 34 erstreckt sich von der axialen Oberfläche 33 zu einer axial verlaufenden Oberfläche
35 des Klemmrings 30. Die Oberflächen 28, 34 und 35 bestimmen einen radial innersten, durchgehend ringförmigen Hohlraum 36. Der
radial innerste Bereich der Zunge 14 erstreckt sich in den Hohlraum 36, welcher mit einer viskosen bzw. zähflüssigen Scherflüssigkeit
gefüllt ist. Solche Scherflüssigkeiten für Torsionsschwingungsdämpfer
und die Zusammensetzung solcher Flüssigkeiten sind bekannt. Die Bezugszeichen 37 und 38 bezeichnen entsprechende
ringförmige Aussparungen oder Hohlräume, die sich zwischen den Oberflächen 24 sowie 32, den radial innersten Oberflächen 26 sowie
33, den radial innersten Abschnitten der zu beschreibenden Elastomer-Glieder und den Seiten der Zunge 14 befinden.
Die Hinweiszahl 40 bezeichnet einen sich axial erstreckenden Rand,
der mit dem Nabenabschnitt 16 zusammenhängend ausgebildet ist und dessen radial äußerster Bereich eine Oberfläche 42 besitzt, die
mit dem innenseitigen Durchmesserbereich des Klemmrings 30 einen Eingriffssitz (wie einen Sitz der Klasse FN 5) aufweist.
Ein winkelmäßig durchgehendes, elastisches bzw. Elastomer-Glied 50 hat einen radial verlaufenden Abschnitt 52 und einen axial verlaufenden
Abschnitt 54. Ein anderes Elastomer-Glied 58 besitzt einen sich radial erstreckenden Abschnitt 60 und einen axial verlaufenden
Abschnitt 62.
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Eine Füllöffnung 70 dient zum Einführen von viskoser Scherflüssigkeit
in den Hohlraum 36. Die Menge der eingeführten Flüssigkeit ist dergestalt, daß sie den ringförmigen Hohlraum 36 (mit
der darin befindlichen Zunge 14) wie auch die ringförmigen Aussparungen bzw. Hohlräume 37 sowie 38 vollständig ausfüllt. Die
Abstände zwischen den Seiten der Zunge 14 und den gegenüberliegenden Abschnitten der zweistückigen Nabe sind in bekannter Weise
sehr klein. Sie liegen in der Größenordnung einiger weniger Tausendstel eines Zoll. In bekannter Weise ist die Wirksamkeit einer
viskosen Scherflüssigkeit bezüglich eines Hemmens einer relativen
Drehung zwischen angrenzenden Teilen im Falle einer solchen Scherflüssigkeit-Filmdicke
groß.
Die Vorrichtung wird in einer ähnlichen Weise zusammengebaut, wie es in der US-Patentanmeldung Ser.No. 724 058 vom 16. September
1976 mit dem Titel 'Torsionsschwingungsdämpfer* aufgezeigt ist,
worauf hiermit Bezug genommen wird. Wie es dort ausgeführt ist, sind die Elastoraer-Elemente 50 und 58 vox der Montage sich radial
erstreckende, flache Ringe. Als Konsequenz dieser Montageart werden die sich radial erstreckenden Elastomer-Abschnitte 54 und 62
rechtwinklig zu ihren Oberflächen zusammengedrückt, die von der Nabe und dem Trlgheitsring erfaßt werden, wie es auch für die
sich axial erstreckenden Elastomer-Abschnitte 52 und 60 zutrifft, Die verschiedenen Maßnahmen zum Bewirken des Exngrxffssitaes <der
Klasse FN 5) sind in der Technik bekannt. Beispielsweise wird der Klemmring 30 durch Erhitzen expandiert bzw. geweitet, so daß sein
innerster Durchmesserbereich über den äuSersten Bereich des Matoenabschnitts
16 an der Oberfläche 42 paßt. Danach kann sich der
Klesssring 30 beispielsweise durch Abkühlen zusammenziehen, wodurch
der Eingriffssitz gebildet wird. Somit sind keine Hilfsglieder,
wie Schrauben oder andere Befestigungsmittel, erforderlich.
Die Betriebsweise des Torsionsschwingungsdämpfers ähnelt derjenigen
anderer Elastomer-Flussigkeitsdämpfer. Wenn sich die Kurbelwelle
einer Innenverbrennungsraaschine um die Drehachse 20 dreht,
sie den Stegabschnitt 18 mit, so daß die zweistückige Nabe
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beim Drehen ebenfalls denselben Torsionsschwingungen unterworfen wird. Wegen der elastischen Verbindung zwischen der Nabe und dem
Trägheitsring 12 ergibt sich eine Phasenverzögerung, Phasenverschiebung
oder Winke!verzögerung zwischen den Schwingungen der
Nabe und den über die elastischen Glieder 50 sowie 58 auf den Trägheitsring 12 übertragenden entsprechenden Schwingungen. Diese
Phasendifferenz oder Phasenverzögerung führt nach der geltenden Theorie zu einer Umsetzung von mechanischer Energie in Wärmeenergie.
Es besteht somit eine Neigung zu einer Verminderung der mechanischen Energie, die sonst zur Verfügung stehen würde, um unerwünschte
Kräfte auf die Kurbelwelle auszuüben und dadurch ihre Lebensdauer zu verkürzen oder eine größere Kurbelwelle erforderlich
zu machen. Die viskose Dämpfungsflüssigkeit in dem Hohlraum
36 arbeitet mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Zunge 14 sowie den beiden Oberflächen 28, 34 der Nabe zusammen, um die Torsionsschwingungen
weiter zu dämpfen. Die Funktionsweise, gemäß derer viskose Flüssigkeiten Torsionsschwingungen in solchen Dämpfern
dämpfen, ist in der Technik bekannt.
Es ist ersichtlich, daß die Zunge 14 für ein axiales Festlegen des Trägheitsgliedes 12 in bezug auf die Nabe sowie den Klemmring
sorgt und somit ein relatives axiales Auswandern bzw. Verschieben zwischen diesen Elementen vermeidet. Die Elastomer-Glieder werden
nach der Montage zusammengepreßt (verformt) gehalten, und zwar von den Haltekräften des Klemmrings 30. Wenn es für eine bestimmte
Anwendung erwünscht ist, kann eine Klebmittelbindung zwischen einem oder beiden Elastomer-Gliedern und einer zugeordneten Kontaktoberfläche
vorgesehen werden. Es ist ferner ersichtlich, daß die Elastomer-Glieder 50 und 58 weder dieselbe Dicke, noch dieselben
Eigenschaften haben müssen. Somit kann ein Elastomer-Glied im Hinblick auf eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Drehmoment ausgewählt werden, während das andere Elastomer-Glied ein hohes Maß an Umsetzungsfähigkeit von Drehschwingungen in Wärme
aufweist. Die Trägheits- und Nabenglieder werden gewöhnlich aus Metall hergestellt, obwohl für die Nabe auch ein nichtmetallisches
Material, wie ein verstärkter Kunststoff, benutzt werden kann.
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Leerte
Claims (3)
- G 51 987 -su10017WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York/, N.Y. (USA)TorsionsschwingungsdämpferPatentansprücheTorsionsschwingungsdämpfer, gekennzeichnet durch einen Trägheitsring (12), durch eine sich radial einwärts erstreckende Zunge (14), die von dem Trägheitsring getragen wird und hiermit zusammenhängend ausgebildet ist, durch ein Paar von ringförmigen Elastomer-Gliedern (50, 58) mit sich radial erstrekkenden Abschnitten (54, 62), die die Zunge (14) umgeben, durch eine zweistückige, ringförmige Nabe (16, 30), die die Zunge (14) sowie einen Teil der Elastomer-Glieder (50, 58) umgibt, wobei die übrigen Abschnitte (52, 60) der Elastomer-Glieder (50, 58) in einer allgemein axialen Richtung verlaufen und von der zweistückigen Nabe (16, 30) sowie dem Trägheitsring (12) umgeben sind und wobei die Elastomer-Glieder (50, 58) rechtwinklig zu ihren Oberflächen, die sich in Oberflächenkontakt mit der Nabe (16, 30) und dem Trägheitsring (12) befinden, zusammengepreßt sind, und durch einen sich in der Nabe (16, 30) befindlichen radial innersten ringförmigen Hohlraum (36), in den sich der radial innerste Abschnitt der Zunge (14) erstreckt, wobei der radial innerste Hohlraum (36) eine viskose Dämpfungsflüssigkeit enthält, wobei ferner die Zunge (14) des Trägheitsrings (12) mit der viskosen Flüssigkeit zusammenarbeitet, um Torsionsschwingungen der Nabe (16, 30) zu dämpfen, und wobei die Elastomer-Glieder (50, 58) mit dem Trägheitsring (12) sowie der Nabe (16, 30) zusammenarbeiten, um ebenfalls Torsionsschwingungen der Nabe (16, 30) zu dämpfen.
- 2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung eines jeden der radial verlaufenden Abschnitte (54, 62) der Elastomer-Glieder (50, 58) größer als der Abstand zwischen den Seiten der Zunge (14) und den gegenüberliegenden Abschnitten der Nabe (16, 30) ist.
- 3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (14) des Trägheitsrings (12) winkelmäßig durchgehend ausgebildet ist.030019/0636ORIGINAL INSPECTED
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