DE3535286C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger für eine Antriebswelle, insbesondere für den Antriebswellenstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer über ein als Drehfeder ausgebildetes Verbindungsglied an eine mit der Antriebswelle verbindbare Nabe angeschlossenen, gegenüber der Antriebswelle drehbeweglichen Drehmasse und einer zweiten Drehfeder, die unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle mit der Nabe oder der Drehmasse außer Eingriff ist und bei Überschreiten der Drehzahl durch eine Fliehkraftkupplung parallel zum Verbindungsglied mit der Nabe oder der Drehmasse kuppelbar ist.

Drehschwingungstilger dieser Art dienen zur Tilgung bestimmter Frequenzen, die durch Drehmomentschwankungen in Antriebswellen erregt werden und wirken besonders stark bei Resonanz. Nachteilig ist dabei, daß die Tilgerwirkung auf einen engen Frequenzbereich beschränkt ist, der im wesentlichen durch die Größe der Drehmasse und die Steifigkeit der Drehfeder bestimmt wird. Drehschwingungstilger müssen daher gut abgestimmt sein und für jede Störschwingung ist ein gesonderter Drehschwingungstilger erforderlich.

Um den Ansprechbereich eines Drehschwingungstilgers zu erweitern und ihn auf zwei Frequenzen abzustimmen, sind bei einer bekannten Konstruktion (DE-PS 25 34 684) auf demselben Tragflansch der Nabe unmittelbar nebeneinander, nur durch einen Schlitz getrennt, elastische Körper und Tilgermassen unterschiedlicher Frequenzlage angeordnet. Dabei sind die elastischen Körper zu beiden Seiten des Schlitzes gleich und die Größe der Tilgermassen unterschiedlich ausgebildet. Diese bekannte Konstruktion ist somit zwei Drehschwingungstilgern mit unterschiedlicher Resonanzfrequenz gleichzusetzen, die baulich miteinander vereinigt sind. Sie hat den Nachteil, daß beide Tilgermassen einzeln ausgewuchtet werden müssen, um bei hohen Drehzahlen die Entstehung weiterer Schwingungen durch Unwucht und Verformung zu vermeiden. Weiterhin kann die durch zwei Tilgermassen bedingte Baugröße zu Einbauschwierigkeiten führen.

Es ist weiterhin ein Resonanz-Schwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen und von Biegeschwingungen rotierender Wellen bekannt (DE-OS 33 36 174), bei dem zwischen einer radial außen liegenden Schwungmasse und der Außenwand eines als Antriebsflansch ausgebildeten Topfes Dämpfungselemente in Stegform angeordnet sind, die fest mit den einander zugekehrten Wandungen des Topfes und der Schwungmasse verbunden sind. Parallel zu diesen Dämpfungselementen sind weitere Dämpfungselemente vorgesehen und mit der Außenwandung des Topfes fest verbunden, die zur Wandung der Schwungmasse einen Spalt aufweisen, der so dimensioniert ist, daß bei einer radialen Annäherung zwischen Topf und Schwungmasse die zweiten Dämpfungselemente ebenfalls mit der Innenwandung der Schwungmasse in Verbindung stehen und bei unterschiedlicher Drehbewegung zwischen Topf und Schwungmasse eine Reibwirkung ausüben. Der Topf kann dabei so dimensioniert sein, daß er durch die Fliehkraft bei hohen Drehzahlen aufgeweitet wird, um dadurch die zweiten Dämpfungselemente zur Wirkung zu bringen. Dieser bekannte Schwingungsdämpfer hat den Nachteil, daß die Dämpfungswirkung der zweiten Dämpfungselemente in erster Linie auf Reibung beruht und aufgrund einer betriebsbedingten Schwankung der Reibwerte schlecht dosierbar ist. Weiterhin kann an den zweiten Dämpfungselementen Verschleiß auftreten und eine Änderung der Drehzahl hervorrufen, bei der die zweiten Dämpfungselemente zu wirken beginnen. Schließlich ist die Größe der zuschaltbaren Torsionsfederwirkung durch den Reibungseingriff zwischen den Dämpfungselementen und der Schwungmasse stark eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwingungstilger der eingangs genannten Art zu schaffen, der unter Verwendung einer einzigen Drehmasse zwei unterschiedliche Eigenresonanzen hat, die bei unterschiedlichen Antriebsdrehzahlen wirksam sind und die sich mit Genauigkeit vorherbestimmen und im Betrieb einhalten lassen. Weiterhin soll das Geräuschverhalten des Drehschwingungstilgers bei höheren Drehzahlen verbessert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die zweite Drehfeder durch die Fliehkraftkupplung formschlüssig kuppelbar ist und daß Mittel vorgesehen sind, durch die die Steifigkeit der zweiten Drehfeder bei Drehzahlen der Antriebswelle vergrößerbar ist, die über den Resonanzdrehzahlbereichen liegen.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger ist bei kleineren Drehzahlen allein die Drehfedersteifigkeit des Verbindungsglieds wirksam. höheren Drehzahlen wird die zweite Drehfeder zugeschaltet, so daß sich die Drehfedersteifigkeiten des Verbindungsglieds und der zweiten Drehfeder addieren und sich eine höhere Gesamtdrehfedersteifigkeit ergibt. Hierdurch werden zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen erzielt, deren drehzahlabhängige Änderung auf einfache Weise und mit erheblicher Genauigkeit auf die bei verschiedenen Drehzahlen liegenden Störschwingungen abgestimmt werden kann. Durch das formschlüssige Kuppeln kann die Federsteifigkeit der zweiten Drehfeder in weiten Grenzen variiert werden, ohne daß es hierzu aufwendiger baulicher Maßnahmen bedarf. Der erfindungsgemäße Drehschwingungstilger zeichnet sich daher auch durch Einfachheit und eine vergleichsweise geringe Baugröße aus, die im wesentlichen der Baugröße bekannter Drehschwingungstilger mit nur einer Eigenresonanz entspricht. Überschreitet die Drehzahl die Resonanzbereiche des Drehschwingungstilgers, so tritt eine zusätzliche Verhärtung der zweiten Drehfeder ein, die zu einer nochmaligen Verlagerung der Resonanzfrequenz führt und das Auftreten von Störgeräuschen bei höheren Drehzahlen vermeidet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die zweite Drehfeder aus mehreren, parallel schaltbaren Einzeldrehfedern besteht. Hierdurch läßt sich auch bei konstruktiv bedingter, geringer Steifigkeit der Einzeldrehfeder eine ausreichend hohe Gesamtdrehfedersteifigkeit erzielen.

Ein besonders einfacher Aufbau des Drehschwingungstilgers wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zweite Drehfeder radial bewegliche, an der Drehmasse gelagerte Schaltelemente aufweist, deren freie Enden durch Federkraft in eine radial innere Stellung, in der sie in Umfangsrichtung Aussparungen in radial nach außen ragenden Armen der Nabe gegenüberliegen, und durch Fliehkräfte in eine radial äußere Stellung bewegbar sind, in der sie in Umfangsrichtung an die Arme anlegbar sind. Hierbei ist es aus baulichen Gründen zweckmäßig, wenn die Verdrehbarkeit der Drehmasse gegenüber der Nabe durch feste Anschläge auf ein Maß begrenzt ist, das geringer ist als der Abstand zwischen den freien Enden der Schaltelemente und dem Boden der Aussparungen. Auf diese Weise wird auch bei großen Schwingungsamplituden im unteren Resonanzbereich des Drehschwingungstilgers ein Wirksamwerden der zweiten Drehfeder unterbunden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Drehfeder durch die Schaltelemente und/oder die Arme gebildet sein. Auf einfache Weise kann dies dadurch erreicht werden, daß die Schaltelemente und/oder die Arme aus einem elastomeren Werkstoff bestehen. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht hierbei darin, daß die Schaltelemente durch im wesentlichen quaderförmige Körper aus einem elastomeren Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi gebildet sind, die mit einer Stirnfläche an der zylindrischen Innenwand der Drehmasse durch Kleben in radialer Richtung befestigt und derart elastisch umgebogen sind, daß sie mit einer Seitenfläche unter Vorspannung tangential an der Mantelfläche der Nabe anliegen. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung bilden die Schaltelemente elastomere Einzeldrehfedern, die durch die Fliehkräfte auf Biegung und durch die Trägheitskräfte der Drehmasse auf Druck beansprucht werden. Die quaderförmigen Kör­ per sind einfach herstellbar und ermöglichen einen einfachen Gesamtaufbau des Drehschwingungstilgers. Die quaderförmigen Körper haben weiterhin die Eigenschaft, daß sie bei höheren, über den Resonanzdrehzahlbereichen liegenden Drehzahlen durch die Fliehkräfte an die Innenwand der Drehmasse ange­ drückt werden, wodurch ihre Federsteifigkeit in Umfangs­ richtung zunimmt. Weiterhin ergibt sich hierdurch eine ge­ naue Positionierung der elastischen Körper in radialer Rich­ tung, durch die Unwuchten vermieden werden. Die radiale Dicke der quaderförmigen Körper beträgt vorzugsweise etwa ein Drit­ tel des Abstands zwischen der Nabe und der Drehmasse.

Um einen einfachen und symmetrischen Aufbau des erfindungsge­ mäßen Drehschwingungstilgers zu erzielen, ist weiterhin vor­ gesehen, daß das Verbindungsglied aus mehreren Einzelelemen­ ten, vorzugsweise aus Gummi besteht, die jeweils zwischen den Befestigungsstellen zweier Schaltelemente liegen und mit der Innenwand der Drehmasse und der Mantelfläche der Nabe verbun­ den sind.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigt

Fig. 1 eine Axialansicht eines zweistufigen Dreh­ schwingungstilgers,

Fig. 2 eine Teilansicht des Drehschwingungstilgers gemäß Fig. 1 in einer ersten Betriebsphase,

Fig. 3 eine Teilansicht des Drehschwingungstilgers gemäß Fig. 1 in einer zweiten Betriebsphase und

Fig. 4 eine Teilansicht des Drehschwingungstilgers gemäß Fig. 1 in einer dritten Betriebsphase.

Der dargestellte Drehschwingungstilger besteht aus einer zy­ lindrischen Nabe 1 mit einem Radialflansch 2, der Befesti­ gungsbohrungen 3 zur Befestigung an einer Antriebswelle auf­ weist. Konzentrisch um die Nabe 1 und mit einem Abstand zu ihr ist ein Ring angeordnet, der eine Drehmasse 4 bildet. In dem Zwischenraum zwischen der Drehmasse 4 und der Nabe 1 sind drei Gummikörper 5 angeordnet, die mit der Mantelfläche 6 der Nabe 1 und der Innenwand 7 der Drehmasse 4 durch Vulkanisieren verbunden sind und gemeinsam eine erste Drehfeder bilden. Auf beiden Seiten der Gummikörper 5 ist an der Innenwand 7 jeweils ein Schaltelement 8 durch Kleben befestigt. Die Schaltelemente 8 bestehen ebenfalls aus Gummi und haben in nicht eingebautem Zustand etwa die Form eines Quaders. Da ihre Länge größer ist als der radiale Abstand zwischen der Mantelfläche 6 und der Innenwand 7 und da sie mit ihrer Stirnfläche an der Innenwand 7 befestigt sind, werden die Schaltelemente 8 beim Zusammenbau des Drehschwingungstilgers nach der Seite umgebogen, so daß ihre freien Enden 9 von den Gummikörpern 5 weggerichtet sind und ihre Seitenflächen tangential an der Mantelfläche 6 von der Nabe 1 anliegen. Jedem Ende 9 eines Schaltelements 8 liegt ein Arm 10 gegenüber, der an der Mantelfläche 6 befestigt ist und sich radial nach außen bis in die Nähe der Innenwand 7 erstreckt. Schaltelement 8 und Arm 10 bilden die Drehfeder 15. Auf ihrer den Enden 9 der Schaltelemente 8 zugewandten Seite ist im Fußbereich der Arme 10 eine Aussparung 11 vorgesehen, die so groß bemessen ist, daß sich die Enden 9 leicht in sie hineinbewegen können. Radial außerhalb der Aussparung 11 weisen die Arme 10 eine sich in radialer Richtung erstreckende Anschlagfläche 12 auf, die sich etwa in der gleichen Radialebene befindet wie die Stirnfläche an den Enden 9 der Schaltelemente 8. Zwischen den Armen 10 ist ein Zwischenraum 13 vorgesehen, in den ein starrer Anschlag 14 eingreift, der an der Innenwand 7 der Drehmasse 4 befestigt ist.

Die Arme 10 bestehen aus einem gummiartigen Werkstoff und sind durch Kleben mit der Nabe 1 verbunden. Die Shorehärte der Arme 10 ist jedoch erheblich größer als die Shorehärte der Schaltelemente 8, so daß beim Zusammenwirken der Arme 10 und der Schaltelemente 8 der größte Teil der Federarbeit von den Schaltelementen 8 geleistet wird.

Im Betrieb ist die Nabe 1 des dargestellten Drehschwingungs­ tilgers mit einer Antriebswelle verbunden, an der Drehschwin­ gungen getilgt werden sollen. Es sei dabei angenommen, daß die Antriebswelle im Antriebsstrang eines Personenkraftwa­ gens liegt und die Antriebskraft einer aus einem Vierzylin­ dermotor und einem Schaltgetriebe bestehenden Antriebseinheit auf die Antriebsachse überträgt. Hierbei können an der An­ triebswelle in einem Bereich von ca. 1200 U/min Störschwin­ gungen mit einer niedrigeren Frequenz und im Bereich von ca. 2200 U/min Störschwingungen mit einer höheren Frequenz auf­ treten. Mit dem erfindungsgemäßen Drehschwingungstilger lassen sich aufgrund der im folgenden beschriebenen Wirkungsweise beide Störschwingungen wirksam dämpfen.

Der beschriebene Drehschwingungstilger hat drei unterschied­ liche Betriebsphasen, die in den Fig. 2 bis 4 dargestellt sind. In der ersten für den Drehzahlbereich von ca. 1200 U/min vorgesehenen Betriebsphase wird die auf die Störschwingung abgestimmte Resonanzfrequenz des Drehschwingungstilgers allein durch die Drehfedersteifigkeit der Gummikörper 5 und das konstante Trägheitsmoment des Rings 4 bestimmt. Die Schaltelemente 8 sind in dieser Betriebsphase unwirksam, da sie den Aussparungen 11 gegenüberliegen und bei den Schwin­ gungsausschlägen des Ringes 4 in diese eintauchen können. Eine Berührung der Enden 9 mit dem Boden der Aussparungen 11 wird dabei vermieden. Der Drehzahlbereich, in dem der Drehschwingungstilger in der Betriebsphase 1 wirksam ist, beträgt ca. 800 U/min bis 1200 U/min. Die Vorspannung, mit der die Schaltelemente 8 an der Mantelfläche 6 anliegen, ist daher so bemessen, daß die Schaltelemente 8 ab ca. 600 U/min sich von der Mantelfläche 6 abzuheben beginnen. Hierdurch wird eine Berührung zwischen den Schaltelementen 8 und der Nabe 1 im Tilgungsbereich vermieden. Mit steigender Drehzahl verlagern sich die Schaltelemente weiter radial nach außen, ohne jedoch gegen Ende der Betriebsphase 1 mit den Armen 10 in Eingriff zu kommen.

Beim weiteren Anstieg der Drehzahl der Antriebswelle über 1200 U/min hinaus werden die Schaltlemente 8 durch die Zu­ nahme der auf sie einwirkenden Fliehkräfte weiter radial nach außen gebogen, so daß sie in der Betriebsphase 2 bei ca. 2200 U/min die in Fig. 3 gezeigte Lage einnehmen. Hier­ bei liegen die Enden 9 der Schaltelemente 8 mit ihren Stirn­ flächen an den Anschlagflächen 12 der Arme 10 an, so daß die durch die Schaltelemente 8 gebildete zweite Drehfeder zusätz­ lich zur Wirkung kommt. Da die Schaltelemente 8 parallel zu den Gummikörpern angeordnet sind, addieren sich ihre Drehfe­ dersteifigkeiten, woraus eine Erhöhung der Gesamtdrehfeder­ tätigkeit und eine entsprechende Anhebung der Resonanzfre­ quenz des Drehschwingungstilgers resultiert. Die Gesamtdreh­ federsteifigkeit ist dabei so abgestimmt, daß die in diesem Drehzahlbereich auftretenden Störschwingungen wirksam ge­ dämpft werden.

In der in Fig. 4 dargestellten dritten Betriebsphase hat der Drehschwingungstilger nicht mehr die Aufgabe Störschwingun­ gen zu tilgen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei Drehzah­ len der Antriebswelle oberhalb von ca. 4000 U/min Dreh­ schwingungstilger das Geräuschverhalten der Antriebsanord­ nung negativ beeinflussen können. Um dem entgegenzuwirken ist bei dem beschriebenen Drehschwingungstilger in diesem Drehzahlbereich ein weiterer Anstieg der Gesamtdrehfeder­ steifigkeit vorgesehen, wodurch eine nochmalige Verlagerung der Resonanzfrequenz erzielt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß sich die Schaltelemente 8 unter der Wirkung der hohen Fliehkräfte mit ihrer radial äußeren Seitenfläche an der In­ nenwand 7 der Drehmasse 4 fest anlegen, wodurch sich ihre Drehfedersteifigkeit weiter erhöht, da durch den zusätzlichen Reibschluß zwischen den Schaltelementen 8 und der Innenwand 7 die an den Armen 10 wirksamen tangetialen Verformungskräf­ te ansteigen.

Claims (10)

1. Drehschwingungstilger für eine Antriebswelle, insbeson­ dere für den Antriebswellenstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einer über ein als Drehfeder ausgebildetes Verbin­ dungsglied an eine mit der Antriebswelle verbindbare Nabe angeschlossenen, gegenüber der Antriebswelle drehbewegli­ chen Drehmasse und einer zweiten Drehfeder, die unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Antriebswelle mit der Nabe oder der Drehmasse außer Eingriff ist und bei Überschrei­ ten der Drehzahl durch eine Fliehkraftkupplung parallel zum Verbindungsglied mit der Nabe oder der Drehmasse kup­ pelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehfeder (15) durch die Fliehkraftkupp­ lung (8 bis 12) formschlüssig kuppelbar ist und daß Mit­ tel vorgesehen sind, durch die die Steifigkeit der zwei­ ten Drehfeder (15) bei Drehzahlen der Antriebswelle ver­ größerbar ist, die über den Resonanzdrehzahlbereichen liegen.

2. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehfeder aus mehreren parallel schaltba­ ren Drehfedern (15) besteht.

3. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehfeder radial bewegliche, an der Drehmasse (4) gelagerte Schaltelemente (8) aufweist, deren freie Enden (9) durch Federkraft in eine radial innere Stellung, in der sie in Umfangsrichtung Aussparungen (11) in radial nach außen ragenden Armen (10) der Nabe (1) ge­ genüberliegen, und durch Fließkräfte in eine radial äu­ ßere Stellung bewegbar sind, in der sie in Umfangsrichtung an die Arme (10) anlegbar sind.

4. Drehschwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehbarkeit der Drehmasse (4) gegenüber der Nabe (1) durch feste Anschläge (14) auf ein Maß begrenzt ist, das geringer ist als der Abstand zwischen den freien Enden (9) der Schaltelemente (8) und dem Boden der Aus­ sparungen (11).

5. Drehschwingungstilger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Anschlag (14) durch einen nach innen ge­ richteten Vorsprung an der Drehmasse (4) gebildet ist, der in den Zwischenraum (13) zwischen zwei Armen (10) eingreift.

6. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Drehfeder durch die Schaltelemente (8) und/oder die Arme (10) gebildet ist.

7. Drehschwingungstilger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (8) und/oder die Arme (10) aus einem elastomeren Werkstoff, vorzugsweise aus Gummi, bestehen.

8. Drehschwingungstilger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (8) durch im wesentlichen quaderförmige Körper gebildet sind, die mit einer Stirnfläche an der zylindrischen Innenwand (7) der Drehmasse (4) durch Kleben in radialer Richtung befestigt und elastisch umgebogen sind, so daß sie mit einer Seitenfläche unter Vorspannung tangential an der Mantelfläche (6) der Nabe (1) anliegen.

9. Drehschwingungstilger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Dicke der Schaltelemente (8) etwa ein Drittel des Abstands zwischen der Nabe (1) und der Drehmasse (4) beträgt.

10. Drehschwingungstilger nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied aus mehreren Einzelelementen, vorzugsweise Gummikörpern (5), besteht, die jeweils zwischen den Befestigungsstellen zweier Schaltelemente (8) liegen und mit der Innenwand (7) der Drehmasse (4) und der Mantelfläche (6) der Nabe (1) verbunden sind.