DE10039640B4

DE10039640B4 - Gegengewicht mit viskos gedämpfter Sekundärmasse

Info

Publication number: DE10039640B4
Application number: DE2000139640
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr. Sandig; Wolfgang Kiener
Original assignee: Volkswagen AG; Hasse and Wrede GmbH
Current assignee: Volkswagen AG; Hasse and Wrede GmbH
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2020-08-10
Also published as: DE10039640A1

Abstract

Gegengewicht für den Massenausgleich einer rotierenden Welle, vorzugsweise einer Motor-Kurbelwelle (3), mit einem Gehäuse (31), wobei
• das Gehäuse (31) eine fluiddicht geschlossene Arbeitskammer mit einem Innen- und Außenmantel (39 bzw. 41) umfasst,
• in der Arbeitskammer eine viskos gedämpfte Sekundärmasse (35) eingebracht ist,
• die zwischen Sekundärmasse (35) und Gehäuse (31) verbleibenden Spalträume mit einem viskosen Dämpfungsmedium gefüllt sind,
• die Sekundärmasse (35) über in die Arbeitskammer sich erstreckende Federgelenke (37) gegenüber dem Gehäuse (31) geführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
• die Federgelenke (37) radial angeordnet sind, deren einwärts gerichtete Ufer im Innenmantel (39) und die radial auswärts gewandten Ufer in der Sekundärmasse (35) fest eingespannt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gegengewicht mit viskos gedämpfter Sekundärmasse nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.
Die Kurbeltriebe von Kolbenmaschinen werden üblicherweise mit Gegengewichten versehen, welche die freien Massenkräfte und -momente erster Ordnung bestmöglich ausgleichen sollen. Der Begriff „1. Ordnung" besagt hierbei, dass diese Kräfte und Momente mit der einfachen Drehfrequenz der Kurbelwelle oszillieren.
Die Gegengewichte werden zumeist an den Kurbelwangen diametral entgegengesetzt zum Hubzapfen angebracht, wobei „diametral" auch einen Winkelversatz von bis zu 30° bedeuten kann. Bei kleineren Motoren werden die Gegengewichte als integraler Bestandteil der Kurbelwange gegossen oder geschmiedet.
In seltenen Fällen enthält das Schwungrad einen exzentrischen Massenanteil, der als Gegengewicht dient, oder an der Kraftgegenseite läuft eine separate Unwuchtscheibe mit der Kurbelwelle um.
Kolbenmaschinen mit mehreren Kurbelkröpfungen verlangen andererseits oft einen Drehschwingungsdämfper oder gedämpften Tilger. Nach den Gesetzen der Maschinendynamik muss ein solcher Dämpfer an der Kraftgegenseite mit der Kurbel welle im Allgemeinen drehsteif verbunden werden. Liege er nun frei außerhalb des Motors oder unter einer abdeckenden Haube oder sei er im Räderkasten eingeschlossen, in jedem Falle vergrößert der Dämpfer die Gesamtlänge des Motors.
Zuweilen steht der Einbauraum für einen Motor mit zusätzlichem Dämpfer nicht zur Verfügung, wie etwa bei einigen Straßenfahrzeugen.
Ein Gegengewicht der gattungsgemäßen Art ist aus der DE 199 49 206 A1 bekannt. Dort sind in Umfangsrichtung ausgerichtete Federn 218 offenbart. Diese Federn sind weder am Innenmantel der Arbeitskammer noch an der Sekundärmasse befestigt.
Aus dem DE-GM 1 967 944 ist ein Schwingungstilger entnehmbar, bei dem Federgelenke radial angeordnet sind, jedoch sind diese im Gehäuse bzw. in der Sekundärmasse gleitend gelagert. Um ein weites Auslenken der Federstäbe zu ermöglichen, sind dort die Lagersitze aufgeweitet.
Die Lehre des Gebrauchsmusters DE-GM 1 967 944 beabsichtigt eine weiche, weitgehend freigängige Bewegung der Sekundärmasse. Eine Abstimmung des Dämpfers erfolgt durch Zufügen oder Wegnahme von Federstäben.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gegengewicht der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welches geeignet ist, die Erstreckung eines Motors in Richtung der Kurbelwellenachse zu beschränken und die unabdingbare Drehschwingungsdämpfung im Bauraum der Gegengewicht anzuordnen, wobei insbesondere auch eine ausgeprägtere Dämpfungscharakteristik in axialer Richtung erzielt werden soll.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Konstruktion erhält das Gegengewicht bezüglich seiner Dämpfungscharakteristik äußerst vorteilhafte Eigenschaften. So wird durch die feste Einspannung der Federstäbe eine erhöhte und verbesserte Rüttelfestigkeit auch und insbesondere in axialer Richtung erreicht. Die durch die feste Einspan nung erzielte höhere Steifigkeit der Lagerung kann auch Stöße in axialer Richtung aufnehmen, ohne dass die Sekundärmasse am Gehäuse anläuft und das Dämpfungsverhalten verstimmt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in weiteren Patentansprüchen aufgeführt.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
1 zeigt die Ansicht eines Kurbelwellenabschnitts mit dem erfindungsgemäßen Gegengewicht in axonometrischer Darstellung;
2 ist der Mittelschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gegengewicht mit trogförmigem Gehäuse entlang der Linie II-II von 3;
3 ist der Querschnitt durch das Gegengewicht entlang der Linie I-I von 2;
4 ist der Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gegengewicht mit rohrförmigem Gehäuse;
5 ist der Mittelschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gegengewicht mit tiefgezogenem Blechgehäuse entlang der Linie IV-IV von 6;
6 ist der Querschnitt durch das letztgenannte Gegengewicht entlang der Linie III-III von 5.
Die 1 stellt den Abschnitt 3 einer Kolbenmaschinen-Kurbelwelle dar mit dem Grundlager-Wellenzapfen 5, um dessen Mittelachse die Kurbelwelle rotiert. An den Wellenzapfen schließt sich die Kurbelwange 9 an. Sie bildet die Verbindung zum Hubzapfen 7, auf dem der Fuß der Pleuelstange (nicht dargestellt) gelagert ist.
Im Beispiel der 1 weist die Kurbelwange zwei Auskragungen 11 auf, die Auf- und Anlageflächen 13, 15 zur Aufnahme des Gegengewichts 1 bereitstellen. Befestigungsschrauben 19 verbinden das Gegengewicht mit der Kurbelwelle.
Eine axiale Anlage und die zugehörige axiale Schraube sind in 1 verdeckt, daher nicht zu erkennen.
In 2 und 3 ist das erfindungsgemäße Gegengewicht in zwei Schnitten dargestellt. Innenmantel 39, Außenmantel 41, Rückwand 43 sowie Deckel 33 bilden die hermetisch geschlossene Arbeitskammer, welche die Sekundärmasse 35 enthält. Für die berührungsfreie Führung dieser Masse sorgen die radial angeordneten Federgelenke 37. Deren einwärts gerichtete Ufer sind im Innenmantel 39, die radial auswärts gewandten Ufer in der Sekundärmasse 35 fest eingespannt. Die Spalträume zwischen Gehäusewänden und Sekundärmasse sind mit einem viskosen Dämpfungsmedium, vorzugsweise Siliconöl, gefüllt.
Die Sekundärmasse kann unter Verzicht auf die Federführung auch von einer Gleit- oder Wälzlagerung oder einer sonstwie gearteten Einrichtung gestützt werden.
Im abgebildeten Beispiel ist der Deckel 33 mittels einer Strahlschweißnaht 45 auf dem Gehäuse fluiddicht aufgesetzt; es sind aber auch andere Deckelbefestigungen denkbar. Zu erkennen sind ferner die axiale Anlage 17 mit dem Anschraubloch 51, durch das eine axiale Schraube (nicht dargestellt) in die Kurbelwange 9 eingreift, sowie die angesenkten Befestigungsbohrungen 49 für die Schrauben 19. Für die Verbindung von Kurbel welle und Gegengewicht sind ebenfalls andere Ausführungen vorstellbar.
Das Gehäuse von 4 läßt sich wirtschaftlicher herstellen: Innenmantel 39 und Außenmantel 41 mit den Befestigungsknaggen 47 bilden ein Rohr von sichelförmigem Querschnitt, das durch Aufschweißen von Rückwand 43 und Deckel 33 zur allseits geschlossenen Arbeitskammer wird. Hier liefert die Rückwand zugleich die axiale Anlage 17 samt Anschraubloch 51.
Die Sekundärmasse 35 und ihre Führungselemente sind ebenso ausgeführt wie in 2, die den Mittelschnitt auch von 4 darstellt.
Ein weitergehender Vorschlag zur rationellen Herstellung des Gegengewichts-Gehäuses ist in 5 und 6 angedeutet. Das Teil 31 wird hier aus Blech in einem Tief zieh- oder Hydroforming-Prozess spanlos umgeformt. Durch Aufschweißen des Deckels 33 entsteht die hermetisch geschlossene Arbeitskammer, in die zuvor die Sekundärmasse 35 eingebracht werden muss. Die Führung dieser Masse übernehmen wie oben die Federgelenke 37 oder eine andere geeignete Lagerung.
Die schwingfeste Verbindung zur Kurbelwelle bedingt hier die Aufdoppelung 53. Zwischen ihr und dem Deckel 33 werden die Befestigungsknaggen 47 angeordnet, die zur Aufnahme der Schrauben 19 durchbohrt und angesenkt sind. Die axiale Anlage 17 wird hier vom Blechgehäuse 31 bereitgestellt; und das axiale Anschraubloch 51, wahlweise mit einem Mutterngewinde versehen, befindet sich in einem verstärkenden Einschweißstopfen.
Die beschriebene Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungs beispiele beschränkt. So ist es etwa denkbar, das erfindungsgemäße Gegengewicht als integralen, d.h. angeschmiedeten oder angegossenen Bestandteil der Kurbelwelle auszubilden.

1: Gegengewicht
3: Kurbelwellenabschnitt
5: Wellenzapfen
7: Hubzapfen
9: Kurbelwange
11: Auskragung
13: Auflagefläche
15: Anlagefläche
17: axiale Anlage
19: Befestigungsschraube
31: Gehäuse
33: Deckel
35: Sekundärmasse
37: Federgelenk
39: Innenmantel
41: Außenmantel
43: Rückwand
45: Schweißnaht
47: Befestigungsknagge
49: Befestigungsbohrung
51: axiales Anschraubloch
53: Aufdoppelung

Claims

Gegengewicht für den Massenausgleich einer rotierenden Welle, vorzugsweise einer Motor-Kurbelwelle (3), mit einem Gehäuse (31), wobei • das Gehäuse (31) eine fluiddicht geschlossene Arbeitskammer mit einem Innen- und Außenmantel (39 bzw. 41) umfasst, • in der Arbeitskammer eine viskos gedämpfte Sekundärmasse (35) eingebracht ist, • die zwischen Sekundärmasse (35) und Gehäuse (31) verbleibenden Spalträume mit einem viskosen Dämpfungsmedium gefüllt sind, • die Sekundärmasse (35) über in die Arbeitskammer sich erstreckende Federgelenke (37) gegenüber dem Gehäuse (31) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass • die Federgelenke (37) radial angeordnet sind, deren einwärts gerichtete Ufer im Innenmantel (39) und die radial auswärts gewandten Ufer in der Sekundärmasse (35) fest eingespannt sind.
Gegengewicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärmasse konzentrisch zur Rotationsachse der auszugleichenden Welle (3) geführt wird.
Gegengewicht nach Anspruch 1, bei dem die im Inneren des Gehäuses (31) angeordnete Arbeitskammer vom Innenmantel (39), dem Außenmantel (41), der Rückwand (43) und dem Deckel (33) umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Innenmantel, Außenmantel und Rückwand einstückig ausgebildet sind.
Gegengewicht nach Anspruch 1 mit einer im Inneren des Gehäuses angeordneten Arbeitskammer, dadurch gekennzeichnet, dass Innenmantel (39) und Außenmantel (41) einerseits und Rückwand (43) andererseits als getrennte Bauteile ausgeführt sind.
Gegengewicht nach Anspruch 1, 3 und 4, bei dem die im Inneren des Gehäuses (31) angeordnete Arbeitskammer vom Innenmantel (39), dem Außenmantel (41), der Rückwand (43) und dem Deckel (33) umschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass Innenmantel, Außenmantel, Rückwand und axiale Anlage (17) aus mindestens einem spanlos verformten Blechteil hergestellt sind.
Gegengewicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (33) und bei Bedarf auch die Rückwand (43) und eine Aufdoppelung (53) durch ein Strahlschweißverfahren befestigt werden.
Gegengewicht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht mit der zu bedämpfenden Welle durch Schrauben oder sonstwie geeignete Maschinenelemente verbunden ist.
Gegengewicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Gegengewichtes ein einstückiges Bestandteil der zu bedämpfenden Welle ist.