DE10130044A1

DE10130044A1 - Drehschwingungstilger

Info

Publication number: DE10130044A1
Application number: DE2001130044
Authority: DE
Inventors: Bernd Wagner; Oliver Schmidt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger für eine Kurbelwelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe (10) und wenigstens einer an dieser angeordneten und in radialer Richtung drehzahlabhängig verschiebbaren Trägheitsmasse (20). Hierbei ist jede Trägheitsmasse (20) in radialer Richtung formschlüssig mit wenigstens einem federelastischen Element (18, 19) verbunden, welches derart ausgebildet ist, daß sich dessen Steifigkeit unter Zug- bzw. Druckeinwirkung verändert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungstilger für eine rotierende Welle, insbesondere Kurbelwelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe und wenigstens einer an dieser angeordneten und in radialer Richtung drehzahlabhängig verschiebbaren Trägheitsmasse, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der GB-PS 598 811 ist ein drehzahladaptiver Tilger bekannt, der ein um eine Rotationsachse drehbares Nabenteil sowie mehrere Trägheitsmassen umfaßt, die um von der Rotationsachse beabstandete Schwenkachsen in Richtung der Rotationsbewegung schwenkbar sind. Bei Einleitung von Drehschwingungen in einen solchen Drehschwingungstilger verändert sich durch die Schwenkbewegung der Trägheitsmassen ständig deren Abstand von der Rotationsachse im Verlauf einer jeden Einzelschwingung. Ein solcher Tilger hat eine der Drehzahl proportionale Eigenfrequenz, so daß Drehschwingungen mit Frequenzen, die der Drehzahl proportional sind, im gesamten Drehzahlbereich tilgbar sind. Derartige der Drehzahl proportionale Frequenzen haben alle periodisch arbeitenden Maschinen, wie beispielsweise Verbrennungsmotoren von Brennkraftmaschinen.

Um bei der Anordnung gemäß GB-PS 598 811 Anschlaggeräusche zu vermeiden, wenn die Trägheitsmassen bei Beginn oder Ende einer Drehbewegung schlagartig von einer Endposition in eine andere verschoben werden, schlägt die DE 196 04 160 C1 zusätzlich vor, jeweilige die Trägheitsmassen haltende Bolzen nicht nur in einfachen Durchgangsbohrungen zu lagern, sondern in einer Führungsbahn zu führen. Als besonders vorteilhaft wird es beschrieben, wenn die Führungsbahnen aus einem elastomeren Werkstoff bestehen.

Sofern in Drehschwingungstilgern eine Gummifederung vorgesehen ist, ergibt sich der Nachteil einer hohen Temperaturdrift der Tilger-Eigenfrequenz infolge Erwärmung der Gummifeder. Hierdurch werden Kurbelwellendrehschwingungen ggf. unerwünscht kritisch.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwingungstilger der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, welcher auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Tilgung von Schwingungsamplituden kritischer Frequenzen zur Verfügung stellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Drehschwingungstilger der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Dazu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß jede Trägheitsmasse in radialer Richtung formschlüssig mit wenigstens einem federelastischen Elementen verbunden ist, welches derart ausgebildet ist, daß sich dessen Steifigkeit unter Zug- bzw. Druckeinwirkung verändert.

Dies hat den Vorteil, daß bei Drehung des Tilgers unter Einfluß der Fliehkraft die federelastischen Elemente durch die radiale Bewegung der jeweiligen Trägheitsmasse einem Zug bzw. einem Druck unterliegen, wodurch sich eine Steifigkeit der federelastischen Elemente ändert. Dies kompensiert bei entsprechender Auslegung der elastischen Federelemente in vorteilhafter Weise eine etwaige Temperaturdrift der Eigenfrequenz des Tilgers durch Erwärmung dieser Federelemente. Gleichzeitig ergibt sich zusätzlich eine Amplitudenreduktion nicht nur in der 1. sondern auch in der 2. Schwingungsform infolge Frequenzänderung über der Drehzahl. Insgesamt wird ein vibrations- und geräuschärmerer und somit funktionssicherer Betrieb beispielsweise einer Brennkraftmaschine erzielt.

Zweckmäßigerweise ist jede Trägheitsmasse bzgl. dem entsprechenden federelastischen Element radial innen liegend angeordnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Trägheitsmasse in radialer Richtung zwischen zwei federelastischen Elementen formschlüssig eingebettet, wobei die federelastischen Elemente derart ausgebildet sind, daß sich deren Steifigkeit unter Zug- bzw. Druckeinwirkung verändert.

Eine einfache Herstellbarkeit und Montage erzielt man dadurch, daß die federelastischen Elemente einstückig als ein Ring ausgebildet und durch in radialer Richtung verlaufende Schlitze oder Materialaussparungen in Segmente unterteilt sind, wobei jedes Segment eine Trägheitsmasse trägt.

Zweckmäßigerweise ist die gesamte Anordnung aus Trägheitsmassen und federelastischen Elementen einstückig als Ring ausgebildet, wobei in radialer Richtung verlaufende Schlitze bzw. Materialaussparungen die Anordnung in Segmente unterteilt, welche schwingungsmäßig voneinander entkoppelt sind.

Zum Haltern der Anordnung aus Trägheitsmasse und federelastischen Elementen weist die Nabe ein Rohr auf, an dem die Anordnung aus Trägheitsmassen und federelastischen Elementen befestigt ist.

Zur zusätzlichen Erhöhung der Verdrehfestigkeit weist das Rohr wenigstens eine Aussparung auf, welche als Materialvorsprung des Rohres in ein jeweiliges federelastisches Element hinein ragt.

Das bzw. die federelastischen Elemente sind beispielsweise als Vollkörper aus einem elastomeren Werkstoff, insbesondere einem Polymer, hergestellt.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in
Fig. 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers in einem Teilschnitt gemäß Linie B-B von Fig. 2,
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang Linie A-A von Fig. 1,
Fig. 3 eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers in einem Teilschnitt gemäß Linie D-D von Fig. 4 und
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang Linie C-C von Fig. 3.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte, erste bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers umfaßt eine Nabe 10, einen Zylinderstift 12 und ein Rohr 14. An dem Rohr 14 ist ein ringförmiges, elastisches Material befestigt, welches durch radiale Schlitze bzw. Materialaussparungen 16 in einzelne federelastische Elemente 18 unterteilt ist. Radial innen liegend sind formschlüssig mit den federelastische Elementen 18 Trägheitsmassen 20 angeordnet, wobei benachbarte Trägheitsmassen 20 ebenfalls durch die radialen Schlitze 16 voneinander getrennt sind. Jede Trägheitsmasse 20 bildet dabei ein Schwungringsegment aus. Die Anordnung ist so getroffen, daß bei Drehung des Drehschwingungstilgers die Trägheitsmassen 20 unter Einwirkung der Fliehkraft nach außen gegen die federelastischen Elemente 18 gedrückt werden. Hierdurch werden die federelastischen Elemente 18 radial zusammen zusammengepreßt und ihre torsionale Steifigkeit erhöht, wodurch sich im Zusammenspiel mit den Trägheitsmassen 20 die Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers in gewünschter Weise ändert. Die gleichzeitige Eigenfrequenzreduktion infolge Massenträgheitsmomenterhöhung aufgrund der minimal radial nach außen wandernden Trägheitsmasse 20 bleibt gering. Insgesamt werden drehzahlabhängig die Amplitude der Drehschwingungen über den gesamten Drehzahlbereich wirksam reduziert.
Die federelastischen Elemente 18 bilden in dieser Ausführungsform Druckfedern aus und sind derart hergestellt, daß sich ihre torsionale Steifigkeit in Abhängigkeit von der Drehzahl verändert. Da mit steigender Drehzahl normalerweise Motorleistung und -temperatur aber auch Tilgerleistung und Federelementtemperatur ansteigen, kann die genannte Steifigkeitserhöhung einer temperaturbedingten Änderung der Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers aufgrund einer Erwärmung der federelastischen Elemente 18 entgegen wirken. Auf diese Weise ist eine Temperaturabhängigkeit der Eigenfrequenz des Drehschwingungstilgers reduziert.
Das Rohr 14, die Trägheitsmasse 20 und die federelastischen Elemente 18 werden vorzugsweise einstückig als vulkanisiert gehafteter Gummi-Metall-Ring ausgeführt, der bereits die Schlitze bzw. Materialaussparungen 16 beinhaltet. Anschließend wird dieses Gesamtteil beispielsweise in die Nabe 10 eingepreßt. Das Rohr 14 wird zweckmäßigerweise vor dem Einpressen in die Nabe radial von außen kalibriert.
Die Aussparung 24 ergibt sich durch eine spezielle Ausgestaltung des Rohres 14 und dient vorzugsweise einer zusätzlichen Erhöhung der Verdrehfestigkeit in diesem Bereich der federelastischen Elemente 18, wenn die Trägheitsmassen 20 radial nach außen wandern. Dies führt zu einer weiteren gewünschten Eigenfrequenzerhöhung des Tilgers.
Bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungstilgers gemäß der Fig. 3 und 4 sind funktionsgleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, so daß zu deren Erläuterung auf die vorangegangene Beschreibung der Fig. 1 und 2 verwiesen wird. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist das Rohr 14 radial innen liegend angeordnet und sind die Trägheitsmassen 20 in radialer Richtung jeweils zwischen zwei federelastischen Elementen 18 und 19 formschlüssig eingebettet. Hierbei bezeichnet 18 die radial außen liegenden elastischen Federelemente (Druckfedern 18) und 19 die radial innen liegenden elastischen Federelemente (Zugfedern 19). Auf diese Weise ist ein System aus Zug-Druck-Federn realisiert. Die Druckfedern 18 werden mit der Nabe 10 beispielsweise mittels Post-Cure-Bonding verbunden. Wiederum sind die Zug- und Druckfedern 18, 19 derart ausgebildet, daß sich deren Steifigkeit mit wechselndem Druck bzw. Zug verändert.
Lediglich aus Gründen einer übersichtlichen Darstellung ist in den Fig. 1 bis 4 jeweils nur ein Segment vollständig dargestellt. Der Drehschwingungstilger umfaßt insgesamt beispielsweise sechs Segmente, wobei die die Segmente voneinander trennenden radialen Schlitze bzw. Materialaussparungen 16 einen Winkelabstand von 60 Grad aufweisen. Die elastischen Federelemente 18, 19 sind als Vollkörper ausgebildet und weisen beispielsweise eine Härte von 60 Shore A auf. Die Wanddicke des Rohres 14 beträgt beispielsweise 2 mm.

Claims

1. Drehschwingungstilger für eine rotierende Welle, insbesondere Kurbelwelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer Nabe (10) und wenigstens einer an dieser angeordneten und in radialer Richtung drehzahlabhängig verschiebbaren Trägheitsmasse (20), dadurch gekennzeichnet, daß jede Trägheitsmasse (20) in radialer Richtung formschlüssig mit wenigstens einem federelastischen Elementen (18, 19) verbunden ist, welches derart ausgebildet ist, daß sich dessen Steifigkeit unter Zug- bzw. Druckeinwirkung verändert.

2. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trägheitsmasse (20) bzgl. dem entsprechenden federelastischen Element (18) radial innen liegend angeordnet ist.

3. Drehschwingungstilger nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Trägheitsmasse (20) in radialer Richtung zwischen zwei federelastischen Elementen (18, 19) formschlüssig eingebettet ist, wobei die federelastischen Elemente (18, 19) derart ausgebildet sind, daß sich deren Steifigkeit unter Zug- bzw. Druckeinwirkung verändert.

4. Drehschwingungstilger nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischen Elemente (18, 19) einstückig als ein Ring ausgebildet und durch in radialer Richtung verlaufende Schlitze bzw. Materialaussparungen (16) in Segmente unterteilt sind, wobei jedes Segment eine Trägheitsmasse (20) trägt.

5. Drehschwingungstilger nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung aus Trägheitsmasse (20) und federelastischen Element (18, 19) einstückig als Ring ausgebildet ist, wobei in radialer Richtung verlaufende Schlitze bzw. Materialaussparungen (16) die Anordnung in Segmente unterteilt, welche schwingungsmäßig voneinander entkoppelt sind.

6. Drehschwingungstilger nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (10) ein Rohr (14) aufweist, an dem die Anordnung aus Trägheitsmassen (20) und federelastischen Elementen (18, 19) befestigt ist.

7. Drehschwingungstilger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (14) wenigstens eine Aussparung (24) aufweist, welche als Materialvorsprung des Rohres (14) in ein jeweiliges federelastisches Element (18) hinein ragt.

8. Drehschwingungstilger nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischen Elemente (18, 19) als Vollkörper aus einem elastomeren Werkstoff ausgebildet sind.

9. Drehschwingungstilger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff ein Polymer ist.