DE102005040257B4

DE102005040257B4 - Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle

Info

Publication number: DE102005040257B4
Application number: DE200510040257
Authority: DE
Inventors: Dr. Forkel Michael
Original assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Current assignee: Winkelmann Powertrain Components GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-24
Filing date: 2005-08-24
Publication date: 2014-06-26
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: DE102005040257A1

Abstract

Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer an der Welle befestigbaren Nabe und einer mit der Nabe verbundenen Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe radial innenseitig mit einer drehelastischen Zwischenlage und die Zwischenlage ihrerseits radial innenseitig mit einer ringförmigen Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (U) der Riemenscheibe (6) mit von der Kreisform abweichenden geometrischen Ungleichförmigkeiten versehen ist, die den Drehungleichförmigkeiten entgegenwirken oder die Resonanz verschieben, wobei die Nabe (1) einstückig mit der ringförmigen Masse (4) oder der Riemenscheibe (6) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, mit einer an der Welle befestigbaren Nabe und einer mit der Nabe verbundenen Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe radial innenseitig mit einer drehelastischen Zwischenlage und die Zwischenlage ihrerseits radial innenseitig mit einer ringförmigen Masse verbunden ist.
Drehschwingungsdämpfer dienen in erster Linie zur Tilgung bzw. Dämpfung hochfrequenter Kurbelwellenschwingungen. Die Nebenantriebe von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Lichtmaschine oder die Kühlwasserpumpe, werden in der Regel über Keilriemen oder sogenannte Poly-V-Riemen angetrieben, der Antrieb der Nebenaggregate erfolgt häufig über gattungsgemäße Vorrichtungen, d. h. einen Schwingungsdämpfer, bei dem die Riemenspur Bestandteil des Schwingungsdämpfers ist. Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist z. B. aus DE 86 28 014 U1 bekannt.
Aus DE 44 30 393 C1 ist eine drehelastische Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer bekannt. Die Drehelastizität der drehelastischen Zwischenlage zwischen der Nabe und der Riemenscheibe dieses Bauteils dient dazu, den Riementrieb der Nebenaggregate von Verbrennungsmotoren im niedrigen Drehzahlbereich von den hohen Drehwinkelamplituden der Kurbelwelle (funktionsbedingte Drehungleichförmigkeiten von Hubkolbenmaschinen) schwingungstechnisch zu isolieren bzw. zu entkoppeln. Dieses Bauteil besteht aus einer Mehrzahl von Einzelteilen und benötigt zwei voneinander unabhängige elastische Federkörper, so dass es sehr aufwendig ist.
Vorrichtungen dieser Art sind aufgrund von Drehmomentschwankungen und Winkelgeschwindigkeitsänderungen Schwingungsanregungen unterworfen, die für sich und besonders im Fall der Resonanzüberhöhung zu erhöhten Schwingungsparametern führen. Dadurch wird die Lebensdauer der im Riementrieb verwendeten Bauteile unzulässig verkürzt und darüber hinaus entstehen Geräuschemissionen, die die zulässigen Grenzen überschreiten.
Aus DE 197 08 082 C2 ist eine Dämpfungsanordnung bekannt geworden, die zusätzlich zur drehelastischen Kupplung zwischen Nabe und Riemenscheibe einen Schwungring aufweist, der parallel zur drehelastischen Kupplung an einem an der Nabe befestigten ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelastischen fluidgefüllten Gehäuse angeordnet ist. Eine solche Dämpfungsanordnung ist jedoch sehr aufwendig.
Grundsätzlich ist es bei Bauteilen in Steuertrieben bekannt, im Steuertrieb auftretende Drehungleichförmigkeiten durch unrunde Zahnriemenritzel oder Kettenritzel zu verringern. Solche Bauteile sind z. B. in DE 195 20 508 A1 und DE 203 19 172 U1 beschrieben. Sie sind aber nicht geeignet, die Funktionen eines klassischen Drehschwingungsdämpfers mit Tilgermasse, Feder und Dämpfung zu erfüllen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Vorrichtung so weiterzuentwickeln, dass auftretende Drehschwingungen bzw. Ungleichförmigkeiten und deren Folgen eliminiert, reduziert oder in unkritische Betriebsbereiche verschoben werden können.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Außenumfang der Riemenscheibe mit von der Kreisform abweichenden geometrischen Ungleichförmigkeiten versehen ist, die den Drehungleichförmigkeiten entgegenwirken oder die Resonanz verschieben, wobei die Nabe einstückig mit der ringförmigen Masse oder der Riemenscheibe ausgebildet ist.
Anders als bei bekannten Drehschwingungsdämpfern mit Riemenscheibe, die durch dämpfende und/oder tilgende Elemente nur auf eine Reduzierung bzw. Tilgung der Schwingungsproblematik an der Kurbelwelle und der daraus resultierenden Folgen abzielen, wird somit vorgeschlagen, auf dem Riemenscheibenumfang zusätzlich gezielte Ungleichförmigkeiten aufzubringen, wodurch die am jeweiligen Aggregat auftretenden Drehungleichförmigkeiten oder Resonanzen und deren Folgen eliminiert, reduziert oder in einen unkritischen Betriebsbereich verschoben werden können. Wenn die Nabe einstückig mit der ringförmigen Masse ausgebildet ist, bildet diese dann einen topfförmigen Bereich der Nabe, an den die drehelastische Zwischenlage z. B. anvulkanisiert ist. Die Nabe bildet dann die Primärmasse und die Riemenscheibe die Sekundärmasse des Schwingungsdämpfers. Wenn alternativ die Nabe einstückig mit der Riemenscheibe ausgebildet ist, ist die Riemenscheibe dann radial innenseitig über die drehelastische Zwischenlage mit einer ansonsten nicht mit der Nabe verbundenen ringförmigen Masse verbunden, welche die Sekundärmasse bildet.
Dabei ist bevorzugt der Außenumfang der Riemenscheibe so gestaltet, dass einer Kreisform periodische Funktionen und/oder phasenverschobene Funktionen überlagert sind. Dies bedeutet, dass eine Abwicklung des Umfangs der Riemenscheibe eine Wellenform ergibt. Diese Wellenform entspricht dann einer Sinus-Kurve geeigneter Wellenlänge oder vergleichbarer periodischer Funktion.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die Amplituden und Phasenlagen der periodischen Funktionen an die zu erwartenden Drehungleichförmigkeiten, Resonanzen oder dergl. angepasst sind. Durch geeignete Auswahl der Amplituden und Phasenlagen ist dann eine synchrone Abstimmung auf Anregungsungleichförmigkeiten und Resonanzen von Kurbelwelle und/oder Nebenaggregaten bis zur völligen Eliminierung möglich.
Der ungleichförmige Außenumfang der Riemenscheibe wird vorzugsweise in spanloser Umformtechnik vorzugsweise durch kurven- oder CNC-gesteuerte Antriebsverfahren realisiert, wobei die Kurven proportional zu den gewünschten ungleichförmigen Kreisgeometrien in Abhängigkeit von den zu erzielenden periodischen Funktionen erzeugt werden. Wird beispielsweise bei einem ringförmigen Blechrohling die Einbringung des Riemenprofils durch eine oder mehrere Drückrollen bewirkt, die radial zugestellt werden, so ist es durch geeignete Steuerung lediglich erforderlich, je nach Umfangsbereich die Drückrollen mehr oder weniger weit radial nach innen zuzustellen.
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Diese zeigt in:
1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 einen Schnitt gemäß der Linie A-B in 1,
3 eine Seitenansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung und
4 einen Schnitt gemäß der Linie C-D in 3.
Eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere an einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, weist zunächst eine Nabe 1 auf, welche mit einer zentralen Bohrung 2 und auf einem gemeinsamen Umfang angeordneten Befestigungsbohrungen 3 versehen ist, welche ein Aufsetzen und Festschrauben an einem nicht dargestellten Ende einer Kurbelwelle ermöglichen. Neben den Befestigungsbohrungen 3 weist die Nabe eine weitere Bohrung 3a auf, mit der die Vorrichtung in exakter Ausrichtung auf einen Passstift der Kurbelwelle aufgesetzt wird, um die korrekte (Drehwinkel-)Einbaulage zu gewährleisten. Die Nabe 1 ist topfförmig gestaltet, d. h. sie geht radial außenseitig in einen um 90° umgelegten axial erstreckten Umfangsbereich 4 über, der eine ringförmige Masse bildet.
Auf diesem Umfangsbereich 4 (bzw. dieser ringförmigen Masse) der Nabe 1 ist radial außenseitig eine drehelastische Zwischenlage 5 angeordnet. Diese drehelastische Zwischenlage 5 kann beispielsweise an den Umfangsbereich 4 der Nabe 1 anvulkanisiert sein oder auf sonstige Art und Weise befestigt sein.
Am radialen Außenumfang trägt die drehelastische Zwischenlage 5 eine allgemein mit 6 bezeichnete Riemenscheibe, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Poly-V-Profilbereich 7 aufweist. Anstelle des Poly-V-Profilbereiches 7 könnte auch ein einfaches V-Profil oder ein Zahnriemenprofil vorgesehen sein.
Bei der insoweit beschriebenen Vorrichtung dient die drehelastische Zwischenlage 5 zur schwingungstechnischen Isolation des Riementriebes von den Drehungleichförmigkeiten des Verbrennungsmotors. Dabei stellt die Nabe 1 die Primärmasse und die Riemenscheibe 6 die Sekundärmasse des Drehschwingungsdämpfers dar.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ist nun, dass der Außenumfang der Riemenscheibe 6, welcher in 1 mit U bezeichnet ist, mit von der Kreisform abweichenden geometrischen Ungleichförmigkeiten versehen ist, welche Drehungleichförmigkeiten der Vorrichtung selbst oder der Bauteile des zugeordneten Riementriebes entgegenwirken bzw. die Resonanz verschieben. Dazu weist der Außenumfang U der Riemenscheibe 6 eine von der Kreisform abweichende Kontur auf, wie aus 1 deutlich hervorgeht.
Der Außenumfang U der Riemenscheibe 6 ist dabei so gestaltet, dass einer Kreisform periodische Funktionen und/oder phasenverschobene Funktionen überlagert sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Riemenscheibe 6 so gestaltet, dass sie gemäß 1 in Dreiuhr- und in Neunuhr-Position die geringste radiale Erstreckung (in den Figuren mit H₁ bezeichnet) und in Sechsuhr- und Zwölfuhr-Position die größte radiale Erstreckung aufweist, diese ist in den Figuren mit H₂ bezeichnet.
In den 3 und 4 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In diesen Figuren sind, sofern gleiche Teile betroffen sind, dieselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 verwandt.
Im Unterschied zur Ausführungsform nach 1 und 2 sind bei der Ausführungsform nach 3 und 4 die Nabe 1 und die Riemenscheibe 6 einstückig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform ist deshalb der Bereich der Riemenscheibe 6 radial innenseitig über die drehelastische Zwischenlage 5 nicht mit der Nabe 1 bzw. dem nicht vorhandenen topfförmigen Bereich derselben verbunden, sondern mit einer zusätzlichen ringförmigen Masse 8, die als Sekundärmasse des Schwingungsdämpfers dient.
Wesentlich für diese Ausführungsform ist ebenfalls, dass der Außenumfang der Riemenscheibe 6, der in 3 mit U bezeichnet ist, mit von der Kreisform abweichenden geometrischen Ungleichförmigkeiten versehen ist. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 und 2 weist die Riemenscheibe in ihrem Umfangsbereich U in Zwölfuhr-, Vieruhr- und Achtuhr-Position Bereiche mit größter radialer Erstreckung H₂ auf und in Sechsuhr-, Zehnuhr- und Zweiuhr-Position Bereiche mit geringster radialer Erstreckung H₁.
Die dargestellten Ausgestaltungen des Außenumfangs U der Riemenscheibe stellen nur ein Ausführungsbeispiel dar, die exakte Gestaltung im Einzelfall hängt von den jeweils zu erwartenden Drehungleichförmigkeiten, Resonanzen oder dergl. ab. Angepasst hieran sind die Amplituden (radialen Erstreckungen) der periodischen Funktionen und die Periodendauer geeignet auszuwählen, d. h., andere als in den Figuren dargestellt, kann es auch mehr als zwei oder drei Umfangsbereiche mit größter radialer Erstreckung geben.
Zur Herstellung der Riemenscheibe 6 wird bevorzugt ein spanloses Herstellverfahren verwandt, beispielsweise das Drückwalzen. So kann als Ausgangsprodukt ein Ring verwandt werden, der durch profilierte Drückrollen bearbeitet wird, indem diese bei Relativdrehbewegung zwischen dem Ring und den Drückrollen mehr oder weniger radial zugestellt werden.

Claims

Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit einer an der Welle befestigbaren Nabe und einer mit der Nabe verbundenen Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe radial innenseitig mit einer drehelastischen Zwischenlage und die Zwischenlage ihrerseits radial innenseitig mit einer ringförmigen Masse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (U) der Riemenscheibe (6) mit von der Kreisform abweichenden geometrischen Ungleichförmigkeiten versehen ist, die den Drehungleichförmigkeiten entgegenwirken oder die Resonanz verschieben, wobei die Nabe (1) einstückig mit der ringförmigen Masse (4) oder der Riemenscheibe (6) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenumfang (U) der Riemenscheibe (6) so gestaltet ist, dass einer Kreisform periodische Funktionen und/oder phasenverschobene Funktionen überlagert sind.