DE102005055800A1

DE102005055800A1 - Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen und Anordnung

Info

Publication number: DE102005055800A1
Application number: DE102005055800A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Buck; Markus Dürre; Friedrich Back
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2005-11-21
Filing date: 2005-11-21
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-22
Also published as: DE102005055800B4; JP2007139195A; US20070163379A1; US7802491B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, umfassend eine Zentrierhülse (1) zur Aufnahme eines rotierbaren Elements und eine Schwungmasse (2), ist im Hinblick auf die Aufgabe, eine Anordnung zu realisieren, welche bei konstruktiv einfachem Aufbau eine hohe dynamische Stabilität aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) miteinander verbunden sind. Des Weiteren ist eine Anordnung angegeben, welche die genannte Vorrichtung und eine flexible Kupplung (5) umfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, umfassend eine Zentrierhülse zur Aufnahme eines rotierbaren Elements und eine Schwungmasse. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, umfassend eine Vorrichtung.

Stand der Technik

Derartige Vorrichtungen und Anordnungen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Sie dienen der Reduzierung von Schwingungen einer Welle und werden unter anderem als Tilger eingesetzt, welche mit einem Schwungring als Tilgermasse oder Schwungmasse ausgestattet sind. Zur Drehmoment übertragenden Verbindung zweier Wellenenden werden häufig auch flexible Kupplungen, so genannte Hardyscheiben eingesetzt. Die radiale Steifigkeit sowie die Montagegenauigkeit solcher Elastomerkupplungen reicht nicht aus, um die beiden Wellenenden bei verschiedenen Drehzahlen ausreichend zu fluchten und eine dynamische Stabilität sicher zu stellen. Die Folge hiervon kann ein Wellenversatz sein, welcher durch auftretende Unwuchten Geräusche oder Vibrationsprobleme bei höheren Drehzahlen bewirkt. Um dem zu begegnen, werden Zentrierhülsen eingesetzt, welche die Wellenenden funktionsgemäß zentrieren sollen.

Derzeit werden zwei voneinander baulich getrennte Bauteile, nämlich eine Zentrierhülse und eine Schwungmasse verwendet, um zwei Wellenenden Drehmoment übertragend miteinander zu verbinden. Hierbei liegt eine der Schwungmasse zugeordnete Elastomerspur relativ weit von deren Drehachse entfernt, was eine geringe Radialsteifigkeit verursacht. Dies kann zur Ausbildung von Unwuchten durch Auswandern der Schwungmasse führen. Die Verwendung zweier getrennter Bauteile verursacht darüber hinaus hohe Kosten und aufwendige Montageschritte. Die zusätzlich eingesetzten Elastomerkupplungen weisen regelmäßig auch nur eine relativ geringe Radialsteifigkeit auf. Hierdurch kann es insgesamt zu einem radialen Auswandern der Wellen bei hohen Drehzahlen kommen. Die Folge sind Unwuchten, welche zu Geräusch- und Vibrationsproblemen führen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu realisieren, welche bei konstruktiv einfachem Aufbau eine hohe dynamische Stabilität aufweist.

Die vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse und die Schwungmasse miteinander verbunden sind.

Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass die Verbindung einer Zentrierhülse mit einer Schwungmasse erlaubt, Torsionsschwingungen effektiv zu begegnen.

Dies wird auf raffinierte Weise dadurch realisiert, dass eine Schwungmasse eingesetzt wird, welche der Zentrierhülse fest zugeordnet ist. Die direkte Zuordnung der Zentrierhülse zu der Schwungmasse führt dazu, dass diese beiden Elemente auf einfache Art und Weise montierbar sind. Die Kombination der Zentrierhülse mit einer Schwungmasse stellt sicher, dass die Wellenenden auch bei hohen Drehzahlen nicht durch die Schwungmasse mit einer Unwucht beaufschlagt werden. Dies wird durch eine hohe Radialsteifigkeit zwischen Schwungmasse und Zentrierhülse gewährleistet. Die Schwungmasse kann nämlich sehr zentrumsnah an der Zentrierhülse angeordnet werden, wodurch die Radialsteifigkeit dieses Systems signifikant ansteigt. Ein Auswandern der Schwungmasse wird hierdurch wirksam vermieden und die Wellen werden auch bei hohen Drehzahlen nicht zum Auswandern angeregt. Insoweit ist eine Anordnung realisiert, welche bei konstruktiv einfachem Aufbau eine hohe dynamische Stabilität aufweist.

Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.

Die Zentrierhülse und die Schwungmasse könnten als vormontiertes Bauteil ausgestaltet sein. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass während der Montage des Bauteils auf aufwändige Zentrierungsschritte der Schwungmasse relativ zur Welle verzichtet werden kann. Eine zusätzliche Zentrierung zwischen Welle und Schwungmasse ist nicht notwendig. Insoweit sind Fehlerquellen wirksam ausgeschlossen.

Die Zentrierhülse und die Schwungmasse könnten über ein Elastomer verbunden sein, welches am äußeren Umfang der Zentrierhülse angeordnet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Schwungmasse relativ zur Zentrierhülse beweglich ist und Torsionsschwingungen begegnen kann. Das Elastomer kann als durchgehende Lage oder unterbrochene Elastomerspur ausgestaltet sein. Bei einer durchgehenden Lage ist eine besonders hohe Steifigkeit realisierbar.

Bei einer durchbrochenen Lage kann eine weiche torsionale Steifigkeit bei relativ hoher Radialsteifigkeit realisiert werden. Diese Steifigkeitsverhältnisse könnten in Abhängigkeit von der Anzahl der Durchbrechungen einstellbar sein.

Die Zentrierhülse und die Schwungmasse könnten durch eine Presspassung und/oder einen Vulkanisationsprozess miteinander verbunden sein. Ein Vulkanisationsprozess stellt eine zuverlässige Verbindung zwischen Schwungmasse und Zentrierhülse sicher. Dabei ist denkbar, dass ein Elastomer entweder nur an der Zentrierhülse oder nur an der Schwungmasse anvulkanisiert ist, wobei die Gesamtverbindung durch eine Presspassung erzielt wird. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass auftretende Schrumpfspannungen minimiert werden.

Eine Vulkanisation des Elastomers nur an der Zentrierhülse erlaubt eine Anordnung einer Vielzahl von Kavitäten, nämlich Zentrierhülsen mit Elastomeren, in einer Vulkanisationseinrichtung und damit einen kostengünstigen Fertigungsschritt.

Eine besonders zuverlässige Verbindung könnte dadurch erzielt werden, dass das Elastomer sowohl mit der Zentrierhülse als auch mit der Schwungmasse durch Vulkanisation verbunden ist. Hierbei wird eine Gummi-Metall-Verbindung erzeugt.

Denkbar ist vor diesem Hintergrund auch, dass die Schwungmasse und die Zentrierhülse lediglich durch eine Presspassung einer elastomeren Lage oder eines Gummirings miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung wird auf eine Gummi-Metall-Verbindung völlig verzichtet und der Gummiring oder das Elastomer wird eingeschossen. Hierdurch ist ein besonders schneller Fertigungsprozess realisierbar.

Die Zentrierhülse und die Schwungmasse könnten konzentrisch angeordnet sein. Die konzentrische Anordnung stellt sicher, dass keine Unwuchten auftreten.

Die Zentrierhülse könnte zumindest teilweise innerhalb der Schwungmasse angeordnet sein. Dieser Aufbau stellt eine besondere Kompaktheit sicher, wodurch ein Platz sparender Aufbau gesichert ist. Hierdurch können zwei Wellenenden in besonders kompakter Weise Drehmoment übertragend angeordnet werden.

Innerhalb der Zentrierhülse könnte eine elastische Lage angeordnet sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Wellenzapfen oder ein Wellenende innerhalb der Zentrierhülse durch Presspassung aufgenommen werden kann. Die elastische Lage kann als Elastomer oder Gummi ausgebildet sein.

Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die elastische Lage innerhalb der Zentrierhülse zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist. Die sphärische Ausgestaltung realisiert, dass die elastische Lage aufgrund ihrer Wölbung vorwiegend Scherbeanspruchungen unterworfen wird. Dabei ist vorteilhaft realisiert, dass eine gewölbte elastische Lage nahezu unabhängig von ihrer Dicke eine hohe radiale Steifigkeit realisieren kann, da bei radialer Auslenkung hauptsächlich Zug-Druck-Belastungen auftreten. Hierdurch wird deren Verschleiß minimiert.

An die elastomere Lage könnte sich eine Innenhülse anschließen. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders genaue Zentrierung eines Wellenendes, da die Innenhülse nach Einbettung in der elastischen Lage ausgedreht werden kann, um Unebenheiten oder azentrische Positionierungen zu kompensieren. Die Innenhülse könnte aus Bronze gefertigt sein, um eine hohe Verschleißfestigkeit sicher zu stellen. Eine Fertigung der Innenhülse aus Kunststoff ist besonders kostengünstig. Die Innenhülse und/oder die elastische Lage könnten sphärisch ausgebildet sein. Um Wiederholungen in Bezug auf die Vorteile einer sphärischen Ausgestaltung zu vermeiden, sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.

Die Schwungmasse könnte als Tiefziehteil ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt einen besonders Platz sparenden und kompakten Aufbau der Schwungmasse. Die Schwungmasse könnte als flaches Blech ausgestaltet sein, welches problemlos in einen engen Bauraum einfügbar ist. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Schwungmasse in einen engen Bauraum zwischen einer flexiblen Kupplung, beispielsweise einer Elastomerkupplung, insbesondere einer Hardyscheibe, sowie einem Wellenflansch eingefügt werden kann. Insgesamt wird hierdurch der Raum zwischen dem Wellenflansch und der flexiblen Kupplung in optimaler Weise ausgenutzt. In diesem engen Zwischenraum wird nämlich eine Schwungmasse positioniert, welche zusätzlich die Torsionsschwingungen unabhängig von der flexiblen Kupplung aufnehmen kann.

Die eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen gelöst, welche eine vorstehend beschriebene Vorrichtung und eine flexible Kupplung umfasst, wobei zwei Wellenenden miteinander Drehmoment übertragend verbunden sind.

Bei der flexiblen Kupplung kann es sich um eine Elastomerkupplung, insbesondere um eine Hardyscheibe handeln, welche über Hülsen verfügt. Mit diesen Hülsen können Drei- oder Mehrarmflansche verbunden werden, die den Wellen zugeordnet sind. Zusätzlich zu der flexiblen Kupplung kann die Schwungmasse der beschriebenen Vorrichtung den Torsionsschwingungen begegnen und Tilgen und Dämpfen, wobei die Wellenenden zugleich wirksam zentriert werden.

Dabei ist denkbar, dass in axialer Richtung vor bzw. hinter der flexiblen Kupplung der geringe, durch Befestigungsschrauben der Flansche unterbrochene, Bauraum von der als Tiefziehteil ausgeführten Schwungmasse genutzt wird. Die Schwungmasse wird durch eine elastomere Lage direkt mit der Zentrierhülse verbunden. Folglich kann die elastomere Lage sehr zentrumsnah angeordnet werden, wodurch die Radialsteifigkeit zwischen Zentrierhülse und Schwungmasse signifikant steigt. Hierdurch wird eine hohe Unwucht durch radiales Auswandern der Schwungmasse vermieden. Insgesamt können Vibrations- und Geräuschprobleme von Gelenkwellen wirksam vermieden werden.

Vorteilhafterweise kann eine Anordnung oder eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art bei Gelenkwellen Verwendung finden. Insbesondere bei Hinter- oder Allradantrieb kommt oftmals eine flexible Kupplung zum Einsatz, die besonders vorteilhaft durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergänzt werden kann.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie der erfindungsgemäßen Anordnung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
1 in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Zentrierhülse und einer Schwungmasse und
2 eine Anordnung mit einer Vorrichtung gemäß 1.
Ausführung der Erfindung
1 zeigt eine Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen mit einer Zentrierhülse 1 zur Aufnahme eines rotierbaren Elements. Die Vorrichtung zeigt des Weiteren eine Schwungmasse 2. Die Zentrierhülse 1 und die Schwungmasse 2 sind miteinander verbunden.
Die Verbindung ist derart, dass eine relative Bewegung der Zentrierhülse und der Schwungmasse möglich ist.
Die Zentrierhülse 1 und die Schwungmasse 2 sind als vormontiertes Bauteil ausgestaltet, wobei die Zentrierhülse 1 und die Schwungmasse 2 über ein Elastomer 3 verbunden sind, welches am äußeren Umfang der Zentrierhülse 1 angeordnet ist.
Die Zentrierhülse 1 und die Schwungmasse 2 können durch eine Presspassung und/oder einen Vulkanisationsprozess miteinander verbunden sein. Dabei ist denkbar, dass das Elastomer an dem äußeren Umfang der Zentrierhülse anvulkanisiert ist. Die Zentrierhülse 1 mit anvulkanisiertem Elastomer 3 kann durch Presspassung in der Schwungmasse 2 aufgenommen sein.
Die Zentrierhülse 1 und die Schwungmasse 2 sind konzentrisch angeordnet, wobei die Zentrierhülse 1 zumindest teilweise innerhalb der Schwungmasse 2 angeordnet ist.
Innerhalb der Zentrierhülse 1 ist eine elastische Lage 4 angeordnet, welche ein Elastomer umfasst.
Die Schwungmasse 2 ist als Tiefziehteil ausgebildet. Ganz konkret ist die Schwungmasse 2 als tiefgezogenes Blech ausgestaltet.
Die Zentrierhülse 1 ist zylindrisch aufgebaut und verjüngt sich in einer Richtung. Der mit der elastischen Lage 4 versehene Teil der Zentrierhülse 1 nimmt einen Wellenzapfen durch Presspassung auf. Die Presspassung erfolgt zwischen elastischer Lage 4 und Wellenzapfen. Der diesem abgewandte Teil der Zentrierhülse 1 wird durch Presspassung in einen Wellenflansch eingefügt.
2 zeigt eine Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, welche eine Vorrichtung gemäß 1 und eine flexible Kupplung 5 umfasst. Die flexible Kupplung 5 ist als Hardyscheibe ausgestaltet. Zwei Wellenenden werden durch die flexible Kupplung 5 Drehmoment übertragend miteinander verbunden. Die Drehmoment übertragende Verbindung erfolgt durch einen Flansch 6, der als Dreiarmflansch ausgestaltet sein kann. Dieser Flansch 6 ist durch die flexible Kupplung 5 mit einem anderen hier nicht gezeigten Flansch der anderen Welle Drehmoment übertragend verbunden.
Die Schwungmasse 2 befindet sich in einem vom Flansch 6 und der flexiblen Kupplung 5 definierten Bauraum. Die Ausgestaltung der Schwungmasse 2 als tiefgezogenes Blech erlaubt die Anordnung der Schwungmasse in diesem engen Bauraum. Die Schwungmasse 2 kann Aussparungen aufweisen, die die flexible Kupplung 5 zumindest teilweise durchgreifen kann.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich ausgewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.

Claims

Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, umfassend eine Zentrierhülse (1) zur Aufnahme eines rotierbaren Elements und eine Schwungmasse (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) als vormontiertes Bauteil ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) über ein Elastomer (3) verbunden sind, welches am äußeren Umfang der Zentrierhülse (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) durch eine Presspassung und/ oder einen Vulkanisationsprozess miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) und die Schwungmasse (2) konzentrisch angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierhülse (1) zumindest teilweise innerhalb der Schwungmasse (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Zentrierhülse (1) eine elastische Lage (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lage (4) innerhalb der Zentrierhülse (1) zumindest teilweise sphärisch ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Lage (4) eine Innenhülse umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (2) als Tiefziehteil ausgebildet ist.
Anordnung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen, umfassend eine Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche und eine flexible Kupplung (5), wobei zwei Wellenenden miteinander Drehmoment übertragend verbunden sind.