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Die
Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für
eine Kurbelwelle, insbesondere für eine Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine.
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Aus
der
DE 101 14 610
A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer bekannt. Dieser
Drehschwingungsdämpfer weist ein als Dämpfergehäuse
ausgebildetes Trägerelement auf, wobei in dem Dämpfergehäuse
für eine Dämpfermasse eine erste Dämpferkammer
vorgesehen ist. In der Dämpferkammer ist die als Sekundärmasse
bezeichnete Dämpfermasse in einem viskosen Dämpfungsmedium
angeordnet. Dazu ist die Dämpferkammer fluiddicht abgedichtet. Ein
solcher Drehschwingungsdämpfer, der auch als Wangendämpfer
mit Viskosedämpfung bezeichnet werden kann, hat den Nachteil,
dass die Rückstellkraft für die Schwungmasse undefiniert
ist. Dies erschwert eine Auslegung des Schwingungsdämpfers und
kann im Betrieb zu einer unbefriedigenden Dämpfung führen,
insbesondere dadurch, dass die Rückstellkraft mit der Betriebstemperatur
eines mit einem solchen Drehschwingungsdämpfer ausgestatteten
Aggregats undefiniert variiert. Darüber hinaus ist ein
solcher Drehschwingungsdämpfer in seiner Herstellung sehr
aufwändig.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Drehschwingungsdämpfer
und eine hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens verbesserte Kurbelwelle
insbesondere für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung
zu stellen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
dem Merkmal der Ansprüche 1 bzw. 10.
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Gemäß der
Erfindung ist bei einem Drehschwingungsdämpfer mit mindestens
einem ersten Trägerelement zur Ankopplung mindestens einer
ersten Dämpfermasse an eine Welle gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgesehen, dass das Trägerelement
als Rotationselement ausgebildet ist und dass als Dämpfungsmedium
mindestens ein erstes Elastomerelement vorgesehen ist, welches in
radialer Richtung zwischen dem Trägerelement und der Dämpfermasse
angeordnet ist. Die Ausbildung des Trägerelements als Rotationselement
erlaubt es, in besonders einfacher Weise das Dämpfungsmedium als
ein Elastomerelement auszubilden, welches in radialer Richtung zwischen
dem Trägerelement und der Dämpfermasse angeordnet
ist. Im Gegensatz zu einem fluiden Dämpfungsmedium bewirkt
ein Elastomerelement eine definierte Rückstellkraft, wodurch nicht
nur die Auslegung eines Drehschwingungsdämpfers erleichtert,
sondern auch dessen Betriebsverhalten verbessert wird.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind entweder
das Trägerelement oder die Dämpfermasse nach Art
einer flachen Schale als Blechformteil ausgebildet. Dies ist hinsichtlich
des Herstellungsaufwands eine besonders günstige Lösung.
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Gemäß einer
weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind
in dem Trägerelement zur Bildung eines exzentrischen Schwerpunkts
Durchbrechungen und/oder Freischnitte und/oder Massenanhäufungen
vorgesehen. Dadurch ist es möglich, bei einer insgesamt
kleinen Bauform und mit geringem Material- und Kostenaufwand einen
besonders wirkungsvollen Drehschwingungsdämpfer zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Elastomerelement als Rotationskörper, insbesondere
als Elastomer-Rechteckring ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung
ist hinsichtlich ihrer Sicherheit gegen Ermüdungsversagen
besonders vorteilhaft.
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Gemäß weiterer
bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung ist alternativ vorgesehen,
dass das Trägerelement die Dämpfermasse in radialer
Richtung über das Elastomerelement an ihrer inneren oder – alternativ – ihrer äußeren
Umfangswand abstützt. Diese Ausgestaltungen erlauben ein
individuelles Anpassen des Drehschwingungsdämpfers an vorhandene
Wellengeometrien.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Trägerelement und die Dämpfermasse unter
Zwischenfügung des ersten Elastomerelements miteinander verpresst
sind. Dies erlaubt eine besonders kostengünstige Herstellung.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Dämpfermasse, vorzugsweise eine erste Dämpfermasse
und weitere Dämpfermassen als Massenausgleichselemente
zum mindestens teilweisem Ausgleich der anteiligen Massenkräfte
und/oder -momente eine zugehörigen Kurbelwellenabschnitts
ausgebildet sind.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass an dem Trägerelement Anschlussstrukturen zum Anschluss an
Wangen einer Kurbelwelle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
ausgebildet sind.
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Die
Vorteile der Erfindung zeigen sich insbesondere an Kurbelwellen
für Brennkraftmaschinen, sodass auch für eine
Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass mindestens ein erster Drehschwingungsdämpfer
gemäß einem der vorgenannten Ansprüche
vorgesehen ist, selbstständig Schutz beansprucht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 Eine
erste besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Drehschwingungsdämpfers mit außen liegendem Schwungring,
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2 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer
in 1 gemäß der Linie II-II in 1,
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3 einen
Trägerkörper des erfindungsgemäßen
Schwingungsdämpfers in den 1 und 2 in
perspektivischer Darstellung,
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4 ein
als Elastomer-Rechteckring ausgebildetes Elastomerelement des Drehschwingungsdämpfers
in den 1 und 2,
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5 eine
als Schwungring ausgebildete Dämpfermasse des Drehschwingungsdämpfers
in den 1 und 2,
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6 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Kurbelwelle mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß den 1 bis 5,
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7 eine
zweite besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schwingungsdämpfers mit innen liegendem Schwungring,
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8 einen
Schnitt durch den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer
in 7 gemäß der Linie VIII-VIII
in 7,
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9 einen
Trägerkörper des erfindungsgemäßen
Schwingungsdämpfers in den 7 und 8 in
perspektivischer Darstellung,
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10 ein
als Elastomer-Rechteckring ausgebildetes Elastomerelement des Drehschwingungsdämpfers
in den 7 und 8,
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11 eine
als Schwungring ausgebildete Dämpfermasse des Drehschwingungsdämpfers
in den 7 und 8,
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12 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Kurbelwelle mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß den 7 bis 11.
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Der
anhand der 1 bis 5 gezeigte Drehschwingungsdämpfer 100 gemäß einer
besonders bevorzugten ersten Ausführungsform besteht aus
lediglich drei Teilen, nämlich einem Trägerelement 102 (3),
einem Elastomerelement 104 (4) und einer
Dämpfermasse 106 (5), wobei die
Dämpfermasse 106 als außen liegender Schwungring 108 ausgebildet
ist. Das Trägerelement 102, das Elastomerelement 104 und
die Dämpfermasse sind miteinander – wie in 2 gezeigt – verpresst.
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Das
Trägerelement 102 beschreibt global betrachtet
eine Kreisscheibe, in welcher eine zentrale Öffnung 110 ausgebildet
ist, durch welche im montierten Zustand des Drehschwingungsdämpfers 100 – wie
in 6 gezeigt – eine Kurbelwelle 112 hindurchragt.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass das Trägerelement 102 in
seiner räumlichen Ausbildung als Kreisscheibe eine spezielle
Form eines Rotationselementes ist. Das Trägerelement weist
darüber hinaus eine erste und eine zweite Durchbrechung 114, 116 auf,
wobei die Durchbrechungen 114, 116 eine ringsegmentartige
Form beschreiben, wodurch im Ergebnis das Trägerelement 102 einen
Außenring 118, einen Innenring 120, eine
Speiche 122 sowie eine Massenanhäufung 124 aufweist.
Die Massenanhäufung 124 überbrückt
in einem Winkelbereich von etwa 135° den Zwischenbereich
zwischen dem Außenring 118 und dem Innenring 120,
sodass in diesem Bereich das Trägerelement 102 als
Vollscheibe erscheint. Die Massenanhäufung 124 kann
an dem Trägerelement 102 als Gegengewicht bezeichnet werden,
welches dazu dient, einen Massenausgleich an der Kurbelwelle 112 zu
bewirken. Die Massenanhäufung 124 liegt nämlich
diametral der Speiche 122 gegenüber, wobei in
der Speiche eine Befestigungsöffnung 126 vorgesehen
ist, durch welche hindurch ein Befestigungsmittel, insbesondere
eine Befestigungsschraube in einer Kurbelwange 128 (6)
einer Kurbelwelle 112 hindurch greift.
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Das
in 4 gezeigte Elastomerelement 104 ist ein
aus einem Elastomermaterial gebildeter Rechteckring, dessen Innenfläche 130 im
montierten Zustand auf der Außenfläche 132 des
Trägerelementes 102 aufliegt. Eine Außenfläche 134 des
Elastomerelemtes 104 dient dem Anschluss an die Dämpfermasse 106.
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Die
in 5 gezeigte Dämpfermasse 106 ist nach
Art einer flachen Schale als Blechumformteil ausgebildet, wobei
eine Durchbrechung 136 vorgesehen ist, die den Bereich
einer zentralen, weggeschnittenen Kreischeibe und eines sich daran
anschließenden, über einen Winkelbereich von 135° erstreckenden
Ringsegmentes beschreibt. Dadurch ist in einem Winkelbereich von
135° an einem Kreisringkörper 138 eine
Massenanhäufung 140 gebildet. Die Massenanhäufung
ist eine über das Elastomerelement 104 und das
Trägerelement 102 an einer Kurbelwelle 112 ankoppelbare
Masse, die drehschwingungsdämpfend wirkt. Da die Dämpfermasse 106 als Blechumformteil
ausgebildet ist, ist an dieser im Bereich des Übergangs
von Kreisringkörper 138 zu der Massenanhäufung 140 ein
Rundungsradius 142 ausgebildet.
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Die
anhand der 7 bis 11 erläuterte zweite
besonders bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Drehschwingungsdämpfers 200 ist der ersten Ausführungsform
vergleichbar, sodass für Elemente der zweiten Ausführungsform,
die Elementen der ersten Ausführungsform in ihrer Funktion
entsprechen, Bezugszeichen verwendet worden sind, die gegenüber
der ersten Ausführungsform um 100 erhöht
worden sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit verwiesen.
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Im
Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist bei dem Drehschwingungsdämpfer 200 gemäß der
zweiten Ausführungsform ein Trägerelement 202 (9)
außen angeordnet, wobei sich an das Trägerelement 202,
welches global betrachtet eine Kreisscheibe beschreibt, in radialer
Richtung nach Innen zunächst ein Elastomerelement 204 und
dann eine Dämpfermasse 206 anschließen.
Die Dämpfermasse 206 kann auch als innen liegender
Schwungring 209 bezeichnet werden.
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Das
Trägerelement 202 (9) zeigt
eine zentrale Öffnung 210, eine erste und eine
zweite Durchbrechung 214, 216, einen Außenring 218,
einen Innenring 220, eine Speiche 222, eine Massenanhäufung 224 und
eine Befestigungsöffnung 226, durch welche hindurch
der Drehschwingungsdämpfer 200 an einer Kurbelwange 228 einer
Kurbelwelle 212 befestigt wird.
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Das
in 10 gezeigte Elastomerelement 204 gleicht
dem Elastomerelement 104 gemäß der ersten
Ausführungsform, und es weist eine Innenfläche 230 sowie
eine Außenfläche 234 auf.
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Die
in 11 gezeigte Dämpfermasse 206 weist
einen Kreisringkörper 238 und eine Massenanhäufung 240 auf,
sodass die Dämpfermasse 206 auch als innen liegende
Schwungring mit Gegengewicht bezeichnet werden kann.
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Die
besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung können
auch wie folgt charakterisiert werden:
Eine Schwungmasse ist über
ein rotationssymmetrisches Elastomer drehweich an einen fest mit
der Kurbelwelle verbundenen Träger angekoppelt. Dabei stellen
der Schwungring (die Dämpfermasse) und das Gegengewicht
(die Massenanhäufung des Trägerelements) einen
Teil des Massenausgleichs der Kurbelwelle dar, wobei diese Kurbelwelle
vorzugsweise die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist. Dabei
kann der Träger (das Trägerelement) als Außenteil
oder als Innenteil ausgeführt sein. Das Außenteil
kann dabei als kostengünstiges Blechumformteil dargestellt
werden. Das Elastomer (das Elastomerelement), das Schwungmasse und
Träger verbindet, kann kostengünstig eingepresst
werden. Mit der Erfindung ergibt sich eine kostengünstige
Herstellung eines Kurbelwellenschwingungsdämpfers, bei
dem das Dämpfungsmedium eine große Wirkfläche
aufweist. Durch die rotationssymmetrische Gestaltung des Elastomerelementes
wird eine gute Verpressbarkeit bei der Herstellung und eine hohe
Frequenzstabilität erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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