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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft einen Schwingungstilger für eine Welle, insbesondere
einen Gelenkwellentilger für
die Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Wellentilger,
also Torsionsschwingungstilger, insbesondere für die Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs,
sind aus der Praxis bekannt. Es handelt sich dabei um eine Tilgermasse,
welche mittels eines Kopplungselementes, das wellenseitig montiert
wird, mit der Antriebswelle des Fahrzeugs elastisch verbunden ist. Über eine
geeignete Abstimmung der Resonanzfrequenz des Tilgers können bestimmte
Resonanzschwingungen des Antriebsstranges vermieden oder zumindest
deutlich reduziert werden.
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Mit
bekannten Gelenkwellentilgern werden insbesondere Resonanzen höherer Ordnung,
welche beispielsweise durch Drehungleichförmigkeiten des Motors verursacht
werden, reduziert.
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Neben
relativ hochfrequenten Drehungleichförmigkeiten des Motors kommt
es allerdings auch zu niedrigfrequenten Schwingungen des Antriebsstranges,
beispielsweise beim Auskuppeln oder auch bei Lastwechseln infolge
von Eigenschwingungen des Antriebsstranges kleiner zweiter Ordnung.
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Insbesondere
beim Auskuppeln kann der Triebstang durch die schlagartig geöffnete Kupplung ausschwingen,
wodurch es beispielsweise zu störenden
Klacker-Geräuschen
kommen kann.
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Die
torsionalen Amplituden derartiger Schwingungen liegen zumeist wesentlich über den Amplituden
der Anregungen durch Drehungleichförmigkeiten des Motors. So liegt
die Anregeamplitude infolge von Drehungleichförmigkeiten des Motors in der
Regel im Bereich von weniger als ±2°. Insbesondere beim Auskuppeln
kann es dagegen an lokalen Stellen des Triebstranges zu Anregeamplituden
von ±10° oder mehr
kommen.
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Bekannte
Gelenkwellentilger haben in der Regel Resonanzfrequenzen von über 30 Hz.
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Es
ist bislang nur unzureichend gelungen, einen niederfrequenten Gelenkwellentilger
bereitzustellen, welcher zum einen nicht zu störenden Unwuchten bei höheren Drehzahlen
führt und
zum anderen für
Anregeamplituden von mehr als ±2° geeignet
ist.
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Aufgabe der Erfindung
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Der
Erfindung liegt demgegenüber
die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger für eine Welle bereitzustellen,
bei dem die genannten Nachteile des Standes der Technik zumindest
reduziert sind.
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Es
ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungstilger
für eine
Welle bereitzustellen, welcher auch auf Resonanzfrequenzen von unter
30 Hz abgestimmt werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger für eine Welle
bereitzustellen, bei dem die Tilgermasse für eine torsionale Resonanzamplitude
von mindestens 10° ausgebildet
ist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schwingungstilger für eine Welle
mit einer präzisen
Einstellbarkeit der Resonanzfrequenz bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung wird bereits durch einen Schwingungstilger für eine Welle
nach einem der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
und Weiterbildungen der Erfindung sind den jeweiligen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
Erfindung betrifft zum einen einen Schwingungstilger für eine Welle,
welcher insbesondere als Gelenkwellentilger zur Anbringung an der Antriebswelle
eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Der Schwingungstilger ist
also zur Dämpfung
von Torsionsschwingungen ausgebildet.
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Der
Schwingungstilger für
eine Welle umfasst ein Kopplungselement, welches insbesondere auf
oder an der Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs angebracht werden
kann, beispielsweise angeschweißt
oder aufgeschrumpft.
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Weiter
umfasst der Schwingungstilger eine Tilgermasse, welche vorzugsweise
ringförmig
um die Antriebswelle ausgebildet ist. Kopplungselement und Tilgermasse
sind über
einen Elastomerkörper
verbunden, so dass die Tilgermasse um die Achse der Antriebswelle
schwingen kann und so bei geeigneter Frequenzabstimmung als passiver
Schwingungstilger wirkt.
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Der
Elastomerkörper
weist zumindest zwei Elastomerelemente auf, welche in Reihe geschaltet sind.
Unter einer Reihenschaltung der Elastomerelemente wird eine Anordnung
verstanden, bei welcher beispielsweise ein Drehmoment von dem Kopplungselement
zuerst auf ein Elastomerelement und von dort auf ein weiteres Elastomerelement übertragen wird.
Bei einer Verdrehung der Tilgermasse relativ zum Kopplungselement
nimmt jedes Elastomerelement nur einen Teil des Torsionswinkels
auf. Bei beispielsweise zwei Elastomerelementen kann der Schwingungstilger
so ausgebildet sein, dass jedes Elastomerelement nur die Hälfte des
jeweiligen Torsionswinkels aufnimmt.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung weist der Elastomerkörper zumindest zwei Elastomerelemente
mit unterschiedlichem Abstand zu einer Mittelachse des Kopplungselementes
auf. Die Mittelachse des Kopplungselementes entspricht der Mittelachse
der Antriebswelle, auf welcher der Schwingungstilger befestigt wird.
Durch zumindest zwei Elastomerelemente, die einen unterschiedlichen
Abstand zur Mittelachse haben und welche miteinander gekoppelt sind,
wird der Drehwinkel der Tilgermasse auf mehrere Elastomerelemente
aufgeteilt.
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Durch
eine derartige Anordnung ist es zum einen gelungen, einen Schwingungstilger
für eine Welle
bereitzustellen, welcher zur Tilgung von Anregeamplituden von zumindest ±3°, vorzugsweise
von zumindest ±5° und besonders
bevorzugt von zumindest ±10° ausgebildet
ist. Insbesondere wird eine Drehbewegung der Tilgermasse von zumindest ±45°, vorzugsweise
von zumindest ±60° und besonders bevorzugt
von zumindest ±70° ermöglicht.
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Gleichzeitig
konnte ein Schwingungstilger mit einer niedrigeren Steifigkeit bereitgestellt
werden, welcher insbesondere eine Resonanzfrequenz von weniger als
30 Hz, vorzugsweise von weniger als 15 Hz und besonders bevorzugt
von weniger als 10 Hz aufweist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Elastomerelemente als Elastomerspuren, vorzugsweise
als im Wesentlichen zylinderförmige
Elastomerspuren ausgebildet. Über
derartige Elastomerspuren lässt
sich der gesamte Umfang ausnutzen, insbesondere können die
Elastomerspuren sich über
den gesamten Winkel von 360° erstrecken.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung sind die Elastomerspuren im Wesentlichen
randseitig miteinander verbunden.
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Insbesondere
ist vorgesehen, die Elastomerspuren über eine Insertbuchse zu verbinden.
So ist zum einen eine besonders einfache Kopplung der Elastomerspuren
möglich
und zum anderen wird im Wesentlichen das gesamte Volumen der Elastomerspuren
auf kleinem Raum zur Ausbildung eines Elastomerkörpers ausgenutzt.
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Vorzugsweise
weist der Elastomerkörper
zumindest drei Elastomerelemente, insbesondere Elastomerspuren mit
unterschiedlichem Abstand zur Mittelachse des Kopplungselementes
auf. Die miteinander verbundenen Elastomerspuren verlaufen dabei, in
einer radialen Schnittansicht, vorzugsweise mäanderförmig vom Kopplungselement zur
Tilgermasse. Die mäanderförmige Ausgestaltung
ermöglicht
ebenfalls eine besonders kompakte Ausbildung eines Elastomerkörpers mit
niedriger Torsionssteifigkeit, der gleichzeitig für relativ
große
Verdrehwinkel geeignet ist.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist eine innere Elastomerspur
eine höhere
Steifigkeit als eine im Verhältnis äußere Elastomerspur
auf. Da aufgrund des größeren Hebels
zur Tilgermasse die innere Elastomerspur höheren Kräften ausgesetzt ist, ist es
durch die Ausbildung der inneren Elastomerspur mit höherer Steifigkeit
möglich,
den Drehwinkel im Wesentlichen gleichmäßig auf alle Elastomerspuren zu
verteilen.
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Weiter
betrifft die Erfindung einen Schwingungstilger für eine Welle, insbesondere
mit einem oder mehreren vorstehend beschriebenen Merkmalen. Der
Schwingungstilger für
eine Welle weist ebenfalls ein Kopplungselement und eine Tilgermasse auf,
welche über
einen Elastomerkörper
verbunden sind.
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Gemäß der Erfindung
ist die Tilgermasse zusätzlich
zu dem Elastomerkörper über ein
Festlager auf dem Kopplungselement gelagert. Das Festlager erlaubt
nur eine Torsionsbewegung zwischen Tilgermasse und Kopplungselement.
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Hierdurch
werden insbesondere Unwuchten aufgrund des weich ausgebildeten Elastomerkörpers und
einer damit möglichen
radialen und/oder axialen Verschiebung der Tilgermasse auf ein akzeptables Niveau
begrenzt.
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Vorzugsweise
ist das Festlager als Wälzlager,
insbesondere als Kugellager ausgebildet. Derartige Lager haben zum
einen einen niedrigen Verschleiß,
zum anderen können
Kugellager sehr leichtgängig
ausgebildet sein und haben in der Regel gleichmäßige Rollreibkräfte.
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Daher
ist bei Verwendung insbesondere eines Kugellagers eine besonders
exakte Frequenzabstimmung des Schwingungstilger möglich.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung soll im Folgenden bezugnehmend auf die Zeichnungen 1 bis 5,
welche schematisch ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung in verschiedenen Ansichten zeigen, näher erläutert werden.
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1 zeigt
in einer perspektivischen Ansicht einen Schwingungstilger für eine Welle 1,
welcher abschnittsweise radial in Richtung der Mittelachse aufgeschnitten
ist.
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Der
Schwingungstilger für
eine Welle 1 umfasst ein Kopplungselement 2 und
eine Tilgermasse 3. Die Tilgermasse 3 ist mit
dem Kopplungselement 2 über
einen Elastomerkörper 6 elastisch
verbunden, derart dass eine Torsion zwischen Kopplungselement 2 und
Tilgermasse 3 möglich
ist. Das Kopplungselement 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel zum
Anbringen auf der Antriebswelle eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt)
ausgebildet und weist eine Bohrung 4 auf, über deren
Mittelachse auch die Mittelachse des Kopplungselements 2 selbst
definiert wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird das Kopplungselement 2 mit der Bohrung 4 auf
die Antriebswelle aufgebracht und durch Aufschrumpfen und/oder Anschweißen fixiert.
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Das
Kopplungselement 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel in etwa klauenförmig ausgebildet und
verfügt über Schrauben 5, 17,
mit denen das Kopplungselement 2 beispielsweise über eine
Hardyscheibe mit dem Getriebe des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt)
verbindbar ist.
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Bei
geeigneter Frequenzabstimmung wirkt die beispielsweise aus Grauguss
ausgebildete Tilgermasse 3 als passiver Schwingungstilger
für insbesondere
niederfrequente Schwingungen im Antriebsstrang. Die Details des
Elastomerkörpers 6 werden anhand
später
folgender Zeichnungen näher
erläutert.
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Neben
einer Verbindung über
den Elastomerkörper 6 sind
Kopplungselement 2 und Tilgermasse 3 über ein
Kugellager 7 verbunden, welches im Wesentlichen parallel
zum Elastomerkörper 6 angeordnet
ist. Durch das Kugellager 7 ist lediglich eine Torsionsbewegung
zwischen Kopplungselement 2 und Tilgermasse 3 möglich. So
werden zum einen Unwuchten aufgrund einer radialen Verschiebung der
Tilgermasse 3 vermieden. Gleichzeitig ist aufgrund der
geringen und gleichmäßigen Rollreibkraft des
Kugellagers 7 eine relativ exakte Frequenzabstimmung des
Schwingungstilgers 1 möglich,
da eine Frequenzbeeinflussung aufgrund der Rollreibkräfte weitgehend
vermieden werden kann.
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2 zeigt
eine weitere perspektivische Ansicht des Schwingungstilger für eine Welle 1.
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In
dieser Ansicht ist gut zu erkennen, dass die Tilgermasse 3 zwei
aus einem elastischen Material ausgebildete Torsionsanschläge 9 aufweist,
welche jeweils an einem Anschlagtopf 10, der mit dem Kopplungselement 2 verbunden
ist, anschlagen können
und so die Drehbewegung der Tilgermasse 3 begrenzen. Die
mögliche
Torsion kann beispielsweise ±75° betragen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird eine Schraube 5, welche zur getriebeseitigen Befestigung des
Schwingungstilgers 1 dient, durch den Anschlagtopf 10 geführt.
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Um
die Schrauben 5, 17 montieren zu können, weist
die Tilgermasse 3 Aussparungen 8 auf, durch welche
bei geeigneter Verdrehung die Schrauben 5, 17 zugänglich sind.
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Bezugnehmend
auf 3, welche eine Detailansicht des Bereiches A aus 2 zeigt,
sollen die Details des Elastomerkörpers (6 in 2)
näher erläutert werden.
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Der
Elastomerkörper
umfasst in diesem Ausführungsbeispiel
drei Elastomerspuren, nämlich
eine innere 11, eine mittlere 12 und eine äußere Elastomerspur 13.
Die innere Elastomerspur 11 ist über eine Innenhülse 16 mit
dem Kopplungselement 2 verbunden. Dazu wird beispielsweise
die Hülse 16 auf dem
Kopplungselement 2 verpresst.
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Die äußere Elastomerspur 13 ist
mit der Tilgermasse 3 verbunden.
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Untereinander
sind die Elastomerspuren 11 und 12 sowie 12 und 13 durch
die Insertbuchsen 14 und 15 verbunden.
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Die
Elastomerspuren 11, 12, 13 verlaufen
somit in dieser radialen Schnittansicht im Wesentlichen mäanderförmig vom
Kopplungselement 2 zur Tilgermasse 3.
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So
sind die Elastomerspuren 11, 12, 13 in Reihe
geschaltet und wirken auf besonders kleinem Raum alle als Teil des
Elastomerkörpers,
der mit besonders niedriger Steifigkeit bereitgestellt werden kann.
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4 zeigt
eine weitere perspektivische Ansicht eines Schwingungstilger für eine Welle 1,
bei welcher der Schwingungstilger 1 zusätzlich entlang einer Sekantenfläche aufgeschnitten
ist.
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Zu
erkennen ist insbesondere der Torsionsanschlag 9. An der
Position der Schraube 17 weist das klauenförmig ausgebildete
Kopplungselement 2 keinen Anschlagtopf auf. Die Schraube 17 kann
also frei an dem Torsionsanschlag 9 vorbei bewegt werden,
wohingegen an der Position der Schraube 5 ein Anschlagtopf
(nicht zu sehen) angeordnet ist.
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5 zeigt
eine weitere, beispielsweise getriebeseitige, perspektivische Darstellung
eines Schwingungstilger für
eine Welle 1.
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Zu
erkennen ist hier insbesondere die klauenförmige Ausgestaltung des Kopplungselementes 2,
welches in diesem Ausführungsbeispiel
vier Arme aufweist, wo jeweils die Arme mit den Schrauben 5 einen
Anschlagtopf 10 aufweisen und wobei jeweils an der Position
der Schrauben 17 kein Anschlagtopf vorgesehen ist. Das
so ausgebildete Kopplungselement kann mit den Schrauben 5, 17 an
der getriebeseitigen Hardyscheibe eines Kraftfahrzeugs befestigt werden
und dient damit zugleich als Flansch zur Anbringung der Antriebswelle
(nicht dargestellt) Durch die Erfindung kann ein besonders niederfrequent
abgestimmter Schwingungstilger mit großem Drehwinkel bereit gestellt
werden.