DE10201184C2

DE10201184C2 - Drehschwingungs-Doppeldämpfer mit Kühlkanälen

Info

Publication number: DE10201184C2
Application number: DE10201184A
Authority: DE
Inventors: Axel Heubner
Original assignee: Hasse and Wrede GmbH
Current assignee: Hasse and Wrede GmbH
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2002-01-14
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: DE10201184A1

Abstract

Ein Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer weist ein eine ringförmige Arbeitskammer 5 umschließendes Dämpfergehäuse 1, 3, 4 auf, welches mit einem zu bedämpfenden Maschinenrotor 13 verbindbar ist. Die Arbeitskammer 5 ist mittels einer Trennwand 7 in zwei axial voneinander beabstandete Ringkammern 5.1, 5.3 unterteilt. Die Trennwand 7 ist mit Kühlkanälen 11, 53 versehen, wobei die mit einem Dämpfungsfluid gefüllten Ringkammern 5.1, 5.3 jeweils einen Trägheitsring 6 aufnehmen. Die Integration der Trennwand 7 mit Kühlkanälen 11 in das Dämpfergehäuse 1 erhöht die belüftete Oberfläche des Dämpfergehäuses 1 und führt so zu einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Inneren des Dämpfers.

Description

Die Erfindung betrifft einen Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer mit einem eine ringförmige Arbeitskammer umschließenden Dämpfergehäuse, welches mit einem zu bedämpfenden Maschinenrotor verbindbar ist. Ein solcher Drehschwingungsdämp fer ist in der DE 42 05 764 A1 offenbart.

Der Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer, im Folgenden kurz genannt, wird übli cherweise an der Kraftgegenseite von Dieselmotor-Kurbelwellen angeflanscht. Er soll die Drehschwingamplituden der Kurbelwelle vermindern. Durch oszillierende Sche rung des Dämpfungsmediums Siliconöl im Inneren des Dämpfers wird Schwingener gie in Wärme umgewandelt, die durch Konvektion an die umgebende Luft oder ein anderes Kühlmedium abgegeben werden muss.

Die Leistungsfähigkeit eines Visco-Dämpfer hängt unter anderem vom Wärmedurch gang zwischen dem Dämpfungsmedium, den Wänden des Dämpfergehäuses und dem umgebenden Kühlmedium ab. Ein Überschreiten der maximal zulässigen Be triebstemperatur führt zum "Abkochen" des Siliconöls, also einem unumkehrbaren Qualitätsverlust.

Die eingangs erwähnte DE 42 05 764 A1 nimmt sich dieser Problematik an. Bei dem darin beschriebenen Visco-Dämpfer ist das Dämpfergehäuse an beiden Stirnseiten mit Kühlblechen versehen. Hierbei ist eine Vielzahl von Lüfterflügeln aus den Kühl blechen herausgearbeitet. Die Lüfterflügel liegen auf Radialebenen der Dämpfer drehachse und sind regelmäßig voneinander beabstandet. Die aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Lüfterflügel vergrößern die belüftete Oberfläche des Dämpfers und sorgen so für eine verbesserte Wärmeabfuhr im Betrieb. Aller dings bedürfen derartig bestückte Visco-Dämpfer bei der Herstellung, beim Versand und im Betrieb einer besonderen Sorgfalt, damit die Lüfterflügel nicht beschädigt werden.

Auch die GB 650 891 befasst sich mit der Wärmeabfuhr von Viskodämpfern. Der darin beschriebene Visco-Dämpfer weist auskragende, strahlenförmig oder ge krümmt ausgerichtete Schaufeln auf, die durch eine mitrotierende Blechronde abge deckt sind. Beachtlich ist bei dieser Lösung der für die Kühlung zu treibende Auf wand.

Mit der Konvektionskühlung befasst sich auch die DE 197 29 489 A1. Hier führen radial verlaufende Kühlkanäle auf den beiden Planflächen die Luft, die der rotierende Visco-Dämpfer mitreißt. Aufwändig ist die Bestückung des Dämpfers mit zwei tiefge zogenen Ronden von genau abgestimmtem inneren und äußeren Durchmesser, die die Kühlkanäle bilden.

Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Viskosi täts-Drehschwingungsdämpfer anzugeben, dessen Wärmeabfuhr verbessert und die dynamische Belastbarkeit des Dämpfers erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 ge löst.

Die Erhöhung der dynamischen Belastbarkeit eines Drehschwingungsdämpfers er zielt die Erfindung vorteilhaft in zweierlei Weise. Die Integration einer Trennwand mit Kühlkanälen in das Dämpfergehäuse erhöht die belüftete Oberfläche des Dämpfer gehäuses und führt so zum einen zu einer verbesserten Wärmeabfuhr aus dem Inne ren des Dämpfers. Zum anderen teilt die Trennwand den Dämpfer in zwei parallele Dämpferelemente, indem zwei Gehäusehälften mit zwei Arbeitskammern durch die zwischen den Kammern sich erstreckende, in einer radialen Ebene liegende Trenn wand gebildet werden. Dabei ist in jeder Arbeitskammer jeweils ein separater Träg heitsring angeordnet. Es lässt sich nun nachweisen, dass die mechanische Beanspruchung des Silikonöls in einem derartig gebildeten Doppeldämpfer geringer ist, als in einem Einzeldämpfer vergleichbarer Größe. Der korrekte Größenvergleich be zieht sich dabei auf die folgenden drei Größen:

1. Sekundäres Massenträgheitsmoment: ΣJ_RDoppel = J_REinzel
2. Elastische Ankopplung im Siliconöl: Σc_Doppel = c_Einzel
3. Dämpfende Ankopplung im Siliconöl: Σb_Doppel = b_Einzel

Somit wird auch die dynamische Belastbarkeit eines erfindungsgemäß ausgebildeten Drehschwingungsdämpfers erhöht.

Zu diesem Zweck wird durch die mit einem Raster von Kanälen versehene Trenn wand ein kühlendes Medium geleitet. Hierbei kann es sich um Spritzöl, einen Ölnebel oder Drucköl aus der zentralen Schmierölversorgung der Maschine handeln, deren Rotor es zu dämpfen gilt.

Mit geringem Aufwand lässt sich dies realisieren, wenn der Drehschwingungsdämp fer im Kurbelraum eines Verbrennungsmotors untergebracht ist. Sollte der Dreh schwingungsdämpfers außerhalb des Maschinengehäuses rotieren, wird vorzugs weise Kühl- oder Umgebungsluft durch das in Rede stehende Kanalsystem geleitet.

Für den Zustrom eines flüssigen Kühlmediums, beispielsweise Motorenöl, sorgt im Flanschbereich des Drehschwingungsdämpfers ein weiteres System von Kanälen, das mit dem trennwandseitigen Kanälen in Verbindung steht. Der Abfluss des Medi ums kann bei Bedarf durch einstellbare Drosseln gesteuert werden.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, durch eine entsprechen de Anzahl von Trennwänden einen drei- oder mehrkammerigen Drehschwingungs dämpfer auszubilden, bei dem wieder jede Kammer mit einem Trägheitsring verse hen ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnah me auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine halbierte Schnittansicht eines Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers,

Fig. 2 eine halbierte Schnittansicht eines Viskositäts-Drehschwingungsdämpfers mit einer Konvektionskühlung durch Drucköl aus einer zentralen Schmierölversor gung,

Fig. 3 eine axiale Ansicht auf konzentrische Kühlkanale für den Öldurchfluss, gemäß Schnitt I÷I nach Fig. 2,

Fig. 4 eine axiale Ansicht auf kreisbogenförmige Kühlkanale für den Öldurchfluss, gemäß Schnitt I÷I nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Ansicht auf eine Drosselstelle im Ölstrom nach Fig. 2,

Fig. 6 eine Ansicht auf eine Drosselstelle im Ölstrom nach Fig. 2 in alternativer Aus führungsform,

Fig. 7 einen Längsschnitt eines Drehschwingungsdämpfers mit Konvektionskühlung durch Ölnebel oder Umgebungsluft und

Fig. 8 eine axiale Ansicht auf das Kanalsystem für Ölnebel- und Luftkühlung, gemäß Schnitt I÷I in Fig. 7.

Der in Fig. 1 gezeigte Drehschwingungsdämpfer setzt sich aus einem mehrteiligen Dämpfergehäuse 1 mit zwei Gehäuseteilen 3, 4 zusammen. Die Teilungsebene ver läuft dabei senkrecht zur Rotationsachse des Drehschwingungsdämpfers. Die beiden im Wesentlichen rotationssymmetrischen Gehäuseteile 3 und 4 umschließen jeweils weitgehend identische Ringkammern 5.1 und 5.3, in denen je ein Trägheitsring 6 gleitend gelagert ist. Die voneinander getrennten Ringkammern 5.1 und 5.3 bilden die Arbeitskammer 5 des Drehschwingungsdämpfers. Die Trägheitsringe 6 werden von einer dünnen Schicht hochviskosen Siliconöls, dem Dämpfungsmedium, umge ben. Die Ringkammern 5.1 und 5.3 werden von einer als Scheibe ausgebildeten Trennwand 7 voneinander abgetrennt, wobei die Trennwand 7 koaxial zur Rotations achse angeordnet und, axial zwischen den beiden Gehäuseteilen 3, 4 liegend, mit diesen fluiddicht verschraubt ist.

Die Trennwand 7 ist zwecks verbesserter Wärmeabfuhr durch Konvektion im Inneren mit Kühlkanälen 11 versehen. Hierzu setzt sich die Trennwand 7 aus zwei zueinan der parallelen Ringen 8, 9 zusammen, wobei der erste Ring 8 mit der rippenartigen Kanalstruktur versehen ist und der zweite Ring 9 die Kanalstruktur des ersten Rings 8 deckelartig abschließt und somit die Kühlkanäle 11 bildet.

Die Kühlkanäle 11 führen Öl, Luft oder Ölnebel als kühlende Medien durch die Trennwand 7. Somit wird im Betrieb die im Silikonöl entstehende Wärme abgeführt. In alternativer Bauweise können auch zwei spiegelbildlich verrippte Ringe 8, 9 einan der gegenüber stehen und gemeinsam die Kühlkanäle 11 bilden.

Im Beispiel nach Fig. 1 und 2 ist das Dämpfergehäuse 1 mit dem ersten Gehäuseteil 3 an dem zu bedämpfenden Maschinenrotor 13, üblicherweise der Kraftgegenseite einer Kurbelwelle, mittels mehrerer Schrauben 15 angeflanscht. Das zweite Gehäu seteil 4 mit dem Trägheitsring 6 und der Trennwand 7 ist auf eine Zentrierung 17 aufgeschoben; eine Vielzahl von Schrauben 21 und 23 durchdringt das zweite Ge häuseteil 4 sowie die Trennwand 7 und stellt so eine kraftschlüssige Verbindung zum ersten Gehäuseteil 3 her.

Der Vorteil der dargestellten Ausführung besteht darin, dass der Drehschwingungs dämpfer dergestalt als vormontierte Einheit versandt und an die (Kurbel-) Welle an gebaut werden kann. Vorstellbar ist aber auch, dass die beiden Teildämpfer getrennt an die Welle angeflanscht werden und im Spaltraum zwischen ihnen die Trennwand 7 mit den Kühlkanälen 11 ausgebildet ist.

In Fig. 2 sind weiter Einzelheiten der Konvektionskühlung durch Drucköl zu erken nen. Durch die Längsbohrung 25 des zu bedämpfenden Maschinenrotors 13 strömt gekühltes Drucköl in den Sammelraum 27, den der Deckel 29 axial abschließt. Von dort leiten ein oder mehrere Schusskanäle 31 das Öl in die Kühlkanäle 11. Dissipier te Schwingenergie heizt das hindurchfließende Öl auf, das am Außenumfang des Drehschwingungsdämpfers durch eine oder mehrere Spritzdüsen 33 abströmt. Es wird von der maschinenseitigen Abdeckhaube 35 aufgefangen und in den Ölsumpf des Kurbelgehäuses zurück geleitet.

Fig. 3 zeigt die Ansicht auf den ersten Ring 8, also auf die Kühlkanäle 11 für Druck ölkühlung entlang der Schnittlinie I÷I von Fig. 2. Längs des eingetragenen Verlaufs II÷II wurde Fig. 2 geschnitten. Die Kühlkanäle 11 bestehen hier aus einer Schar konzentrischer Rippen 37 und Nuten 39 samt verbindenden Durchbrüchen 41.

In der Fig. 4 ist die Schnittansicht einer alternativen Trennwand 7 dargestellt, deren ölführende Kühlkanäle 11 aus einer Vielzahl kreisbogenförmiger Nuten 43 bestehen. Die Kühlkanäle 11 sind ähnlich den Schaufeln eines Radialverdichters angeordnet und sorgen somit im Betrieb für eine Zwangsförderung des Kühlfluids. Die Kühlkanä le 11 münden zur Durchströmung der Trennwand 7 in radialer Richtung sowohl am radial innen als auch am radial außen liegenden Umfangsrand der Trennwand 7.

Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Einrichtungen zum Drosseln des Kühlölstroms bei der Einzelheit A von Fig. 2. Im ersten Fall wird die Drosselschraube 45 mit ihrer Spitze 47 mehr oder weniger weit in den Ölabfluss vorgeschoben und dann gesichert. In Fig. 6 wird die Schraube 49 um einige Winkelgrade gedreht, so dass ihre schnabelar tige Schneide 51 den Ölabfluss einengt.

Beim Drehschwingungsdämpfer nach Fig. 7 wird die dissipierte Schwingenergie zwi schen den beiden Gehäuseteilen 3, 4 durch Kühlluft oder einen Ölnebel abgeführt. Hier schließen zwei im Wesentlichen baugleiche bzw. spiegelsymmetrische Gehäu seteile 3, 4 samt front- und endseitigen Deckeln 10 die beiden Arbeitskammern 5 ein. Beide Dämpfer sind in paralleler Anordnung mit dem zu bedämpfenden Maschinen rotor 13 verbunden; die Befestigungsbohrungen 57 sind in Fig. 8 zu erkennen.

Die beiden benachbarten Wandungen der Gehäuseteile 3, 4 bilden die gemeinsame Trennwand mit den Kühlkanälen 53, durch die im Betrieb die kühlende Umgebungs luft oder der Ölnebel strömen.

Der Drehschwingungsdämpfer rotiert in der Umgebungsluft, wenn er außerhalb des Maschinengehäuses angebracht ist. Wenn der Dämpfer innerhalb des Kurbelgehäu ses umläuft, dient bei Verbrennungskraftmaschinen oft Ölnebel als Kühlnebel. In bei den Fällen tritt das Medium durch die Lüftungsbohrungen 55 ein und strömt der Fliehkraft folgend durch die Kühlkanäle 53 radial nach außen. Auf dem Weg durch die Kühlkanäle erwärmt sich das Kühlmedium und schafft so die dissipierte Energie an die Umgebung.

Fig. 8 zeigt die Ansicht gegen den Dämpferrücken entsprechend der Pfeilrichtung I÷I in Fig. 7. Die Kühlkanäle 53 bestehen hier aus zwei zirkularen und einer Vielzahl radialer Nuten. Zu erkennen sind außer den speisenden Lüftungsbohrungen 55 die Befestigungsbohrungen 57; die zugehörigen Schraubenbolzen 15, mit denen der Drehschwingungsdämpfer am Maschinenrotor 13 angeflanscht ist, sind im Quer schnitt dargestellt. Entlang der angegebenen Linie II÷II wurde die Fig. 7 geschnit ten.

Bei Ölnebelkühlung wird der Drehschwingungsdämpfer unter einer Abdeckhaube 35 angeordnet, wie sie in Fig. 2 zu sehen ist.

Bezugszeichenliste

1

,

3

,

4

Dämpfergehäuse

3

,

4

Gehäuseteile

5

,

5.1

,

5.3

Arbeitskammer

6

Trägheitsring

7

Trennwand

8

erster Ring

9

zweiter Ring

11

,

53

Kühlkanäle

13

Maschinenrotor

15

Flanschschraube

17

Zentrierung

21

,

23

Schraube

25

Drucköl-Zuleitung

27

Sammelraum

29

Abschlussdeckel

31

Schusskanal

33

Spritzdüse

35

Abdeckhaube

37

Rippe

39

Nut

41

Durchbruch

43

Kreisbogen-Nut

45

,

49

Drosselschraube

47

Drosselspitze

51

Drosselschneide

55

Lüftungsbohrung

57

Befestigungsbohrung

Claims

1. Viskositäts-Drehschwingungsdämpfer mit einem eine ringförmige Arbeitskammer (5) umschließenden Dämpfergehäuse (1, 3, 4), welches mit einem zu bedämp fenden Maschinenrotor (13) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ar beitskammer (5) mittels einer Trennwand (7) in zwei axial voneinander beabstan dete Ringkammern (5.1, 5.3) unterteilt ist und die Trennwand (7) mit Kühlkanälen (11, 53) versehen ist, wobei die mit einem Dämpfungsfluid gefüllten Ringkammern (5.1, 5.3) jeweils einen Trägheitsring (6) aufnehmen.

2. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfergehäuse (1, 3, 4) mehrteilig ausgebildet ist und die Trennwand (7) inte graler Bestandteil eines der Gehäuseteile (3, 4) ist.

3. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfergehäuse (1, 3, 4) mehrteilig ausgebildet ist und eine separat ausgebilde te Trennwand (7) axial zwischen zwei benachbarten Gehäuseteilen (3, 4) ange ordnet ist.

4. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (7) scheibenförmig ausgebildet ist.

5. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11, 53) der Trennwand (7) mit einem küh lenden Medium durchströmbar sind.

6. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchströmung mit kühlendem Drucköl die Kühlkanäle (11, 53) an die Schmieröl versorgung der Maschine anschließbar sind.

7. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (7) mehrere konzentrische Kühlkanäle (11, 53) aufweist, die untereinander fluidführend verbunden sind.

8. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Trennwand (7) spiralförmig oder gekrümmt ausgebildete Kühl kanäle (11, 53) aufweist.

9. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kühlkanäle (11, 53) im Wesentlichen radial ausgerichtet sind.

10. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (11, 53) zur Durchströmung der Trennwand (7) in radialer Richtung sowohl am radial innen als auch am radial außen liegen den Umfangsrand münden.

11. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung des Volumenstromes Drosselstellen in den Kühlkanälen (11, 53) angeordnet sind.

12. Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser, der Außendurchmesser, die Breite und/oder die Masse der Trägheitsringe (6) im Wesentlichen gleich sind.