DE102017125690A1

DE102017125690A1 - Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger

Info

Publication number: DE102017125690A1
Application number: DE102017125690.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Steidl; Florian Knopf
Original assignee: Hasse and Wrede GmbH
Current assignee: Hasse and Wrede GmbH
Priority date: 2017-11-03
Filing date: 2017-11-03
Publication date: 2019-05-09
Also published as: JP2021501857A; WO2019086258A1; CN111295534A; CN111295534B; US11371581B2; JP7014905B2; KR20200077585A; US20210003193A1; KR102433482B1

Abstract

Ein Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger mit einem drehenden System mit einer an einer drehbaren Welle, beispielsweise an einer Kurbelwelle (3) eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, angeordneten, vorzugsweise drehfest befestigbaren Primärmasse und mit einer relativ zur Primärmasse beweglichen Sekundärmasse, und mit einer Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse, wobei die Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse jedenfalls teilweise außerhalb des sich drehenden Systems des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers ausgebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Passive Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger werden aus verschiedenen Bauteilen/Komponenten gebildet. Dabei kommen zwei oder drei folgender Prinzipien/Komponenten zum Einsatz.
Komponente „Speicher kinetischer Energie“:
Passive Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger weisen in ihrem grundsätzlichen Aufbau stets einen Speicher für kinetische Energie auf, der durch eine seismische Masse gebildet ist. Diese kann vorteilhaft als ein Schwungring ausgebildet sein und wird auch als Sekundärmasse bezeichnet.
Komponente „Speicher potentieller Energie“:
Ein Speicher potentieller Energie kann durch eine Drehfedersteifigkeit zwischen der Sekundärmasse (insbesondere dem Schwungring) und einem Gehäuse- und/oder Nabenteil gebildet sein, das auch als Primärmasse bezeichnet wird.
Dissipative Komponente:
Als dissipative Komponente kann - je nach Bauweise - zwischen einer Primärmasse (Gehäuse- und/oder Nabenteil) und der Sekundärmasse - also beispielsweise zwischen dem Nabenteil/Gehäuse und dem Schwungring - ein dämpfendes Element oder Bauteil vorgesehen sein, das z.B. durch Festkörperreibung, Viskositätsdämpfung oder hydraulische Dämpfung wirkt.
Die seismische Masse ist bei Drehschwingungsdämpfern oder Drehschwingungstilgern stets vorhanden. Bei einem Drehschwingungsdämpfer ist zudem noch ein dissipatives Bauteil vorhanden und beim Tilger der „Speicher potentieller Energie“, Bei einem gedämpften Drehschwingungstilger finden alle drei Komponenten Verwendung. Der gedämpfte Drehschwingungstilger wird nachfolgend unter den Begriff des „Drehschwingungstilgers“ gefasst.
Bei den derzeit in der Praxis ausgeführten passiven Drehschwingungsdämpfern oder Drehschwingungstilgern befinden sich alle Komponenten in einer Baugruppe, die mit der Welle mitrotierend verbunden ist. Diese Baugruppe bildet mithin ein drehendes System.
Dies hat zwar den Vorteil, dass nur eine einzige Baugruppe an der zu dämpfenden/tilgenden Welle zu befestigen ist, hat jedoch in der Praxis auch gewisse Nachteile.
So ist es im Hinblick auf den häufig begrenzten Bauraum eines Drehschwingungsdämpfers/Drehschwingungstilgers der vorgenannten Bauart nicht immer möglich, die erforderliche Steifigkeit und Dämpfung zu realisieren. Durch die Dämpfung entstehende Wärme lässt sich zudem häufig nur schwer abführen. Dieses Problem begrenzt daher die Funktion und Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers.
Eine Veränderung der Abstimmung des Drehschwingungsdämpfers/Drehschwingungstilgers im eingebauten Zustand ist nur sehr schwer oder gar unmöglich.
Eine Wartung der Komponenten des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers im eingebauten Zustand ist ebenfalls nur schwer oder völlig unmöglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der die vorliegenden Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nach Anspruch 1 wird ein Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger gebildet, der mit einem drehenden System mit einer an einer drehbaren Welle, beispielsweise an einer Kurbelwelle eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, angeordneten, vorzugsweise drehfest befestigbaren Primärmasse und mit einer relativ zur Primärmasse beweglichen Sekundärmasse versehen ist und mit einer Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse, wobei die Baugruppe ganz oder teilweise außerhalb des sich drehenden Systems des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers ausgebildet ist.
Durch die Verlegung eines Teils der Baugruppe außerhalb des drehenden Systems kann dort in einfacher Weise eine schwingungstilgende und/oder schwingungsdämpfende Wirkung erzeugt und in das drehende System rückgekoppelt werden. Es ist auch denkbar, nur einen Teil der schwingungstilgenden oder schwingungsdämpfenden Wirkung außerhalb des sich drehenden Systems zu erzeugen und einen Teil der schwingungstilgenden oder schwingungsdämpfenden Wirkung innerhalb des sich drehenden Systems zu erzeugen.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse eine oder mehrere mit einem Fluid gefüllte Kammer(n) als Teil des sich drehenden Systems aufweist, deren Volumen im Falle von Drehschwingungen und sich daraus ergebenden Relativbewegungen zwischen Primärmasse und Sekundärmasse veränderbar ist, wobei diese Volumenveränderung über eine Drehdurchführung für das Fluid aus dem drehenden System über eine oder mehrere Leitungen in einen nicht mitdrehenden Bereich außerhalb des sich drehenden Systems übertragen wird.
Diese Ausgestaltungsvariante ist konstruktiv gut umgesetzt und erlaubt auf einfache Weise eine Schwingungsdämpfung und/oder - tilgung außerhalb des sich drehenden Systems insbesondere, wenn die Leitungen an einen oder mehrere dämpfende oder federnde Elemente außerhalb des drehendes Systems angeschlossen sind, so dass eine auftretendes schwingungsdämpfende oder schwingungstilgende Wirkung über die eine oder mehreren Leitungen in das drehende System rückgekoppelt ist.
Dabei kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden und/oder schwingungstilgenden Elemente außerhalb des sich im Betrieb drehenden Systems wenigstens einen hydraulischen Aktor (Hydraulik-Zylinder) und/oder wenigstens einen Speicher potentieller Energie und/oder wenigstens eine Dämpfungseinrichtung umfassen.
Der Hydraulik-Zylinder kann in verschiedener Weise ausgebildet sein. Denkbar ist der Einsatz eines zweiseitig betätigbaren Kolbens. Darauf ist der Begriff hier aber nicht beschränkt. Der eine oder die mehreren Hydraulik-Zylinder können auch anders ausgestaltet sein. Der Hydraulik-Zylinder kann z.B. vorteilhaft auf der einen Seite eines axial verschieblichen Kolbens eine in der Größe durch Verschieben des Kolbens sich verändernde Fluidkammer mit einem Fluidanschluss und auf der anderen Seite des Kolbens einen mit einem Gas, insbesondere Luft, gefüllten Raum aufweisen, der somit eine Art Gasfeder, insbesondere eine Luftfeder, ausbildet. In diesem Fall ist es zweckmäßig, zwei der vorstehend beschriebenen Hydraulikzylinder mit Gasfeder einzusetzen. Es werden beispielsweise die beiden Zuleitungen aus 2 (siehe die dortige Beschreibung) anstatt an den beidseitig beaufschlagten Kolben jeweils an einen der Hydraulikanschlüsse der beiden Hydraulikzylinder mit Gasfeder angeschlossen, also sozusagen auf jeweils eine Luftfeder gegeben (ohne Kolben). Es kann vorgesehen sein, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden und/oder schwingungstilgenden Elemente außerhalb des drehenden Systems nicht nur passiv wirkende Bauelemente sondern wenigstens eine aktiv wirkende Vorrichtung wie eine ansteuerbare Pumpe umfassen.
Durch die nach Anspruch 1 vorgeschlagene und nach den Unteransprüchen weiterentwickelte Vorrichtung werden vorzugsweise die bei Drehschwingungen auftretende Relativbewegungen zwischen Schwungring und Nabenteil fluidisch - d.h. hydraulisch oder pneumatisch - in einen sich nicht drehenden Bereich außerhalb des drehenden System übertragen, in dem für die Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung erforderliche Maßnahmen ohne die eingangs genannten Beschränkungen durchgeführt werden können.
So können sämtliche oder es kann ein Teil der für die Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung einer Welle erforderlichen Maßnahmen außerhalb des drehenden Systems umgesetzt werden. Dies ist von großem Vorteil, da auch nachträgliche Veränderungen durchführbar sind. Weitere Vorteile sind:

- Bauraumbeschränkungen an der Welle können durch die Verlagerung von Feder und Dämpfer gelöst werden.
- Die Abstimmung von Feder und Dämpfer können nachträglich an das Schwingungsverhalten des realen Systems angepasst werden.
- Durch aktive Elemente, z. B. Hydraulikpumpen kann das Schwingungsverhalten des Systems weiter verbessert werden.
- Die Realisierung eines semiaktiven Systems, z. B. durch ein drehzahlabhängiges Zu- oder Abschalten von Feder- oder Dämpferelementen ist einfach möglich.
- Die Verwendung von Luftfedern, deren Steifigkeit sich durch Aufpumpen einfach verändern lässt ist möglich.
- Es lassen sich kostengünstige, standardisierte Bauelemente, wie Schraubendruckfedern, Stoßdämpfer und hydraulische Durchführungen verwenden.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel dient lediglich der Veranschaulichung der Erfindung anhand einer bevorzugten Konstruktion, welche aber die Erfindung nicht abschließend darstellt. Es sind insofern im Rahmen der Ansprüche auch andere Ausführungsbeispiele sowie Modifikationen und Äquivalente des dargestellten Ausführungsbeispiels realisierbar. Es zeigen:

1 einen schematisch dargestellten Schnitt quer zur Drehachse eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers; und
2 einen schematisch dargestellten Radialschnitt durch den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger aus 1 sowie einen schematisch dargestellten Hydraulikzylinder, eine Feder und einen Dämpfer.

In 1 sind mit dem Bezugszeichen 1 eine Sekundärmasse - hier ein Schwungring - und mit dem Bezugszeichen 2 eine Primärmasse - hier ein Nabenteil - eines Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers - insbesondere auch eines gedämpften Drehschwingungstilgers - bezeichnet, wobei im Folgenden aus Gründen der Vereinfachung lediglich noch von einem Drehschwingungsdämpfer gesprochen wird. Das Nabenteil 2 dient in an sich bekannter Weise zur Festlegung an einer Welle 3 beispielsweise eines Verbrennungsmotors, wie dies aus 2 im Ergebnis angedeutet ist. Primärmasse 2 und Sekundärmasse 1 bilden ein sich im Betrieb drehendes System.
Zwischen dem der Sekundärmasse - hier dem Schwungring 1 - und der Primärmasse - hier dem Nabenteil 2 - sind, was 1 sehr deutlich zeigt, mehrere mit Flüssigkeit oder mit Luft gefüllte Kammern 4, 5 vorgesehen, wobei diese Kammern 4, 5 jeweils durch radial verlaufende Stege 6 des Nabenteiles 2 bzw. 7 des Schwungringes 1 begrenzt sind. Die Kammern 4, 5 bilden einen Teil des sich drehenden Systems. Sie bilden zudem einen Teil einer Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen Schwungring 1 und Nabenteil 2, wobei diese Baugruppe teilweise außerhalb des sich drehenden Systems des Drehschwingungsdämpfers ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass sie dort eine oder mehrere Bauteile aufweist.
Die angesprochenen Kammern 4, 5 sind mit einer hydraulischen oder pneumatischen Drehdurchführung 8 durch Radialbohrungen 9 bzw. 10 verbunden.
Durch die angesprochene Drehdurchführung 8 sind die Radialbohrungen 9 bzw. 10 mit nach außen führenden, nicht mitdrehenden Bereich liegenden Leitungen 9 bzw. 10 verbunden. Diese Leitungen 9, 10 münden im dargestellten Ausführungsbeispiel nach 2 in ein Gehäuse 11, innerhalb dessen ein Kolben 12 beweglich angeordnet ist.
Derart wird ein weiterer Teil der Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen Schwungring 1 und Nabenteil 2 gebildet, wobei dieser Teil der Baugruppe ganz oder teilweise außerhalb des sich drehenden Systems des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers ausgebildet ist.
Die Kolbenstange 13 des Kolbens 12 ist hier durch einen Speicher potentieller Energie, insbesondere eine Feder, besonders vorzugsweise eine Schraubenfeder 14, belastet. Parallel zu dieser Feder ist ein mechanisches Dämpfungselement 15 geschaltet.
Somit sind die für eine Schwingungsdämpfung (und/oder -tilgung) erforderlichen Bauteile in den nicht drehenden äußeren Bereich der zu beeinflussenden Welle 3 verlegt, so dass alle erforderlichen Maßnahmen in diesem Bereich durchgeführt und auch, was von großem Vorteil ist, verändert werden können.
So kann beispielsweise durch Veränderung der Einstellung der Schraubenfeder 14 die Tilgerfrequenz wunschgemäß verändert werden. Ebenso kann statt einer Schraubenfeder als Kraftspeicher auch eine Luftfeder verwendet werden, die durch mehr oder weniger starkes Aufpumpen eine veränderbare Steifigkeit aufweisen kann.
Eine Abstimmung von Schraubenfeder 14 und Dämpfungselement 15 kann jederzeit nachträglich an das Schwingungsverhalten des vorhandenen Systems angepasst werden.
Zusätzlich können (in den Zeichnungen nicht dargestellte aktive Elemente) wie z.B. Hydraulikpumpen das Schwingungsverhalten des Systems weiter verbessern.
Ebenfalls ist die Realisierung eines semiaktiven Systems, z.B. durch eine drehzahlabhängige Zu- oder Abschaltung von Feder- oder Dämpferelementen auf einfache Art und Weise möglich.
Insgesamt werden für die gesamte Baugruppe lediglich kostengünstige, standardisierte Bauelemente wie Schrauben-Druckfedern, Stoßdämpfer und hydraulische oder pneumatische Durchführungen benötigt.
Wie insbesondere 1 deutlich macht, sind jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Kammern 4, 5 vorgesehen, die in der angegebenen Art und Weise jeweils durch die radial verlaufenden Stege 6 des Nabenteils 2 und 7 des Schwungringes 1 unterteilt sind.
Bezugszeichenliste

1: Schwungring
2: Nabenteil
3: Welle
4: Kammer
5: Kammer
6: Steg
7: Nabenteil
8: Drehdurchführung
9: Radialbohrung / Leitung
10: Radialbohrung / Leitung
11: Gehäuse
12: Kolben
13: Kolbenstange
14: Schraubenfeder
15: Dämpfungselement

Claims

Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger mit einem drehenden System mit einer an einer drehbaren Welle, beispielsweise an einer Kurbelwelle (3) eines Motors, insbesondere eines Verbrennungsmotors, angeordneten, vorzugsweise drehfest befestigbaren Primärmasse und mit einer relativ zur Primärmasse beweglichen Sekundärmasse, und mit einer Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse jedenfalls teilweise außerhalb des sich drehenden Systems des Drehschwingungsdämpfers oder Drehschwingungstilgers ausgebildet ist.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe zur Schwingungsdämpfung und/oder Schwingungstilgung der Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse eine oder mehrere mit einem Fluid gefüllte Kammer(n) (4, 5) als Teil des sich drehenden Systems aufweist, deren Volumen im Falle von Drehschwingungen und sich daraus ergebenden Relativbewegungen zwischen Primärmasse und Sekundärmasse veränderbar ist.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenveränderung über eine Drehdurchführung (8) für das Fluid aus dem drehenden System über eine oder mehrere Leitungen (9, 10) in einen nicht mitdrehenden Bereich außerhalb des sich drehenden Systems übertragen ist.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (9, 10) an eines oder mehrere dämpfende und/oder tilgende Elemente außerhalb des drehendes Systems angeschlossen sind, so dass eine auftretendes schwingungsdämpfende und/oder schwingungstilgende Wirkung über die eine oder mehreren Leitungen in das drehende System rückgekoppelt ist.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden oder schwingungstilgenden Elemente außerhalb des drehendes Systems wenigstens einen Hydraulikzylinder umfassen.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden oder schwingungstilgenden Elemente außerhalb des drehendes Systems wenigstens einen Speicher potentieller Energie umfassen.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden Elemente außerhalb des drehendes Systems wenigstens eine Dämpfungseinrichtung umfassen.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine oder die mehreren schwingungsdämpfenden oder schwingungstilgenden Elemente außerhalb des drehendes Systems wenigstens eine aktiv wirkende Vorrichtung wie eine ansteuerbare Pumpe umfassen.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Kammern (4, 5) vorgesehen sind.
Drehschwingungsdämpfer oder Drehschwingungstilger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (4, 5) jeweils durch radial verlaufende Stege (6, 7) des Nabenteiles (2) einerseits und des Schwungringes (1) andererseits unterteilt sind.