DE10239941A1 - Torsionsschwingungsdämpfer für einen Turbolader - Google Patents

Torsionsschwingungsdämpfer für einen Turbolader

Info

Publication number
DE10239941A1
DE10239941A1 DE2002139941 DE10239941A DE10239941A1 DE 10239941 A1 DE10239941 A1 DE 10239941A1 DE 2002139941 DE2002139941 DE 2002139941 DE 10239941 A DE10239941 A DE 10239941A DE 10239941 A1 DE10239941 A1 DE 10239941A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
damping
damping device
shaft
turbocharger
elements
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002139941
Other languages
English (en)
Inventor
Josef Baettig
Urs Gribi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Accelleron Industries AG
Original Assignee
ABB Turbo Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Turbo Systems AG filed Critical ABB Turbo Systems AG
Publication of DE10239941A1 publication Critical patent/DE10239941A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/10—Anti- vibration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/02—Vibration-dampers; Shock-absorbers with relatively-rotatable friction surfaces that are pressed together
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/08—Inertia

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung (36) geeignet zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Turboladerwelle (14) in einem Turbolader (10). Statt eines herkömmlichen, lokal wirkenden Schwungmassen-Torsionsdämpfers wird eine nichtlokale Dämpfungseinrichtung (36) vorgeschlagen, die zueinander axial beabstandete, torsionssteif verbundene Kraftangriffselemente (37) zur Befestigung der Dämpfungseinrichtung (36) an der Welle (14) aufweist, von denen mindestens eines ein Dämpfungselement (37') ist. Ausführungsbeispiele betreffen u. a.: Dämpfungselemente (37') mit innere Reibung und/oder Kontaktflächenreibung; Dämpfungselemente (37') aus Gummi-O-Ringen (37a), aus Gummiring-, Stahlring- oder Teflonring-Paketen (37b) oder aus Dämpfungskeilen (37d), Dämpfungszylindern (37d) oder Dämpfungskeil-Paketen (37e); und diverse Halterungsmittel (38-43). Vorteilhaft sind u. a. eine starke Dämpfungswirkung, einfache Montierbarkeit und geringer Platzbedarf.

Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schwingungsdämpfung in rotierenden Maschinen und insbesondere auf das Gebiet der Turboladertechnik für Verbrennungsmaschinen. Sie betrifft eine Dämpfungseinrichtung für Torsionsschwingungen einer Welle und insbesondere einer Turboladerwelle sowie einen Turbolader mit einer solchen Dämpfungseinrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Turbolader werden zur Leistungssteigerung von Hubkolbenmotoren eingesetzt. Sie besitzen eine schnelldrehende Rotoreinheit, die eine Turbine, einen Verdichter und eine Turbine und Verdichter verbindende Welle umfasst. Bei Abgasturboladern wird die Turbine des Turboladers mit dem Abgas eines Verbrennungsmotors betrieben. Die Turbine treibt den Verdichter mittels der gemeinsamen Welle an. Das vom Verdichter komprimierte Gas wird zur Aufladung des Motors den Verbrennungskammern zugeführt. Der die Turbine antreibende Druck des Abgases aus dem Verbrennungsmotor ist nicht konstant, so dass die Turboladerwelle zu Schwingungen angeregt werden kann. Die Druckpulsationen hängen u. a. von der Charakteristik des Öffnens und Schliessens der Auslassventile des Motors und von der Abgasleitungsgestaltung ab. Im Frequenzspektrum dieser Druckpulsationen dominiert klar die Zündfrequenz des Motors, die von der Zylinderzahl, dem Arbeitsverfahren (2-Takt/4-Takt) und der Motordrehzahl abhängt. Stand der Technik ist es, die Welle des Turboladers so zu dimensionieren, dass alle Torsionseigenfrequenzen der Turboladerwelle deutlich über der maximal möglichen Zündfrequenz des Motors liegen. Bisher konnte dadurch Resonanz zwischen der Hauptanregung und den Torsionseigenfrequenzen vermieden werden und die Turbolader konnten betriebssicher ausgelegt werden.
  • Bei Turboladern auf modernen 4-Takt Motoren wird heute vorwiegend das Stoss- oder Multistoss-Aufladeverfahren eingesetzt, um ein gutes Teillast- und Ansprechverhalten zu erzielen. Bei diesen Stossaufladesystemen treten in den Abgasleitungen starke und hochfrequente Druckschwankungen auf. Je nach Motorlast oder Motordrehzahl wird dadurch die Torsionseigenfrequenz des Rotors angeregt. Da Turboladerrotoren normalerweise sehr steif gebaut werden und praktisch keine Torsionsdämpfung aufweisen, kommt es in der Resonanz zu unzulässig hohen Drehmomentamplituden, welche die Verbindungsstellen der Turboladerwelle übermässig beanspruchen und im Extremfall zum Torsionsbruch der Welle führen.
  • Zudem haben neuere Untersuchungen und Messungen gezeigt, dass neben der Zündfrequenz auch höhere Harmonische der Motorfrequenzen im Druckpulsationsspektrum auftreten. Diese Druckpulsationen höherer Ordnung können auch mit der Torsionseigenfrequenz der Turboladerwelle zusammenfallen. Diese Resonanzschwingungen, die sich bei variabler Motordrehzahl nicht vermeiden lassen, führen ebenfalls zu Torsionsspannungen in der Turboladerwelle. Durch steilere Nockenwellenflanken sowie steigende Druckverhältnisse in Motoren und Turboladern ist mit stärkeren Anregungen und daher mit grösseren Torsionsspannungen in der Turboladerwelle zu rechnen. Die geforderte zunehmende Leistungsdichte der Turboladerwelle kommt problemverschärfend hinzu. Unzulässig hohe Belastungen der Turboladerwelle sind daher in Zukunft zu erwarten.
  • Eine bekannte Massnahme, in Turbomaschinen Belastungen durch Torsionsschwingungen zu verringern, besteht in der Wahl grösserer Wellendurchmesser zur Versteifung der Welle. Dadurch werden Torsionseigenfrequenzen erhöht und Schwingungsamplituden erniedrigt. Das Schwingungsverhalten ist aber weiterhin ungedämpft und die Verlustleistungen in den Wellenlagern des Turboladers sind erhöht.
  • Bekannte Torsionsschwingungsdämpfer für relativ langsamdrehende Kurbelwellen sind z. B. Ölverdrängungsdämpfer, Gummidämpfer, Viskosedrehschwingungsdämpfer oder Silikonölgummidämpfer. Siehe hierzu z. B. die Veröffentlichung von Rainer Hartmann, "Berechnung des dynamischen Verhaltens von Viskosedrehschwingungsdämpfern", S. 9-13, Dissertation TU Berlin (1982). Solche Dämpfer weisen typischerweise eine Schwungmasse auf, die über einen Dämpfungsmechanismus mechanisch an die Kurbelwelle angekoppelt ist. Schwungmassen-Dämpfer werden am Kurbelwellenende montiert, da dort die grössten Torsionsschwingungsamplituden auftreten. Sie wirken nur lokal, d. h. am Ort ihrer Ankopplung an der Welle, schwingungsdämpfend.
  • In der DE 198 09 527 A1 wird ein Schwingungstilger für eine Kraftfahrzeug-Kurbelwelle offenbart, der aus einer Anzahl ringförmiger Teiltilger zusammengesetzt ist. Jeder Teiltilger besteht aus einem geschlitzten Metallrohr und einem zwischen diesem und der Welle angeordneten ringförmigen, gummielastischen Körper. Die geschlitzten Metallrohre wirken wiederum als Schwungmassen.
  • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, kostengünstige Dämpfungseinrichtung, insbesondere Turbolader-Dämpfungseinrichtung, für Torsionsschwingungen einer Welle sowie einen schnelldrehenden Turbolader mit einer solchen Dämpfungseinrichtung anzugeben, dessen Betriebssicherheit ohne Effizienzeinbussen auch bei grossen Torsionsanregungen der Welle gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • In einem ersten Aspekt besteht die Erfindung in einer Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Welle und insbesondere in einer Turbolader- Dämpfungseinrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Turboladerwelle in einem Turbolader, wobei die Dämpfungseinrichtung ringförmig auf der Welle angeordnet ist, eine Längserstreckung entlang der Welle aufweist und mindestens zwei zueinander axial beabstandete Kraftangriffselemente zur Fixierung der Dämpfungseinrichtung auf der Welle umfasst, die Kraftangriffselemente über ein torsionssteifes Halterungsmittel miteinander verbunden sind und mindestens eines der Kraftangriffselemente ein Dämpfungselement ist. Durch die nichtlokale Befestigung der Dämpfungseinrichtung an mindestens zwei axial beabstandeten Positionen der Welle kann eine im wesentlichen schwungmassenfreie Dämpfungseinrichtung realisiert werden. Es werden also die beiden axialen Positionen im Rahmen der Torsionssteifigkeit des Halterungsmittels relativ zueinander fixiert oder zumindest gekoppelt. Durch die Kopplung der Schwingungsamplituden an mindestens zwei axialen Positionen und durch die Dämpfungseigenschaften des mindestens einen Dämpfungselements wird eine sehr einfache und hocheffiziente Torsionsschwingungsdämpfung erreicht. Die nicht- lokale Wirkungsweise erlaubt es, auf Schwungmassen völlig zu verzichten und eine sehr raumsparende Bauweise mit extrem niedriger radialer Bauhöhe zu realisieren. Die axiale Längserstreckung der Dämpfungseinrichtung kann an die Platzverhältnisse im Turbolader angepasst werden. Es besteht auch eine grosse Flexibilität, die Dämpfungseinrichtung so anzupassen, dass ein gewünschtes Dämpfungsspektrum erzielt wird.
  • In einem Ausführungsbeispiel weist das mindestens eine Dämpfungselement zur Torsionsdämpfung ein elastisches Material mit innerer Reibung und/oder mehrere Elemente mit Kontaktflächenreibung auf.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel weist das mindestens eine Kraftangriffselement, das kein Dämpfungselement ist, Mittel zum starren Verbinden mit der Welle, insbesondere eine Reibschluss-, Press- oder Schrumpfverbindung, auf oder jedes Kraftangriffselement ist ein Dämpfungselement.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 4 hat den Vorteil, dass schon durch relativ schwache Torsionsankopplung zwischen mindestens zwei Axialpositionen eine sehr wirksame Dämpfung erzielbar ist.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 5 hat den Vorteil, dass Dämpfungselemente mit Standardkomponenten aus Gummi herstellbar sind und hervorragende Dämpfungseigenschaften haben.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 6 hat den Vorteil, dass mit Stahlring- oder Teflonring-Paketen sehr verschleissfeste, dauerhafte Dämpfungselemente herstellbar sind, die gleichwohl aufgrund von Mikrobewegung an Kontaktflächen sehr gute Dämpfungseigenschaften haben.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 7 hat den Vorteil, dass Dämpfungskeile sehr rutschfest auf der Welle montierbar sind, sehr gut zu rutschfesten Paketen stapelbar sind und sowohl einzeln wie auch in Paketen geschichtet vorteilhafte Dämpfungseigenschaften besitzen.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäss Anspruch 11 hat den Vorteil eines ausserordentlich einfachen Aufbaus und einfacher Montierbarkeit auf der Welle.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Turbolader mit einer erfindungsgemässen Dämpfungseinrichtung.
  • Weitere Ausführungen, Vorteile und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen sowie aus der nun folgenden Beschreibung und den Figuren.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 im Schnitt entlang seiner Längsachse einen erfindungsgemässen Turbolader mit einem erfindungsgemässen Torsionsschwingungsdämpfer, der zwischen Verdichter- und Turbinenrad angeordnet ist; und
  • Fig. 2a-2f den Torsionsschwingungsdämpfer aus Fig. 1 in Vergrösserung in verschiedenen Ausführungsformen.
  • In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
    • WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die Fig. 1 zeigt einen Turbolader 10 mit einer schnelldrehenden Rotoreinheit 11 im Schnitt entlang ihrer Längsachse 18. Die schnelldrehende Rotoreinheit 11 umfasst eine Turbine 12 und einen Verdichter 16, die über eine gemeinsame Turboladerwelle 14 miteinander verbunden sind. Die Turbine 12 weist ein von einem Turbinengehäuse 20 umgebenes Turbinenrad 22 mit Turbinenschaufeln 23 auf. Das Verdichterrad 26 weist Verdichterschaufeln 27 auf, die regelmässig über den Umfang des Verdichterrads 26 verteilt sind. Das Verdichterrad 26 ist von einem Verdichtergehäuse 24 umgeben und ist über die gemeinsame Welle 14 von der Turbine 12 antreibbar. Die gemeinsame Turboladerwelle 14 ist in einem Lagergehäuse 28 zwischen dem Verdichterrad 26 und dem Turbinenrad 22 gelagert.
  • Das Turbinengehäuse 20 bildet einen Strömungskanal 29, der mit der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine verbunden ist (nicht dargestellt). Der Strömungskanal 29 führt über das Turbinenrad 22 und führt die Abgase der Brennkraftmaschine über ein Gasaustrittsgehäuse 30 des Turbinengehäuses 20 aus dem Turbolader 10. Das Verdichtergehäuse 24 bildet einen zweiten Strömungskanal 32, über dessen Einlass 34 Luft oder ein anderes brennbares Gas angesaugt, über das Verdichterrad 26 geführt und dabei verdichtet wird. Das verdichtete Gas wird schliesslich über einen nicht explizit dargestellten Auslass des Verdichtergehäuses 24 aus dem Turbolader 10 heraus und in eine Zuleitung des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt), abgeführt.
  • Auf der Welle 14 vorzugsweise zwischen dem Turbinenrad 22 und dem Verdichterrad 26 ist ein axial erstreckter erfindungsgemässer Torsionsschwingungsdämpfer 36 angeordnet. Durch den Torsionsschwingungsdämpfer 36 werden die Druckimpulse gedämpft, die von dem Abgas des Verbrennungsmotors beim Überströmen des Turbinenrades 26 auf die Turboladerwelle 14 übertragen werden. Fig. 2a-2f zeigen nicht beschränkende Ausführungsbeispiele des Torsionsschwingungsdämpfers 36.
  • Fig. 2a zeigt eine Dämpfungseinrichtung 36 mit zwei endseitig angeordneten Paketen 37b von Dämpfungsteilen 37a, im vorliegenden Fall Dämpfungsringen 37a. Die Dämpfungsringe 37a bestehen beispielsweise aus Gummi, Stahl, insbesondere gehärtetem Stahl, oder Teflon. Sie können einen beliebigen, z. B. runden, rechteckigen oder quadratischen Querschnitt, haben. Ein runder oder O-Ring-Querschnitt ist besonders vorteilhaft, da Standard-O-Ringe z. B. aus Gummi gut verwendbar sind. Jedes Paket 37b stellt ein Kraftangriffselement 37 und zugleich ein Dämpfungselement 37' dar. Diese Elemente 37, 37' sind durch einen zylindrischen Abstandshalter 38 axial beabstandet. Die Elemente 37, 37' plus Abstandshalter oder Distanzbüchse 38 sind durch jeweils endseitig aufgeschobene zylindrische Klemmhülsen 39, 40 von aussen umschlossen und insbesondere axial endseitig gefangen. Die Klemmhülsen sind z. B. über Bolzen verdrehsicher ineinandersteckbar. Die Dämpfungseinrichtung 36 wird durch ein Halterungsmittel 41, hier eine Überwurfmutter 41, zusammengehalten. Durch Anziehen der Überwurfmutter 41 werden die Dämpfungselemente 37' und insbesondere die Klemmhülsen 39, 40 axial zusammengepresst und dadurch die Dämpfungsteil-Pakete 37b radial auf der Welle 14 verspannt.
  • Die Wirkungsweise der Dämpfungselemente 37' beruht einerseits auf innerer Reibung in jedem Dämpfungsring 37a. Diese ist besonders gross in Gummi, z. B. in Viton oder FPM (Fluorkautschuk). Andere vorteilhafte Gummisorten sind allgemein bekannt. Andererseits bewirken Mikrobewegungen zwischen axialen Kontaktflächen 37c einzelner Dämpfungsteile 37a ebenfalls Reibung und damit eine gute Torsionsschwingungsdämpfung.
  • Fig. 2b zeigt eine Variante, bei welcher die Dämpfungsringe 37b durchgehend entlang der Welle 14 angeordnet sind. Dadurch werden besonders viele axiale Kontakt- oder Reibflächen 37c zwischen den Dämpfungsteilen 37b geschaffen und eine starke Gesamtdämpfung erreicht.
  • Fig. 2c zeigt eine Variante, bei welcher Dämpfungskeile 37d zu Paketen 37e geschichtet sind und als Kraftangriffs- und Dämpfungselement 37, 37' wirksam sind. Die Klemmhülsen 39, 40 sind mit Bohrungen zur Aufnahme axialer Schrauben 42 versehen. Die Schrauben 42 dienen analog zur Überwurfmutter 41 zum axialen Zusammenziehen und radialen Verspannen der Dämpfungseinrichtung 36 oder der Klemmhülsen 39, 40 auf der Welle 14.
  • Beide Halterungsmittel 41, 42 erlauben es, die Dämpfungseinrichtung 36 als vormontierte Patrone 36 auf die Welle 14 aufzuschieben und anziehen. Alternativ können die Dämpfungselemente 37', gegebenenfalls zusätzliche Kraftangriffselemente 37 und die Halterungsmittel 38-42 separat und insbesondere schichtweise montierbar sein.
  • Fig. 2d zeigt eine Variante, bei welcher ein Dämpfungskonus-Paket 37e am ersten axialen Ende und ein O-Ring-Paket 37b am zweiten Ende der Dämpfungseinrichtung 36 kombiniert sind. In Fig. 2c und Fig. 2d sind zudem V-Ringe 37f zur Zentrierung der Dämpfungseinrichtung 36 auf der Welle 14 vorhanden. Die V-Ringe 37f sind vorzugsweise an einem axialen oder stirnseitigen Ende der Dämpfungseinrichtung 36 angeordnet.
  • Der zusammengesetzte Aufbau der Dämpfungseinrichtung 36 aus mehreren Elementen 38-42 gemäss Fig. 2a-2d hat den Vorteil, dass viele Kontakt-, Klemm- oder Reibflächen 37c zwischen den Dämpfungsteilen 37b untereinander, zwischen Dämpfungsteilen 37b und Abstandshalter 38, Dämpfungsteilen 37b und äusseren Klemmhülsen 39, 40 sowie zwischen Abstandshalter 38 und Klemmhülsen 39, 40 vorhanden sind. Die Mikrobewegung ist damit auf viele dämpfend wirkende Reibflächen 37c aufgeteilt.
  • Fig. 2e zeigt eine Variante, bei welcher ein Kraftangriffselement 37, das kein Dämpfungselement 37' ist, an einem ersten axialen Ende der Dämpfungseinrichtung 36 und das Dämpfungselement 37' an einem zweiten axialen Ende der Dämpfungseinrichtung 36 angeordnet sind. Am zweiten Ende ist ein Gummiring-, Stahlring- oder Teflonring-Paket 37b für eine axiale Abstützung der Dämpfungseinrichtung 36 an einer stufenförmigen Wellenverdickung 14a vorhanden. Das Halterungsmittel 43 ist vorzugsweise ein einstückiges Halterungselement 43, das am ersten Ende mit dem Kraftangriffselement 37 starr verbunden ist und am zweiten Ende eine Aufnahme für das Gummiring-, Stahlring- oder Teflonring-Paket 37b aufweist.
  • Fig. 2f zeigt eine Variante zu Fig. 2e, wobei ein Dämpfungskeil 37d oder ein einseitig oder konisch pressbarer Dämpfungszylinder 37d oder ein Dämpfungskeil-Paket 37e für eine axiale Abstützung der Dämpfungseinrichtung 36 an einer konischen Wellenverdickung 14b vorhanden ist und das vorzugsweise einstückige Halterungsmittel 43 am zweiten Ende eine Aufnahme für den Dämpfungskeil 37d oder das Dämpfungskeil-Paket 37e aufweist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Dämpfungspaket 37e zylindrisch statt konisch und mit leichter Pressung auszuführen.
  • Grundsätzlich kann die Dämpfungseinrichtung 36 mehr als zwei Dämpfungselemente 37' aufweisen. Eine Anzahl und Position der Dämpfungselemente 37' entlang der Längserstreckung der Dämpfungseinrichtung 36 kann nach Massgabe einer gewünschten spektralen Dämpfungscharakteristik für ein Torsionsschwingungs-Frequenzspektrum der Welle 14 gewählt sein. Vorzugsweise sind Abstände zwischen den Dämpfungselemente 37' mindestens so gross wie ein Durchmesser der Welle 14 gewählt. Die Abstände können regelmässig oder unregelmässig gewählt sein.
  • Die Torsionssteifigkeit des Halterungsmittels 38-43 soll mindestens 5%, bevorzugt 10%, besonders bevorzugt 30% und vorzugsweise 80% einer Torsionssteifigkeit der Welle 14 erreichen oder überschreiten. Mit Klemmhülsen 39, 40 gemäss Fig. 2a-2d oder einem einstückigen Abstandshalter 43 gemäss Fig. 2e-2f kann aufgrund des grösseren Durchmessers und bei Verwendung von Stahl eine gleich grosse Torsionssteifigkeit wie die der Welle 14 erreicht werden, wobei die Dicken der Teile 14, 39, 40, 43 relativ zueinander massstabsgetreu dargestellt sind. Die Dämpfungseinrichtung 36 (ohne Dämpfungselemente 37') kann auch aus Aluminium gefertigt sein. Bei 30% Torsionssteifigkeit wurde immer noch eine Dämpfungswirkung um einen Faktor 3-4 in der Schwingungsenergie, d. h. um ca. einen Faktor 10 in der Schwingungsamplitude, nachgewiesen. Ab ca. 5% Torsionssteifigkeit ist ein Einsatz der Dämpfungseinrichtung 36 sinnvoll.
  • Die Dämpfungseinrichtung 36 ist im wesentlichen ringförmig auf der Welle 14 gehaltert, sie muss aber nicht notwendig eine geschlossen ringförmige oder zylindrische Gestalt haben. Die Dämpfungseinrichtung 36 kann beispielsweise Ausnehmungen aufweisen. Für geringe Unwucht soll die Dämpfungseinrichtung 36 weitgehend rotationsymmetrisch sein. Die Dämpfungseinrichtung 36 und insbesondere die Halterungsmittel 38-43 müssen keinen nennenswerten Schwungmasseneffekt zeigen. Hingegen soll die Dämpfungseinrichtung 36 eine substantielle Längserstreckung entlang der Welle 14 aufweisen, um eine nichtlokale Klemmung oder Teilklemmung der Welle 14 gegen Torsion zu bewirken. Die Längserstreckung und eine axiale Montageposition der Dämpfungseinrichtung 36 sollen so gewählt sein, dass eine gute Dämpfung resultiert. Mit Vorteil sind die Dämpfungselemente 37' relativ weit beabstandet von einem Knotenpunkt von Torsionsschwingungen der Welle 14 angeordnet. Insbesondere kann die Dämpfungseinrichtung 36 in einer symmetrischen oder asymmetrischen Position bezüglich der Turboladerwelle 14 angeordnet sein. Die erfindungsgemässe Dämpfungseinrichtung 36 ist für beliebige rotierende Wellen 14, jedoch besonders für schnelldrehende, durch Lastwechsel beanspruchte Turboladerwellen 14 geeignet.
  • In einem weiteren Aspekt hat die Erfindung einen Turbolader 10 zum Gegenstand, der eine Rotoreinheit 11 mit einer Turbine 12 und einem Verdichter 16 auf einer gemeinsamen Turboladerwelle 14 aufweist und die oben beschriebene Dämpfungseinrichtung 36 umfasst. Der Turbolader ist typischerweise, aber nicht notwendigerweise ein Abgasturbolader 10.
  • Insbesondere ist die Dämpfungseinrichtung 36 in einem Lagerbereich der Turboladerwelle 14 zwischen der Turbine 12 und dem Verdichter 16 angeordnet. Insbesondere weist die Dämpfungseinrichtung 36 für optimale Dämpfungswirkung eine maximale Längserstreckung zwischen einem turbinenseitigen und verdichterseitigen Lager der Turboladerwelle 14 auf. Durch diese Baulänge und Positionierung kann der grosse axiale Bauraum zwischen Turbinen- und Verdichterrad 22, 26 optimal genutzt werden, ohne dass eine bauliche Änderung am Turbolader 10 erforderlich wäre. Die symmetrische Anordnung zwischen Turbinen- und Verdichterrad 22, 26 wäre für einen herkömmlichen, lokal wirkenden Schwungmassen- Dämpfer höchst unvorteilhaft oder sogar unbrauchbar, da in der Mittenposition der Welle 14 ein Knotenpunkt der Torsionsschwingungen liegt. 10 Turbolader
    11 Rotoreinheit
    12 Turbine
    14 Welle
    14a, 14b Wellenverdickung
    16 Verdichter
    18 Längsachse
    20 Turbinengehäuse
    22 Turbinenrad
    23 Turbinenschaufeln
    24 Verdichtergehäuse
    26 Verdichterrad
    27 Verdichterschaufeln
    28 Lagergehäuse für Turboladerwelle
    29 Strömungskanal
    30 Gasaustrittsgehäuse
    32 Strömungskanal
    34 Einlass
    36 Dämpfungseinrichtung, Torsionsschwingungsdämpfer, Patrone
    37 Kraftangriffselement
    370 starre Verbindung, Reibschluss, Pressverbindung
    37' Dämpfungselement, O-Ring, O-Ringpaket, Konus
    37a O-Ring
    37b O-Ring-Paket
    37c Kontaktflächen zwischen O-Ringen
    37d Dämpfungskeil, Dämpfungszylinder
    37e Dämpfungskeil-Paket
    37f V-Ring, Zentrierring
    38 Abstandshalter, Distanzbüchse
    39 erste Klemmhülse
    40 zweite Klemmhülse
    41 Überwurfmutter
    42 axiale Schrauben
    43 einstückiges Halterungselement

Claims (17)

1. Dämpfungseinrichtung (36) zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Welle (14), insbesondere Turbolader-Dämpfungseinrichtung (36) zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Turboladerwelle (14) in einem Turbolader (10), wobei
a) die Dämpfungseinrichtung (36) ringförmig auf der Welle (14) angeordnet ist, eine Längserstreckung entlang der Welle (14) aufweist und mindestens zwei zueinander axial beabstandete Kraftangriffselemente (37) zur Fixierung der Dämpfungseinrichtung (36) auf der Welle (14) umfasst,
b) die Kraftangriffselemente (37) über ein torsionssteifes Halterungsmittel (38-43) miteinander verbunden sind und
c) mindestens eines der Kraftangriffselemente (37) ein Dämpfungselement (37') ist.
2. Dämpfungseinrichtung (36) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Dämpfungselement (37') zur Torsionsdämpfung ein elastisches Material mit innerer Reibung und/oder mehrere Elemente (37a, 37d) mit Kontaktflächenreibung aufweist.
3. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) mindestens ein Kraftangriffselement (37), das kein Dämpfungselement (37') ist, Mittel (370) zum starren Verbinden mit der Welle (14), insbesondere eine Reibschluss-, Press- oder Schrumpfverbindung (370), aufweist oder
b) jedes Kraftangriffselement (37) ein Dämpfungselement (37') ist.
4. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Torsionssteifigkeit des Halterungsmittels (38-43) mindestens 5%, bevorzugt 10%, besonders bevorzugt 30% und vorzugsweise 80% einer Torsionssteifigkeit der Welle (14) erreicht oder überschreitet.
5. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dämpfungselement (37')
a) einzelne Gummiringe (37a), insbesondere Gummi-O- Ringe (37a), aufweist und/oder
b) ein Gummiring-Paket (37b) aufweist, das mehrere, axiale Kontaktflächen (37c) aufweisende Gummiringe (37a), insbesondere Gummi-O-Ringe (37a), umfasst.
6. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dämpfungselement (37')
a) ein Stahlring-Paket (37b) aufweist, das mehrere, axiale Kontaktflächen (37c) aufweisende Stahlringe (37a) umfasst und/oder
b) ein Teflonring-Paket (37b) aufweist, das mehrere, axiale Kontaktflächen (37c) aufweisende Teflonringe (37a) umfasst.
7. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Dämpfungselement (37')
a) einen Dämpfungskeil oder Dämpfungszylinder (37d), insbesondere aus Gummi, Stahl oder Teflon, aufweist und/oder
b) ein Dämpfungskeil-Paket (37e) aufweist, das mehrere, Kontaktflächen (37c) aufweisende Dämpfungskeile (37d), insbesondere aus Gummi, Stahl oder Teflon, umfasst.
8. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend einen V-Ring (37f) zur Zentrierung der Dämpfungseinrichtung (36) auf der Welle (14), welcher V-Ring (37f) vorzugsweise an einem axialen Ende der Dämpfungseinrichtung (36) angeordnet ist.
9. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mehrere Dämpfungselemente (37') vorhanden sind und eine Anzahl und Position der Dämpfungselemente (37') entlang der Längserstreckung der Dämpfungseinrichtung (36) nach Massgabe einer gewünschten spektralen Dämpfungscharakteristik für ein Torsionsschwingungs-Frequenzspektrum der Welle (14) gewählt ist und insbesondere Abstände zwischen den Dämpfungselemente (37') mindestens so gross wie ein Durchmesser der Welle (14) gewählt sind.
10. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) mindestens drei Dämpfungselemente (37') in regelmässigen oder unregelmässigen Abständen zueinander angeordnet sind oder
b) ein Vielzahl von Dämpfungselementen (37') entlang der Längserstreckung der Dämpfungseinrichtung (36) durchgehend angeordnet sind.
11. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) ein Kraftangriffselement (37), das kein Dämpfungselement (37') ist, an einem ersten axialen Ende der Dämpfungseinrichtung (36) und das Dämpfungselement (37') an einem zweiten axialen Ende der Dämpfungseinrichtung (36) angeordnet sind und
b) am zweiten Ende ein Gummiring-, Stahlring- oder Teflonring-Paket (37b) für eine axiale Abstützung der Dämpfungseinrichtung (36) an einer stufenförmigen Wellenverdickung (14a) oder ein Dämpfungskeil (37d) oder Dämpfungszylinder (37d) oder Dämpfungskeil- Paket (37e) für eine axiale Abstützung der Dämpfungseinrichtung (36) an einer konischen Wellenver- dickung (14b) vorhanden ist.
12. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) das Halterungsmittel (38-42) einen zylindrischen Abstandshalter (38) umfasst, der axial zwischen mindestens zwei Dämpfungselementen (37') angeordnet ist, und/oder
b) das Halterungsmittel (38-42) mindestens eine zylindrische Klemmhülse (39, 40) umfasst, welche die Dämpfungselemente (36) und gegebenenfalls einen Abstandshalter (38) zwischen den Dämpfungselementen (37') von aussen umschliesst.
13. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) das Halterungsmittel (38-42) Mittel (41, 42) zum axialen Pressen und radialen Verspannen der Dämpfungseinrichtung (36) auf der Welle (14) umfasst und
b) insbesondere dass die Mittel (41, 42) eine axiale Überwurfmutter (41) oder axiale Schrauben (42) sind, welche die Dämpfungseinrichtung (36) und insbesondere Klemmhülsen (39, 40) gemäss Anspruch 12b axial zusammenziehen und radial auf der Welle (14) verspannen.
14. Dämpfungseinrichtung (36) nach Anspruch 11, wobei das Halterungsmittel (43) ein einstückiges Halterungselement (43) ist, das am ersten Ende mit dem Kraftangriffselement (37) starr verbunden ist und am zweiten Ende eine Aufnahme für das Gummiring-, Stahlring- oder Teflonring-Paket (37b) oder für den Dämpfungskeil (37d) oder Dämpfungszylinder (37d) oder für das Dämpfungskeil-Paket (37e) aufweist.
15. Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
a) die Dämpfungseinrichtung (36) als vormontierte Patrone (36) auf die Welle (14) aufschiebbar und anziehbar ist oder
b) die Dämpfungselemente (37') und die Halterungsmittel (38-43) separat montierbar sind.
16. Turbolader (10), der eine Rotoreinheit (11) mit einer Turbine (12) und einem Verdichter (16) auf einer gemeinsamen Turboladerwelle (14) aufweist, umfassend eine Dämpfungseinrichtung (36) nach einem der vorangehenden Ansprüche.
17. Turbolader (10) nach Anspruch 16, wobei
a) die Dämpfungseinrichtung (36) in einem Lagerbereich der Turboladerwelle (14) zwischen der Turbine (12) und dem Verdichter (16) angeordnet ist und
b) insbesondere wobei die Dämpfungseinrichtung (36) eine maximale Längserstreckung zwischen einem turbinenseitigen und verdichterseitigen Lager der Turboladerwelle (14) aufweist.
DE2002139941 2002-03-05 2002-08-30 Torsionsschwingungsdämpfer für einen Turbolader Withdrawn DE10239941A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH3862002 2002-03-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10239941A1 true DE10239941A1 (de) 2003-04-03

Family

ID=4513813

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002139941 Withdrawn DE10239941A1 (de) 2002-03-05 2002-08-30 Torsionsschwingungsdämpfer für einen Turbolader

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10239941A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2009237A1 (de) * 2007-06-26 2008-12-31 Snecma Stoßdämpfer für Wellen eines Turbotriebwerks
AT510239B1 (de) * 2010-07-29 2012-09-15 Andritz Ag Maschf Einrichtung zur dämpfung von schwingungen in einem antriebsstrang
CN105650247A (zh) * 2016-03-04 2016-06-08 郑州宇通客车股份有限公司 一种传动轴及使用该传动轴的车辆传动系统、车辆
CN113423920A (zh) * 2018-12-07 2021-09-21 赛峰直升机引擎公司 具有阻尼螺母的涡轮机转子

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2009237A1 (de) * 2007-06-26 2008-12-31 Snecma Stoßdämpfer für Wellen eines Turbotriebwerks
FR2918107A1 (fr) * 2007-06-26 2009-01-02 Snecma Sa Dispositif amortisseur adapte aux arbres de turbomachine.
US8113772B2 (en) 2007-06-26 2012-02-14 Snecma Damping device for a shaft of a turbomachine
CN101333939B (zh) * 2007-06-26 2013-06-19 斯奈克玛 一种涡轮机轴的减振装置
AT510239B1 (de) * 2010-07-29 2012-09-15 Andritz Ag Maschf Einrichtung zur dämpfung von schwingungen in einem antriebsstrang
CN105650247A (zh) * 2016-03-04 2016-06-08 郑州宇通客车股份有限公司 一种传动轴及使用该传动轴的车辆传动系统、车辆
CN113423920A (zh) * 2018-12-07 2021-09-21 赛峰直升机引擎公司 具有阻尼螺母的涡轮机转子
CN113423920B (zh) * 2018-12-07 2023-08-11 赛峰直升机引擎公司 具有阻尼螺母的涡轮机转子

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3635702C2 (de)
DE602005000116T2 (de) Strahltriebwerks-Architektur mit zwei Fans an der Vorderseite
DE60203563T2 (de) Zentripetale Abblasvorrichtung
DE102005043575B4 (de) Drehfeder
EP3017146A1 (de) Läufer für eine turboladereinrichtung, turboladereinrichtung mit einem läufer und welle für einen solchen läufer
DE3514814A1 (de) Lagersystem
DE102010016824A1 (de) Kupplung für Rotationskomponenten
DE102010002980A1 (de) Wellenbelastungsvorrichtung
EP1186781B1 (de) Befestigungsvorrichtung für einen Filterschalldämpfer am Verdichtereingang eines Turboladers
DE19736333C1 (de) Befestigung eines Laufrades einer Strömungsmaschine an einer Welle
DE10239941A1 (de) Torsionsschwingungsdämpfer für einen Turbolader
DE102010039889A1 (de) Vorrichtung zur Anordnung eines Verdichterrads an einer Antriebswelle einer Strömungsmaschine
WO2019137855A1 (de) Filterschalldämpfer für einen abgasturbolader einer brennkraftmaschine
EP1427927B1 (de) Turbolader mit torsionsschwingungsdämpfer
DE102017004126A1 (de) Drehschwingungsdämpfer
EP0713000B1 (de) Selbstzündende Hubkolbenbrennkraftmaschine
EP1970528A1 (de) Läufer einer thermischen Strömungsmaschine
DE3503071C1 (de) Druckwellenlader fuer Verbrennungskraftmaschinen,insbesondere in Kraftfahrzeugen
CH675283A5 (de)
EP1367238B1 (de) Hubkolbenbrennkraftmaschine
DE102016202940A1 (de) Vorrichtung zum Komprimieren oder Expandieren eines Fluids, Verdichter und Turbine
WO2020078796A1 (de) Naben - nabenverbindung für ein stromaggregat
DE102019108949A1 (de) Drehschwingungsdämpfer mit optimiert gestalteten Pendelmassen des Fliehkraftpendels
DE102015014613A1 (de) Abdichtanordnung einer Welle an einem Gehäuseelement eines Abgasturboladers
DE102018213571A1 (de) Turbolader, insbesondere Abgasturbolader mit einer Medienstrommaschine, Brennkraftmaschine

Legal Events

Date Code Title Description
8141 Disposal/no request for examination