DE1127142B - Laengsschwingungsdaempfer fuer Kurbelwellen von Kolben-Kraftmaschinen und Kolben-Arbeitsmaschinen - Google Patents

Laengsschwingungsdaempfer fuer Kurbelwellen von Kolben-Kraftmaschinen und Kolben-Arbeitsmaschinen

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DE1127142B
DE1127142B DEK37174A DEK0037174A DE1127142B DE 1127142 B DE1127142 B DE 1127142B DE K37174 A DEK37174 A DE K37174A DE K0037174 A DEK0037174 A DE K0037174A DE 1127142 B DE1127142 B DE 1127142B
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DE
Germany
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piston
damper
shaft
longitudinal vibration
vibration damper
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Pending
Application number
DEK37174A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Walter Benz
Dr-Ing Kurt Ziesche
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Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/162Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material with forced fluid circulation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material

Description

  • Längsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen von Kolben-Kraftmaschinen und Kolben-Arbeitsmaschinen Die Erfindung betrifft einen Uängsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen von Kolben-Kraftmaschinen und Kolben-Arbeitsmaschinen.
  • Zum Dämpfen von Längsschwingungen und zum Dämpfen von Drehschwingungen können Dämpfer grundsätzlich gleichen Aufbaus verwendet werden. So kann beispielsweise ein Reibungsdämpfer gewählt werden, dessen lose Masse gegenüber einem auf der betreffenden Welle festsitzenden Teil in Achsrichtunc, der Welle verschiebbar ist und durch Reibung mitgenommen wird. Ebenso sind grundsätzlich Gummi-, Viskositäts- oder Flüssigkeitsdämpfer anwendbar. Zur wirksamen Dämpfung sind allerdings, insbesondere bei Kurbelwellen von Brennkraftkolbenmaschinen, recht große Dämpfermassen erforderlich, die, wenn man sich an den herkömmlichen Aufbau für Schwingungsdämpfer hält, nicht nur verhältnismäßig große Dämpferabmessungen bedingen, sondern auch die betreffende Welle stark belasten.
  • Es ist nun bereits eine Einrichtung zum Dämpfen von Längsschwingungen von Bremsen oder Kupplungen für Verschiebeankermotoren bekannt, bei der auf der zu bedämpfenden Welle ein Kolben unverschiebbar, jedoch drehbar gelagert ist, der bei Längsverschiebungen der Welle in einem feststehenden Zylinder doppelt wirkend Flüssigkeit verdrängt. Verschleißmäßig mag es vorteilhaft sein, den Verdrängerkolben im Zylinder nicht mit der Welle unilaufen zu lassen, doch steht dem als nachteilig die Tatsache gegenüber daß die bei drehbarer Lagerung des Verdrängerkolbens auf der Welle unvermeidbaren Längsspiele in die Verschiebebewegungen der Welle mit eingehen. Diese Längsspiele mögen ja in der Regel recht klein sein, doch bedeuten sie immerhin eine Gefahr, insbesondere dann, wenn, wie dies beispielsweise bei Brennkraftmaschinen häufig der Fall ist, große Massen mit hoher Frequenz schwingen. Die Längsspiele werden dann rasch größer, was nicht nur zu einer Zerstörung der Lager, sondern auch zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Schwingungsdämpfers führen kann.
  • Bei einem anderen bekannten I.:ängsschwingungsdämpfer ist zwar der Verdrängerkolben fest auf der Welle angeordnet, doch läuft statt dessen der Zylinder, in dem dieser Kolben schließend geführt arbeitet, mit um. Hierbei treten die störenden Längsspiele am Zylinder auf.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Längsschwingungsdämpfer so auszubilden, der diese Nachteile der bekannten Dämpfungseinrichtungen nicht aufweist.
  • Erreicht ist dieses Ziel gemäß der Erfindung dadurch, daß der Dämpfer erstens in bei ungekröpften Wellen bekannter Weise aus einer feststehenden Dämpfermasse und aus einem den Längsbewegungen der Kurbelwelle folgenden Teil besteht, wobei das feststehende Dämpferteil ein Zylinder ist, in dem das als Kolben ausgebildete andere Dämpferteil als Verdränger für das Dämpferarbeitsmittel arbeitet, und daß zugleich zweitens der doppelt wirkende Verdrängerkolben oder zwei diesen ersetzende, entgegengesetzt einzeln wirkende Verdrängerkolben in an sich bekannter Weise auf der Kurbelwelle drehsteif befestigt ist/sind und in bei Verdrängerkolben an sich bekannterWeise einen kleinerenDurchmesser hat/haben als der oder die feststehenden Zylinder innen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann der Dämpfer jeden beliebigen, jedoch grundsätzlich geeigneten Aufbau aufweisen. Als feststehende Dämpfermasse kann beispielsweise das Gestell der Maschine oder, insbesondere bei ortsfester Aufstellung letzterer, deren Fundament oder irgendein anderes, praktisch starr mit der Maschine verbundenes Teil der Umgebung dienen.
  • Es empfiehlt sich, den erfindungsgemäßen Dämpfer als Flüssigkeitsdämpfer auszubilden, da sich bei diesem am ehesten eine einwandfreie und einen Dauerbetrieb zulassende Zusammenarbeit der beiden Dämpferteile miteinander erzielen läßt. Vorteilhaft ist es, hierbei in Ausgestaltung der Erfindung das auf der Welle angeordnete Dämpferteil als Kolben auszubilden, der in einer zylindrischen Bohrung der feststehenden Dämpfermasse gegen ein aus der Arbeitsflüssigkeit des Dämpfers gebildetes Polster arbeitet. Hierbei kann der Verdrängerkolben entweder drehbar auf der Welle angeordnet sein oder fest auf dieser sitzen. Andererseits können entweder mindestens zwei auf der Welle angeordnete und entgegengesetzt wirkende Kolben, denen ein einziger oder deren jedem ein besonderer Zylinder zugeordnet ist, vorgesehen werden oder kann auch nur ein einziger doppelt wirkender Kolben vorgesehen werden. Die Kolben können hierbei dichtend in den Zylindern geführt sein oder in den Zylindern in weiterer Durchbildung der Erfindung mit geringem radialem Spiel arbeiten, wobei dann der Ringspalt am Kolbenumfang die Hauptausweichöffnung für die während des Betriebes aus dem Arbeitsraum des Kolbens verdrängte Arbeitsflüssigkeit bildet.
  • Als Arbeitsflüssigkeit kann dem Längsschwingungsdämpfer ganz oder zum Teil das zur Schrnierung der Wellenlagger herangeführte oder bereits benutzte Schmieröl dienen, wie es bereits bei Drehschwingungsdämpfern mit Flüssigkeitsumlauf und bei Reibungskupplungen, die gleichzeitig Drehschwingungen dämpfen, bekannt ist.
  • In den Fällen, in denen der Dämpfer mehrere einfach wirkende Kolben aufweist, erfolgt der Aufbau vorteilhaft in der Weise, daß die Welle beiderseits eines oder mehrerer Lager mit einem Bund versehen ist, der bei einer Längsverschiebung der Welle im stirnseitig zylindrisch ausgenommenen Lager vorzugsweise mit radialem Spiel als Verdrängerkolben in bezug auf das aus dem Lager ausgetretene und sich vor ihm stauende Schmieröl arbeitet.
  • Bei Dämpfern, die einen fest auf der Welle sitzenden doppelt wirkenden Kolben aufweisen und bei denen als Arbeitsmittel Schmieröl dient, kann dieses nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung den beiden Arbeitsräumen des Kolbens durch Kanäle in der Welle und im Kolben selbst zugeleitet und durch eine andere Bohrung in der Welle wieder abgeleitet werden.
  • Bei Dämpfern mit rotierenden Kolben empfiehlt es sich, ganz außen an den Arbeitsräumen, d. h., wo sich während des Betriebes u. U. Schmutz ansammelt, Abflußbohrungen anzuordnen, deren Querschnitt je Arbeitsraum wesentlich kleiner ist als der Querschnitt der Hauptausweichöffnung für die während des Betriebes vom Kolben aus dem betreffenden Arbeitsraum verdrängten Arbeitsflüssigkeit. Durch diese Bohrungen fließt ständig eine geringe, Schmutzteilchen mitführende Flüssigkeitsmenge ab. Im Ausbau dieses Gedankens wird fernerhin vorgeschlagen, die Abflußbohrungen außen in Flüssigkeitsvorlagen münden zu lassen, so daß bei der pulsierenden Bewegung der Flüssigkeit durch die Bohrungen hindurch niemals Luft in die Arbeitsräume des Dämpferkolbens gesaugt werden kann.
  • Zweckmäßig ist es, die -Schmierölzuleitung als zentral oder etwa zentral liegende Längsbohrung in der Welle auszubilden und diese Bohrung mittels einer radial und vorzugsweise bis zur Wellenachse in sie hineinragenden Leitung zu entlüften.
  • Weitere Merkmale der Erfindung sind der Zeichnung zu entnehmen, in der zwei Ausführungsforinen des erfindungsgemäßen Längsschwingungsdämpfers beispielsweise dargestellt sind.
  • Die Abb. 1 zeigt einen Dämpfer mit einem einzigen doppelt wirkenden und mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine umlaufenden Verdrängerkolben, der in einem stirnseitig am Maschinengestell befestiim ten Zylinder arbeitet.
  • Die Abb. 2 zeigt einen Längsschwingungsdämpfer für die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, wobei als Bestandteil des feststehenden Dämpferteiles ein Grundlager der Maschine dient, in dem stirnseitig beiderseits je ein auf der Welle sitzender Bund als Verdrängerkolben arbeitet.
  • Der in der Abb. 1 dargestellte Dämpfer besteht im wesentlichen aus einem flachen Kolben 1, der in einem zylindrisch ausgenommenen und mit Schmier-öl gefüllten feststehenden Gehäuse 3 rotiert. Der Kolben 1 ist mittels Schrauben 4 auf einer an die Kurbelwelle 5 einer nicht gezeichneten Brennkraftmaschine angeflanschten Welle 6 befestigt und läuft somit stets mit Kurbelwellendrehzahl um. Das Gehäuse 3 ist mehrteilig ausgeführt und mittels Schrauben 8 am Maschinengestell 7 befestigt. Beiderseits des Kolbens 1 ist je ein Arbeitsraum 2, 9 belassen, so daß Axialverschiebungen des Kolbens möglich sind. Bei solchen Längsverschiebungen erfolgt der Druckausgleich zwischen den beiden Arbeitsräumen 2 und 9 durch einen am Umfang des Kolbens zwischen diesem und der konzentrisch zur Kolbenachse verlaufenden Begrenzungswand des Gehäuses 3 belassenen Ringspalt 22 hindurch. Schmieröl wird den beiden Arbeitsräumen 2 und 9 laufend durch das letzte Lager 10 der Kurbelwelle 5, radiale Bohrungen 11 in der Kurbelwelle, eine zentrale Bohrung 12 in letzterer, eine an diese Bohrung anschließende Längsbohrung 13 in der Flanschwelle 6, radiale Bohrungen 14 in dieser Welle, eine radiale Bohrung 15 im Kolben 1 und durch von dieser ausgehende axiale Bohrungen 16 hindurch zugeführt. Aus den beiden Arbeitsräumen 2 und 9 strömt andererseits laufend Schmieröl durch radiale Bohrungen 17 im Kolben 1 und 18 in der Flanschwelle 6 in einen in der Flanschwelle 6 vorhandenen Sammelkanal 19 ab, der durch eine radiale Bohrung 20 mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine in Verbindung steht. Zur Entlüftung des Ölzufuhrkanals 13 dient ein die Flanschwelle 6 radial durchsetzendes und bis etwa zur Längsachse der Bohrung 13 in diese hineinragendes, am Ende verschlossenes Rohr 21. Dicht über dem Boden des Rohres 21 befindet sich seitlich die eigentliche Entlüftungsbohrung 25. Der Ringspalt 22 am Umfang des Kolbens 1 ist so bemessen, daß Längschwingungen der Kurbelwelle wirksam gedämpft werden. Die Bohrungen 16 und 17 im Kolben 1 beeinflussen die Dämpferwirkung nur in geringem Ausmaß, da ihre Querschnitte gegenüber dem Querschnitt des Ringspaltes 22 klein sind. Außen gehen von den Arbeitsräumen 2 und 9 Gehäusebohrungen 23 und 24 aus, durch die laufend eine geringe Menge Schmieröl in das Kurbelgehäuse abfließt. Hierdurch wird die Ansammlung von Schmutzteilchen im Bereich des Ringspaltes 22 unterbunden. Die Bohrungen 23 und 24 haben je Arbeitsraum insgesamt einen Querschnitt, der wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Spaltes 22. Damit bei der pulsierenden Bewegung ,keit durch die Bohrungen23 und 24 hinder Flüssig durch keine Luft in die Arbeitsräume2 und 9 gesaugt wird, ist zwischen den Bohrungen23 und 24 und dem Kurbelgehäuse eine ölvorlage 33 angeordnet.
  • In der Abb. 2 ist ausschnittsweise die Kurbelwelle 26 einer nicht gezeichneten Brennkraftmaschine nebst einem Grundlager27 dargestellt. Dieses Lager27 ist an jeder Stirnseite zylindrisch ausgenommen. Außerdem ist beiderseits des Lagers 27 die Kurbelwelle 26 mit einem Bund28, 29 versehen. Beide Bunde28 und 29 haben einen etwas geringeren Durchmesser als die zylindrischen Ausnehmungen 30 und 31 und erstrecken sich in letztere hinein. Das durch die Bohrungen32 in das Lager27 eintretende und aus diesem seitlich austretende Schmieröl staut sich in den Räumen 30 und 31 und dämpft, da es aus diesen Räumen nur stark gedrosselt abfließen kann, auftretende Längsschwingungen der Kurbelwelle 26.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Längsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen von Kolben-Kraftmaschinen und Kolben-Arbeitsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämpfer erstens in bei ungekröpften Wellen bekannter Weise aus einer feststehenden Dämpfermasse und aus einem den Längsbewegungen der Kurbelwelle folgenden Teil besteht, wobei das feststehende Dämpferteil ein Zylinder ist, in dem das als Kolben ausgebildete andere Dämpferteil als Verdränger für ein Dämpferarbeitsmittel arbeitet, und daß zugleich zweitens der doppelt wirkende Verdrängerkolben oder zwei diesen ersetzende, entgegengesetzt einzeln wirkende Verdrängerkolben in an sich bekannter Weise auf der Kurbelwelle drehsteif befestigt ist/sind und in bei Verdrängerkolben an sich bekannter Weise einen kleineren Durchmesser hat/haben als der oder die feststehenden Zylinder innen.
  2. 2. Längsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils zwischen Verdrängerkolben (1) und Zylinder (3) am Kolbenumfang vorhandene Ringspalt (22) als Hauptausweichöffnung für das verdrängte Arbeitsmittel dient. 3. Längsschwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2 mit Flüssigkeitsumlauf, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmittel des Dämpfers vorzugsweise und in an sich bekannter Weise das zur Schmierung der Wellenlager herangeführte oder bereits benutzte Schmieröl oder ein Teil davon verwendet wird. 4. Längsschwingungsdämpfer mit Flüssigkeitsumlauf nach Anspruch 3 mit einem einzigen doppelt wirkenden Kolben auf der zu bedämpfenden Welle, dadurch gekennzeichnet, daß den Arbeitsräumen des Kolbens Schmieröl durch Kanäle in der Welle und im Kolben hindurch zufließt und durch eine andere Bohrung in der Welle wieder abfließt. 5. Längsschwingungsdämpfer mit Flüssigkeitsumlauf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölzuleitung für den Dämpfer aus einer zentral oder etwa zentral liegenden Längsbohrung in der Welle besteht und daß in diese Längsbohrung radial vorzugsweise bis zur Wellenachse eine Entlüftungsleitung (21) hineinragt. 6. Längsschwingungsdämpfer mit Flüssigkeitsumlauf nach Anspruch 3 und mit zwei einzelnen, entgegengesetzt wirkenden Verdrängerkolben auf der zu bedämpfenden Welle, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (26) beiderseits eines Lagers (27) oder mehrerer Lager je einen Bund (28, 29) aufweist, der in einer zylindrischen Ausnehmung (30) des Lagers (27) als Verdrängerkolben in bezug auf das aus dem Lager ausgetretene und sich vor ihm stauende Schmieröl arbeitet. 7. Längssehwingungsdämpfer mit Flüssigkeitsumlauf nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine oder mehrere ganz außen liegende Abflußbohrungen (23, 24) am Arbeitsraum oder an den Arbeitsräumen des Dämpfers, wobei der Querschnitt dieser Abflußbohrungen insgesamt je Arbeitsraum erheblich kleiner ist als der Querschnitt der Hauptausweichöffnung (22) für die während des Betriebes vom Kolben (1) aus dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen (2, 9) verdrängte Flüssigkeit. 8. Längsschwingungsdämpfer mit Flüssigkeitsumlauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Abflußbohrungen (23, 24) im Arbeitsraum oder in den Arbeitsräumen (2, 9) des Dämpfers eine Flüssigkeitsvorlage (33) nachgeschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 512 454, 680 598, 693 368, 701817; Motortechnische Zeitschrift MTZ, 1953, Juliheft, S.222.
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