DE19620745A1 - Torque peak absorber between two shafts in drive link - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of patent claim 1.
Es ist ein allgemein bekanntes Problem, daß bei zwei mittels eines Endlostriebes, beispiels weise einem Riemen oder einer Kette, verbundenen und in Antriebsverbindung miteinander stehenden Wellen durch eine ungleichmäßige Drehanregung dieser Endlostrieb hoch be ansprucht wird.It is a well known problem that in two by means of an endless drive, for example as a belt or chain, connected and in drive connection with each other standing waves due to uneven rotary excitation of this endless drive is claimed.
Dieses Problem tritt insbesondere bei mit Zähnen versehenen Endlostrieben auf, beispiels weise Kettentriebe oder Zahnriemen, da hier durch den Zahneingriff ein fester Drehwinkel verlauf erzwungen ist und die durch die ungleichmäßige Drehanregung eingeleiteten Drehmomentspitzen diesen Endlostrieb stark beanspruchen. Diese Beanspruchung führt zu einer deutlichen Verringerung der Lebensdauer eines solchen Endlostriebes. Dieses Pro blem ist z. B. in DE-Z "MTZ - Motortechnische Zeitschrift" 56, 1995, Nr. 3 beschrieben.This problem occurs particularly with toothed endless drives, for example wise chain drives or toothed belts, because here the tooth engagement creates a fixed angle of rotation course is forced and those initiated by the uneven rotation excitation Torque peaks stress this endless drive. This stress leads to a significant reduction in the lifespan of such an endless drive. This pro blem is z. B. in DE-Z "MTZ - Motortechnische Zeitschrift" 56, 1995, No. 3 described.
Zur Vermeidung dieser Probleme ist es bei Zahnriemen denkbar, deren Längssteifigkeit zu verringern. Aufgrund der Drehmomentspitzen kommt es jedoch zu Trumkraftänderungen, welches zu einer Änderung der Riementeilung und zu einer ungleichmäßigen Umfangs kraftverteilung auf den mit dem Riemen in Eingriff stehenden Rädern führt.To avoid these problems, it is conceivable for toothed belts to have their longitudinal rigidity to decrease. Due to the torque peaks, however, there are changes in the strand force, which leads to a change in the belt pitch and to an uneven scope force distribution on the wheels engaged with the belt.
Es ist ebenfalls möglich, den Zahneingriff nachgiebiger zu gestalten, was jedoch zu einem vergrößerten Versatz zwischen Riemen und Rad und einem gestörten Eingriff des näch sten, nachfolgenden und noch unverformten Riemenzahnes führt.It is also possible to make the tooth mesh more flexible, but this leads to a increased offset between belt and wheel and a disrupted engagement of the next leading, subsequent and still undeformed belt tooth.
Beide Maßnahmen führen insgesamt zu einer größeren Verformung des Endlostriebes im allgemeinen und damit zu einer unerwünschten Erhöhung der Werkstoffbeanspruchung. Both measures lead to a greater deformation of the endless drive in the general and thus to an undesirable increase in material stress.
Zur Dämpfung von Drehmomentspitzen zwischen zwei in Antriebsverbindung stehenden Wellen ist es aus der DE-34 02 001 A1 bereits bekannt, eine auf einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine angeordnete Riemenscheibe mittels eines Gummiringes an diese Kur belwelle anzubinden.For damping torque peaks between two drive connections It is already known from DE-34 02 001 A1, one on a crankshaft Internal combustion engine arranged pulley by means of a rubber ring on this cure to connect the belwelle.
Innerhalb dieses Gummiringes sollen die von der Kurbelwelle in die Riemenscheibe übertra genen Schwingungen gedämpft werden, so daß auf die von der Riemenscheibe angetrie benen Nebenaggregate und den Steuertrieb nur schwingungsfreie Momente übertragen werden sollen.Within this rubber ring, the should transfer from the crankshaft to the pulley gene vibrations are damped so that driven by the pulley The ancillary units and the timing drive only transmit vibration-free moments should be.
Desweiteren ist es aus DE-37 39 336 C2 für eine Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwel len und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Zwischenwelle bekannt, daß diese Zwi schenwelle ein elastisches, drehschwingungsdämpfendes Element aufweist, welches zwi schen einem angetriebenen und einem treibenden Glied dieser Zwischenwelle angeordnet ist.Furthermore, it is from DE-37 39 336 C2 for an internal combustion engine with two camshafts len and an intermediate shaft driven by the crankshaft known that this Zwi rule shaft has an elastic, torsional vibration damping element which between arranged a driven and a driving member of this intermediate shaft is.
Eine solche Anordnung kann zu Problemen führen, da in die Zwischenwelle einerseits eine ungleichförmige Drehanregung durch die Kurbelwelle eingebracht wird, andererseits von den Nockenwellen wechselnde Drehmomente eingeleitet werden. Hierbei kann es über den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine zu unerwünschten Überlagerungen kommen, wel che aufgrund des drehschwingungsdämpfenden Elementes zu Fehlern in den Steuerzeiten führen können.Such an arrangement can lead to problems because on the one hand in the intermediate shaft irregular rotational excitation is introduced by the crankshaft, on the other hand by alternating torques are introduced to the camshafts. It can be done via the Speed range of the internal combustion engine come to undesirable overlaps, wel che due to the torsional vibration damping element to errors in the timing being able to lead.
Aus dem SAE-Paper 90 00 12 ist es bekannt, zur Bekämpfung von Geräuschen im Räder trieb einer Diesel-Brennkraftmaschine entweder eine Zahnspielverringerung vorzunehmen oder Trägheitsmomente zu erhöhen und eine zusätzliche Dämpfung zu installieren.From SAE paper 90 00 12 it is known to combat noise in wheels drove a diesel internal combustion engine either to reduce tooth play or to increase moments of inertia and to install additional damping.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Absorption von Drehmomentspitzen zwischen zwei mittels eines Endlostriebes in Antriebsverbindung ste henden Wellen zu schaffen, welche die Belastungen im Endlostrieb deutlich absenkt, so daß eine erhöhte Lebensdauer erzielt wird.The invention has for its object an improved device for absorbing Torque peaks between two by means of an endless drive in the drive connection to create waves that significantly reduce the loads in the endless drive, so that an increased lifespan is achieved.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen benannt.This object is achieved with the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es durch die starre Ankopplung einer Zusatz drehmasse an die angetriebene Welle und durch die Anordnung des drehelastischen Ele mentes zwischen dieser angetriebenen Welle und dem dieser Welle zugeordneten Rad, auf welchem der Endlostrieb läuft, und der Parallelschaltung eines Dämpfers möglich, den Drehwinkelverlauf des Rades und den der Zusatzdrehmasse durch die Einbringung des drehelastischen Elementes weitgehend zu entkoppeln. Hierdurch kann die Winkelbeschleu nigung der Zusatzdrehmasse deutlich größere Werte annehmen als die des Rades, die über den angreifenden Endlostrieb stark an den von der antreibenden Welle vorgegebenen Drehwinkelverlauf gebunden ist.With the device according to the invention, it is due to the rigid coupling of an additive rotating mass to the driven shaft and by the arrangement of the torsionally elastic el mentes between this driven shaft and the wheel associated with this shaft which the endless drive runs, and the parallel connection of a damper possible Angular course of the wheel and that of the additional rotating mass by introducing the largely decouple the torsionally elastic element. As a result, the angle attachment inclination of the additional rotating mass assume significantly larger values than that of the wheel on the attacking endless drive strongly on the given by the driving shaft Angular course is bound.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders vorteilhaft bei Brennkraftmaschinen mit einer Einspritzpumpe für Kraftstoff anwendbar, wobei die antreibende Welle eine Kurbel welle ist und die angetriebene Welle eine Eingangswelle einer Einspritzpumpe für Kraftstoff. Besonders bei für eine Kraftstoffdirekteinspritzung vorgesehenen Einspritzpumpen kommt es durch das Abfordern von extrem hohen Einspritzdrücken zu einer starken Belastung der Einspritzpumpe, welche infolgedessen für kurze Zeiten stark verzögert wird. Dieser Verzö gerung überlagert sich die ungleichförmige Drehanregung durch die Kurbelwelle. Die stö renden Anregungen gehen in diesem Falle also von der angetriebenen Eingangswelle der Einspritzpumpe aus.The device according to the invention is particularly advantageous with internal combustion engines an injection pump for fuel applicable, the driving shaft a crank shaft and the driven shaft is an input shaft of an injection pump for fuel. Especially comes with injection pumps provided for direct fuel injection it by placing extremely high injection pressures on the load Injection pump, which is consequently greatly delayed for short times. This delay uneven rotation excitation by the crankshaft. The sto In this case, stimulating ideas come from the driven input shaft Injection pump off.
Weiterhin ist diese Vorrichtung vorteilhaft im Nockenwellenantrieb einer Brennkraftmaschi ne anwendbar, wobei die antreibende Welle die Kurbelwelle und die angetriebene Welle eine Nockenwelle für den Ventiltrieb ist.Furthermore, this device is advantageous in the camshaft drive of an internal combustion engine ne applicable, the driving shaft, the crankshaft and the driven shaft is a camshaft for the valve train.
Die Einbringung einer elastischen Drehnachgiebigkeit allein führt aus den eingangs bereits erläuterten Gründen zu keinem Erfolg, sondern führt gegebenenfalls zu einem unerwünsch ten Verschleppen der Einspritzzeiten.The introduction of an elastic flexibility only leads from the beginning reasons explained to no success, but possibly leads to an undesirable delay of injection times.
Bei Einspritzpumpen stellt die Kombination mit der Zusatzdrehmasse, welche starr mit der Eingangswelle der Einspritzpumpe verbunden ist, durch das zusätzliche Trägheitsmoment einen weitgehend von den abgeforderten Einspritzdrücken unabhängigen Drehverlauf der Eingangswelle sicher.In the case of injection pumps, the combination with the additional rotating mass, which is rigid with the Input shaft of the injection pump is connected by the additional moment of inertia a rotation course of the largely independent of the required injection pressures Input shaft safe.
Die durch die Eigenfrequenz des aus der antreibenden Kurbelwelle, der Einspritzpumpe und des Endlostriebes gebildeten Systemes verursachten Relativverdrehungen werden durch den der Drehelastizität parallel geschalteten Dämpfer erfolgreich unterdrückt.By the natural frequency of the driving crankshaft, the injection pump and the system formed by the endless drive caused relative rotations successfully suppressed by the damper connected in parallel with the torsional elasticity.
Im Falle der Resonanz schwingt die Eingangswelle der Einspritzpumpe gemeinsam mit der starr angekoppelten Zusatzdrehmasse gegen den gesamten Rest des Systemes, zu dem bereits das entkoppelte Rad gehört. Hier greift der Dämpfer ein, wodurch das Verhalten in der Resonanz derart beeinflußbar ist, daß diese unschädlich für das gesamte System ist. In the case of resonance, the input shaft of the injection pump vibrates together with the rigidly coupled additional rotating mass against the entire rest of the system to which already heard the decoupled wheel. Here the damper intervenes, causing the behavior in the resonance can be influenced so that it is harmless to the entire system.
Hieraus resultiert eine deutlich abgesenkte Beanspruchung des Endlostriebes, was wiede rum dessen Lebensdauer deutlich erhöht.This results in a significantly reduced load on the endless drive, which again rum whose lifespan increased significantly.
Im Falle des zuvor beschriebenen Antriebes einer Kraftstoffeinspritzpumpe bedeutet dieses beispielsweise ein deutlich verlängertes Wechselintervall für den Endlostrieb.In the case of the drive of a fuel injection pump described above, this means for example, a significantly longer change interval for the endless drive.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches anhand einer Zeichnung näher erläutert wird.Further advantages of the invention result from the following exemplary embodiment the invention, which is explained in more detail with reference to a drawing.
Es zeigenShow it
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung, Fig. 1 shows a cross section through a device,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine modifizierte Vorrichtung, Fig. 3 shows a cross section through a modified apparatus,
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV gemäß Fig. 3 und Fig. 4 is a section along the line IV-IV of FIG. 3 and
Fig. 5 einen Vergleich von Schwingungen im Endlostrieb einer bekannten Vorrichtung mit denen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Fig. 5 shows a comparison of vibrations in the endless drive a prior art device with those of the device according to the invention.
Eine Einspritzpumpe 1 für Kraftstoff einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine wird von einer als Kurbelwelle ausgebildeten antreibenden Welle aus mittels eines einen Zahn riemen 2 aufweisenden Endlostriebes 3 angetrieben.An injection pump 1 for fuel of an internal combustion engine, not shown, is driven by a drive shaft designed as a crankshaft by means of a toothed belt 2 having an endless drive 3 .
Die Einspritzpumpe 1 weist eine Eingangswelle 4 auf, auf welche ein mit Zähnen 5 ver sehenes Rad 6 wirkt, das von dem Zahnriemen 2 angetrieben ist.The injection pump 1 has an input shaft 4 , on which a ver with teeth 5 seen wheel 6 acts, which is driven by the toothed belt 2 .
Eine als Konus 7 ausgebildete, endseitige Nabe der Eingangswelle 4 trägt eine mittels einer Federnutverbindung 8 und einer Schraubverbindung 9 festgelegte, bezüglich ihrer Dreh achse 10 rotationssymmetrische Zusatzdrehmasse 11.An end hub of the input shaft 4 designed as a cone 7 carries an additional rotating mass 11 which is fixed by means of a spring groove connection 8 and a screw connection 9 and is rotationally symmetrical with respect to its axis of rotation 10 .
Ausgehend von einem auf dem Konus 7 angeordneten Hülsenbereich 12 weist die Zusatz drehmasse 11 einen radial dazu außenliegenden Scheibenbereich 13 und einen sich radial daran anschließenden Massenbereich 14 auf. Zwischen Scheibenbereich 13 und Einspritz pumpe 1 ist das Rad 6 radial auf einem Bund 15 der Zusatzdrehmasse 11 mittels eines Zwischenringes 16 gleitend abgestützt.Starting from a sleeve region 12 arranged on the cone 7 , the additional rotating mass 11 has a radially outer disk region 13 and a radially adjoining mass region 14 . Between the disc region 13 and the injection pump 1 , the wheel 6 is supported radially on a collar 15 of the additional rotating mass 11 by means of an intermediate ring 16 .
Zwischen dem Rad 6 und dem Scheibenbereich 13 ist ein drehelastisches Element 17 an geordnet, welches das über den Zahnriemen 2 eingeleitete Antriebsmoment auf die Ein spritzpumpe 1 überträgt. Between the wheel 6 and the disc area 13 , a torsionally elastic element 17 is arranged, which transmits the drive torque introduced via the toothed belt 2 to the injection pump 1 .
Das Element 17 stellt aufgrund seiner elastomeren Werkstoffeigenschaften gleichzeitig und materialeinheitlich einen Dämpfer 18 bereit, welcher gemeinsam mit diesem Element 17 ei nen Absorber 19 bildet.Due to its elastomeric material properties, the element 17 provides a damper 18 at the same time and in the same material, which together with this element 17 forms an absorber 19 .
Gemäß der Ausführung, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, besteht der Absorber 19 aus mehreren auf einem Kreis angeordneten Teilabsorbern 19a, 19b, 19c . . . .According to the embodiment shown in FIGS . 1 and 2, the absorber 19 consists of a plurality of partial absorbers 19 a, 19 b, 19 c arranged on a circle. . . .
Diese Teilabsorber 19a, 19b . . . sind als zylindrische Scheiben 20 ausgebildet, deren flache Seiten 21 bzw. 22 dem Rad 6 bzw. der Zusatzdrehmasse 11 zugewandt sind.These partial absorbers 19 a, 19 b. . . are designed as cylindrical disks 20 , the flat sides 21 and 22 of which face the wheel 6 and the additional rotating mass 11, respectively.
Die Seiten 21 und 22 sind um eine Höhe H beabstandet und jeweils mit einer Verschrau bung 23 bzw. 24 am Rad 6 bzw. an der Zusatzdrehmasse 11 festgelegt.The sides 21 and 22 are spaced apart by a height H and each with a screwing 23 or 24 on the wheel 6 or on the additional rotating mass 11 .
In Abstimmung auf die jeweilige Brennkraftmaschine können an der Zusatzdrehmasse 11 mittels weiterer Verschraubungen 25 oder 26 zusätzliche, das Trägheitsmoment erhöhende Massen 27 oder 28 angeordnet werden. Oberhalb der Drehachse 10 ist in Fig. 1 eine ver gleichsweise geringe zusätzliche Masse 27 dargestellt, während unterhalb dieser Dreh achse 10 eine vergleichsweise große zusätzliche Masse 28 erkennbar ist.In coordination with the respective internal combustion engine, additional masses 27 or 28 which increase the moment of inertia can be arranged on the additional rotating mass 11 by means of further screw connections 25 or 26 . Above the rotation axis 10 1 a to be similarly small additional mass is shown in Fig. 27, while below this axis of rotation 10, a comparatively large additional mass 28 can be seen.
In Abhängigkeit der auftretenden Relativverdrehungen kann es vorteilhaft sein, eine modifi zierte Ausführung gemäß der Fig. 3 und 4 zu verwenden.Depending on the occurring relative rotations, it may be advantageous to use a modified version according to FIGS . 3 and 4.
Hierbei sind in einer Ausnehmung 29 der Zusatzdrehmasse 11 Töpfe 30 angeordnet, welche die eine flache Seite 22 der Scheiben 20 und einen Teil von deren Höhe H umgreifen.In this case, pots 30 are arranged in a recess 29 of the additional rotating mass 11 , which encompass one flat side 22 of the disks 20 and part of their height H.
Für eine bauraumoptimierte, axial kurzbauende Anordnung weisen zylindrische Wandun gen 31 dieser Töpfe 30 einen sekantenartigen Anschnitt 32 zur Bildung eines Freiganges für das Rad 6 auf. Desweiteren sind die Wandungen 31 an ihrem oberen, dem Rad 6 zu gewandten Rand innen mit einer Ausrundung 33 versehen. Diese ermöglicht bei Relativ verdrehungen zwischen Zusatzdrehmasse 11 und Rad 6 ein Ausweichen der auf Scherung beanspruchten Scheiben 20.For an installation space-optimized, axially short construction, cylindrical walls 31 of these pots 30 have a secant-like gate 32 to form a free passage for the wheel 6 . Furthermore, the walls 31 are provided on their upper edge facing the wheel 6 with a fillet 33 on the inside. With relative rotations between the additional rotating mass 11 and the wheel 6, this enables the disks 20 subjected to shear to evade.
Alternativ zu den anhand der Figuren beschriebenen Ausführungen der Erfindung kann der Absorber 19 einstückig ringartig ausgebildet sein.As an alternative to the embodiments of the invention described with reference to the figures, the absorber 19 can be designed in one piece in a ring-like manner.
Bevorzugt ist dieser Ring dabei unmittelbar an das Rad 6 und die Zusatzmasse 11 vulkani siert, wobei gegebenenfalls auf die aus dem Bund 15 und dem Zwischenring 16 gebildete Lagerung verzichtet werden kann. This ring is preferably vulcanized directly to the wheel 6 and the additional mass 11 , it being possible optionally to dispense with the bearing formed from the collar 15 and the intermediate ring 16 .
Im Betrieb einer mit dieser Vorrichtung versehenen Brennkraftmaschine wird die Eingangs welle 4 von der Kurbelwelle aus mittels Zahnriemen 2 angetrieben. Im Falle der Abforde rung von Kraftstoffeinspritzimpulsen tendiert die Eingangswelle 4 dazu, kurzfristig ihre Drehzahl deutlich zu verringern. Hierdurch werden impulsartige Drehmomentspitzen von der Einspritzpumpe 1 abgegeben. Daher kommt es kurzzeitig zu Relativverdrehungen zwischen der Zusatzdrehmasse 11 und dem Rad 6, wobei die rotierende Zusatzdrehmasse 11 der Eingangswelle 4 dazu verhilft, ihre Drehzahl im wesentlichen stabil beizubehalten und der Absorber 19 für eine Entkopplung dieser Relativverdrehung gegenüber dem Zahnriemen 2 führt. Infolgedessen sind die in den Zahnriemen 2 eingeleiteten Störkräfte wesentlich ge mindert, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Hierin sind in einem oberen Diagramm auf der Ordi nate Trumschwingungen eines Zahnriemens über der auf der Abzisse aufgetragenen Dreh zahl einer Kurbelwelle einer bekannten Vorrichtung dargestellt. Erkennbar sind deutliche Auslenkungen um eine mittlere Nullage, wobei in weiten Bereichen der Drehzahl positive wie negative Auslenkungen in der Größenordnung von drei bis fünf Millimeter erkennbar sind. Im unteren Diagramm der Fig. 5 sind die Trumschwingungen für eine Brennkraftma schine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Deutlich wird eine signifikante Verringerung der Auslenkungen über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftma schine.In operation of an internal combustion engine provided with this device, the input shaft 4 is driven from the crankshaft by means of toothed belts 2 . In the case of the demand for fuel injection pulses, the input shaft 4 tends to significantly reduce its speed in the short term. As a result, pulse-like torque peaks are emitted by the injection pump 1 . Therefore, there are brief relative rotations between the additional rotating mass 11 and the wheel 6 , the rotating additional rotating mass 11 helping the input shaft 4 to maintain its speed essentially stable and the absorber 19 leads to a decoupling of this relative rotation with respect to the toothed belt 2 . As a result, the interference forces introduced into the toothed belt 2 are substantially reduced, as can be seen from FIG. 5. Here are shown in an upper diagram on the ordi nate belt vibrations of a toothed belt above the number of rotations of a crankshaft of a known device plotted on the abscissa. Clear deflections around a medium zero position can be seen, positive and negative deflections of the order of three to five millimeters being recognizable in wide ranges of the speed. In the lower diagram of FIG. 5, the belt vibrations for an internal combustion engine are shown with the device according to the invention. A significant reduction in the deflections over the entire speed range of the internal combustion engine becomes clear.
Claims (11)
- - daß der angetriebenen Welle (4) eine starr angekoppelte Zusatzdrehmasse (11) zugeordnet ist, und
- - daß das drehelastische Element (17) zwischen dieser angetriebenen Welle und dem dieser Welle (4) zugeordneten Rad (6) angeordnet ist, und
- - daß dieses Element (17) einen der Drehelastizität parallel geschalteten Dämpfer (18) aufweist.
- - That the driven shaft ( 4 ) is assigned a rigidly coupled additional rotating mass ( 11 ), and
- - That the torsionally elastic element ( 17 ) between this driven shaft and this shaft ( 4 ) associated wheel ( 6 ) is arranged, and
- - That this element ( 17 ) has a torsional elasticity connected in parallel damper ( 18 ).
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DE19620745A DE19620745A1 (en) | 1995-06-07 | 1996-05-23 | Torque peak absorber between two shafts in drive link |
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8131 | Rejection |