DE19708082C2 - Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen mit einer an der Kurbelwelle befestigbaren Nabe, einem mit der Nabe verbundenen Schwung­ ring und einem außenliegenden Bauteil zur Drehmomentübertra­ gung, insbesondere Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe über eine drehelastische Kupplung mit der Nabe verbunden ist.

Drehschwingungsdämpfer dienen in erster Linie zur Tilgung bzw. Dämpfung hochfrequenter Kurbelwellenschwingungen. Die Nebenantriebe von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Lichtma­ schine oder die Kühlwasserpumpe, werden in der Regel über Keilriemen oder sogenannte Poly-V-Riemen angetrieben. Der Antrieb der Nebenaggregate erfolgt entweder über den Schwin­ gungsdämpfer (Riemenspur ist Bestandteil des Schwingungs­ dämpfers) oder über eine separate Riemenscheibe oder über eine Riemenscheibe mit drehelastischer Kupplung. Die Dreh­ elastizität dient dazu, den Riementrieb der Nebenaggregate von Verbrennungsmotoren im niedrigen Drehzahlbereich von den hohen Drehwinkelamplituden der Kurbelwelle (funktionsbeding­ te Drehungleichförmigkeiten von Hubkolbenmaschinen) schwin­ gungstechnisch zu isolieren bzw. zu entkoppeln. Dazu muss die Federkennlinie der Kupplung so weich abgestimmt sein, dass das aus Kupplung und Nebenaggregaten gebildete Dreh­ schwingungssystem eine sehr niedrige erste Torsionseigenfrequenz aufweist.

Für Ottomotoren und kleinere Dieselmotoren sind diese auch - Torsionsschwingungsdämpfer genannten Bauteile üblicherweise als federgefesselte Dämpfer ausgeführt, wobei die elasti­ schen und dämpfenden Eigenschaften gemeinsam durch eine Gummifeder gewährleistet werden. Diese Gummidämpfer bestehen prinzipiell aus einem mit der Kurbelwelle verbundenen Naben­ teil, einer oder zwei Gummifedern und einer oder zwei Schwungmassen. Die Gummifeder kann in gebundener (vulkani­ siert-gehafteter), in ungebundener (eingepresster) oder in geklebter Ausführung hergestellt sein. Das Funktionsprinzip der Gummidämpfer ist immer eine Kombination aus Tilgung und Dämpfung.

Die Leistungsfähigkeit solcher Gummidämpfer reicht z. B. für größere Dieselmotoren nicht mehr aus, so dass dort sogenann­ te Viskosedämpfer eingesetzt werden. Das physikalische Grundprinzip dieser Dämpferbauart ist die Scherströmung einer Flüssigkeit im Ringspalt zwischen einer Schwungmasse und einem mit der Kurbelwelle verbundenen Gehäuse. Die frei drehbewegliche Schwungmasse hinkt infolge ihrer Drehträgheit der Gehäusebewegung hinterher. Hierbei wird die Energie zur Scherung der viskosen Flüssigkeit im Spalt der Kurbelwellen­ schwingung entzogen, d. h. die Schwingungen gedämpft.

Eine gattungsgemäße Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen ist aus DE 41 03 213 A1 bekannt. Bei dieser Anordnung ist die Riemenscheibe über eine drehelastische Kupplung mit der Nabe verbunden, ferner ist ein Schwungring parallel zur drehelastischen Kupplung fest oder über einen Gummiring mit der Nabe verbunden, wobei dieser Schwungring in den meisten Anwendungsfällen jedoch nicht vorgesehen ist. Diese Anordnung dient in erster Linie dazu, bei einer gege­ benen Auslegung einer Riemenscheibe die Einsatzmöglichkeit dieser Scheibe für Riementriebe mit unterschiedlichem Schwingungsverhalten zu ermöglichen. Gelöst wird dies durch eine komplizierte Gestaltung der drehelastischen Kupplung zwischen der Riemenscheibe und der Nabe, die verkürzt darge­ stellt als Bogenfederkupplung mit bogenförmig angeordneten Metallspiralfedern ausgebildet ist.

Aus US-A-2,514,136 ist ein Viskositätsschwingungsdämpfer be­ kannt, welcher in spezieller Weise gestaltet ist. Irgendwel­ che Hinweise auf einen Zusammenhang mit einer Riemenscheibe sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.

Aus DE 36 12 370 A1 ist ein Schwingungsdämpfer für eine Kur­ belwelle mit einer Gummikupplung bekannt, ein Viskositäts­ dämpfer für den Schwungring ist jedoch nicht offenbart.

Aus DE 41 07 880 A1 ist eine Anordnung zur Dämpfung von Kur­ belwellenschwingungen mit einem Viskositätsdämpfer bekannt, der in spezieller Weise ausgestaltet ist, der Einsatz einer drehelastischen Kupplung ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Dämpfungs­ anordnung so weiter zu entwickeln, dass insbesondere hochfrequente Torsionsschwingungen der Kurbelwelle reduziert werden können und trotzdem niederfrequente Schwingungen ver­ lustarm isoliert werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schwungring paral­ lel zur drehelastischen Kupplung in einem an der Nabe befes­ tigten, ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelasti­ schen Fluid gefüllten Gehäuse angeordnet ist.

Gegenüber dem Stand der Technik wird somit ein anderer Weg beschritten. Die Kupplung arbeitet drehelastisch, schlupf­ frei und der Dämpfer ist als Viskosedämpfer ausgebildet, welcher zur Reduktion der hochfrequenten Torsionsschwingun­ gen der Kurbelwelle dient. Durch diese Ausgestaltung läßt sich erreichen, dass auch Motoren, die (aufgrund hoher Dreh­ momente und Leistungen) einen Viskosedämpfer zur wirksamen Reduktion der Torsionsschwingungen benötigen, mit einer schwingungstechnischen Entkopplung des Riementriebes für die Nebenaggregate versehen werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die drehelastische Kupplung als Gummikupplung ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, daß auf bewährte Gummi-Me­ tall-Konstruktionen, wie drehschubbeanspruchte Hülsen­ gummifedern oder torsionsbeanspruchte Scheibengummifedern zurückgegriffen werden kann.

Alternativ kann auch eine PU-Feder vorgesehen sein oder eine andere drehelastische Kupplung. In Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß das federnd verformbare Element mindestens teilweise aus einem kompressiblen so­ wie ggf. Poren aufweisenden Kunststoff und/oder aus Schaumstoff und/oder aus Moosgummi besteht, wie dies in DE-196 11 258-A1 beschrieben ist.

Um die Herstellung der Anordnung in möglichst wenig un­ terschiedlichen Herstellungsschritten zu ermöglichen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Nabe und das ringförmige Gehäuse einteilig ausgebildet sind.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Nabe und das ringförmige Gehäuse aus wenigstens zwei Teilen beste­ hen, die fest oder lösbar miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt dabei im Bereich der axialen und/oder radialen Anlageflächen zwischen dem Gehäuse und der Nabe durch Schweißen, Kleben oder eine andere Verbindungstech­ nik (lösbar oder unlösbar).

Weiterhin ist vorgesehen, daß zwischen der Außenseite des ringförmigen Gehäuses oder der Nabe und der Innenseite der Riemenscheibe ein Lager angeordnet ist. Gleichfalls ist innerhalb des ringförmigen Gehäuses auch ein Lager für den Schwungring vorgesehen. Hierbei kann es sich z. B. um ein Gleitlager zur axialen und radialen Festlegung handeln. Selbstverständlich ist innerhalb des ringförmi­ gen Gehäuses auch ein Lager für den Schwungring vorgese­ hen.

Aus akustischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn ein weiterer Gummischwingungsdämpfer auf der Nabe oder dem Gehäuse angeordnet ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt jeweils in einem Schnitt in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 1 leicht abgewandelte dritte Ausführungsform und

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform.

Die Dämpfungsanordnung nach Fig. 1 weist zunächst eine topfförmige Nabe 1 auf, die an das nicht näher darge­ stellte Ende einer Kurbelwelle angeflanscht ist. Am Au­ ßenumfang dieser Nabe 1 ist fest ein ringförmiges Gehäuse 2 befestigt, welches entweder einteilig mit der Nabe 1 hergestellt sein kann oder, wie beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel, im Bereich der axialen Anlageflächen durch Verkleben, Verschweißen oder dergl., fest mit der Nabe 1 verbunden ist. Das ringförmige Gehäuse 2 kann da­ bei auch einen sich radial nach innen erstreckenden Steg 2a aufweisen und zusätzlich an die Nabe 1 angeschraubt sein. Innerhalb dieses ringförmigen Gehäuses 2 ist ein Schwungring 3 angeordnet, der radial innenseitig mittels eines Lagers 4 im Gehäuse 2 gelagert ist. Der übrige In­ nenraum des Gehäuses 2 ist mit einem viskosen oder vis­ koelastischen Fluid gefüllt, dieser Raum ist mit dem Be­ zugszeichen 5 bezeichnet. Das Gehäuse 2 mit dem Schwung­ ring 3 bildet somit einen Viskosedämpfer der Dämpfungs­ anordnung.

Parallel zum Viskosedämpfer ist auf der Nabe 1 eine dreh­ elastische Kupplung 6 angeordnet, die beispielsweise als Gummikupplung ausgebildet sein kann. Diese Gummikupplung 6 kann beispielsweise an die Nabe 1 anvulkanisiert sein oder auf sonstige Art und Weise befestigt sein. Diese drehelastische Kupplung 6 dient zur schwingungstechni­ schen Isolation des Riementriebs von den Drehungleichför­ migkeiten des Verbrennungsmotors bei kleinen Drehzahlen.

Am radialen Außenumfang trägt die Gummikupplung 6 eine allgemein mit 7 bezeichnete Riemenscheibe, die beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel zwei Poly-V-Profilbereiche 7a und 7b aufweist. Dabei befindet sich der Bereich 7a im Bereich der Gummikupplung 6 und der Bereich 7b im Bereich des Viskosedämpfers, wobei zwischen der Innenseite des Bereiches 7b der Riemenscheibe 7 und dem ringförmigen Ge­ häuse 2 des Viskosedämpfers ein Lager, beispielsweise ein Gleitlager 8, angeordnet ist.

Es wird somit ein Viskosedämpfer mit entkoppelter Riemen­ scheibe zur Verfügung gestellt, bei dem der Viskose­ dämpfer zur Reduktion der hochfrequenten Torsionsschwin­ gungen der Kurbelwelle dient und die Nabe 1 über die Gum­ mikupplung 6 schlupffrei mit der Riemenscheibe 7 verbun­ den ist. Die Gummikupplung 6 und der Viskosedämpfer sind dabei parallel auf der Nabe 1 angeordnet.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Dämpfungsanordnung gezeigt. Dabei sind die­ selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwandt, sofern glei­ che Teile betroffen sind.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Riemenscheibe 7 neben der Verbindung mit der Gummikupp­ lung 6 nicht auf dem Gehäuse 2 gelagert, sondern auf der Nabe 1. Dazu weist die Riemenscheibe 7 einen Innensteg 7c auf, welcher durch ein Gleitlager oder Wälzlager 8 auf der Nabe 1 gelagert ist.

Das Lager 4 für den Schwungring kann in bekannter Weise von PTFE-Streifen oder PEEK-Ecken gebildet sein oder als beschichteter Schwungring oder auch als Wälzlagerung.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Dämp­ fungsanordnung dargestellt, die eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt. Auch hier sind diesel­ ben Bezugszeichen verwandt, sofern gleiche Teile betrof­ fen sind.

Diese Ausführungsform weist zusätzlich einen weiteren Gummischwingungsdämpfer auf, der auf der Nabe 1 angeord­ net ist. Dieser Gummischwingungsdämpfer wird von einem zweiten Schwungring 9 gebildet, der über einen Gummiring 10, der anvulkanisiert sein kann, auf der Nabe 1 bzw. ei­ nem sich radial nach außen erstreckenden Nabenteil 1a an­ geordnet ist.

Eine alternative Ausführungsform für einen zusätzlichen Gummidämpfer ist in Fig. 4 dargestellt, in dem ebenfalls dieselben Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren verwandt sind. Bei dieser Ausgestaltung ist der zweite Schwungring 9 nicht auf der Nabe 1 angeordnet, sondern über einen Gummiring 10 auf der Außenseite des Gehäuses 2. Das Vorsehen dieser zusätzlichen Gummischwingungsdämp­ fer kann insbesondere aus akustischen Gründen vorteilhaft sein.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann anstelle der dargestellten Poly-V-Profile der Rie­ menscheibe 7 die Riemenscheibe selbstverständlich auch nur ein Einfach-V-Profil aufweisen oder querverzahnt sein u. dgl. mehr.

Claims (6)

1. Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen mit einer an der Kurbelwelle befestigbaren Nabe, einem mit der Nabe verbundenen Schwungring und mit einem außenliegenden Bau­ teil zur Drehmomentübertragung, insbesondere Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe über eine drehelastische Kupplung mit der Nabe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwungring (3) parallel zur drehelastischen Kupplung (6) in einem an der Nabe (1) befestigten, ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelastischen Fluid gefüllten Gehäuse (2) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehelastische Kupplung (6) als Gummikupplung ausge­ bildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) einteilig ausgebildet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) aus wenig­ stens zwei Teilen bestehen, die miteinander verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenseite des ringförmigen Gehäuses (2) und/ oder der Nabe (1) und der Innenseite der Riemenscheibe (7) ein Lager (8) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Schwingungsdämpfer auf der Nabe (1) oder dem Gehäuse (2) angeordnet ist.