DE19831156A1 - Drehzahladaptiver Schwingungstilger - Google Patents

Abstract

Drehzahladaptiver Schwingungstilger für eine um eine Achse rotierbare Welle, umfassend ein Nabenteil, auf dem eine Anzahl in Umfangsrichtung benachbarter Trägheitsmassen jeweils in zwei in Umfangsrichtung benachbarten Halterungen gelagert ist, die auf gegensinnig gekrümmten Kurvenbahnen der Trägheitsmassen und des Nabenteils derart abwältbare Bolzen umfassen, daß sich bei Einleitung von eine Rotationsbewegung überlagernden Drehschwingungen eine Verringerung des Abstandes der Trägheitsmassen von der Achse im Zuge von gekrümmten Bewegungsbahnen ergibt, wobei die relativ beweglichen Teile durch eine Zwangsführung verbunden sind.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen drehzahladaptiven Schwingungstilger für eine um eine Achse rotierbare Welle, umfassend ein Nabenteil, auf dem eine Anzahl in Umfangsrichtung benachbarter Trägheitsmassen jeweils in zwei in Umfangs­ richtung benachbarten Halterungen gelagert ist die auf gegensinnig gekrümm­ ten Kurvenbahnen der Trägheitsmassen und des Nabenteils derart abwälzbare Bolzen umfassen, daß sich bei Einleitung von einer Rotationsbewegung über­ lagernden Drehschwingungen eine Verringerung des Abstandes der Träg­ heitsmassen von der Achse im Zuge von gekrümmten Bewegungsbahnen er­ gibt.

Stand der Technik

Ein solcher Schwingungstilger ist aus der GB PS 598 811 bekannt. Die Halte­ rungen werden dabei durch verhältnismäßig großdimensionierte Bohrungen gebildet, die das Nabenteil und die Trägheitsmassen achsparallel durchdringen und in denen kleiner dimensionierte Bolzen aufgenommen sind. Zwischen den Bohrungen und den Bolzen ist somit ein erhebliches, radiales Spiel vorhanden. Dieses Spiel hat zur Folge, daß sich die Trägheitsmassen bei rotierendem Schwingungstilger radial nach außen bewegen und auf diese Weise geführt sind. Beim Eintreten des Wellenstillstandes verlagern sich die in Umfangsrich­ tung verteilten Trägheitsmassen demgegenüber schwerkraftbedingt in unter­ schiedlicher Weise nach unten, was dazu führt, daß sich beim Stillsetzen be­ ziehungsweise Anlaufen der Welle jeweils eine Geräuschbildung ergibt. Die mit dem bekannten Schwingungstilger erzielte Tilgungsleistung ist außerdem noch nicht befriedigend.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drehzahladaptiven Schwin­ gungstilger der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich beim Aussetzen beziehungsweise beim Beginnen der Rotationsbewegung der Welle keine Geräusche mehr ergeben können sowie eine deutlich verbesserte Tilgung von Drehschwingungen, die eine Drehbewegung überlagern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem drehzahladaptiven Schwin­ gungstilger der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteran­ sprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen drehzahladaptiven Schwingungstilger ist es vor­ gesehen, daß zumindest ein Teil der relativ beweglichen Teile durch eine Zwangsführung verbunden ist. Die durch die Zwangsführung verbundenen, relativ beweglichen Teile können sich dadurch nur synchron zueinander bewe­ gen, was die Tilgerleistung verbessert. Außerdem wird das Auftreten von Ge­ räuschen beim Stillsetzen und beim Anlaufen des Drehschwingungstilgers mit zunehmenden Anteil der durch die Zwangsführung verbundenen, relativ be­ weglichen Teile vermindert. Zweckmäßig sind daher alle relativ beweglichen Teile durch eine Zwangsführung verbunden.

Die durch die Zwangsführung untereinander, mit dem Nabenteil oder anderen relativ beweglichen Teilen verbundenen Trägheitsmassen können sich nur auf klar vorhergegebenen Bahnen bewegen was es ausschließt, daß sich bei aus­ setzender Drehbewegung beziehungsweise beim Einsetzen der Drehbewe­ gung eine Geräuschbildung ergibt. Außerdem ist es durch die Zwangsführung ausgeschlossen, daß sich unsynchrone Relativbewegungen der einzelnen Trägheitsmassen ergeben. Die Trägheitsmassen ergänzen sich dadurch unter Vermeidung indifferenter Positionen in ihrer Wirkung optimal. Die grundsätzlich erzielte Schwingungstilgungswirkung ist dadurch deutlich verbessert.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß die Führungs­ mittel durch zumindest eine erste Lasche gebildet sind, welche die einer jeden Trägheitsmasse zugeordneten Bolzen untereinander verbindet. Die radial ge­ richteten Relativverlagerungen der Trägheitsmasse bei Einleitung von eine Drehbewegung des Schwingungstilgers überlagernden Drehschwingungen werden hierdurch synchronisiert, was dazu beiträgt, bezogen auf die Größe der verfügbaren Trägheitsmasse, eine optimale Tilgerleistung zu erzielen.

Bei einem drehzahladaptiven Schwingungstilger, bei dem die Trägheitsmassen auf kreisförmigen Bewegungsbahnen bewegbar sind, deren Mittelpunkt einen Abstand von der Achse des drehzahladaptiven Schwingungstilger hat, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn die Führungsmittel durch zumindest einen Schwenkhebel gebildet sind, der in eine Sekundärführung der Lasche oder ei­ nes jeden Bolzens eingreifend die Trägheitsmasse mit dem Nabenteil verbin­ det. Auch hierdurch wird eine Synchronisierung der Bolzenbewegungen er­ reicht, in dem die Bolzen daran gehindert werden, sich in indifferenter Weise zu verlagern und die an den Enden einwärts gewölbten bzw. kreisförmigen Be­ wegungsbahnen zu verlassen. Für die Erzielung einer guten Tilgerwirkung ist das von großem Vorteil.

Während der bestimmungsgemäßen Verwendung können die Trägheitsmassen in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehzahl mit erheblichen Fliehkräften bela­ stet sein, welche mittels der Bolzen auf das Nabenteil übertragen und von der Zwangsführung möglichst ferngehalten werden sollen. Unter diesem Gesichts­ punkt hat es sich bei der vorstehend beschriebenen Ausführung als vorteilhaft bewährt, wenn der Bolzen beziehungsweise die Lasche in der Sekundärfüh­ rung in Umfangsrichtung mit kleinem und in radialer Richtung mit großen Spiel geführt ist. Die Sekundärführung kann beispielsweise durch ein Langloch ge­ bildet sein, das einen in axialer Richtung vorspringenden Führungsstift der La­ sche oder des Bolzens radial verschiebbar umschließt. Da nur ein Schwenkhe­ bel erforderlich ist, um eine solche Lasche zentral zu führen, ergibt sich bei einer solchen Ausführung ein Kostenvorteil.

Nach einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß mit zumindest zwei in Umfangsrichtung benachbarten Trägheitsmassen durch ein Kettenschloß verbunden sind. Die Trägheitsmassen sind hierdurch an unsynchronen Rela­ tivbewegungen gehindert, was die erzielte Tilgerwirkung weiter verbessert. Um zu verhindern, daß die während der bestimmungsgemäßen Verwendung über die Bolzen auf dem Nabenteil übertragenen Tilgerkräfte, bedingt durch un­ günstige Fertigungstoleranzen, in den einzelnen Kettenschlössern und Träg­ heitsmassen aufgefangen werden, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn in Umfangsrichtung zumindest ein Kettenschloß ausgespart ist.

Die Zwangsführung kann auch durch im Bereich der umfangsseitigen Enden der Trägheitsmassen vorgesehene Führungsbahnen der Trägheitsmassen und/ oder des Nabenteils gebildet sein, die mit Führungselementen des jeweiligen Gegenstücks in Eingriff stehen. Die Führungsbahnen können dabei durch er­ haben vorspringende Schienen oder auch durch Nuten gebildet sein, die einen Bestandteil des Nabenteils und/oder der Trägheitsmassen bilden. Sie sind so geformt, daß indifferente Relativbewegungen der Trägheitsmassen, bezogen auf das Nabenteil weitestgehend ausgeschlossen sind. Dabei ist es jedoch nicht erwünscht, daß über die Führungsbahnen irgendwelche Kräfte von den Trägheitsmassen auf das Nabenteil übertragen werden. Unter diesem Ge­ sichtspunkt hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn zwischen den Führungs­ bahnen und dem jeweiligen Führungselement ein Spiel vorhanden ist. Dieses soll so bemessen sein, daß eine leichte Relativbeweglichkeit der Trägheitsma­ ssen, bezogen auf das Nabenteil, gewährleistet ist und dennoch eine gute Füh­ rung. Die zur Erreichung des Zieles einzuhaltenden Fertigungstoleranzen sind dem einschlägig versierten Fachmann vertraut. Die Führungsbahnen haben zumeist einen kreisbogenförmigen Verlauf. Die Herstellung ist dementspre­ chend einfach.

In konstruktiver Hinsicht besteht die Möglichkeit, das Nabenteil flanschartig zu gestalten und daran in axialer Richtung beiderseits benachbarte Trägheitsma­ ssen im Bereich des Außenumfanges paarweise festzulegen. Die beiden dabei in axialer Richtung jeweils benachbarten Trägheitsmassen, Laschen oder Ket­ tenschlösser werden dabei zweckmäßig starr miteinander verbunden, um un­ synchronen Relativbewegungen einzelner Elemente während der bestim­ mungsgemäßen Verwendung zu begegnen. Die resultierende Funktionssicher­ heit und Tilgerwirkung wird dadurch wesentlich verbessert.

Der erfindungsgemäße, drehzahladaptiven Schwingungstilger kann auf vielen Gebieten zur Anwendung gelangen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist das vordere oder rückwärtige Ende der Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Bauform des drehzahladaptiven Schwingungstilgers in einer Ansicht von vorne.

Fig. 2 eine Bauform ähnlich Fig. 1, bei der an verschiedenen Umfangsstellen angedeutet ist, daß unterschiedlich ausgebildete Zwangsführungen die relativ beweglichen Teile verbinden können. Im Normalfall sind die in Umfangsrichtung verteilten, die Zwangsführung bildenden Führungs­ mittel jedoch übereinstimmend gestaltet.

Fig. 3 eine Bauform ähnlich Fig. 1 in quergeschnittener Darstellung.

Ausführung der Erfindung

Der in der Zeichnung wiedergegebene drehzahladaptiven Schwingungstilger ist für eine um eine Achse 7 rotierbare Welle bestimmt. Er umfaßt ein Nabenteil 1, auf dem eine Anzahl in Umfangsrichtung benachbarter Trägheitsmassen 2 jeweils in zwei in Umfangsrichtung benachbarten Halterungen 3 gelagert ist, die auf gegensinnig gekrümmte Kurvenbahnen 4, 5 der Trägheitsmassen 2 ei­ nerseits und dessen Nabenteil 1 andererseits derart abrollbare Bolzen umfas­ sen, daß sich bei Einleitung eine Rotationsbewegung überlagernder Dreh­ schwingungen eine Verringerung des Abstandes der Trägheitsmassen 2 von der Achse 7 im Zuge von gekrümmten Bewegungsbahnen ergibt, zumeist auf Bewegungsbahnen, die der Kreisform folgen.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 sind die in Umfangsrichtung benachbarten Trägheitsmassen 2 durch Kettenschlösser 11 schwenkbar verbunden, wobei in Umfangsrichtung ein Kettenschloß 11 ausgespart ist, wie im unteren Teil der Darstellung angedeutet. Die umfangsgerichtete Länge der aus den einzelnen, in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Kettenschlössern und Trägheitsma­ ssen 2 gebildeten Einheit ist dadurch variabel, was sicherstellt, daß die bei ro­ tierender Welle in den Trägheitsmassen 2 wirksamen Fliehkräfte ausschließ­ lich über die Halterungen 3, das heißt die mit den gegensinnig gekrümmten Kurvenbahnen 4, 5 zusammenwirkenden Bolzen 6 auf das Nabenteil 2 übertra­ gen werden. Dies ist eine wesentliche Voraussetzung dafür, daß sich in bezug auf bei rotierender Welle eingeleitete Drehschwingungen die erfindungsgemäß angestrebte Tilgerwirkung ergibt. Die Kettenschlösser 11 stellen sicher, daß sich sämtliche in Umfangsrichtung aufeinander folgende Trägheitsmassen 2 und Kettenschlösser synchron zueinander bewegen. Die erzielte Tilgerwirkung ist dementsprechend ideal. Sie ist nicht mit einer Umwandlung von Energie in Wärme verbunden, was grundsätzlich von großem Vorteil ist insofern, als die aus dem rotierenden Wellenstrang beim Auftreten von Drehschwingungen auf­ genommene Energie in den Wellenstrang zurückgespeichert wird. Hieraus kann außerdem eine Verminderung der dynamischen Belastung des Wel­ lenstranges resultieren.

In Fig. 2 wird eine Ausführung gezeigt, bei der an verschiedenen Umfangs­ stellen abweichend gestaltete Zwangsführungen für die Trägheitsmassen 2 gezeigt sind, die alternativ oder ergänzend zur Anwendung gelangen können. Im Regelfall sind sämtliche in Umfangsrichtung vorhandenen Zwangsführungen übereinstimmend gestaltet, was die Herstellung erleichtert und dazu beiträgt eine Unwucht zu verhindern. Die konstruktive Ausbildung der im Einzelfall zur Anwendung gelangenden Zwangsführungen ergibt sich jedoch aus dem spe­ ziellen Anwendungsfall. Die folgenden Ausführungen werden bevorzugt:
Im linken unteren Teil der Darstellung gemäß Fig. 2 ist eine Ausführung an­ gedeutet, bei der die Führungsmittel durch zumindest eine Lasche 8 gebildet sind, welche die einer jeden Trägheitsmasse 2 zugeordneten Bolzen 6 auf den Kurvenbahnen in Umfangsrichtung abrollbar verbindet. Entsprechende La­ schen 8 können in axialer Richtung beiderseits der Trägheitsmassen 2 vorge­ sehen sein, um die Entstehung von Kippmomenten in den Bolzen 6 zu verhin­ dern.

Im oberen linken Teil der Darstellung nach Fig. 2 ist eine der vorstehend be­ schriebenen Ausführung ähnliche Variante wiedergegeben, bei der die Zwangsführung zusätzlich durch einen zentral angeordneten Schwenkhebel 9 gebildet ist, der in eine Sekundärführung 10 der Lasche 8 gelenkig eingreifend die Trägheitsmasse 2 schwenkbar mit dem Nabenteil 1 verbindet. Der Schwenkhebel 9 ist somit im zentralen Bereich schwenkbar mit der Lasche 8 und im Bereich der Enden einerseits gelenkig an der Trägheitsmasse 2 und andererseits an dem Nabenteil 1 festgelegt. Durch die gekröpfte Ausführung werden dabei die unterschiedlichen Radialebenen überbrückt. Um sicherzustel­ len, daß keine radial gerichteten Kräfte von den Trägheitsmassen 2 in den Schwenkhebel 9 eingeleitet werden, ist es vorgesehen, daß der Vorsprung der Lasche 8 in der Sekundärführung 10 in Umfangsrichtung mit kleinem und in radialer Richtung mit großem Spiel geführt ist, vorliegend in einem Langloch, welches sich parallel zur Längsrichtung des Schwenkhebels 9 erstreckt, d. h. parallel zu einer gedachten Verbindungslinie der äußeren Gelenke.

In der Darstellung nach Fig. 2 oben rechts ist eine Ausbildung angedeutet, bei der die Zwangsführung durch zwei Schwenkhebel 9 gebildet ist, die in eine Se­ kundärführung 10 des Bolzens 6 eingreifend die Trägheitsmasse 2 mit dem Nabenteil 1 verbindet. Auch hierdurch wird begünstigt, daß sich die Bolzen 6 und die Trägheitsmassen 2 beim Auftreten von die Rotationsbewegung der Welle überlagernden Drehschwingungen nur synchron auf einem kreisbogen­ förmigen Weg bewegen.

Im rechten Teil der Darstellung nach Fig. 2 ist eine Ausbildung wiedergege­ ben, bei der die Zwangsführung durch z. B. im Bereich der umfangsseitigen En­ den der Trägheitsmassen 2 vorgesehene Führungsbahnen 12 der Trägheits­ massen 2 und/oder des Nabenteils 1 gebildet ist, die mit Führungselementen des jeweiligen Gegenstücks, das heißt des Nabenteils 1 beziehungsweise der Trägheitsmassen 2, in Eingriff stehen. Auch zwischen den Führungsbahnen 12 und dem jeweiligen Führungselement ist ein gewisses Spiel vorhanden, um sicherzustellen, daß die bei einer Einleitung der Drehbewegung in den Träg­ heitsmassen 2 wirksamen Fliehkräfte im wesentlichen nur durch die Halterun­ gen 3 auf das Nabenteil 1 übertragen werden.

In Fig. 3 ist ein drehzahladaptiver Schwingungstilger in längsgeschnittener Darstellung wiedergegeben, bei dem das Nabenteil 1 flanschartig gestaltet ist und in axialer Richtung paarweise gegenüberliegende Trägheitsmassen 2 auf­ weist, die auf das Nabenteil 1 in achsparalleler Richtung durchdringenden Bol­ zen 6 gelagert und durch nicht gezeigte Mittel starr miteinander verbunden sind. Bei Einleitung einer die Rotationsbewegung überlagernden Drehschwin­ gung ergibt sich dadurch grundsätzlich nur eine völlig synchrone Relativverla­ gerung der Trägheitsmassen 2, bezogen auf das Nabenteil 1. Im bezug auf die Erzielung einer optimalen Tilgerwirkung ist das von großem Vorteil.

Die Trägheitsmassen 2 sind bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung auf den einander zugewandten Seiten durch Schwenkhebel 9 im Sinne der vorstehen­ den Darlegungen geführt und zusätzlich in nach außen abgeschlossenen Kammern aufgenommen, die eine geringe Ölmenge enthalten. Auch im Dauer­ betrieb ist dadurch kein nennenswerter Verschleiß gegeben.

Claims (10)

1. Drehzahladaptiver Schwingungstilger für eine um eine Achse rotierbare Welle, umfassend ein Nabenteil, auf dem eine Anzahl in Umfangsrich­ tung benachbarter Trägheitsmassen jeweils in zwei in Umfangsrichtung benachbarten Halterungen gelagert ist, die auf gegensinnig gekrümmten Kurvenbahnen der Trägheitsmassen und des Nabenteils derart abwälz­ bare Bolzen umfassen, daß sich bei Einleitung von eine Rotationsbewe­ gung überlagernden Drehschwingungen eine Verringerung des Abstan­ des der Trägheitsmassen von der Achse im Zuge von gekrümmten Be­ wegungsbahnen ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der relativ beweglichen Teile durch eine Zwangsführung verbunden ist.

2. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwangsführung durch zumindest eine erste La­ sche 8 gebildet ist, welche die einer jeden Trägheitsmasse 2 zugeordne­ ten Bolzen 6 in Umfangsrichtung abrollbar verbindet.

3. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Trägheitsmassen auf kreisförmigen Bewegungsbahnen bewegbar sind, deren Mittelpunkt einen Abstand von der Achse 7 hat, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwangsführung durch zumindest einen Schwenk­ hebel 9 gebildet ist, der in eine Sekundärführung 10 der Lasche 8 oder des Bolzens 6 eingreifend die Trägheitsmasse 2 und das Nabenteil 1 schwenkbar verbindet.

4. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bolzen 6 oder die Lasche 8 in der Sekundärfüh­ rung 10 in Umfangsrichtung mit kleinem und in radialer Richtung mit großem Spiel geführt ist.

5. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei in Umfangsrichtung be­ nachbarte Trägheitsmassen 2 durch ein Kettenschloß 11 verbunden sind.

6. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Umfangsrichtung zumindest ein Kettenschloß 11 ausgespart ist.

7. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung durch im Bereich der umfangsseitigen Enden der Trägheitsmassen 2 vorgesehene Führungs­ bahnen 12 der Trägheitsmassen 2 und/oder des Nabenteils 1 gebildet ist, die mit Führungselementen des jeweiligen Gegenstücks in Eingriff stehen.

8. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Führungsbahnen 12 und dem jeweili­ gen Führungselement ein Spiel vorhanden ist.

9. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem zumindest zwei in axialer Richtung benachbarte Trägheitsma­ ssen 2, Laschen 8 oder Kettenschlösser 11 vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die axial benachbarten Trägheitsmassen 2, La­ schen 8 oder Kettenschlösser 11 starr miteinander verbunden sind.

10. Verwendung des drehzahladaptiven Schwingungstilgers nach einem der Ansprüche 1 bis 9 an der Kurbelwelle einer Kolbenmaschine, insbeson­ dere einer Kolbenkraftmaschine. Die relativ beweglichen Teile können dabei in eine gegenseitige Zuordnungsposition gelangen, die eine Be­ einträchtigung der Funktion bedingt.