DE19912536C1 - Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung eines rotierenden Bauteiles; DOLLAR A mit einer Primärmasse, die mit dem rotierenden Bauteil wenigstens mittelbar koppelbar ist; DOLLAR A mit der Sekundärmasse; DOLLAR A die beiden Massen sind in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar; DOLLAR A die eine der beiden Massen ist axial derart aufgeteilt, daß sie als axial äußere Teilmassen die andere Masse als mittlere Masse zwischen sich einschließen; die Zuordnung ist derart gewählt, daß sich gleiche Pole gegenüberliegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen eines rotierenden Bauelementes, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Ausdruck "Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen" ist im weitesten Sinne zu verstehen. Es kann sich hierbei um sogenannte Schwingungstilger, Schwingungsdämpfungseinrichtungen oder kombinierte Einrichtungen zwischen Schwingungstilger und Schwingungsdämpfer handeln. Unter einem Schwingungstilger wird dabei eine Vorrichtung verstanden, welche dem Abbau von im Antriebsstrang auftretenden Schwingungen, insbesondere an rotierenden Bauelementen, und nicht der Dämpfung von Schwingungen bei der Drehmomentenübertragung zwischen zwei Bauelementen im Antriebsstrang dient. Ein Tilger ist somit nicht primär an der Drehmomentenübertragung während des gesamten Betriebes von einer An- auf eine Abtriebsseite beteiligt. Bei einer Schwingungsdämpfungseinrichtung handelt es sich in der Regel um eine elastische Kupplung, die zwischen zwei Bauteilen angeordnet wird, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe. Derartige Kupplungen dienen dazu, Torsionsschwingungen vom Rotor nicht auf den übrigen Antriebsstrang zu übertragen. Eine derartige elastische Kupplung ist in der DE-PS 28 48 748 offenbart. Die dort zwischen den beiden Elementen - Primärmasse und Sekundärmasse - vorgesehenen Federeinrichtungen dienen während der Anfahrphase und den Beschleunigungsphasen der Mitnahme der Sekundärmasse. Ansonsten erfolgt im wesentlichen keine Drehmomentenübertragung.

DE 196 53 865 A1 beschreibt eine Vorrichtung, die die Merkmale 1 bis 1.6 von Anspruch 1 aufweist. Bei jener Vorrichtung dienen die Magnete dem Übertragen von Drehmoment.

Vorrichtungen zum Dämpfen von Schwingungen sind derart gestaltet, daß die kritische Drehzahl des gesamten Massensystemes genügend weit unterhalb des Betriebsbereiches liegt. Dabei sollen beim Durchfahren der kritischen Drehzahl keine großen Amplituden und keine großen Torsionsmomente in den einzelnen Elementen entstehen.

Wesentliche Elemente eines Schwingungsdämpfers bzw. eines Tilgers sind eine Dämpfungseinrichtung sowie eine Federeinrichtung. Die Dämpfungseinrichtung umfaßt Kammern, die über Kanäle definierter Weite miteinander in leitender Verbindung stehen. Dabei wird während des Betriebes ein Dämpfungsmittel aus der einen Kammer durch den Kanal in die benachbarte Kammer verdrängt. Die Federeinrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Federn, die auf einem zur Dämpfer- bzw. Tilgerachse koaxialen Kreis angeordnet sind.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß Torsionsschwingungen nicht in wünschenswertem Maße stark gedämpft werden. Dies ist insbesondere bei Anwendungen von Vorrichtungen der eingangs genannten Art in der Druckindustrie der Fall. Dort muß die Dämpfung eine sehr feinfühlige sein. Dies ist jedoch nicht der Fall.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen, insbesondere einen Schwingungstilger, anzugeben, bei dem jegliche Schwingungen in perfekter Weise derart gedämpft oder getilgt werden, daß keinerlei unerwünschte Resonanzen auftreten, die das Arbeitsergebnis beeinträchtigen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Eine wesentliche Erkenntnis der Erfinder besteht darin, daß eine ungleiche Reibung zwischen den Scheiben, die die Schwungmassen darstellen, nachteilig ist. Die Erfinder haben weiterhin erkannt, daß diese Ungleichheit der Reibung minimiert werden kann, wenn es gelingt, alle Spalte zwischen den einzelnen Massenscheiben möglichst gleich groß zu halten. Im Gegensatz zu der genannten DE 196 53 865 A1 dienen die Magnete gemäß der Erfindung dem Aufbringen einer axial wirkenden Vorspannung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse.

Diese Aufgabe wird in idealer Weise durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung eines rotierenden Bauteiles im Axialschnitt in Form eines Schwingungstilgers in Dreischeibenausführung.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich jener gemäß Fig. 1 mit erfindungsgemäßen, beidseits der Mittelscheibe sowie in der Mittelscheibe vorgesehenen Magneten.

Die Fig. 1 verdeutlicht im Axialschnitt eine Ausführung einer Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung 1 eines rotierenden Bauelementes, insbesondere einen Schwingungstilger, welcher zur Dämpfung von Längs- und/oder Drehschwingungen an einem rotierenden Bauelement, bspw. einer Welle 2 in Dreischeibenbauweise, wobei die einzelnen scheibenförmigen Elemente als Baueinheit aus mehreren Elementen zusammengesetzt sein können, eingesetzt wird. Der Tilger 1 umfaßt dazu zwei Massen, eine Primärmasse 3 und eine Sekundärmasse 4. Die Sekundärmasse 4 wird auch als Trägheitsmasse oder Schwungring bezeichnet. Die Primärmasse 1 ist drehfest mit dem rotierenden Bauelement, dessen Schwingungen gedämpft werden sollen, d. h. der Welle 2, koppelbar. Im dargestellten Fall ist die Primärmasse 3 drehfest mit der Welle 2 verbunden. Die Primärmasse 3 ist im einfachsten Fall als scheibenförmiges Element ausgeführt, welches in Umfangsrichtung auf einem bestimmten Durchmesser d₁ Ausnehmungen 5, vorzugsweise in Form von Durchgangsöffnungen, aufweist. Die Sekundärmasse 4 umfaßt im einfachsten Fall zwei Seitenscheiben 4.1 und 4.2, die mit einem ersten Teil in Form eines Schwungringes 6 gekoppelt sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich ein, mit dem Schwungring 6 drehfest gekoppelter zweiter Teil 7 vorgesehen. Beide sind ebenfalls Bestandteile der Sekundärmasse 4. Die Verbindung zwischen dem ersten Teil 6 und dem zweiten Teil 7 erfolgt dabei über Verbindungselemente 8, welche vorzugsweise in Form von Schraubverbindungen ausgeführt sind. Die radiale Führung der Sekundärmasse 4 erfolgt über eine Lageranordnung 9. Die Lageranordnung 9 umfaßt dazu eine Lagerbuchse 10, welche zwischen der Welle 2 und der Sekundärmasse 4 in radialer Richtung angeordnet ist. Die Lagerung ist dabei als Gleitlagerung ausgeführt und wird über einen Schmiermittelanschluß 11 mit Schmiermittel versorgt. Im dargestellten Fall erfolgt die Schmiermittelzufuhr über die Welle 2.

Die Sekundärmasse 4 ist lose gegenüber der Primärmasse 3 angeordnet bzw. gelagert. Eine Kopplung zwischen den beiden Massen ist zur Realisierung der Federkopplung über wenigstens eine Federeinrichtung 12 vorgesehen, welche im dargestellten Fall zwei vorgespannte und sich gegeneinander abstützende Federelemente 12.1, 12.2 umfaßt. Die Federelemente der Federeinrichtung 12 sind zu diesem Zweck in Ausnehmungen 5 in der Primärmasse angeordnet und erstrecken sich in Umfangsrichtung der Primärmasse 3 und stützen sich an der Sekundärmasse 4 ab. Die Anordnung, Auslegung und Funktion der beiden sich gegeneinander abstützenden vorgespannten Federelemente 12.1, 12.2 wird in Fig. 2 näher erläutert. Die Funktion der Federeinrichtung 12 besteht darin, während der Anlauf- und/oder Beschleunigungsphasen Drehmoment auf die Sekundärmasse zu übertragen, um diese in Rotation zu versetzen. Im Betrieb, d. h. bei Rotation der Welle 2 im Optimalfall, in welchem keinerlei Schwingungen auftreten, rotieren beide - Primärmasse 3 und Sekundärmasse 4 - mit der gleichen Geschwindigkeit. In diesem Fall erfolgt keine Übertragung von Drehmoment auf die Sekundärmasse oder nur im geringem Maße. Letzteres wird lediglich mitgenommen.

Bezüglich der Realisierung der Abstützung der Federeinrichtungen an Federtöpfen 20 zwischen Primär- und Sekundärmasse 3 bzw. 4 kann auf die Ausführungen entsprechend der DE 36 35 043 und DE 39 16 575 verwiesen werden, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich in diese Anmeldung mit einbezogen wird.

So ist es beispielsweise denkbar, daß im vorliegenden Fall beide Teile 6 und 7 der Sekundärmasse auf einem bestimmten Durchmesser d₂ in Umfangsrichtung verlaufende fensterförmige Ausschnitte aufweisen, welche hinsichtlich des Abstandes untereinander und ihrer Größe im wesentlichen komplementär zu den die Federeinrichtungen 12 aufnehmenden Aussparungen an der Primärmasse ausgebildet und zu dieser in Umfangsrichtung in Einbaulage im unbelasteten Zustand um ca. eine halbe Erstreckung der Ausnehmung in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Beide Teile greifen beidseitig tangential an die Federeinrichtungen oder, wie in Fig. 2 dargestellt, an die deren Enden zugeordneten Führungsstücke in Form von federführenden Töpfen 20. Des weiteren trifft dies auch für die Aussparung 5 an der Primärmasse zu.

Wie man sieht, umfaßt die Primärmasse 3 im wesentlichen eine einzige Scheibe, während die Sekundärmasse 4 zwei Scheiben 4.1, 4.2 umfaßt. Die beiden Seitenscheiben 4.1, 4.2 der Sekundärmasse hüllen die Scheibe 3 der Primärmasse sandwichartig ein.

In Fig. 3 erkennt man wiederum im wesentlichen dieselben Bauteile wie in Fig. 1. Ganz wichtig sind Magnete 30, 40 in den Seitenscheiben 4.1 und 4.2 sowie 50 in der Mittelscheibe 3. Dabei handelt es sich um eine Mehrzahl von Magneten, die über den Umfang der beiden Seitenscheiben 4.1 und 4.2 sowie der Mittelscheibe 3 in gleichen gegenseitigen Abständen verteilt angeordnet sind, was aus der Darstellung nicht erkennbar ist. Im allgemeinen wird man jeder Scheibe wenigstens drei Magnete zuordnen. Auch eine größere Anzahl ist denkbar.

Jeweils gegenüberliegende Magnete sind dabei derartig gepolt, daß zwischen den gegenüberliegenden Magneten eine abstoßende Kraft wirken kann. Aufgrund der jeweils abstoßenden Kräfte zwischen Außenscheibe 4.1 und Mittelscheibe 3 sowie zugleich zwischen Außenscheibe 4.2 und Mittelscheibe 3 stellt sich die Mittelscheibe in einer Gleichgewichtslage axial zwischen den Außenscheiben 4.1 und 4.2 ein. Die gewünschten Spalte zwischen den Außenscheiben 4.1 sowie 4.2 und der Mittelscheibe 3 werden über die magnetische Kraftwirkung erzielt. Es findet aufgrund der Spaltausbildung keine Reibung mehr zwischen den Außenscheiben 4.1 sowie 4.2 und der Mittelscheibe 3 statt.

Zur Vermeidung von Instabilitäten der magnetischen Kraftwirkung werden sinnvollerweise die stirnseitig gegenüberliegenden Magnetflächen in ihrer Größe derart gestaltet, daß die bei einer rotatorischen Verschiebung der Magnete sich verändernde Ausbildung des Magnetfeldes zu keiner nennenswerten Veränderung der Gleichgewichtslage führt.

Idealerweise werden wenigstes der Magnet 50 der Mittelscheibe 50 oder abder die beiden Magnete 30 und 40 der Außenscheiben 4.1 und 4.2 als Ringmagnet ausgeführt.

Die in Fig. 3 dargestellte Lösung mit mehreren Einzelmagneten stellt eine kostengünstige Variante der erfindungsgemäßen Lösung dar.

Konstruktiv ist auch eine in Fig. 3 nicht ausgeführte Aufteilung des Magneten 50 in mehrere axial versetzt angeordnete Magnete 50.1 und 50.2 möglich.

Bei den Magneten handelt es sich um Dauermagnete. Es ist aber auch möglich, Elektromagnete vorzusehen, deren Magnetkraft steuerbar ist.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung eines rotierenden Bauteiles;

• 1. mit einer Primärmasse, die mit dem rotierenden Bauteil wenigstens mittelbar koppelbar ist;
• 2. mit einer Sekundärmasse;
• 3. die beiden Massen sind in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar;
• 4. die eine der beiden Massen ist axial derart aufgeteilt, daß sie als axial äußere Teilmassen die andere Masse als mittlere Masse zwischen sich einschließen;
• 5. jeder der Massen bzw. der Teilmassen ist wenigstens ein Magnet zugeordnet;
• 6. die Zuordnung ist derart gewählt, daß sich gleiche Pole gegenüberliegen;
• 7. die Magnete wirken in axialer Richtung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete Permanentmagnete sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete Elektromagnete sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete in die Massen integriert sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärmasse mit einem weiteren rotierenden Bauteil wenigstens mittelbar koppelbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Massen bzw. Teilmassen eine mittels Magnetfeldern erzeugte, gesteuerte, berührungsfreie Axiallagerung zugeordnet ist.