DE19914871C2 - Drehzahladaptiver Schwingungstilger - Google Patents
Drehzahladaptiver SchwingungstilgerInfo
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Description
Die Erfindung befaßt sich mit einem drehzahladaptiven Schwingungstilger für
eine um eine Achse rotierende Welle mit einem Nabenteil, auf dem eine Anzahl
in Umfangsrichtung benachbarter Trägheitsmassen geführt sind mit den
Merkmalen des Anspruchs 1.
Schwingungstilger der bezeichneten Art können an Wellen von periodisch
arbeitenden Maschinen eingesetzt werden, beispielsweise an der Kurbelwelle
eines Hubkolbenmotors. Dort treten Drehschwingungen auf, welche der
Rotationsbewegung der Welle überlagert sind und deren Frequenz sich
proportional mit der Drehzahl der Welle ändert. Die Schwingungstilger bewirken
eine Verringerung der Drehschwingungen. Ihnen liegt das Prinzip zugrunde,
daß die Trägheitsmassen unter Fliehkrafteinfluß bestrebt sind, die Welle
während ihrer Drehbewegung in größtmöglichem Abstand zu umkreisen.
Drehschwingungen, welche die Drehbewegung überlagern, führen zu einer
Relativbewegung der Trägheitsmassen, wobei die Trägheitsmassen entlang
ihrer Bewegungsbahn auch in radialer Richtung nach innen bewegt werden.
Drehzahladaptive Schwingungstilger haben eine der Drehzahl proportionale
Eigenfrequenz, so daß Drehschwingungen mit in gleicher Weise
drehzahlabhängigen Frequenzen über einen großen Drehzahlbereich tilgbar
sind.
Ein drehzahladaptiver Schwingungstilger mit guten Eigenschaften ist in der DE PS 196 31 989
dargestellt. Bei dem bekannten Tilger sind die Trägheitsmassen
möglichst groß, so daß eine maximale Tilgerwirkung erreicht wird. Darüber
hinaus sind die Tilger- oder Trägheitsmassen so ausgebildet, daß sie beim
Übergang von einer ruhenden Welle zur drehenden Welle und umgekehrt die
mögliche Geräuschbildung durch die sich ergebenden metallischen
Anschlaggeräusche der Tilger auf akzeptable Werte begrenzen. Sie sind
jedoch nicht völlig ausgeschlossen, da bei den plötzlichen Übergängen vom
Stillstand zur Drehbewegung der Welle, die metallischen Tilgermassen
Anschlaggeräusche verursachen können.
Durch die DE PS 709 268 ist ein Schwingungstilger bekannt geworden bei dem
durch Schrauben in der Trägheitsmasse eine Abstützung der Trägheitsmasse
gegen die Nabenfläche erfolgt, so daß die Trägheitsmassen in der Nähe Ihrer
normalen Betriebstellung gehalten werden. Diese Schrauben können die
Anschlaggeräusche jedoch nicht verhindern. In einem Ausführungsbeispiel der
genannten Patentschrift ist in der Trägheitsmasse ein Kolben gleitbar gelagert,
der durch eine Feder gegen die Nabe gedrückt wird. Beim Ruhezustand der
Welle oder auch bei geringen Drehzahlen derselben hält der Kolben die
Trägheitsmasse in ihrer äußersten Stellung um zu verhindern, daß die dort
vorgesehenen Wälzkörper außer Eingriff mit den Wälzbahnen gelangen. Bei
höheren Drehzahlen der Welle wird der Kolben unter Zusammenpressung der
Feder in seine Bohrung hinein bewegt, so daß er einer Pendelbewegung der
Trägheitsmasse nicht hinderlich ist. Die Problematik der Geräuschbildung wird
in diesem Zusammenhang nicht angesprochen und ist in der Regel beim
Aufeinandertreffen der metallischen Partner, Kolben und Trägheitsmasse, nicht
geräuschfrei zu erwarten.
In der Druckschrift DE-PS 806 073 ist ein Schwingungstilger gezeigt, bei dem
die Trägheitsmassen frei schwingend in einer Art Käfig aus einer Scheibe mit
umgebogenem Rand und Deckel untergebracht sind. Um sie in einer
vorgegebenen Position zu halten und auch darum, dass bei Stillstand der Welle
und sehr kleinen Geschwindigkeit kein Spiel zwischen den Rollen und ihren
Rollbahnen auftritt, sind die Trägheitsmassen mit einer Fliehkraftmasse
versehen, die in einer in der Masse angebrachten Bohrung untergebracht sind
und durch eine Feder in Richtung auf die Achse gedrückt werden. Diese
Anordnung ist so gewählt, dass die Fliehkraftmasse in ihrer eingezogenen
Stellung trotzdem mit einer Wand in Berührung steht, sobald die
Pendelamplitude einen zugelassenen Höchstwert von beispielsweise 30°
überschreitet. Dadurch wird das Herausspringen der Rollen aus den
Rollbahnen verhindert. Damit die in den Bohrungen verschiebbar gehaltenen
Fliehkraftmassen verschoben werden können, ist es zweckmäßig sie aus
einem porösen selbstschmierenden Metall herzustellen, um ihre Schmierung zu
gewährleisten. Die Anordnung der Trägheitsmassen und der damit
verbundenen Fliehkraftmassen ist kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drehzahladaptiven
Schwingungstilger so auszubilden, daß die beim Start und Stop des Motors
möglichen Eigengeräusche des Schwingungstilgers soweit eliminiert werden,
daß sie subjektiv nicht mehr wahrgenommen werden. Die Lösung der gestellten
Aufgabe erfolgt bei einem drehzahladaptiven Schwingungstilger der Eingangs
genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1. Die Trägheitsmassen sind auf ihren radial nach innen gerichteten
Seiten jeweils mit mindestens einer mit einem Gewicht ausgestatteten
Schnappfeder versehen sind, die in Ruhelage das Gewicht in Richtung auf die
Welle drückt und die Trägheitsmasse auf dem Nabenteil abstützt und die unter
Fliehkrafteinwirkung bei drehender Welle ein Anlegen des Gewichts an die
Trägheismasse zuläßt. Durch diese Maßnahme wird gewissermaßen ein Teil
der Trägheitsmasse abgetrennt und beweglich mit dem Hauptteil der
Trägheitsmasse verbunden. Die Verbindung wird so gestaltet, daß oberhalb
einer Schaltdrehzahl dieses Teil mit der Hauptträgheitsmasse zusammenwirkt
und zur Schwingungstilgung beiträgt. Bei
Stillstand der Welle dagegen wird dieses Teil durch die Schnappfeder radial
nach innen auf das Nabenteil der Welle gedrückt, wodurch der Hauptteil der
Trägheitsmasse in seiner radial äußersten Stellung gehalten wird. Die
Federkraft ist größer als die Eigengewichtskraft der Trägheitsmasse, so daß die
Trägheitsmasse entgegen der Erdanziehung abgestützt ist.
Das jeweilige Gewicht wird auf der Symmetrieachse der zugehörigen
Trägheitsmasse angeordnet. Es ist günstig wenn die Schnappfeder aus zwei
seitlich vom Gewicht abstehenden, gleichlangen, aus einem elastischen
Polymer bestehenden Stützbändern gebildet ist, die mit ihren Enden mit der
zugehörigen Trägheitsmasse verbunden sind. Die Trägheitsmassen werden auf
ihren radial inneren Seiten mit Ausnehmungen versehen, deren Kontur mit der
ihnen zugewandten Außenkontur des Gewichts im wesentlichen übereinstimmt.
Hierdurch kann dem Gewicht eine möglichst große Masse zugeteilt werden, die
auch eine möglichst große Schwingungstilgung bei drehender Welle ergibt.
Bevorzugt wird dem Gewicht etwa die Kontur eines Zylinders gegeben.
Die Schnappfeder hält das Gewicht und die zugehörige Trägheitsmasse in
ihren Ruhelagen. Die radial äußere Endlage des Gewichts ist durch die Kontur
der Innenseite der Trägheitsmasse bestimmt. Die Kennung der Schnappfeder
ist nichtlinear und wird ihrem Verwendungszweck entsprechend ausgelegt.
Die Trägheitsmasse, die Schnappfeder und das Gewicht werden bevorzugt als
integrale Einheit ausgebildet. Das Gewicht selbst ist im wesentlichen aus dem
gleichen Metall wie die Trägheitsmasse. Es wird von dem Polymer der
Schnappfeder zumindest teilweise umfaßt, so daß sein Anlegen an die
Trägheitsmasse oder auch an das Nabenteil geräuschlos erfolgt.
Die Schaltdrehzahl, bei der die Schnappfeder umschnappt liegt bei Wellen für
Antriebssmotoren unterhalb der niedrigsten Leerlaufdrehzahl. Dadurch wird
sichergestellt, daß bei höheren Drehzahlen das Gewicht an der
Trägheitsmasse anliegt und dadurch die Wirkung der Trägheitsmasse
unterstützt. Anderseits ergibt sich bei Drehzahlen unterhalb der
Leerlaufdrehzahl, daß das Gewicht an das Nabenteil gedrückt wird und bereits
vor Erreichen des Stillstands der Welle ein Bedämpfen der Relationsbewegung
zwischen Nabe und Trägheitsmasse erfolgt.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert
Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen drehzahladaptiven Schwingungstilger mit fünf
Trägheitsmassen bei stehender Welle und
Fig. 2 den Schwingungstilger bei drehender Welle.
Der in der Fig. 1 wiedergebene drehzahladaptive Schwingungstilger 1, dreht
um die Achse 2 der Welle 3. Die Welle 3 ist mit dem Nabenteil 4 verbunden, auf
dem in Umfangsrichtung fünf Trägheitsmassen 5 angeordnet sind. Die
Trägheitsmassen 5 werden jeweils von zwei in Umfangrichtung benachbarten
Lagerungen 6 gehalten. Nabenteil 4 und Trägheitsmassen 5 sind mit
gegensinnig gekrümmten Kurvenbahnen 7 und 8 versehen, auf denen die
Bolzen 9 abwälzbar angeordnet sind. Sobald bei einer Rotationsbewegung der
Welle 3 überlagernde Drehschwingungen auftreten, werden die
Trägheitsmassen 5 wirksam und verändern Ihre Lage in Bezug auf die Achse 2
der Welle 3.
Auf ihren radial nach innen gerichteten Seiten 10 sind die Trägheitsmassen 5
jeweils mit einer Schnappfeder 11 versehen, die in ihrer Mitte die Gewichte 12
tragen. Die Gewichte 12 sind auf der Symmetrieachse 13 der zugehörigen
Trägheitsmasse 5 angeordnet. Die Schnappfeder 11 ist aus zwei seitlich vom
Gewicht 12 abstehenden, gleichlangen und aus einem elastischen Polymer 17
bestehenden Stützbändern 14 und 15 gebildet. Die Stützbänder 14 und 15 sind
mit Ihren Enden mit der zugehörigen Trägheitsmasse 5 verbunden. Das
Gewicht 12, dargestellt durch die gestrichelte Linie 19, und auch die
Trägheitsmassen 5 sind von dem Polymer 17, zumindest teilweise, eingefaßt,
so daß die sich berührenden Stellen eine Dämpfung erfahren.
Auf ihren radial inneren Seiten 10, sind die Trägheitsmassen 5 mit
Ausnehmungen 16 versehen, deren Kontur etwa mit der Außenkontur der
ihnen zugewandten Seite 20 des Gewichts 12 übereinstimmt. Dabei ist es
günstig, wenn das Gewicht 12 etwa die Kontur eines Zylinders hat.
Bei stillstehender Welle 3 drückt die Schnappfeder 11 das Gewicht 12 auf das
Nabenteil 4. Hierfür ist das Nabenteil 4 mit einer entsprechenden Gegenfläche
18 versehen. Diese Lage von Schnappfeder 11 und Gewicht 12 ist in der Fig.
1 eingezeichnet.
In der Fig. 2 sind die Gewichte 12 in Ihrer Lage eingezeichnet, die sie unter
Fliehkrafteinwirkung bei drehender Welle 3 einnehmen. Schnappfeder 11 und
Gewicht 12 sind so aufeinander abgestimmt, daß bei einer vorgegebenen
Drehzahl der Welle 3 das Gewicht 12 die Federkraft der Schnappfeder 11
überwindet, sich radial nach außen bewegt und in der Ausnehmung 16 der
Trägheitsmasse 5 zum Anlage kommt. Durch die nichtlineare Kennung der
Schnappfeder 11 erfolgt ein schneller Übergang zwischen den beiden
Endlagen des Gewichtes 12 an dem Nabenteil 4 beziehungsweise in der
Ausnehmung 16. In der Ausnehmung 16 trägt das Gewicht 12 zur Wirkung der
Trägheitsmasse 5 bei. Das Gewicht 12 ist gewissermaßen in die
Trägheitsmasse 5 integriert. Die Schnappfeder 11 übt jedoch nach wie vor
einen Druck auf das Gewicht 12 in Richtung auf die Gegenfläche 18 des
Nabenteils 4 aus, so daß bei nachlassender Drehzahl ab einer vorgegebenen
Drehzahl die Feder 11 das Gewicht 12 wieder auf das Nabenteil 4 drückt.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn die
Trägheitsmasse 5 mit der Schnappfeder 11 und dem Gewicht 12, eine integrale
Einheit bilden. Die einzelne Trägheitsmassen 5 mit ihren Bestandteilen kann
dann vorgefertigt und mit Schnappfeder 11 und Gewicht 12 versehen in den
Tilger 1 eingesetzt werden.
Das Gewicht 12 selbst wird aus Metall hergestellt, vorzugsweise aus dem
gleichem Metall wie die einzelnen Trägheitsmassen 5. Zum einen wird
hierdurch ein sicheres Einschnappen der Gewichte 12 in die Ausnehmungen
16 erreicht und zum anderen wird die Wirkung der Trägheitsmassen 5 bei der
Schwingungssdämpfung unterstützt. Um jegliche Möglichkeiten von
Geräuschbildung zu eliminieren, sind die Gewichte 12 von dem
Polymermaterial umhüllt, welches auch gleichzeitig für die Bildung der
Schnappfedern verwendet wird. Darüber hinaus sind auch die Trägheitsmassen
5 mit ihren Ausnehmungen 16 mit dem gleichen Polymermaterial ausgekleidet.
Gewichte 12 und die Federkennung der Schnappfedern 11 werden so
aufeinander abgestimmt, daß bei Wellen für Antriebsmotoren die
Schnappfedern 11 unterhalb der niedrigsten Leerlaufdrehzahl nachgeben und
die Gewichte 12 sich radial nach außen in die Ausnehmungen 16 verlagern.
Bei einem Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge liegt das Umschnappen der Feder
11 z. B. bei etwa 500 U/min. Da alle Teile der Fig. 1 und 2 identisch sind,
beziehen sich die Bezugszeichen aus Fig. 1 auch auf die Fig. 2. Auch wird
darauf hingewiesen, daß die Ausbildung und Wirkungsweise eines
drehzahladaptiven Schwingungstilgers in der zum Stand der Technik
gehörenden DE PS 196 31 989 ausführlich behandelt worden ist. Insoweit wird
auf die genannte Druckschrift Bezug genommen. Schließlich wird noch
angemerkt, daß es für die Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung ohne
Belang ist, ob das Nabenteil 4 mit beidseitig seiner Scheibe angeordneten
Trägheitsmassen 5 ausgebildet ist, was im gezeigten Ausführungsbeispiel
günstig ist, oder ob die Nabenscheibe die Trägheitsmassen 5 in ihrer Mitte
einschließt.
Claims (8)
1. Drehzahladaptiver Schwingungstilger für eine um eine Achse rotierende
Welle mit einem Nabenteil, auf dem eine Anzahl in Umfangsrichtung
benachbarter Trägheitsmassen angeordnet sind und der auf gegensinnig
gekrümmten Kurvenbahnen der Trägheitsmassen und des Nabenteils
abwälzbare Bolzen aufweist, so dass sich bei Einleitung von eine
Rotationsbewegung überlagernden Drehschwingungen eine
Veränderung des Abstands der Trägheitsmassen von der Achse im Zuge
von gekrümmten Bewegungsbahnen ergibt, wobei die Trägheitsmassen
auf ihren radial nach innen gerichteten Seiten jeweils mit einem Gewicht
und einer Feder versehen sind, die in Ruhelage das Gewicht in Richtung
auf die Welle drückt und die Trägheitsmasse auf dem Nabenteil abstützt
und die unter Fliehkrafteinwirkung bei drehender Welle eine radiale
Verlagerung Anlegen des Gewichts an die Trägheitsmasse zulässt,
dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als Schnappfeder (11)
ausgebildet und aus zwei seitlich vom Gewicht (12) abstehenden,
gleichlangen, aus einem elastischen Polymer bestehenden Stützbändern
(14, 15) besteht, die mit ihren Enden mit der zugehörigen
Trägheitsmasse (5) verbunden sind.
2. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, dass die Trägheitsmasse (5) von jeweils zwei in
Umfangsrichtung benachbarten Lagerungen (6) gehalten sind.
3. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Trägheitsmassen (5) auf ihren radial inneren
Seiten (10) mit Ausnehmungen (16) versehen sind, deren Kontur mit der
ihnen zugewandten Außenkontur den Gewichts (12) übereinstimmt.
4. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht (12) etwa die Kontur eines
Zylinders hat.
5. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schnappfeder (11) eine nichtlineare
Kennung hat.
6. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Trägheitsmasse (5), die
Schnappfeder (11) und das Gewicht (12) eine integrale Einheit bilden.
7. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht (12) aus Metall besteht und
zumindest teilweise mit einem Polymer umhüllt ist.
8. Drehzahladaptiver Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdrehzahl, bei der die
Schnappfeder (11) umschnappt, bei Wellen (3) für Antriebsmotoren
unterhalb der niedrigsten Leerlaufdrehzahl liegt.
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