DE2117930A1 - Drehschwingungsdämpfer - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN 2117930

DIPL.-PHYS. DIPL.-ING. 8 MÜNCHEN 25 · LIPOWSKYSTR. 10 r —

Holset Engineering Company Limited - — H. 4ÄI läit

Drehs chwingungs dämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf Drehschwingungsdämpfer, wie sie z. B. auf einem Ende der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors mit hin- und hergehender Arbeitsbewegung angeordnet werden.

Es sind bereits zwei Bauarten von Drehschwingungs— dämpfern allgemein gebräuchlich, und zwar abgestimmte Gummidämpfer und nicht abgestimmte !"lüssigkeitsdämpfer. Ein abgestimmter Gummidämpfer bekannter Art umfaßt eine Trägheitsmasse, die mit einem Kabenteil durch ein Element aus Gummi oder einem anderen Elastomermaterial gekuppelt ist. Hierbei ist das Wabenteil mit der Kurbelwelle des zugehörigen Motors starr verbunden. Während des Betriebs führt der Dämpfer eine zweite Schwingungsweise in das System ein; dies ist auf die elastischen Eigenschaften des als Abstimmfeder wirkenden Gummielements zurückzuführen» Die Spitzen— amplituden der beiden Arten von Schwingungen, die hierbei auftreten, werden durch die Dämpfungswirkung der inneren . Hysteresis des Gummielements verkleinert, das die Schwingungsenergie in Wärme verwandelt„ Das Gummielement erfüllt somit zwei Aufgaben, da es den Schwingungsdämpfer abstimmt

109850/1039

und gleichzeitig eine DEinpfungswirlcung ausübt. Mn solcher abgestimmter Dämpfer erweist sich insofern als vorteilhaft, als bei liesonanzbedingungen die abgestimmte irägheitsinasse Schwingungen ausführt, deren Amplitude größer ist als die Amplitude der ',Eingangsschwingungen, und als die für die Dämpfungswirkung benötigte Energie mit Hilfe einer !trägheitsmasse gewonnen werden kann, die iia Vergleich zur erforderlichen Trägheitsmasse eines ungedämpften Dämpfers, der für das-gleiche schwingende System konstruiert ist, relativ klein ist. Ein Eauptnachteil eines abgestimmten Schwingungsdämpfers, bei dem Gummi oder andere Elastomermaterialien mit hohen Werten der inneren Hysteresis verwendet werden, besteht darin, daß diese Materialien nur ein-e geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so daß sich in dem Gummielement Wär1|m aufstaut, was hohe Betriebstemperaturen zur Folge hat. Im Hinblick auf diese hohen Betriebstemperaturen beschränkt sich die Verwendbarkeit solcher Dämpfer auf einen relativ niedrigen Eingangsenergiepegel, der nicht überschritten werden darf, wenn das Abstimmelepent nicht eine Temperatur erreüien soll, bei der es beginnt, seine gewünschten Eigenschaften zu verlieren.

Ein nicht abgestimmter !"lussigkeitsdampfei? umfaßt , eine Trägheitsmasse, die mit einem Gehäuse durch einen dünnen EiIm aus einer Flüssigkeit von hoher Viskosität gekuppelt ist; das Gehäuse eines solchen Dämpfers ist mit der Kurbelwelle des Motors starr verbunden. Die Schwingungsamplituden des Systems werden dadurch verkleinert, daß die Schwingungsenergie von dem Dämpfer aufgenommen und dadurch in Wärme umgesetzt wird, daß der Jflüssigkeitsfilm zwischen der Trägheitsmasse und dem Gehäuse auf Abscherung beansprucht wird.

Hierbei wird die erzeugte Wärme durch die große Oberfläche des Gehäuses ohne weiteres an die Atmosphäre

BAD

109850/4039

2117330

abgegeben. λ)β. die l'ragheitsmasse bei einem solchen Dämpfer nicht abgestimmt ist, igt ihre iächwinyungsainplitude stets kleiner als die iin_t--:angsainplituae und die Trägheitsmasse muis im Verg.-.eich zur i'räidieitsmasse eir.ss abgestimmten Däm-L-i'ei-G relativ groß sein.

Im I-iiiblick. auf die vorstehend genannten i.aehüeile der beiden i^ctan von bekannten i<reliechwingun£ sdämpfern sieht die ^rfinuuiie. nunmehr einsn Drelisci-iiingün^sdämpfer vor, der ein i\abenteil umfaßt, ferner eine UirtgiieitEDasse, die sich aus ir.inaesteiis si/ei Ie ilen zus^umensetzt una einen ti cn-in"' der urfangsriclitung erstreckenden Abschnitt des i.&benteils so übergreift, daß sie einen Lohlraum zum Aufnehmen des Lmfan^sebschniots des iMabenxeils und einer Flüssigkeit von hoher Zähigkeit abgrenzt, wobei die beiden 'iieile der 'xrägheiTSiaasse inr. erhalb einer de κ Iiabenteil benachbarten Zone auf eine noch zu erläuternde Weise weggeschnitten sind, sowie ein elastisches Abstimmeleiueiit aus einem haterial von hoher Elastizität und mit einer geringen Hysteresis, das ebenialls zwei Teile umfaßt, die in Anlage an den weggeschnittenen Abschnitten der 'feile der iüräghei^saaasse so angeordnet sind, daß jeder ϊ-eil des elastischen i-ibstiinr.-elements sowohl einer axialen als auch einer radialen -ürucxbeanspruchung ausgesetzt ist, um die 'i'rägli-itsmasse zwangsläufig in der richtigen Lage gegenüber dem Eabenteil zu halten, und zwar sowohl in axialer als aucxi in radialer Richtung^ wobei die Teile des AbstiniiüeleKints glachzeitig eine Abdichtuiit- zwischen dem te ab enteil und der (Trägheitsmasse bewirken» damit die zähe JTassii-keit nicht aus dein Hohlraum entweichen kann.

Somit sieht die Erfindung einen: 4)tehschwingungsdäinpfer vor, der mittels einer leder aus Gutnii:i öder einem anderen . Elastomermatei?ial abgesticflat ist, und eine durch eine zähe Flüssigkeit gedämpf te Trägheixsiaasse umfaßt. Die Verwendung von Materialien mit geringerer innerer Hysteresis ermög-

BAD ORIGtNAL 10985071039

licht- es, einen erfindungsgemäßen ochwingungsdämpfer höheren Pegeln der SchwingunoSenergie auszusetzen, bevor dasEntstehen von. Wärme- in dein Abstimmelement zu einer Betriebstemperatur führt;, bei der das Abstimii.element seine erwünschten EigensdBften verliert. Ein weiterer Vorteil dieser i-onstruktion ergibt sich daraus, ciaß die abgestimmte Trägheitsmasse mit Amplituden schwingt, die größer sind als die Eingangsamplitude, und daß die Dämpfung^wirkung der zähen Flüssigkeit daher in Verbindung mit der bei einem abge.ütimrriten Dämpf er gewöhnlich vorgesehenen kleineren Trägheitsmasse besser ausnutzen läßt als bei den bekannten Flüssigkeit sdämpi'ern» weitere Vorteile können sich, bei dem.erfindungsgemäßen Lchwingungsdämpfer daraus ergeben, daß er sich auf relativ einfache Weise herstellen und zusammenbauen läßt, so daß er mit geringen kosten herstellbar ist. " ■".-"■-" --"'' - -..---.

Die elastischen Elemente bewirken, daß die Trägheitsmasse in radialer -Kichtung zwangsläufig durch einander, entgegen wirkende Druckkräfte und in axialer Hichtung zwangsläufig ebeni'alls durch einander entgegenwirkende Druckkräfte in ihrer Lage gehalten wild". ■ . · -' . -: ._:-■ .- .

In dem erwähnten .Hohlraum kann Jede Flüssigkeit von hoher Zähigkeit verwendet werden, und die Viskosität der gewählten. Flüssigkeit richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck" des-, Sehv/ingungsdämpferSi, In den meisten Fällen dürfte es zweckmäßig sein, eine Silikonflüssigkeit mit einer Viskosität von bis zu 1 hillion Centistoke zu verwenden. ..r-n-u'- ,'■".■

Die V/erkstaffe für die Teile des Dämpfers sollen so gewählt , sein, daß sich die Dämpfungsflüssigkeit, die elastischen Abstimmelemente, das Nabenteil und die Trägheitselemente gegenseitig, nicht schädigen. . .

' ^J ' * BAD ORIGINAL

. ' " λ""' 10 98 S'Ö7^:fÖ-3'9'-'■"'■

Als Material für die Abstimmelemente wird vorzugsweise Naturkautschuk verwendet, doch können sich auch andere Materialien, und zwar im allgemeinen Elastomermaterialien, als geeignet erweisen, die eine hohe Elastizität aufweisen und eine geringe innere Hysteresis haben. Bei Naturkautschuk und einigen der anderen Elastomermaterialien ergibt sich jedoch der Kachteil, daß sie durch Sikikonflüssigkeiten angegriffen werden.

Dies ist daraus ersichtlich, daß sich die Viskosität der ^Silikonflüssigkeit in einem erheblichen Ausmaß verringert, wenn die Teile eines ohne besondere Schutzmaßnahmen hergestellten Schwingungsdämpfers der Wirkung der Wärme ausgesetzt werden, d:Le während des Betriebs des Dämpfers erzeugt wird.

Zwar ist der ±a?ehschwingungsdämpf er nach der Erfindung so ausgebildet, daß die Flächen der Abstimmelemente, die mit der Silikonflüssigkeit in Berührung kommen, ziemlich klein sind, doch ist es bei der Verwendung elastischer Elemente aus Materialien, die durch die verwendete Flüssigkeit angegriffen werden, zweckmäßig, mindestens diejenigen !'eile der elastischen Elemente, welche mit der Flüssigkeit in Berührung kommen, und vorzugsweise die gesamte Oberfläche der elastischen Elemente mit einer äußeren Schicht zu versehen, die aus einem durch die Flüssigkeit nicht angreifbaren Material bestehen, z. B. aus chemisch neutralem Synthesekautschuk, Die Dicke dieses Überzugs kann in der Größenordnung von 0,1 mm liegen.

Die elastischen Elemente· wirken nicht nur als Abstimmelemente, sondern sie dienen auch dazu, das Nabenteil und die Trägheitslemente in axialer und radialer Richtung in der gewünschten Lage zueinander zu halten, und sie wirken außerdem als Dichtungen, um das Entweichen der zähen Flüssigkeit aus der Antriebskammer zu verhindern. Dadurch, daß die relative Lage des Nabenteils und der Trägheitselemente

109850/1039

in axialer und radialer xiichtung genau bestimmt ist, läßt sich auch die Breite der Spalte zwischen dem Nabenteil und der.Trägheitsmasse genau vorherbestimmen.

Gegebenenfalls können die AbstimiLeleraente mit Hilfe eines Verbindungsverfahrens mit den betreffenden Flächen verbunden sein, doch ist dies für die Zwecke der Lagebestimmung bzw. der Abdichtung nicht unbedingt erforderlich.

Gegebenenfalls kann die Trägheitsmasse an ihrem Umfang mit einer Ringnut von V-förmigem Querschnitt versehen sein, so daß die Trägheitsmasse als' Riemenscheibe benutzbar ist. Bei dieser Anordnung addiert sich die Trägheit der. Riemenscheibe.' nicht zur Trägheit des Kabenteils.

Wenn die Trägheitsmasse als Riemenscheibe benutzt werden soll, ist es vorzuziehen, die Abstimmelemente mit den zugehörigen Anlageflächen zu verbinden, damit sie der zusätzlichen überlagerten Torsionsbeanspruchung durch die anzutreibende Hilfsvorrichtung stanahalten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im. folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 bis 8 zeigen jeweils im Schnitt verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäßer Drehschwingungsdämpfer, wobei in jedem Fall jeweils nur eine Hälfte eines Dämpfers dargestellt ist, da alle Dämpfer von symmetrischer Konstruktion sind.

In Fig. 1 erkennt man ein insgesamt mit IO bezeichnetes Nabenteil mit einem zentral angeordneten ringförmigen Abschnitt 12, an den sich ein rohrförmiger Abschnitt 14- anschließt, welcher sich im rechten Winkel zum äußeren Rand des zentralenAbschnitts 12 erstreckt. An dem rohrförmigen Abschnitt 14 ist ein radial nach außen ragender Flansch 16 ausgebildet. Ferner ist eine Trägheitsmasse vorgesehen^ die

BAD ORIGINAL

zwei; -Teile 16 una 20 umfaßt, welche den i'lanscn Ib konzen*- trisea mit-.-ae-iu ivabenteil IC umschließen. -Uie beiden ieile 18 und 2o der irä^-'-i ^-^ε-Λ--^e sind miteinander durch eiEn Lippenabschnitt 22, der an dem einen ieil 18 ausgebildet und über einen kleinen Vlansch 24 des anderen Teils 20 der Trägheitsmasse hinwer ~umgebördelt ist, um eine Dichtung 23 aus kunstharz einzuschließen. Alternativ kann der Lippenabschniit 22 um cieii i'lansch 24- herumgewalzt und mit ihm verschweißt werden, üie beiaen teile der Trägheitsmasse bilden zusammen einen Bohiraum.25 zum Aufnehmen des kand-. abschnitts oder ^lans.ch-s 16 des Kabenteils IU. Jedes der beiden Teile 18 und 20 der Trägheitsmasse ist bei 26. bzw. 28 in einem Bereich in der Rahe des durch den. "rfohr ab schnitt 14- und des Elansches 16 gebildeten winkeis schräg weggeschnitten.-In Anlage an den Abschrägun^en 26 und 28' Sind zv;ei elastische Abstimmeleinente' 30 und p2 angeoitiiiet, die " im freien Ausland -die Porm von O-Hingen haben. Die elastischen Lleiiieiite stehen in axialer-und.-radialer Richtungunter einer iDruckbeanspruehung, so däS sie die 'IrägheiuE-inasse sowohl in axialer als auch in radialer Sichtung gegenüber dem Kabenteil in ihrer Lage halten, wobei sie _ gleichzeitig dazu dienen, die Antriebskaramer 25 abzudichten. Vor dem Anbringen eines Verschlusses 36 kann man in die Antriebskammer 25 eine Flüssigkeit von hoher Viskosität über eine öffnung 34- einführen. Während des Betriebs komirendie elastischen Elemente 3u und 32 auf dreierlei \veise zur Wirkung. Erstens wirken sie als Abstimmelemente,. zweitens halten sie das Kabenteil und die Trägheitsmasse in..radialer und. axialer .Richtung in· der gewünschten relatijveiiuliage;,· una drittens dichten sie die AntriebskaisKer 25.,ab. Aus Fig. 1 ist zu ersehen., daß die Berührungsfläche zwischen d,er flüssigkeit; in der Äiitriebskäihmer 25 und den''. elastiseheii^lleraenten $0 und 32 klein ist«. ' " ■

V/enn jedoch .die. elastischen Elemente, aus. einem te·^^ terial bestehen, das sich gegenüber der zähen Flüssigkeit

1 0 9 8 5 0/1039 " ■ bad original

nicht neutral verhält, wird gemäß der Erfindung mindestens derjenige i'eil der beiden elastischen Elemente, v/elcher mit der Flüssigkeit; in Berührimg konmit und vorzugsweise auch die -iesaffiL-e übrige Außenfläche jedes elastischen ..Clements mit einer Oberflächenschicht aus einem haterial versehen, das durch die. Flüssigkeit nicht angegriffen wird,, und bei dem es sich z. B. um einen chemisch neutralen LJynthesekautschuk handelt.

Der in Fig. 2 gezeigte Schwingungsdämpfer ist von ähnlicher x^onsuruk^ion wie derjenige nach Fig. 1, abgesehen davon, daß die beiden Teile 18 und 20 der Träghei'u ..masse durch !Nieten 3& oder schrauben verbunden sind, die sich axial durch die Teile der Trägheitsmasse erstrecken. Um eine gewisse Relativbewegung zwischen der Trägheitsmasse und dem Habenteil 10 zu ermöglichen,'wie es bei einer Dämpfungsvorrichtung erforderlich ist, sind die Offnungen 40 des Flansches 16· im Vergleich zum, Durchmesser der bieten 38 überbemessen.

Die Anordnung nach Fig. 2 erweist sich gewöhnlich als zweckmäßiger, wenn-die beiden Teile 18 und 20 der Trägheitsmasse aus Gußeisen bestehen, .

Fig. 3 zeigt einen Schwingungsdämpfer ähnlich demjenigen na cn Fig. 1, bei dem jedoch das liabenteil 10 durch zwei zueinander passende Lauteile 42 und 44 gebildet ist, die zusammen ein ivabenteil bilden, das eine ähnliche Form . hat v/ie das Kabenteil 10 nach Fig. 1.

Die in Fig. 4 gezeigte Anordnung ähnelt derjenigen nach Fig. l, abgesehen davon, daß sich das Kabenteil 10 aus drei Einzelteilen 46, 48 und 50 zusammensetzt. Diese drei Teile bilaen zusammen ein Raben-teil ähnlich demjenigen nach-Fig. 1, davon abgesehen, daß der hittelabschnitt 12 symmetrisch-zu .dein Kohrabschnitt 14-angeordnet ist. . ; ..

BAD ORIGINAL

10 9850/1039 : ^

Fig. 5 zei_ut eine Weiterbildung des Schwingungsdämpfe?s nach li'ig. 1, bei den ein Teil der trägheitsmasse an seinem umiang mit einer Leilriernermut 52 versehen ist, so dar· die • 'Trägheitsmasse als Hiemenscheibe benutzt werden kann.

Eei der in Fig. 6 gezeigten konstruktion urff aßt das Rabenteil vier ringförmige Bauteile 54» 56, 5S und 60, wobei die beiden inneren Bauteile 56 und 58 an ihren äußeren Eändern jeweils im rechten Winkel zu dem T.'aben'ceil umgebogen sind, so daß sie rolirförmige Abschnitte 62 und 64 bil-'den. Diese Abschnitte sind in entsprechend geformten Kingnuten der beiaen Teile 18 und 20 der Trägheitsmasse angeordnet. Bei dieser Konstruktion ergibt sich zwiscnen dem iiäbenteil und der Träghtitsmasse eine größere Fläche, auf welcher der Flüssigicoitsfilm durch Scherkräfte beansprucht wird. . ·

!'ig. 7 zeigt eine Ausf uhr uifsf orm, bei der der rohrförmige Abschnitt 14 fortgelassen ist, und bei der die l^:ei-Ie 18 und 20 der Trägheitsmasse mit Abschrägungen 26 und in der Nähe der rohrförmigen Abschnitte 62 und 64 versehen sind. Die elastischen AbstiBiuelemente JO und 32 sind wie bei den vorstehend beschriebenen Ausfünrungsbeispielen in Anlage an den Abschrägungen 26 und 28 angeordnet.

Die in B'ig. 8 dargestellte Anordnung ähnelt derjenigen nach I'ig. 1, abgesehen davon, daß die Übergangsstelle zwischen dem rohrförmigen Abschnitt 14 und dem i'lansch 16 mit Abschrägungen 66 und 68 versehen ist, so daß die zusammengedrückten elastischen Elemente 30 und p2 parallele oder im wesentlichen parallele Flächen 70, 72, und 7^_T 76 aufweisen, und daß jeweils ein Teil jedes elastischen Elements in den Spalt zwischen dem i'lansch 14 und einem der Teile 18 und 20 der Trägheitsmasse hineinragt. Die radiale Dicke jedes elastischen Elements kann somit über seine ganze Länge gleichmäßig oder im wesentlichen gleichmäßig

109850/1039 BADORiGINAL

-IC -

und außerdem kleiner sein als bei den nach Fig. 1 bis 7· Wird der schwingungsdämpfer in der in Fig. 8 gezeigten Weise ausgebildet, läßt sich die Steifig-'kei'c der Kopplung zwischen dem Kabenteil IO und den teilen .18 und 20 der irägheitsmasse erhöhen. Der niciru dargestellte äußere ^rfeil des öchwingungsdämpfers nach Fig. δ kann ähnlich dem- äußeren I'eil Jedes der- Schwingungsdämpfer nach Fig. 1 bis ? ausgebildet sein.

v/enn sich die elastischen üilemente des bchwingungsdäinpfers nach Fig. S im Freien bzw. nicht zusammengedrückten Zustand befinden, brauchen sie nicht die Form von O-Ringen zu haben. Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 bis 7 sind die elastischen Elemente allgemein so ausgebildet, daß sie im freien, bzw. entspannten Zustand die Form von G-Kingen haben.

Ansprüche: BAD ORIGINAL

109850/1039

Claims (6)

1. - Ii -

   A κ S ί υ ι CHi,

   \1-V Drehschwingun-Bdämpfer, g e k e η η ζ- e lehnet durch ein habende:! (IC), eine ira-iieiuEiaassö, die mindestens zwei 'x'eile (lo, 20) umfaB"c, ^un<i einen sicL. in der Umfancsrichtung erstreckenden Abschnitt (16) aes I-eben leils so uiasehliei-u, daß sie einen den xJbschnibt de^ K^benreils aiifnehnienden, eine flüssigkeit von noner Viskosität enthaltenden hohlraum (25) abgrenzt, i/obei jeder der _eile der iräght-i^sniasse innerhalb einer des: haben-jeil benachbarten Sone jeweils mit einer AbscLrä~;ung (26, 26} versehen sina, soviie durch elastic ehe AbstiiEr^eleinente (3t-» 52) aus einem i-.c.ter-ial von hoher ülasOizitat und mit geringer Hysteresis, von denen je eine in Anlage an einer der üDschrä;_u.ngai so angeordnet ist, dau es sowohl einer axialen als auch einer raaiilen Dx-uclvbeanspr-ucliuir; εχεgesetzt ist, um die -ragheitsmesse sov;ohl in axialer als auch in racialer rfichöung gegenüber den Ivabecueil zwangoläufig: in seiner Lege zu halten, und wobei Jedes elastische Element suierdeiu als üich-"ttuifc zwischen den: aabenxeil und der xraght-ixsttasse wirkt, mn den iiOhli'auia abzudichten, da£ui~G die ilüssickei"ü von holier Viskosität nicht entweichen iann.
2. 2. i)rehscmvingun=;saämpfer nech Anspruch 1, d&.curch gekennzeichnet , daß der Hohlraum (25) eine Bilikonflüssigkeix mit einer Viskosität vcn bis zu !,Killion ' Centistoke enthält.
3. 3- - Drehschv/inguiigsaämpfer n&c·^. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstimiselement (Ju, 32} aus Saturkautschule cesteht und mit einer überflgcaenschicm, aus einem bynthesekautschuli versehen ist, die von der üäupiungcflüsEigkeiT; chemisch nicht angegriffen wird.

   BADORlGtNAL
4. 4. urefcschwinguniiSQ-äniprer nach Anspruch 5, α?-durch

   - g e ir e r± η ζ e i c h rx e. ΐ , dall die Oberflächenschicht; "aus dem oyiithesekautschuk eine Dicke von etwa 0,1 mm hat *
5. 5. ürehsci v/inguniifcdämpf er nach einem der Ansprüche 1 bis 4, -dc'durcii ξ: e Ic & η η. ζ 6 :\ c η η e t , daß die .-.ragheitsmar.se &n ihr ei., umfang miö einer i.ei].rieE.eimut (5£; ver sehen ist, so daß sie als Kiemenscheibe v/ir:ven kann.
6. 6. ^rehschv/ingungsaämpfer nach Anspruch i>, dadurch .

   g e k e η η ν. ei c h η e t , daß die Abstimmelemente (yO, ik) mit den !«'lachen verbunden sind, an denen sie anliefen.

   BAD ORIGINAL

   10 9 8 5 0/1039

   Leerseire