DE2328702A1

DE2328702A1 - TORSIONAL VIBRATION DAMPER

Info

Publication number: DE2328702A1
Application number: DE19732328702
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Dr Kurr; Hermann Dipl Ing Dr Schilling
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1975-01-09
Also published as: BR7404641D0; DE7321086U; IT1013368B; FR2232704A1; GB1444837A

Description

PATENTANWÄLTIN
DR. HELGA WEISSENFELD 6940 Jf^f PATENT Attorney
DR.HELGA WEISSENFELD 6940 Jf ^ f

Dipl. Chemikerin 2328702 Telefon 06201-80-494 + 86I8Chemist 2328702 Telephone 06201-80-494 + 86I8

Telex 0465 531Telex 0465 531

H. Juni 1973 Hsch/Sch ON H. June 1973 Hsch / Sch ON

Anmelderin: Firma'Carl Preudenberg, WeinheimApplicant: Company'Carl Preudenberg, Weinheim

Torsional vibration damper

Die Erfindung bezieht sich auf ein Element zur Dämpfung von Torsionsschwingungen. Bei Antriebssystemen, die aus mehreren hintereinandergeschalteten Wellen und Drehmassen bestehen, treten durch wechselnde Drehmomente Torsiönsschwingungen auf, welche unter Umständen zu einer störenden Ungleiehförmigkeit der Drehbewegung führen. Ein solches System stellt z.B. der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges dar. Die wesentlichen Elemente dieses Systems sind die Motordrehmasse, Kurbelwelle, Getriebedrehmasse, Kardanwelle, Differentialdrehmasse, Antriebswelle, Reifen und schließlich die Fahrzeugmasse, welche über das Abrollen der RäderThe invention relates to an element for damping torsional vibrations. For drive systems that consist of consist of several shafts and rotating masses connected in series, torsional vibrations occur due to alternating torques which may lead to a disruptive irregularity in the rotational movement. One such System represents e.g. the drive train of a motor vehicle. The essential elements of this system are the engine torque, Crankshaft, gearbox rotating mass, cardan shaft, differential rotating mass, drive shaft, tires and finally the vehicle mass, which is determined by the rolling of the wheels

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in eine Drehmasse umgerechnet werden kann. Dieses Drehschwingungssystem besitzt mehrere Eigenfrequenzen, bei denen durch Anregung vom Motor her starke Schwingungen auftreten können. Bei diesem System machen sich Torsionsschwingungen bei Frequenzen zwischen ca. 2 und 2o Hz besonders störend bemerkbar, weil diese eine relativ große Schwingungsamplitude besitzen können und über die Räder in eine Längsschwingung des Fahrzeugs umgewandelt werden. Dies führt zu einer unangenehmen Rüttelbewegung in Fahrzeuglängsrichtung. Die Frequenzen dieser Schwingungen hängen von der Getriebeübersetzung ab, d.h., sie ändern sich mit der Stellung des Schaltgetriebes. Aufgabe der Erfindung war es, diese Torsionsschwingungen niedriger Frequenz (ca. 2 bis 2o Hz) zu dämpfen. Es wurden schon verschiedene versuche unternommen, um diese Torsionsschwingungen zu beseitigen oder wenigstens stark zu dämpfen.can be converted into a rotating mass. This torsional vibration system has several natural frequencies at which strong vibrations due to excitation from the engine may occur. In this system, torsional vibrations at frequencies between approx. 2 and 2o Hz are particularly important disturbing noticeable because these can have a relatively large oscillation amplitude and over the wheels can be converted into a longitudinal vibration of the vehicle. This leads to an unpleasant shaking movement in the longitudinal direction of the vehicle. The frequencies of these vibrations depend on the gear ratio, i.e. they change with it the position of the gearbox. The object of the invention was to reduce these torsional vibrations at a low frequency (approx. 2 to 2o Hz). Various attempts have been made to eliminate these torsional vibrations or at least to dampen strongly.

So wurden beispielsweise Versuche durchgeführt, indem man Antriebswellen mit hoher Torsionssteifigkeit einsetzte, um die Eigenfrequenzen in einen unkritischen Bereich zu verschieben. Durch den Einbau elastischer Kupplungen wurde versucht, das Schwingungssystem zu entkoppeln. Auch mit Reifen unterschiedlicher Torsionssteifigkeit wurde versucht, die übertragung der Torsionsschwingungen in Fahrzeuglängsschwingungen zu verhindern, um das Schwingungssystem zu beeinflussen, wurde auch schon mit unterschiedlicher Motoraufhängung gearbeitet. Durch Änderungen in der Steuerung der Verbrennungsvorgänge wurde versucht, die Anregung der Torsionsschwingungen auszuschalten. Alle diese Versuche haben nur zu geringfügigen Veränderungen in der Frequenz oder der Amplitude der Schwingungen geführt.For example, experiments have been carried out by Used drive shafts with high torsional rigidity, in order to shift the natural frequencies into an uncritical range. By installing flexible couplings, tries to decouple the oscillation system. Also with Tires of different torsional stiffness were tried the transfer of torsional vibrations into vehicle longitudinal vibrations to prevent the vibrational system too affect has also been done with different engine mounts worked. By changes in the control of the combustion processes, attempts were made to stimulate the To switch off torsional vibrations. All of these attempts resulted in only minor changes in the frequency or amplitude of the vibrations.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde das Problem durch Anwendung eines Resonanz schwingungsdämpfer gelöst, bei dem eine Drehmasse über eine Feder an das Torsionsschwingungssystem gekoppelt ist. Da bei dem oben beschriebenen Drehschwingungssystem relativ große Massenträgheitsmomente wie die Motordrehmasse und die in eine Drehmasse umgerechnete Fahrzeugmasse im Spiel sind, kann eine gute Schwingungsdämpfung nur erzielt werden, wenn die Drehmasse, die Eigenfrequenz und die Dämpfung des Resonanzschwingungsdämpfers exakt auf das zu dämpfende Torsionsschwingungssystem abgestimmt ist. Im Falle des oben beschriebenen Antriebsstranges von Kraftfahrzeugen war die Torsionseigenfrequenz des Resonanzschwingungsdämpfers auf einen bestimmten Wert festzulegen, der je nach Fahrzeugtyp im Bereich zwischen 2 und 2o Hz lag.According to the present invention, the problem was solved Application of a resonance vibration damper solved, in which a rotating mass is attached to the torsional vibration system via a spring is coupled. Since in the torsional vibration system described above, relatively large moments of inertia such as the engine rotational mass and the vehicle mass converted into a rotational mass are involved, good vibration damping can be achieved can only be achieved if the rotating mass, the natural frequency and the damping of the resonance vibration damper is precisely matched to the torsional vibration system to be damped. In the case of the drive train described above of motor vehicles was the natural torsional frequency of the resonance vibration damper to a certain value, depending on the vehicle type in the range between 2 and 2o Hz lay.

Die Schwierigkeit bei der Konstruktion eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einer solch niedrigen Eigenfrequenz liegt darin, daß einerseits eine weiche Feder benötigt wird, um die niedrige Eigenfrequenz zu erzielen, andererseits aber das Gewicht der Drehmasse abgestützt werden muß. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß das gesamte Drehschwingungssystem rotiert, im Automobilbau z.B. bis 8ooo Upm, so daß bei einer elastischen Abstützung der Drehmasse unzulässig hohe ünwuchten entstehen können.The difficulty in designing a torsional vibration damper with such a low natural frequency is that on the one hand a soft spring is required, to achieve the low natural frequency, but on the other hand the weight of the rotating mass must be supported. One Another difficulty is that the entire torsional vibration system rotates, e.g. up to 8ooo rpm in automobile construction, so that this is impermissible with elastic support of the rotating mass high imbalances can arise.

Die mit der Aufgabe verbundenen Schwierigkeiten wurden erfindungsgemäß mit einem Torsionsschwingungsdäinpfer gelöst, bestehend aus einem Anschlußteil ₃ einer Drehmasse und einem oder mehreren Federelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Federelementen und der Drehmasse bestimmte Torsionseigenfrequenz des Schwingungsdämpfers zwischen 2 und Hz liegt und die Drehmasse auf einer Lagerstelle radialThe difficulties associated with the task were solved according to the invention with a torsional vibration damper, consisting of a connecting part _{3 of} a rotating mass and one or more spring elements, characterized in that the natural torsional frequency of the vibration damper determined by the spring elements and the rotating mass is between 2 and Hz and the rotating mass is on a bearing point radial

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abgestützt und gegenüber dem Anschlußteil drehbar gelagert ist.is supported and rotatably mounted with respect to the connecting part.

Es hat sich gezeigt, daß z.B. bei der Anwendung im Kfz-Bau bei einer geeigneten Abstimmung der Eigenfrequenz, der Drehmasse sowie der Dämpfung der Federelemente nicht nur in einer Gangstellung, sondern in allen Gängen des Schaltgetriebes eine starke Dämpfung der störenden Torsions- und/oder Längsschwingungen unterschiedlicher Frequenz erzielt werden konnte. Durch die Abstützung der Drehmasse auf einer Lagerstelle wurde erreicht, daß die Drehmasse auch bei hohen Drehzahlen gut zentriert ist und im Betriebszustand keine unzulässigen Unwuchten auftreten. Auch die radiale Belastung durch'Fahrbahnstöße wird durch die Lagerstelle aufgenommen, ohne daß die Funktion des Torsionsschwingungdämpfers beeinträchtigt wird. Die Lagerstelle kann als Gleitlager oder als Wälzlager ausgeführt sein.It has been shown that, for example, when used in vehicle construction with a suitable adjustment of the natural frequency, the rotating mass and the damping of the spring elements not only in a gear position, but in all gears of the gearbox a strong damping of the interfering torsion and / or Longitudinal vibrations of different frequencies can be achieved could. By supporting the rotating mass on a bearing point, it was achieved that the rotating mass even at high Speeds is well centered and no impermissible imbalances occur in the operating state. Also the radial load through 'road bumps is absorbed by the bearing point, without affecting the function of the torsional vibration damper will. The bearing point can be designed as a plain bearing or as a roller bearing.

Als Federelemente können entweder Stahlfedern oder Gummifedern verwendet werden. Bei der Verwendung von Stahlfedern wirkt der Schwingungsdämpfer in erster Linie als Schwingungstilger und ist nur über einen engen Frequenzbereich wirksam. Es ist deshalb vorteilhaft, Gummifedern zu verwenden, die aufgrund ihrer höheren Werkstoffdämpfung über einen größeren Frequenzbereich eine gute Schwingungsdämpfung ermöglichen. Die Anfertigung von Schwingungsdämpfern, bei denen die Drehmasse und das Anschlußteil über Vulkanisation mit der Gummifeder verbunden ist und außerdem eine Lagerstelle zwischen Drehmasse und Anschlußteil angebracht ist, stößt auf fertigungstechnische Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten wurden dadurch gelöst, daß die Drehmasse zweiteilig ausgeführt wurde, wobei das eine Teil mit den Federelementen und das andere Teil mit der Lagerstelle verbunden ist, und beideEither steel springs or rubber springs can be used as spring elements be used. When using steel springs, the vibration damper acts primarily as a vibration damper and is only effective over a narrow frequency range. It is therefore advantageous to use rubber springs that enable good vibration damping over a larger frequency range due to their higher material damping. The manufacture of vibration dampers in which the rotating mass and the connection part are vulcanized with the rubber spring is connected and also a bearing point is attached between the rotating mass and connecting part, encounters manufacturing technology Trouble. These difficulties have been solved in that the rotating mass is made in two parts with one part being connected to the spring elements and the other part being connected to the bearing point, and both

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Teile z.B. über Verschraubung fest miteinander verbunden werden.Parts are firmly connected to one another, e.g. by screwing.

In Figur 1 bis 5 sind beispielhafte Tors ions schwingun rs dämpfer entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt.Torsional vibration dampers are exemplary in FIGS. 1 to 5 illustrated in accordance with the present invention.

Figur 1 zeigt einen Törsionsschwingungsdämpfer im Schnitt.Figure 1 shows a torsional vibration damper in section.

Das Anschlußteil 1 ist über das Federelement 2 mit Teil 3 verbunden. Die Teile 3 und 4 sind miteinander verschraubt und stellen die Drehmasse des Torsionsschwingungsdämpfers dar. Die Drehmasse 3» 4 wird auf der Lagersteile 5 gegenüber dem Anschlußteil 1 radial abgestützt.The connection part 1 is connected to part 3 via the spring element 2. Parts 3 and 4 are screwed together and represent the rotating mass of the torsional vibration damper. The rotating mass 3 »4 is on the bearing part 5 opposite the connection part 1 is supported radially.

Das Federelement 2 ist eine Torsionsfeder aus elastomerem Material, welche z.B. durch Vulkanisation mit den Teilen 1 und 3 verbunden ist. Da die Drehmasse zweiteilig ausgeführt ist, ergibt,sich für den Torsionsschwingungsdämpfer eine günstige Fertigungsmöglichkeit.The spring element 2 is a torsion spring made of elastomeric material, which, for example, by vulcanization with the parts 1 and 3 connected. Since the rotating mass is made in two parts, there is one for the torsional vibration damper cheap manufacturing possibility.

In Fig. 2 und 3 ist eine weitere Ausführung eines Torsionsschwingungsdämpfers dargestellt. Fig. 2 zeigt den Schwingungsdämpfer in der Ansicht, 'Fig. 3 stellt den Schnitt längs der Linie A-A von Fig. 2 dar.In Fig. 2 and 3 is a further embodiment of a torsional vibration damper shown. Fig. 2 shows the vibration damper in the view, 'Fig. 3 represents the section along the Line A-A of Figure 2.

Bei dieser Ausführung ist das Anschlußteil 6 über die Federelemente 7 mit Teil 8 verbunden. Die Teile 8 und 9 stellen zusammen die Drehmasse dar, welche über die Stege 9a auf der Lagerstelle Io abgestützt und gegenüber dem Anschlußteil 6 drehbar gelagert ist. Diese Ausführung hat den Vorteil, daß ein Lager mit kleinerem Durchmesser verwendet werden kann und daß die im wesentlichen radial verlaufenden FederelementeIn this embodiment, the connecting part 6 is on the spring elements 7 connected to part 8. The parts 8 and 9 together represent the rotating mass, which on the webs 9a the bearing point Io is supported and rotatably mounted with respect to the connection part 6. This design has the advantage that a bearing with a smaller diameter can be used and that the essentially radially extending spring elements

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überwiegend auf Biegung beansprucht werden, so. daß große Verdrehwinkel zwischen Anschlußteil und Drehmasse ermöglicht werden.are mainly subjected to bending, so. that enables large angles of rotation between the connection part and the rotating mass will.

Eine vorteilhafte Ausführung ähnlich Fig. 2 und 3 erhält man, indem man die Stege 9a der Drehmasse und die Federelemente 7 in Form von Lüfterblättern ausbildet. In diesem Falle stellt der Torsionssehwingungsdämpfer gleichzeitig das zur Kühlung von Kraftfahrzeugmotoren erforderliche Lüfterrad dar. Dadurch ergibt sich neben einem wirtschaftlichen Vorteil auch eine raumsparende Bauweise.An advantageous embodiment similar to FIGS. 2 and 3 is obtained by connecting the webs 9a of the rotating mass and the spring elements 7 in the form of fan blades. In this case, the torsional vibration damper is at the same time represents the fan wheel required for cooling motor vehicle engines. This results in an economical one Another advantage is a space-saving design.

Fig. k zeigt eine dritte Ausführung der Erfindung in der Ansicht, Fig. 5 stellt den Schnitt längs der Linie B-B von Fig. k dar. Bei dieser Ausführung bildet die Drehmasse 13 mit den Stegen 11a des Ansehlußteils 11 segmehtartige Zwischenräume 14.Fig. K shows a third embodiment of the invention in view, FIG. 5 shows the section along the line BB of FIG. K. In this embodiment, the rotary mass 13 forms with the webs 11a of the Ansehlußteils 11 segmehtartige spaces 14.

In diesen Zwischenräumen befinden sich die Federelemente des Torsionsschwxngungsdämpfers. Bei dieser Anordnung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Drehwinkelbegrenzung zwischen Anschlußteil 11 und Drehmasse 13. Die Drehmasse ist auf der Lagerstelle 15 gegenüber dem Anschluftteil 11 abgestützt.The spring elements of the torsional vibration damper are located in these spaces. With this arrangement results In an advantageous manner, a rotation angle limitation between connecting part 11 and rotating mass 13. The rotating mass is on bearing 15 opposite connection part 11 supported.

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Claims

Patent claims:

Tarsional vibration damper consisting of an ankle part, a rotating mass and one or more spring elements, characterized in that the rotating mass is connected to the connecting part via spring elements, the rotating mass being radially on a bearing point is supported and rotatably mounted with respect to the connection part and by the spring elements and the rotating mass certain natural torsional frequency is between 2 and 2a Hz.

Torsional vibration damper according to claim I _3, characterized in that the rotating mass consists of two parts firmly connected to one another and one part is connected to the spring elements, the other to the bearing point.

3. Torsional vibration damper according to claim 1 or 2, characterized in that the rotating mass is connected to the bearing guide via webs.

* f. Tarsional vibration damper according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the spring elements in: essential radial between the connection part and the rotating mass are arranged.

5. TaxFsionsschwingungsdämpf he according to one of claims 1 to 4, characterized in that the webs and / or the spring elements are designed in the form of fan blades are.

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6. Torsxons vibration damper according to one of the claims

1 to 3s characterized in that rotating mass and connecting part Form segments and the spring elements are attached in the segments.

7. Use of a torsional vibration damper according to claim 1 to 6 for damping longitudinal vibrations in vehicles, especially in vehicle construction.

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