DE2507253B2 - Einrichtung zur Unterdrückung störender Biegeschwingungen bei einer Anordnung mit einer gelagerten gestreckten Welle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Unterdrückung störender Biegeschwingungen bei einer Anordnung mit einer gestreckten Welle und zumindest einem diese mit Lagerspiel aufnehmenden Lager. Wie sich gezeigt hat, neigen in dieser Weise angeordnete Wellen, wie sie sich beispielsweise in Verbindung mit Getrieben in Kraftfahrzeugen finden, bei ihrer umlaufenden Bewegung zu Biegeschwingungen oder — bei kurzem Abstand zwischen den Lagern — zu Klapperschwingungen, was nicht nur zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung, sondern auch zu Beschädigungen im Bereich der Lager führen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß diese Nachteile mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand vermieden sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Lager zwischen der Welle und einer diese konzentrisch umgebenden Wand eine in allen radialen Richtungen derart dauerelastische Vorrichtung eingespannt ist, daß sie die Eigenfrequenz der Welle in einen oberhalb des Betriebsbereichs liegenden Frequenzbereich verlegt. Die Erfindung sieht also zusätzlich zu den üblicherweise vorhandenen und in üblicher Form ausgebildeten Lagern eine Vorrichtung vor, die sich infolge ihrer in allen radialen Richtungen vorhandenen Diiuerelastizität auch über lange Betriebszeiten, wie sie beispielsweise bei Kraftfahrzeugen auftreten, selbst

zentriert und deren Elastizität so gewählt ist, daß durch Einbringen einer zusätzlichen Steife in das zu Schwingungen neigende System die Eigenfrequenz der Welle in einen unkritischen Frequenzbereich hinauftransformiert wird. Man kann die Erfindung im Prinzip auch so beschreiben, daß der radiale Freiheitsgrad der Welle, der durch das Lagerspiel bedingt ist, definiert eingeschränkt wird.

Wenn auch die erfindungsgemäßen Maßnahmen eine ο Dämpfung der Schwingungsneigung bzw. der Schwingungen mit sich bringen können, ist die primäre Wirkung doch in der beschriebenen Frequenztransformation zu sehen. Dies unterscheidet die Erfindung von beispielsweise aus der DE-AS 11 87 500 bekannten ο Maßnahmen, die sich übrigens im Gegensatz zur Erfindung auf durch Einspannungsmomente gekrümmte, also nicht gestreckte, Wellen beziehen. Durch die aufgezwungene Durchbiegung wird bei der bekannten Konstruktion die kritische Drehzahl erster Ordnung in i> einen Bereich verlegt, der im allgemeinen von den Betriebsdrehzahlen nicht mehr erreicht wird Dagegen wird die Lage der zweiten kritischen Drehzahl, wie in der Auslegeschrift ausgeführt, durch die Krümmung der Welle nur unwesentlich beeinflußt. Aus diesem Grunde > wird die Welle etwa an den Stellen der größten Schwingungsausschläge gelagert, wobei die Lagerung über Kugellager erfolgen kann, die mittels zwei sich diametral gegenüberliegender Gummipfropfen in einem Rohr gehalten sind. Eine derartige Anordnung versagt ι bei rotationssymmetrischen Bewegungen, wie sie bei einer gestreckten Welle auftreten, und erfordert eine Einstellung der Lagerteile. Demgegenüber stellt die im Rahmen der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehene Vorrichtung kein eigentliches Lager dar, sondern ' sie trägt allenfalls in gewissem Maße zur Aufnahme der Lagerkräfte bei, wenn sie an einem mit einer üblicher. Lagerfläche versehenen Lager angeordnet ist.

Dies unterscheidet die Erfindung auch von der aus der DE-PS 11 60 310 bekannten schwigungsabsorbierenden Mittellagerung einer Welle, bei der ein ringförmiges, inneres Gehäuse des Lagers über elastische Teile gehalten ist. Das Prinzip der Erfindung beruht gerade in einer Verringerung der Wirkung des Lagerspiels auf die Welle; dieses Prinzip läßt sich verständlicherweise nur mit einer Vorrichtung realisieren, die zusätzlich zu dem eigentlichen Lager vorhanden ist.

Entsprechendes ist auch auszuführen zu der DE-PS 3 08 344, die ein Lager beschreibt mit einer Lagerschale und Lagermetall, zwischen denen ringförmig ein federndes Wellblech angeordnet ist.

Die DE-OS 17 55 860 beschreibt eine Hinterachs-Antriebswelle für Kraftfahrzeuge mit Schwingungstilgern zur Unterdrückung von Biegeschwingungen. Bei der Konstruktion nach der US-PS 35 04 573 werden zum selben Zweck an einer ganz bestimmten Stelle der Kraftübertragung Zusatzgewichte angebracht. Bei beiden Konstruktionen erfolgt nur in geringem Maße eine Frequenzverschiebung; primär ist eine Bekämpfung der Biegeschwingungen durch gegenphasige Schwingungen. Abgesehen davon, daß Schwingungstilger infolge ihres Platzbedarfs häufig nicht einsetzbar sind, müssen sie sehr genau auf die zu bekämpfenden Frequenzen abgestimmt sein, was häufig aus Toleranzgründen nicht möglich ist. Außerdem entstehen beim Einsatz eines Schwingungstilgers, der selber ein schwingendes System darstellt, zwei Frequenzseitenbänder, d. h. die Bekämpfung der unerwünschten Schwingungen ist mit der Erzeugung weiterer Schwingungen verbunden. Alle

diese Nachteile vermeidet die erfindungsgemäße Vorrichtung, die eine Verstimmung des zu störenden Schwingungen neigenden Systems in seiner Gesamtheit sicherstellt.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäß vorgesehenen Vorrichtung, insbesondere ihre radiii!e Steifigkeit, richtet sich verständlicherweise nach dem jeweiligen Anwendungsfall. Sie können abgestimmt werden durch Wahl der Querschnittsform der vorzugsweise als Ring ausgebildeten Vorrichtung, der Materialdicke und der sich in Richturg der Achse der Welle erstreckenden Höhe der Vorrichtung sowie der Form etwa vorhandener versteifender Einlagen. Bei der Materialwahl wird man auch darauf achten, daß zumindest eine Mantelfläche so verschleißfest ausgeführt ist, daß die Vorrichtung die im Betrieb auftretenden Relativbewegungen zwischen dieser Mantelfläche und dem auf ihr aufliegenden Teil — Welle bzw. Wand - über lange Zeit aushält.

Dei Ring kann beispielsweise im Querschnitt mäanderförmig aus Flachmaterial geformt seiii, das im Bereich derjenigen Teiiflächen, die zusammen zumindest eine der Mantelflächen bilden, mit Gleitmaterialien beispielsweise Bronzen oder einem verschleißfesten Kunststoff, belegt ist.

Insbesondere in den Fällen, in denen der Ring ein durch ringförmige Einlagen versteifter Kunststoffring ist, wird eine zusätzliche Dämpfung durch das Ringmaterial auftreten, die zur Beruhigung der Welle beiträgt. Das ändert aber nichts daran, daß auch bei einer derartigen Konstruktion die erwähnte Frequenzverschiebung auftritt.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale werden im folgenden anhand der drei figürlich dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt F i g. 1 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich eines Lagers, während F i g. 2 den in F i g. 1 mit 11-11 bezeichneten Radialschnitt wiedergibt. Die Fig.3 und 4 zeigen Querschnitte durch andere Ausführungsbeispiele der im Rahmen der Erfindung eingesetzten Vorrichtung.

Betrachtet man zunächst das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, so ist dem Lagerbereich 1 der allgemein mit 2 bezeichnneten Welle ein Lager mit der Lagerfläche 3 zugeordnet. Wie durch den Abstand a (siehe F i g. 2) angedeutet, besteht ein kleines Lagerspiel, dessen Größe sich nach längerer Betriebszeit geändert haben kann. Dieses Lagerspiel kann Anlaß zu einer unerwünschten Schwingungsneigung geben, die zu bekämpfen Aufgebe der Erfindung ist. Zu diesem Zweck ist in der umlaufenden Nut 4 in der Welle eine hier durch einen mäanderförmigen Ring 5 gebildete Vorrichtung vorgesehen. Dieser Mäanderring ist so dimensioniert, daß seine inneren Teilumfangsflächen 6 unter Vorspannung auf dem Boden der Nut 4 aufliegen, dagegen seine äußere Teilumfangsflächen 7 ebenfalls mit Vorspannung auf einer Verlängerung der äußeren Lagerfläche 3 aufliegen. Der mäanderförmige Ring 5 besteht aus einem entsprechend geformten Flacbmaterial, beispielsweise Metall, das zumindest im Bereich der inneren und/oder äußeren Teilmantelfläche 6 und 7 aus Verschleißgründen mit einem Gleitmaterial belegt ist. Die Konstruktion ist so gewählt, daß eine zur Verlegung der Eigenfrequenz der Welle 2 aus dem Betriebsbereich geeignete radiale Steifigkeit, und zwar in allen radialen Richtungen, erzielt wird. Zur Aufnahme der Lagerkräfte trägt die Vorrichtung 5 allenfalls unwesentlich bei.

Die Fig. 3 und 4 zeigen weitere mögliche Ausführungsforrnen für ringförmige Vorrichtungen in der Form, die sie vor dem Einbau einnehmen. Bei beiden Konstruktionen enthält der Ring einen rotationssymmetrischen Kunststoffkörper 10 bzw. 20, wobei die in Fig. 3 dargestellte Konstruktion ballige innere und äußere Mantelflächen 11 bzw. 12, dagegen mit nnnenförmigen Bereichen 13 und 14 versehene Stirnflächen besitzt, während die entsprechenden Flächen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 eben sind. Jede dieser beiden Ausführungsformen enthält ringförmige Einlagen 15 und 16 bzw. 21 und 22, die im Querschnitt sirhelähnlich vorgeformt sind. Die in jeweils einem der Ringe enthaltenen Einlagen sind so angeordnet, daß sie in gegenläufigen Richtungen vorgeformt sind. Bei der Ausführung nach F i g. 3 sind die Kanten der ringförmigen Einlagen 15 und 16 einander abgekehrt, dagegen bei der Ausführungsform nach F i g. 4 die Kanten der Einlagen 21 und 22 einander zugekehrt.

Verständlicherweise ließe sich noch eine Vielzahl von Konstruktionen angeben, die die gewünschte Dauerelastizität in radialen Richtungen sicherstellen. Im Gegensatz zu einem üblichen Lager vermeidet die erfindungsgemäß vorgesehene Vorrichtung durch Vorspannung ein Lagerspiel.

Die Vorrichtung braucht nicht notwendigerweise im Bereich eines Lagers angeordnet zu sein, wie dies in dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 2 und 3 angenommen ist. Zur Erzielung der gewünschten Schwinguingstransformation kann die Vorrichtung auch an einer anderen Stelle der Welle angreifen.

Man wird die Kunststoffringe mit Hohlräumen zur Erzielung der gewünschten Dauerelastizität versehen. Die ringförmigen Einlagen bzw. den mäanderförmigen Ring wird man mit einem radialen Schlitz versehen.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind Federn vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Welle verteilt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Unterdrückung störender Biegeschwingungen bei einer Anordnung mit einer gestreckten Welle und zumindest einem diese mit Lagerspiel aufnehmenden Lager, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Lager zwischen der Welle (2) und einer diese konzentrisch umgebenden Wand (3) eine in allen radialen Richtungen derart dauerelastische Vorrichtung (5) eingespannt ist, daß sie die Eigenfrequenz der Welle (2) in einen oberhalb des Betriebsbereichs liegenden Frequenzbereich verlegt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (5) am Lager (1, 3) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (3) eine Fortsetzung einer Lagerflpche des Lager ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch einen Ring (5) gebildet ist, der zumindest im Bereich einer seiner.Mantelflächen verschleißfest ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (5) im Querschnitt mäander- . förmig aus Flachmaterial geformt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring ein durch ringförmige Einlagen (15,16) versteifter Kunststoffring (10) ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlagen (15,16) in Längsschnitten durch den Ring (10) sichelähnlich vorgeformt sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einlagen (15, 16) vorhanden und in entgegengesetzten Richtungen vorgeformt ; sind.