DE2521107A1

DE2521107A1 - Drehschwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2521107A1
Application number: DE19752521107
Authority: DE
Inventors: Jun Sanford Allen Mcgavern
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1974-05-15
Filing date: 1975-05-13
Publication date: 1975-11-27
Also published as: DE2521107C2; ES437688A1; FR2271455A1; AU8059275A; GB1464102A; AR204137A1; JPS50155875A; SE429893B; BR7502941A; CA1008273A; US3901101A; SE7505530L

Description

G 49 863 -su

Firma WALLACE-MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, NEW YORK, N.Y. (USA)

Drehschwingungsdämpfer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungsdämpfer mit einem ringförmigen Trägheitsglied, das durch ein ringförmiges elastisches bzw. Elastomer-Glied mit einer Drehwelle gekoppelt ist. Ein solcher Drehschwingungsdämpfer ist im US-Patent 3 o77 123 beschrieben.

Drehschwingungs- oder Torsionsdämpfer werden in mechanischen Anlagen oder Vorrichtungen benutzt, bei denen eine Welle impulsartig Drehbeschleunigungen oder -dämpfungen bzw. -bremsungen ausgesetzt ist. Sie werden in großem Umfang in der Automobilindustrie für Kolbenverbrennungsmaschinen bei Personenwagen und größeren Fahrzeugen eingesetzt, wobei die Vibrationen der Antriebs- oder Kurbelwelle hauptsächlich durch die Drehmomentimpulse erzeugt werden, die durch die Kolbenhübe in den verschiedenen Zylindern auf die Welle ausgeübt werden. Derartige Dämpfungsvorrichtungen sind auch bei einer Verbrennungsmaschine vom Drehkolbentyp verwendbar, bei dem ebenfalls auf die Antriebswelle einzelne Drehmomentstoße ausgeübt werden. Eine übliche Form derartiger Dämpfungsvorrichtungen ist im obigen US-Patent dargestellt und hat im allgemeinen ein äußeres oder Trägheitsglied, das in Form eines Rings beträchtlicher Masse ausgebildet ist. Der innere Teil des Rings ist an einem elastischen oder Elastomer-Ring befestigt, der seinerseits an

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einer Nabe oder einem anderen Element festgelegt ist, welches mit der sich drehenden Drehwelle verbunden ist. Wenn sich die Drehwel· Ie dreht, führt jedes zusätzliche Drehmoment, wie es durch eine schnelle Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder verursacht wird, zu einer leichten Beschleunigung des an den Kurbelarm angrenzenden Metalls. Wenn dieses aufgrund seiner natürlichen Elastizität oder Federeigenschaft zurückkehrt, dreht es sich etwas in der entgegengesetzten Richtung. Diese zwei Kräfte führen zu einer Drehschwingung in der Welle. Während des Betriebes einer typischen Verbrennungsmaschine dreht sich die Welle ständig mit großer Drehzahl, wobei sie gleichzeitig Torsionsschwingungen mit ziemlich kleiner Winkelamplitude ausführt. In einem typischen Fall einer Torsionsschwingung dreht sich die Maschinenkurbelwelle mit einer Drehzahl von 3ooo U/min, und es treten gleichzeitig Drehschwingungen mit einer Amplitude von o,25 bis l,o Grad bei einer Frequenz von 15o bis 25o Schwingungen pro Sekunde auf.

Solche Torsions- oder Drehschwingungen führen im unkontrollierten Zustand vielfach zu einem Ausfallen der Antriebswelle, was insbesondere dann gilt, wenn eine der Resonanzfrequenzschwingungstypen der Welle mit der bestimmten Zündfrequenz der Maschine zusammenfällt. Der im obigen US-Patent dargestellte Typ eines Drehschwingungsdämpfers, auf den sich die vorliegende Erfindung bezieht, soll die Drehschwingungsenergie wirksam in Wärmeenergie im elastomeren bzw. elastischen Material umwandeln. Die im Elastomer während des Betriebes erzeugte Wärme führt zu einem Ansteigen der Temperatur desselben. Es ist in diesem Zusammenhang auch schon bekannt, metallische Hülseneinsatzglieder im Elastomer anzuordnen, um die Wärme aus dem Inneren desselben nach außen zu leiten und hierdurch seine Funktion zu verbessern.

Es wurde festgestellt, daß ein Betrieb bei sehr hohen Temperaturen, beispielsweise im Bereich von 121 - 175°C (25o-35o F), zu einem Ausfallen oder Reißen bzw. Brechen des Elastomer-Materials führt. Es wird angenommen, daß viele, wenn nicht sogar alle, Ausfälle auf der Entstehung kleiner Risse oder Brüche im Elastomer-Material als Ergebnis einer Schwächung des Materials infolge ho-

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her Temperaturen auftreten. Dieser Temperaturanstieg aufgrund der Hysterese im Gummi- oder Kautschukmaterial ist besonders kritisch bei der normalen Anbringung des Drehschwingungsdämpfers an der Vorderseite der Maschinenkurbelwelle im heißen, vom Kühler kommenden Luftstrom.

Bei einem normalen Lebensdauerablauf wird erwartet, daß das elastische Glied des Dämpfers über.5ooo Betriebsstunden der Maschine arbeitet und in dieser Zeit 3 bis 4 Billionen Biege- und Energievernichtungs- bzw. -Umwandlungszyklen unterliegt. Die Elastomere, die am besten Temperaturextreme aushalten können, sind relativ schlecht oder weich, wenn sie fortgesetzten Biegebelastungen unterworfen werden.

Erfindungsgemäß soll ein Drehschwingungsdämpfer der genannten Art geschaffen werden, der unter Vermeidung der obigen Nachteile hinsichtlich der Ermüdungslebensdauer des elastischen bzw. Elastomer-Materials verbessert ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Drehschwingungsdämpfer der genannten Art vorgeschlagen, der sich auszeichnet durch eine tuch- oder gewebeartige Verstärkung, die im elastischen Glied angeordnet ist und eine Bindung mit diesem aufweist. Die innenliegende Verstärkung mit einem tuch- oder gewebeartigen Gebilde verhindert ein Ausbreiten von Rissen oder Brüchen im Elastomer-Material, was zu einem thermischen Ermüdungsausfall führt. Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird ein tuch- oder gewebeartiges Gebilde in das Elastomer-Glied eingeformt oder -gegossen. Wenn ein thermisch leitendes tuch- oder gewebeartiges Gebilde benutzt wird, erfolgt zusätzlich eine Ableitung der Wärme aus dem Inneren des Elastomer-Materials - zu den Seiten des Dämpfers, wo die Wärme leichter abgeführt werden kann. Damit wird eine Senkung der Temperatur des Elastomer-Materials begründet. Durch Verwendung der tuch- oder gewebeartigen Einsätze wird ferner die dynamische Kompressionsfederkonstante vergrößert.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: - 4 -

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Figur 1 - einen erfindungsgemäßen Drehschwingungs- bzw. Torsionsdämpfer in Teilschnittdarstellung,

Figur 2 - in schematischer Teilansicht eine Zwischenstufe beim Herstellen eines elastischen Einsatzes für den Dämpfer aus Figur 1/

Figur 3 - in einer Figur 1 ähnelnden Ansicht eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung und

Figur 4 - in einer Figur 1 ähnelnden Ansicht eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung.

In den Figuren bezeichnet die Hinweiszahl Io ein Trägheitsglied, das in Form eines Rings ausgebildet und im Bereich seiner Innenfläche mit einem Ring 12 aus elastischem Material verklebt und/ oder auf diesem aufgepreßt ist. Das elastische Material kann ein Silikonkautschuk sein oder die Typen SBR oder EP oder dergleichen darstellen. Der radial innenliegende Teil des Rings 12 ist zwischen dem Trägheitsglied Io und einer Nabe 14, die von einer einer Drehschwingung unterworfenen drehbaren Welle 16 getragen wird, ein geklebt oder gepreßt. Die Welle kann beispielsweise die Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine sein. Die Klebung zwischen dem elastischen Material und den zwei erwähnten Elementen ist für den Fall, daß sie benutzt wird, durch die Hinweiszahlen 22 und 24 belegt. Die Hinweiszahl 26 bezeichnet ein im elastischen Material in Umfangsrichtung angeordnetes tuch- oder gewebeartiges Gebilde.

In Figur 2 verläuft das tuch- oder gewebeartige'Gebilde 26 in Umfangsrichtung um eine Hülse aus elastischem Material. Das Gebilde 26 kann aus Nylonsträngen mit einem Durchmesser von o,4l mm (o,ol6 '') bestehen, die voneinander den gleichen Abstand aufweisen. Die Nylonstränge, beispielsweise Nylon 66, sind beschichtet und mit Naturgummi kalandriert (calendared). Das Gebilde hat keine Schußfäden (fill threads), sondern nur Kettfaden (warp threads), die durch kurze unterbrochene Fasern aus einem Kunststoff wie Nylon unter Abstand gehalten werden, wobei diese Fasern radial zu den Strängen (unter rechten Winkeln zur Strangoberfläche) ausgerichtet sind, was allgemein als Beflockung (flock) bekannt ist. Bei einem Herstellverfahren wird nunmehr eine Schicht aus elasti-

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schem Material um die Hülse und Stränge unter Einbettung der Stränge gewickelt. Die Anordnung wird in eine Preßform gebracht, in der in bekannter Weise durch Wärme und Druck der tuch- oder gewebeverstärkte Ring 12 gebildet wird. Der Ring kann radial gepreßt und dann in den Ringspalt zwischen dem Trägheitsglied und der Nabe eingeführt werden. Oder es kann auch eine Klebmittelbindung verwendet werden, was ebenfalls bekannt.ist.

Es wurde festgestellt, daß die radiale Federkonstante für derart gebildete Torsionsdämpfer etwa um loo % bei jeder tuch- oder gewebeartigen Schicht zunimmt, während das Scher- oder Torsionsmaß unverändert bleibt. Bei einem Torsionsdämpfer, der in ähnlicher Weise wie oben beschrieben hergestellt wurde, arbeitete das Versuchsstück zufriedenstellend bis 19o°C (375°F), Danach traten Fehler auf, und das Klebmittel der Gummi- oder Kautschukbeschichtung auf den Fäden aus Nylon 66 verlor seine Klebwirkung. Es traten relativ wenige Ablösungen oder Anrisse an den Ecken der Anordnung auf, die jedoch nicht in den elastischen Ring 12 über das tuch- oder gewebeartige Gebilde fortschritten, so daß die Rißbildung unterbrochen wurde. Ein unter denselben Bedingungen getesteter Dämpfer ohne ein tuch- oder gewebeartiges Gebilde 26 fiel vergleichsweise bei einer Temperatur bei 135 C (275 F) aus.

Wie es in Figur 3 dargestellt ist, kann die tuch- oder gewebeartige Verstärkung 26' auch die Form einer Hülle, beispielsweise eines abgeflachten Torus, annehmen. Nach Figur 4 kann das tuch- oder gewebeartige Gebilde ferner ein Metallnetz oder -gitter sein, deren seitliche Ketteile sich über die Kanten des elastischen Rings 12 erstrecken. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Metallnetz mit Schußsträngen versehen, die auch dazu dienen, die Wärme aus dem Inneren des elastischen Rings zu leiten. Es ist nicht notwendig, daß sich die äußeren Metallnetzstränge über die Seiten des elastischen Rings hinaus erstrecken. In Anpassung an bestimmte Erfordernisse können selbstverständlich auch die Anzahl der tuch- oder gewebeartigen Schichten sowie ihr Aufbau und ihre Zusammensetzung geändert werden.

- Patentansprüche -

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Claims

- 6 Patentansprüche

l.j Drehschwingungsdämpfer mit einem ringförmigen Trägheitsglied, das durch ein ringförmiges elastisches bzw. Elastomer-Glied .mit einer Drehwelle gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26, 26', 26o), die im elastischen Glied (12) angeordnet ist und eine Bindung mit diesem aufweist.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Glied (12) ringförmig ist und daß die tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26, 26', 26o) in Umfangsrichtung desselben verläuft.
3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26, 26', 26o) im Bereich des mittleren Radius des elastischen Gliedes (12) angeordnet ist.
4. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tuch- oder gewebeartige Verstärkung aus der Stoffgruppe Baumwolle, Nylon, Polyester, Rayon, Glas, Metall ausgewählt ist.
5. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26, 26', 26o) nur Kettstränge aufweist.
6. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26') in Form eines abgeflachten Torus ausgebildet ist, um hierdurch im Querschnitt eine Hülle zu bilden.
7. Dämpfer nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine tuch- oder gewebeartige Verstärkung (26o) aus Metall, dessen Kanten sich über die Seiten des elastischen Gliedes (12) erstrecken.

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