DE2621787C2 - Torsional vibration damped drive shaft - Google Patents
Torsional vibration damped drive shaftInfo
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Description
6060
Die Erfindung betrifft eine drehschwingungsgedämpfte Antriebswelle gemäß dem gattungsbildenden Teil des Hauptpatentanspruches.The invention relates to a torsional vibration damped drive shaft according to the generic type Part of the main patent claim.
Durch die DE-PS 9 72 239 ist beispielsweise ein drehelastisches Gelenk bekannt, Welches aus einem polygonalen inneren, Rohrteil und einem konzentrisch hierzu angeordneten, ebenfalls polygonalen äußeren Rohrteil mit gleicher Eckenzahl besteht. Zur drehelastischen Verbindung beider Rohrteile dient eine der Eclkenzahl entsprechende Anzahl von· Gummiwalzen, die einerseits an den Flächen des inneren Rohrteiles und andererseits im Bereich der abgerundeten Ecken des äußeren Rohrteiles anliegen. Zum Ausgleich von Feirtigungstoleranzen sowie zur Vermeidung eines Spielsitzes sind die Gummiwalzen vielfach mit einer radialen Druckvorspannung zwischen deu beiden Rohrteilen eingepreßt. Die Größe der Druckvorspannung beeinflußt darüber hinaus die Federkennlinie des drehelastischen Gelenkes. Aus fertigungstechnischen Gründen sind bisher jedoch solche Druckfedern nur mit relativ kurzer axialer Baulänge zum praktischen Einsatz gekommen. Das axiale Einpressen von Gummiwalzen in die zwischen den beiden Rohrteilen gebildeten Hohlräume ist wegen der in axialer Richtung zunehmenden Reibung an den Berührungsflächen nur bis zu iünem von der Festigkeit des Gummiwerkstoffes abhängigen Grenze möglich. Auch ist die Längsteilung des äußeren Gelenkteiles gemäß der DE-PS 9 72 239 dann keine brauchbare Lösung zur Erzeugung einer radialen Vorspannung auf die Gummisäulen, wenn das System höheren Drehzahlen ausgesetzt wird und somit die Schraubenverbindung zu einer Unwucht in dem rotierenden System führtFrom DE-PS 9 72 239, for example, a torsionally flexible joint is known, which consists of a polygonal inner, pipe part and a concentrically arranged, likewise polygonal outer part Pipe part with the same number of corners exists. One of the is used for the torsionally flexible connection of the two pipe parts Eclkenzahl corresponding number of · rubber rollers, on the one hand on the surfaces of the inner pipe part and on the other hand, rest in the area of the rounded corners of the outer pipe part. To compensate for Feirtigungstoleranzen as well as to avoid a backlash, the rubber rollers are often with a radial pressure bias between the two Pressed in pipe parts. The size of the compressive preload also influences the spring characteristic of the torsionally elastic joint. For manufacturing reasons, however, such compression springs have only been available so far relatively short axial length came into practical use. The axial pressing in of rubber rollers in the cavities formed between the two pipe parts is due to the increasing in the axial direction Friction on the contact surfaces only up to a maximum of the strength of the rubber material dependent limit possible. Also is the longitudinal division of the outer Joint part according to DE-PS 9 72 239 then no useful solution for generating a radial Preload on the rubber columns when the system is exposed to higher speeds and thus the Screw connection leads to an imbalance in the rotating system
Des weiteren is- durch die DE-OS 24 49 198 ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere eine drehschwingungsdämpfende Antriebswelle bekannt, die aus zwei muffenartig ineinander steckbaren Wellenteilen mit polygonalem Querschnitt besteht, wobei die Kanten der beiden Wellenteile gegeneinander versetzt angeordnet sind. Zwischen den Kanten des äußeren Wellenteiles und den Flächen des inneren Wellenteiles erstrecken sich das Drehmoment übertragende Gummiwalzen, die in radialer Richtung druckvorgespannt sind. Nachteilig an einer solchen Konstruktion ist zu bemerken, daß die Gummiwalzen bereits unter Druckvorspannung zwischen die beider Wellenteile eingebracht werden müssen und somit keine größeren Strecken, wie sie zum Beispiel bei Kardanwellen auftreten, überbrückt werden können. Durch diese Maßnahme können lediglich axial kurze Wellenteile, oder längere Wellenteile lediglich in ihren Endbereichen miteinander verbunden werden.Furthermore, DE-OS 24 49 198 is a Torsional vibration damper, especially a torsional vibration damper Drive shaft known, which consists of two sleeve-like plug-in shaft parts with a polygonal cross-section, the edges of the two shaft parts being offset from one another are. Between the edges of the outer shaft part and the surfaces of the inner shaft part extend the torque-transmitting rubber rollers which are pressure-prestressed in the radial direction. A disadvantage of such a construction is to be noted that the rubber rollers are already under pressure between which both shaft parts have to be inserted and therefore no larger ones Lines such as those that occur with cardan shafts, for example, can be bridged. Through this Measure can only be axially short shaft parts, or longer shaft parts only in their end areas be connected to each other.
Weiterhin ist durch die DE-AS 22 50 890 ein Drehschwingungsdämpfer für Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen bekannt, der im wesentlichen aus einer Nabe, einem Schwungring und einer radial zwischen beiden angeordneten druckvorgespannten Gummischicht besteht. Dieser Drehschwingungsdämpfer ist an sich ein Drehschwingungstilger, der ausschließlich mil seiner Nabe mit der Kurbelwelle verbunden ist. Ein solcher Tilger dient ausschließlich dem Abbau von der Rotationsbewegung der Kurbelwelle überlagerten, von wechselnden Verbrennungs- und Kompressionsbelastungen des Motors abhängigen, schwingenden Drehbe wegungen. Das gesamte vom Motor abgegebene Drehmoment wird dabei nicht über den Tilger geleitet.Furthermore, DE-AS 22 50 890 discloses a torsional vibration damper for crankshafts of internal combustion engines known, which consists essentially of a hub, a flywheel and a radial between two arranged pressure-biased rubber layer. This torsional vibration damper is on a torsional vibration damper that is exclusively based on mil its hub is connected to the crankshaft. Such a damper is used exclusively for the dismantling of the Rotational movement of the crankshaft superimposed by alternating combustion and compression loads the engine dependent, oscillating Drehbe movements. The entire output from the engine Torque is not passed through the absorber.
Ausgehend von der DE-OS 24 49 198 ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin zu sehen, daß eine unwuchtfreiej insbesondere eine eine axial relativ lange Abmessung aufweisende drehschwin* gungsgedämpfte Antriebswelle geschaffen Wird, die durch bloßes ineinanderfügen einzelner Teile leicht herstellbar ist, ein möglichst geringes Eigengewicht aufweist und trotzdem eine hohe Dämpfwirkung besitzt.Based on DE-OS 24 49 198 is the The object underlying the invention is to see that an imbalance-free, in particular one axially relatively long dimension having torsional vibration damped drive shaft is created, which can be easily produced by simply joining individual parts, with the lowest possible weight and still has a high damping effect.
Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß darinAccording to the invention, this object is achieved therein
zu sehen, daß im unbelasteten Zustand der Antriebswelle die Kanten der Wellenteile jeweils in einer gemeinsamen durch die Wellenachse gehenden Ebene liegen, und daß die Gummikörper ausschließlich im jeweils mittleren Umfangsbereich zwischen je zwei Kantenpaaren an beiden Wellenteilen anliegen.to see that in the unloaded state of the drive shaft the edges of the shaft parts each in a common plane passing through the shaft axis lie, and that the rubber body exclusively in the middle circumferential area between each two Pairs of edges are in contact with both shaft parts.
Die erfindungsgemäße J ,ösung basiert somit auf der Verwendung eines bekannten drehelastischen Gelenksystemes als Drehschwingungsdämpfer für Wellen und dergleichen mit der Maßgabe, daß der beziehungsweise die Gummikörper erst nach der Montage in die als Wellenteile dienenden Umschließungskörper durch radiales Verformen mindestens eines der Wellenteile druckvorgespannt sind. Dies hat den Vorteil, daß die Gummikörper zunächst ohne Vorspannung leicht in die Räume zwischen den beiden Wellenteilen eingefügt werden können, wodurch jede axiale Baulänge möglich ist Die Wellenteile sind vorzugsweise rohrförmig ausgebildet so daß das gesamte System ein relativ kleines Eigengewicht und damit niedriges Schwungmoment aufweistThe solution according to the invention is thus based on the use of a known torsionally elastic joint system as a torsional vibration damper for shafts and the like with the proviso that the or the rubber body only passes through after assembly in the enclosing body serving as shaft parts radial deformation of at least one of the shaft parts are pressure prestressed. This has the advantage that the The rubber body is initially easily inserted into the spaces between the two shaft parts without any pretensioning can be, whereby any axial length is possible The shaft parts are preferably tubular designed so that the entire system has a relatively small weight and thus a low moment of inertia having
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß ist als Gummikörper ein koaxial das inner-· Wellenteil umschließender Gummischlauch vorgesehen, der im Bereich der Kanten beider Wellenteile nur an einem Wellenteil anliegt Natürlich können als Gummikörper auch Gummiwalzen Verwendung finden, wie sie zum Beispiel in der DE-OS 24 49 198 beschrieben worden sind.According to a further idea of the invention, the inner shaft part is a coaxial rubber body Enclosing rubber hose provided, which in the area of the edges of both shaft parts only on one Of course, rubber rollers can also be used as rubber bodies, such as those used for Example in DE-OS 24 49 198 have been described.
Neben der Verwendung von mehreren, der Eckenzahl der Wellenteile entsprechenden Anzahl von einzelnen Gummikörpern wird zum Zwecke der vereinfachten Fertigung vorgeschlagen, die einzelnen Gummikörp-.r durch einen einzigen Gummikörper zu ersetzen und diesen in Form eines Gummischlauches den inneren Wellenteil koaxial umschließen zu lassen. Zur Vermeidung der Kerbwirkung der Ecken des inneren Wellenteiles in bezug auf die Oberflächenspannung im Gummischlauch wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Gummischlauch im wesentlichen an der inneren Umfangsfiche des äußeren Wellenteiles anliegt, wobei der Innendurchmesser des Gummischlauches vor der Montage größer als das Eckmaß des inneren Wellenteiles ist.In addition to the use of several, the number of individual corners corresponding to the number of corners of the shaft parts Rubber bodies is proposed for the purpose of simplified production, the individual rubber body .r to replace it with a single rubber body and the inner one in the form of a rubber tube To let the shaft part enclose coaxially. To avoid the notch effect of the corners of the inner Part of the shaft with respect to the surface tension in the rubber hose is also proposed that the Rubber hose rests essentially against the inner circumferential fiche of the outer shaft part, with the inside diameter of the rubber hose before assembly is larger than the corner dimension of the inner shaft part is.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es von Vorteil, wenn das äußere Wellenteil vor dem Verformen einen kreisförmigen Querschnitt aufwt.st, während es nach dem Verformen aus abwechselnd konkav und konvex gekrümmten Umfangsbereichen besteht. Zwecks Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Verformung der vorzugsweise aus Mei~ll bestehenden Wellenteile wird weiterhin vorgeschlagen, daß die Radien der konkav und kon ex gekrümmten Umfangsbereiche der Wellenteile etwa gleich sind.For manufacturing reasons, it is advantageous to if the outer shaft part has a circular cross-section before deforming, while it is after the deformation consists of alternating concave and convex circumferential areas. In order to achieve the most uniform possible deformation of the shaft parts, which are preferably made of Mei ~ ll further proposed that the radii of the concave and con ex curved peripheral regions of the shaft parts are about the same.
Die Verformung der Wellenteile sollte vornehmlich durch an sich bekanntes Eindrücken der axial verlaufenden Rillen oder Abflachungen erfolgen, und zwar nach der Montage von innerem Wellenteil und Gummischlauch. Hierbei kann es bei bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil sein, wenn die Verformung der Wellenteile in Achsrichtung unterschiedlich groß ausfällt Durch die Stärke der Verformung in radialer Richtung sowie durch einen in Achsrichtung unterschiedlichen Verformungsgrad läßt sich nahezu jede gewünschte Federkennüng einstellen und damit das Dämpfvermögen im voraus bestimmen.The deformation of the shaft parts should primarily be caused by pressing in the axially extending parts, which are known per se Grooves or flats take place after the assembly of the inner shaft part and the rubber hose. In certain applications, it can be advantageous if the deformation of the Shaft parts of different sizes in the axial direction due to the strength of the deformation in the radial direction Direction as well as a different degree of deformation in the axial direction can be almost any Set the desired spring characteristic and thus determine the damping capacity in advance.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist. darin zu sehen, daß rfh Radien der axial verlaufenden Rillen und der dazwischen liegenden Kanten des äußeren Wellenteiles etwa gleich groß sind.A preferred embodiment of the invention is. it can be seen that rfh radii of the axially extending Grooves and the intermediate edges of the outer shaft part are approximately the same size.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn der kleinste Innendurchmesser des äußeren Wellenteiles nach der Montage kleiner als das Eckmaß des inneren Wellenteiles ist Auf diese Weise wird selbst nach Zerstörung des Gummielementes ein Durchdrehen der Wellenteile gegeneinander vermieden.Finally, it is advantageous if the smallest inner diameter of the outer shaft part according to the Assembly is smaller than the corner dimension of the inner shaft part. In this way, even after the destruction of the Rubber element avoided spinning of the shaft parts against each other.
Durch die besonders raumsparende konstruktiveDue to the particularly space-saving constructive
ίο Gestaltung des Drehschwingungsdämpfers ist es darüber hinaus möglich, drei Wellenteile koaxial ineinanderliegend vorzusehen und radial zwischen je zwei Wellenteilen entsprechende Gummikörper vorzusehen. Alisführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigenίο design of torsional vibration damper is about it also possible to provide three shaft parts coaxially one inside the other and radially between two Provide corresponding rubber bodies for shaft parts. Alis guiding examples of the invention are in the drawing and are described in more detail below. Show it
F i g. 1 und 2 je einen Längs- beziehungsweise Querschnitt durch eine Kardanwelle mit integriertem erfindungsgemäßem Drehschwingungsdämpfer,F i g. 1 and 2 each have a longitudinal or cross section through a cardan shaft with an integrated torsional vibration damper according to the invention,
F i g. 3 und 4 Querschnitte durch andere Ausführungsbeispiele. F i g. 3 and 4 cross sections through other exemplary embodiments.
In F i g. 1 ist eine Kardanwelle für Kraftfahrzeuge dargestellt die aus dem inneren Wellenteil 1, dem äußeren Wellenteil 2 sowie einem die beiden Wellen miteinander verbindenden Gummischlauch 3 besteht. Die Wellenteile 1, 2 sind an ihren entgegengesetzten Endt-n mit den Gelenkköpfen 4, 5 verbunden, die zur Einleitung beziehungsweise Ableitung des Drehmomentes dienen. Zur drehelastischen drehschwingungsdämpfenden Verbindung der Wellenteile 1, 2 miteinander dient der Gummischlauch 3, der durch die nach dem Ineinanderschieben der Teile 1, 2, 3 in das äußere Wellenteil 2 eingedrückten Rillen 6 unter radialer Druckvorspannung gegen den mittleren Flächenbereich 7 zwischen je zwei Kantenpaaren 8, 8' und 9, 9' des inneren Wellenteiles 1 angepreßt wird. Die vorher lose ineinander gefügten Teile 1,2,3 werden somit nach dem Eindrücken der Rillen 6 des rohrförmigen Wellenteiles 2 mit vorher kreisförmigem Querschnitt durch entsprechende Reibschlußverbindungen zwischen dem Gum mischlauch 3 und den beiden metallischen Wellenteilen 1 2 miteinander zu einer Einbaueinheit verbunden. Für eine zerstörungsfreie Funktion des Drehschwingungsdämpfers ist es wichtig, daß der Gummischlauch 3 ausschließlich im Umfangsflächenbereich 7 des inneren Wellenteiles 1 zur Anlage kommt, um ϊίη Eingraben der Kanten 8, 9 beziehungsweise 8', 9' bei relativer Verdrehung des inneren Wellenteiles 1 gegenüber dem äußeren Wellenteil 2 in die innere Oberfläche 10 des Schlauches 9 zu verhindern. Demzufolge ist der Innendurchmesser des Schlauches 3 wesentlich größer als das Eckmaß v'Diagonale) des inneren Wellenquerschm'tes gewählt. Die axiale Länge der Rillen 6 Sowie deren jeweilige radiale Tiefe ist den besonderen Anforderungen des Dämpfvermögens sowie an die Belastbarkeit des Gummiwerkstoffes angepaßt.In Fig. 1 shows a cardan shaft for motor vehicles which consists of the inner shaft part 1, the outer shaft part 2 and a rubber hose 3 connecting the two shafts to one another. The shaft parts 1, 2 are connected at their opposite end t-n to the joint heads 4, 5, which are used to introduce or dissipate the torque. The rubber hose 3 is used for the torsionally elastic torsional vibration damping connection of the shaft parts 1, 2 with one another. 8 'and 9, 9' of the inner shaft part 1 is pressed. The previously loosely joined parts 1,2,3 are thus after pressing the grooves 6 of the tubular shaft part 2 with a previously circular cross-section by appropriate frictional connections between the rubber mixing tube 3 and the two metallic shaft parts 1 2 connected to one another to form a built-in unit. For a non-destructive function of the torsional vibration damper, it is important that the rubber hose 3 only comes to rest in the circumferential surface area 7 of the inner shaft part 1 in order to dig in the edges 8, 9 or 8 ', 9' when the inner shaft part 1 rotates relative to the outer one Corrugated part 2 in the inner surface 10 of the hose 9 to prevent. As a result, the inner diameter of the hose 3 is selected to be significantly larger than the corner dimension v'diagonal) of the inner shaft cross-section. The axial length of the grooves 6 and their respective radial depths are adapted to the special requirements of the damping capacity and the load-bearing capacity of the rubber material.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches aus zwei koaxial inanderliegenden Wellenteilen M, 12 mit etwa dreieckigem Querschnittsprofil sowie aus drei einzelnen, im Querschnitt rechteckigen Gummikörpern 13 besteht. Der äußere Wellenteil 14 mit ursprünglich kreisrundem Querschnitt (strichpunktiert angedeutet) ist nach dem Einführen des inneren Wellenteiles 11 sowie der Gummikörper 13 durchIn Fig. 3 an embodiment is shown, which consists of two coaxial shaft parts M, 12 with an approximately triangular cross-sectional profile as well consists of three individual rubber bodies 13 of rectangular cross-section. The outer shaft part 14 with originally circular cross-section (indicated by dash-dotted lines) is after the introduction of the inner Shaft part 11 and the rubber body 13 through
Abflachen 15 der Umfangsflächenbereiche 12 in seine endgültige Form gebfacht worden. Die Gummikörper
13 sind somit radial druckvorgeispannt
Bei dem Ausführungsbeispid nach Fig.4 sind dreiFlattening 15 of the peripheral surface areas 12 has been doubled into its final shape. The rubber bodies 13 are thus radially preloaded
In the Ausführungsbeispid according to Figure 4 there are three
Wellenteile 21, 22, 23 koaxial zueinander angeordnet, wobei das innere Wellenteil 21 und das äußere Wellenteil 23 mit je einem — nicht weiter dargestellten — Gelenkkopf verbunden sind. Zur drehelastischen und drehschwingungsdämpfenden Verbindung zwischen den Wellenteilen 21 und 22 dienen im Querschnitt kreisförmige Gummiwalzen 24, die durch radiales Aufweiten der Umfangsbereiche 25 des inneren Wellenteiles 21 unter radialer Vorspannung stehen. Zwischen dem mittleren Wellenteil 22 und dem äußeren Wellenteil 23 sind Gummikörper 26 in Form von Gumitiischläuchen eingelegt, die durch Eindrücken der Rillen 27 ebenfalls unter radialer Vorspannung Stehern Insbesondere bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 sind die inneren und äußeren Wellenteile derart gestaltet, daß das Eckmaß des inneren Wellenteiles stets größer als der lichte Abstand der Rillen 6 beziehungsweise der Abflachung 15 gegenüber der Drehachse ist, so daß selbst im Falle einer Zerstörung der Gummikörper ein Durchdrehen des inneren Wellenteiles gegenüber dem äußeren vermieden wird.Shaft parts 21, 22, 23 arranged coaxially to one another, the inner shaft part 21 and the outer shaft part 23 each with one - not shown further - Joint head are connected. For torsionally elastic and torsional vibration damping connection between the shaft parts 21 and 22 are circular rubber rollers 24 in cross section, which by radial Expand the circumferential areas 25 of the inner shaft part 21 are under radial prestress. Between the middle shaft part 22 and the outer shaft part 23 there are rubber bodies 26 in the form of Inserted rubber hoses which, by pressing in the grooves 27, also stand under radial prestress In particular in the embodiments according to FIGS. 1 to 3, the inner and outer Shaft parts designed in such a way that the corner dimension of the inner shaft part is always greater than the clear distance of the grooves 6 or the flat 15 opposite the axis of rotation, so that even in the case a destruction of the rubber body a spinning of the inner shaft part with respect to the outer one is avoided.
Hierzu i Blatt ZeichnungenFor this purpose i sheet of drawings
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