DE2649368A1

DE2649368A1 - Drehschwingungsdaempfer bzw. schwingungsdaempfende und drehelastische kupplung

Info

Publication number: DE2649368A1
Application number: DE19762649368
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dr Ing Geislinger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-13
Filing date: 1976-10-29
Publication date: 1977-05-18
Also published as: GB1548025A; DE2649368C2; ATA867175A; FR2331719A1; US4104891A; AT341280B; JPS5261685A; BR7607546A; FR2331719B1

Description

Dr.-Ing.Leonhard Geislinger, Salzburg (Österreich)

Drehschwingungsdämpfer bzw. schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer bzw. eine schwingungsdämpfende und drehelastische Kupplung mit flüssigkeitsgefüllten Kammern zwischen Innen- und Außenteil des Dämpfers bzw. der Kupplung, dessen bzw. deren Dämpfung zumindest teilweise auf der durch eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenteil hervorgerufenen Verdrängung der Flüssigkeit durch Spalte zwischen den Kammern beruht, wobei mindestens ein Teil der Kammern über Bohrungen oder Kanäle mit einem Vorratsraum für Flüssigkeit in Verbindung steht.

Es sind drehelastische Kupplungen zur Übertragung von Drehmomenten und Drehschwingungsdämpfer bekannt, bei denen zwischen Primär- und Sekundärteil Blattfederpakete aus Stahl angeordnet sind, die an ihren äußeren Enden eingespannt sind. Die Blattfedern bilden zusammen mit dem Primär- und Sekundärteil mit öl gefüllte Kammern. Verdreht sich der Primärteil gegenüber dem Sekundärteil, so wird infolge der Durchbiegung der Blattfedern über Spalte öl von einer Kammer in die benachbarte verdrängt, wobei die Spalte zwischen den beiden Teilen angeordnet sind. Durch

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diese Pumpwirkung entsteht eine Dämpfung, deren Größe unter anderem von der Spaltgröße, der Amplitude und Frequenz der Schwingung und dem mittleren Druck des Öls in den Kammern abhängig ist. Es gibt auch schon elastische Kupplungen, deren Kammern mit einer Flüssigkeitsdruckleitung verbunden sind, wobei den Kammern, die durch die auf Druck beanspruchte Seite der Blattfedern begrenzt werden, Flüssigkeit unter Überdruck zuströmt und die übrigen Kammern mit Ablaufkanälen in Verbindung stehen. Der Flüssigkeitsdruck kann so zusätzlich erhöht werden, so daß es zu einer Verminderung der Blattfederbeanspruchung kommt. Die Flüssigkeit muß jedoch dazu von einem außerhalb der Kupplung liegenden Vorratsraum durch die Hohle Welle des einen Kupplungsteiles zugeführt und durch die hohle Welle des anderen Teiles wieder in den Vorratsraum zurückgeführt werden, was einen beträchtlichen Mehraufwand bedeutet.

Derartige Kupplungen bzw. Dämpfer weisen aber außerdem auch verschiedene funktioneile Nachteile auf. Die größte Dämpfung wird nämlich meist beim Anfahren der Anlage, in der sich die Kupplung bzw. der Dämpfer befindet, benötigt. Nach längerem Stillstand sind jedoch die Kammern zumindest teilweise ohne Öl, und es kann je nach Art der ölzuführung zur Kupplung eine zu lange Zeit dauern, bis sich die Kammern vollständig mit Öl gefüllt haben. Bei einer Relativbewegung zwischen Primär- und Sekundärteil entstehen in den Kammern pulsierende Öldrücke. Die Amplitude dieser Drücke ist durch die Höhe des Zuführdruckes begrenzt, und zwar zeigt sich, daß die Amplitude etwa das Doppelte des Zuführdruckes nicht überschreiten kann, ohne daß sich die Kammern teilweise entleeren. Wenn jedoch die Kammern nur teilweise mit Öl gefüllt sind, so sinkt wieder das erreichbare dämpfende Moment ab.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Kupplung bzw. den geschilderten Drehschwingungsdämpfer so zu verbessern, daß diese Mängel nicht mehr auftreten.

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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Vorratsraum im zentralen Teil des Dämpfers bzw. der Kupplung liegt und die Bohrungen oder Kanäle durch eingebaute, bewegliche Organe in Richtung zu den Kammern einen kleineren Strömungswiderstand aufweisen als in Richtung zum Vorratsraum.

Dadurch wird erreicht, daß sich die Dämpfungskammern nach dem Anlassen der Anlage, in der der Dämpfer bzw. die Kupplung eingebaut ist, sehr rasch mit Flüssigkeit bzw. Öl füllen können, und ein Entleeren der Kammern verzögert wird. Das Fehlen nach außen führender Leitungen macht dabei zusätzlich einen einfacheren Aufbau der ganzen Anlage möglich.

Als bewegliche Organe dienen Schieber oder Ventile, deren Durchflußquerschnitt bei einer durch eine Flüssigkeitsströmung vom Vorratsraum zu den Kammern bedingten Bewegung vergrößerbar und bei einer durch eine umgekehrt gerichtete Strömung bedingten Bewegung verkleinerbar ist.

Man könnte als bewegliche Organe Rückschlagventile verwenden. Sollen diese ihre Aufgabe erüllen, so besteht die Gefahr, daß sie bei jeder Schwingung auf ihren Sitz aufschlagen. Da die Schwingungsfrequenz sehr hoch sein kann, können die Ventilsitze unter Umständen in kurzer Zeit beschädigt werden. Es ist daher notwendig, dagegen Maßnahmen zu treffen. So kann man beispielsweise die Ventile mit Federn versehen, so daß das Aufschlagen auf den Sitz weniger hart erfolgt. Die Masse des oder der Ventile bildet jedoch zusammen mit diesen Federn ein schwingungsfähiges System, dessen Eigenfrequenz sich sehr störend bemerkbar machen kann. Werden die Ventile durch Schieber ersetzt, so besteht immer noch die Gefahr, daß sich zwar nicht die Ventilsitze, aber die Hubbegrenzungen der Schieber einschlagen. Um auch dieser Gefahr zu begegnen, sind erfindungsgemäß die Schieber ab einer gewissen Bewegungsstrecke von der Mittellage aus in ihrer weiteren Bewegung hydraulisch bremsbar.

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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen Fig. 1 und 2 eine Ausführung einer Kupplung mit einem zentral angeordneten Schieber im Axialschnitt nach der Linie H der Fig. 2 und im achsnormalen

Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 bis 5 Diagramme über den zeitlichen Verlauf von Druck, Strömungsquerschnitt und dem Produkt der

beiden Größen und die
Fig. 6 und 7 eine Ausführungsvariante mit mehreren kleinen Schiebern im Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig.

und im achsnormalen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 wird das Drehmoment vom Innenteil 1 über Federn 2, die am äußeren Umfang mittels eines Spannringes 3 und mehrerer Zwischenstücke 4 eingespannt sind und an ihrem inneren Ende in Nuten am Innenteil 1 eingreifen, auf den Außenteil und insbesondere auf die Welle 5 übertragen. Selbstverständlich könnte das Drehmoment auch in umgekehrter Richtung vom Außenteil 5 auf den Innenteil 1 geleitet werden. Die Federn 2 bilden zusammen mit den Zwischenstücken 4 und dem Innenteil 1 Kammern 6, 7. Im Inryteil 1 ist erfindungsgemäß ein Hohlraum 8 als Vorratsraum für Flüssigkeit, insbesondere Öl, vorgesehen. Die Kupplung wird nach dem Zusammenbau so weit mit der Flüssigkeit bzw. öl gefüllt, daß sich bei rotierender Kupplungsämtliche Räume außerhalb der in den Fig. 1 und 2 punktiert eingetragenen Linien mit Öl füllen.

Vor Inbetriebnahme in den Kammern 6, 7 vorhandene Luft wird dabei durch die Fliehkraft des Öls in den Raum innerhalb der punktierten Linien verdrängt.

Bei einer Relativbewegung des Außenteiles 5 gegenüber dem Innenteil 1, z.B. entgegen dem Uhrzeigersinn, wird infolge der Verbiegung der Federn 2 das Volumen der Kammern 6 kleiner und jenes der Kammern 7 größer; ein Teil

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des in den Kammern 6 vorhandenen Öls wird daher über Spalte 9 zwischen Innen- und Außenteil in die Kammern 7 verdrängt. Diese Ölverdrängung bewirkt im wesentlichen die Dämpfung der Relativbewegungen zwischen Innen- und Außenteil 1, 5.

Durch die beschriebene Bewegung entsteht in den Kammern 6 ein Überdruck, in den Kammern 7 ein Unterdruck in bezug auf den Druck im Vorratsraum 8. Der Druck in den Kammern 6 bewirkt, daß ein Teil des in ihnen vorhandenen Öls über Nuten 10, einen Drosselspalt 11, einen Schieber mit den Bohrungen 13 in den Vorratsraum 8 zurückströmt. Infolge dieser Strömung entsteht am Drosselspalt 11 ein Druckabfall, der den Schieber 12 gemäß Fig. 1 nach rechts, d.h. in Schließrichtung, bewegt. Eine Strömung in umgekehrter Richtung, also vom Vorratsraum 8 zu den Kammern 6 bewegt den Schieber 12 nach links, so daß der freigegebene Querschnitt vergrößert und damit der Strömungswiderstand verkleinert wird.

Der innere Teil des Schiebers 12 ist rohrförmig ausgebildet und in entsprechenden Ausnehmungen des Innenteiles 1 und einer Platte 14 auf seinem inneren und äußeren Umfang geführt. Fig. 1 zeigt den Schieber 12 in seiner äußersten linken Stellung. Wenn er durch die Wirkung der Strömung von den Kammern 6 zum Vorratsraum 8 nach rechts bewegt wird, so kann zunächst das im Raum 15 eingeschlossene öl über die Nuten 16 im Schieber 12 ohne größeren Widerstand verdrängt werden, bis das linke Ende der Nuten von der Steuerkante 17 überdeckt wird; von da ab t/ird die weitere Bewegung des Schiebers 12 stark gebremst. Ein analoger Vorgang verhindert bei der Bewegung des Schiebers 12 nach, links ein zu weites Öffnen des Drosselquerschnittes 11.

In den Fig. 3 bis 5 ist der Verlauf der Strömung als Funktion der Zeit t dargestellt, und zwar zeigt Fig. den Verlauf des Druckes P in der Kammer 6. Der zeitliche Mittelwert P des Druckes ist wesentlich höher als der

*ϊ Γ> Ω Ο Ί Λ /nr»rty

Druck P_Q im Vorratsraum 8. Der Volumenstrom Q zwischen der Kammer 6 und dem Vorratsraum 8 läßt sich wie folgt ausdrücken:

Q=J K (P-P₀) f.dt

Dabei ist K eine Konstante, die unter anderem von der Viskosität des Öls, der Gestaltung der Strömungsquerschnitte und auch vom Druckgefälle (P-P ) abhängt. Zur Vereinfachung sei jedoch angenommen, daß es sich bei K um eine echte Konstante handelt* Mit f ist der Drosselquerschnitt bezeichnet.

Zwischen dem Zeitpunkt t und t^ strömt öl von den Kammern zum Vorratsraum, zwischen t^ und t^ in umgekehrter Richtung. Falls der Querschnitt f konstant wäre, würde die zwischen t und t. aus der Kammer 6 ausgeflossene Menge und die zwischen t^ und t« in die Kammer eingeströmte ölmenge den schraffierten Flächen entsprechen. Die ausgeflossene Menge wäre wesentlich größer, d.h. die Kammer 6 würde sich entleeren und die Dämpfung stark abfallen. .

In Fig. 4 ist der zeitliche Verlauf des vom Schieber 12 freigegebenen Drosselquerschnittes 1 dargestellt. Ein Überdruck in der Kammer 6 gegenüber dem Vorratsraum 8 verringert den Querschnitt 11 bzw. f und umgekehrt. Fig. 5 zeigt schließlich den Verlauf des Produktes (P-P ).f. Wenn die nach links bzw. rechts schraffierten Flächen in dieser Fig. 5 gleich groß werden, so ist offenbar die zwischen t_Q und t,. aus der Kammer 6 herausgedrückte Flüssigkeitsmenge gleich groß wie die zwischen den Zeitpunkten t^ und t~ in die Kammer zurückgeflossene Flüssigkeitsmenge. Die Kammer bleibt also dauernd mit Öl gefüllt, obwohl der zeitliche Mittelwert P_m des Druckes in der Kammer höher liegt als der Druck P im Vorratsraum, womit gesagt ist, daß sich die Kammern 6 aufpumpen.

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Durch die beschriebenen Maßnahmen gelingt es also, auch bei fehlendem Zuführungsdruck des Öls sehr hohe dämpfende Momente zu erreichen. Dies hat wiederum zur Folge, daß die ölfgefüllte Kupplung die Stelle der Kupplung ohne Druckölzufuhr übernehmen kann. Der Wegfall der Druckölzufuhr bedeutet in vielen Fällen eine wesentliche Vereinfachung und bringt außerdem den Vorteil, daß sich der im Schmieröl des Motors vorhandene Schmutz in der Kupplung nicht mehr auszentrifugiert.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, bei der an Stelle des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schiebers 12 im Innenteil 101 der Kupplung bzw. des Dämpfers mehrere Schieber 112 angeordnet sind. Die Schieber 112 steuern jeweils den Querschnitt 111. Das Öl kommt über die Bohrungen 113 vom Vorratsraum 108 und gelangt nach Passieren des Steuerquerschnitts 111 in den Ringraum 114 und von da über die ringförmige Nut 115 und die radialen Kanäle 116 in die Kammern 117.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen. Insbesondere können statt der dargestellten Schieber auch Ventile zur Anwendung kommen.

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Claims

Patentansprüche

Drehschwingungsdämpfer bzw. schwhgungsdämpfende und drehelastische Kupplung mit flüssigkeitsgefüllten Kammern zwischen Innen- und Außenteil des Dämpfers bzw. der Kupplung, dessen bzw. deren Dämpfung zumindest teilweise auf der durch eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenteil hervorgerufenen Verdrängung der Flüssigkeit durch Spalte zwischen den Kammern beruht, wobei mindestens ein Teil der Kammern über Bohrungen oder Kanäle nit einem Vorratsraum für Flüssigkeit in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratsraum (8; 108) im zentralen Teil des Dämpfers bzw. der Kupplung liegt und die Bohrungen oder Kanäle (10,11,13;111,113,114,115,116) durch eingebaute, bewegliche Organe in Richtung zu den Kammern einen kleineren Strömungswiderstand aufweisen als in Richtung zum Vorratsraum.
2. Schwingungsdämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als bewegliche Organe Schieber (12;112) oder Ventile dienen, deren Durchflußquerschnitt bei einer durch eine Flüssigkeitsströmung vom Vorratsraum (8;108) zu den Kammern (6,7;117) bedingten Bewegung vergrößerbar und bei einer durch eine umgekehrt gerichtete Strömung bedingten Bewegung verkleinerbar ist.
3. Schwingungsdämpfer bzw. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (12;112) ab einer gewissen Bewegungsstrecke von der Mittellage aus in ihrer weiteren Bewegung hydraulisch bremsbar sind.

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INSPECTED