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SCHWINGUNGSTILGER FUR RO-
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TIERENDE WELLEN Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger für
rotierende Wellen, insbesondere Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, bestehend aus
einem, mit der Antriebswelle verbindbaren Befestigungsflansch, mehreren, am Umfang
verteilten und mit dem Befestigungsflansch verbundenen Gummikörpern sowie einem,
mit diesen zusammenwirkenden Schwungring.
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Zur Dämpfung von Drehschwingungen, insbesondere in Antriebs strängen
von Kraftfahrzeugen, werden vielfach elastische Wellenkupplungen verwencletSet,
die gleichzeitig als Drehgelenk dienen. Durch die Übertragung des vollen Drehmomentes
über die meist mit Gummifedern ausgerüsteten Wellenkupplungen tritt nur eine geringe
Dämpfwirkung ein. Eine nahezu vollständige Tilgung von im GelenkweIlensystem auftretenden
Torsions - und Biegeschwingungen ist nur mit besonderen Schwingungstilgern möglich.
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Durch die DE - AS 25 08 212 ist bereits eine Einrichtung zur Schwingungstilgung
bekannt, die aus einem, mit der Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges verbindbaren Befestigungsflansch,
einem diesen konzentrisch umgebenden Schwungring und einem beide Teile miteinander
verbindenden Gummikörper besteht.
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Der wesentliche Unterschied eines solchen Schwingungstilgers gegenüber
einer drehelastischen Wellenkupplung besteht darin, daß der Schwungring einen zumindest
dreidimensionalen Bewegungs - Freiheitsgrad besitzt und durch keine Zwangskraft,
z. B. infolge eines zu übertragenden Drehmomentes, in seinem Schwingverhalten wesentlich
gehindert wird.
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Die insbesondere in Antriebssystemen von Kraftfahrzeugen auftretenden
Schwingungen resultieren einerseits aus der pulsierenden Antriebsmomentenerzeugung
im Motor und andererseits aus der ungleichförmigen Abrollbewe-
Schwingungstilger
für rotierende Wellen ( 1646 ) gung des Rades auf der Fahrbahn. Darüberhinaus führen
quer zur Antriebsachse sowie Antriebs - Gelenkwelle auftretende Massenbeschleunigungen
zu Radialschwingungen, die, unterstützt durch die weitgehend federnde Auflängung
beziehungsweise Lagerung des gesamten Antriebssystemes, teilweise als Biegeschwingungen
in der Gelenkwelle wirksam werden.
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Ausgehend von der Gesamtmasse des schwingenden Antriebssystemes sowie
Größe, Art und Richtung der insgesamt auftretenden Schwingungen und schließlich
auch der Anordnung eines Schwingungstilgers ergibt sich aus funktionellen Untersuchungen
ein relativ enger Bereich sowohl für die Festlegung der Schwungmasse als auch für
die genaue Abstimmung der Härte und der Form der Gummikörper. Schließlich bestehen
Fertigungsschwierigkeiten hinsicht -lich der Einhaltung der von den Fahrzeugherstellern
unterschiedlich gestellten Anforderungen an den Schwingungstilger.
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Durch die DE - OS 24 55 386 ist es darüberhinaus bekannt, den oder
die Gummikörper eines Tilgers mittels geeigneter Verstelleinrichtungen auf Druck
vorzuspannen, und zwar in axialer oder radialer Richtung. Mit der Verspannung der
Gummikörper wird gleichzeitig das Dämpfvermögen der Gummimasse beeinflußt, so daß
hiermit grundsätzlich eine Anpassung an unterschiedliche Einbauverhältnisse gegeben
ist. Bei den in der DE - OS 24 55 386 dargestellten Ausführungsbeispielen weisen
die Gummikörper jedoch eine relativ geringe axiale oder radiale Stärke auf, so daß
mit zunehmender axialer oder radialer Verspannung der Gummikörper derart verhärtet,
daß infolge des hohen Verformungswiderstandes kaum noch schwingungstilgende Ausschläge
möglich sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger
mit einer Einrichtung zum Aufbringen und Einstellen einer definierten Vorspannung
in den Gummikörpern zu verbessern, um einen möglichst großen Einstellbereich zu
erhalten, ohne daß die Dämpf - beziehungsweise Tilgwirkung der Schwingungen verlorengeht.
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Schwingungstilger für rotierende Wellen ( 1646 Diese Aufgabe wird
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gummikörper aus im wesentlichen tangential
gerichteten Säulen bestehen, die einerseits mit dem Befestigungsflansch oder dem
Schwungring fest verbunden sind, und die andererseits an radialen Ansätzen des Schwungringes
oller Befestigurigsflansches unter einer Vorspannung anliegen, deren Größe über
eine mittelbare oder unmittelbare Veränderung der tangentialen Breite der Ansätze
einstellbar ist. Die Anordnung der Gummisäulen und die Verstellbarkeit des tangentialen
Abstandes der zwischen die Gummisäulen sich erstreckenden radialen Ansätze gestatten
eine individuelle Einstellung der Druck -Vorspannung in den Gummisäulen, wodurch
nicht nur das Schwingverhalten des Tilgers in Drehrichtung, sondern darüberhinaus
auch in radialer und axialer Richtung, beeinflußt wird. Außerdem lassen sich Fertigungstoleranzen,
insbesondere in der Gummihärte, auf diese Weise nachträglich korrigieren.
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In der weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die radialen Ansätze als Spannsegmente ausgebildet und kraft - und / oder formschlüssig
mit dem Schwungring beziehungsweise Befestigungsflansch verbunden sind.
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In der Regel wird man aus formtechnischen Gründen die Gummisäulen
im Bereich des Außenumfanges des durchmesserkleineren Befestigungsfiansches anvulkanisieren
und die Spannsegmente mit dem durchmessergrößeren Schwungring verbinden. Dazu können
die Spannsegmente aus etwa trapezförmig gebogenen Blechstreifen bestehen, deren
Enden am Innenumfang des Schwungringes anliegen. Bei der Ausbildung der Verbindungsstelle
der Enden der Spannsegmente mit dem Schwungring ist darauf zu achten, daß die Enden
der Spannsegmente in Umfangsrichtung verschiebbar und feststellbar sind.
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Dies kann bevorzugt dadurch erreicht werden, daß die Außenflächen
der Enden der Spannsegmente und die Innenfläche des Schwungringes ein in Umfangsrichtung
verlaufendes Well - oder Zahnprofil aufweisen, so daß unter tangentialem Druckaufwand
der Abstand zwischen den radialen, von den Gummisäulen beaufs chlagtenSchenkelbereichen
der Spannsegmente stufen-
Schwingungstilger für rotierende Wellen
11646 ( 1646 weise veränderbar und in dieser Stellung feststellbar ist.
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Zur Unterstützung der durch die tangentiale Verstellbarkeit der Spannsegmente
erzeugbaren Druck - Vor spannung in den Gummisäulen können auch zusätzliche Distanzstücke
verwendet werden, um eine Grundvorspannung bestimmter Größe in den Gummisäulen und
damit eine definierte Dämpfwirkung insbesondere von Drehschwingungen zu erzeugen.
Dabei ist es grundsätzlich möglich, die Distanzstücke zwischen den Gummisäulen und
den Spannsegmenten und / oder zwischen den Spannsegmenten und dem Schwungring anzuordnen.
Insbesondere im letzteren Fall sollten die Oberflächen der Distanzstücke den Oberflächenprofilen
der jeweils benachbarten Teile angepaßt sein, um die gewünschte Verstellbarkeit
in tangentialer Richtung sicherzustellen. Dazu ist es denkbar, daß die Distanzstücke
im Einbauzustand, d. h. nach dem Zusammenfügen von Befestigungsflansch mit Gummisäulen
und Schwungring, mit dem Schwungring unlösbar durch Schweißen oder dergleichen verbunden
werden, um einem möglichen Lösen unter Betriebsbedingungen vorzubeugen.
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Auch ist es möglich, durch Einarbeiten von vorzugsweise axial verlaufenden
Ausnehmungen in Form von Bohrungen in die Gummisäulen nach dem Vulkanisieren und
Zusammenbau des Tilgers dessen Dämpffrequenz zu beeinflussen.
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Zur Gestaltung des Schwungringes wird vorgeschlagen, daß dieser aus
einem radial äußeren Ringkörper und einzelnen, am Innenumfang desselben verteilten,
im Bereich der Spannsegmente befestigten Schwungsegmenten besteht, so daß die Hauptschwungmasse
in einem etwa durch die Gummisäulen verlaufenden Teilkreis liegt.
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Prinzipiell genügt als äuß erer Ringkörper ein ringförmig gebogenes
Blechband, dessen die Stoßstelle bildenden Enden zur Aufnahme eines Verbindungsbolzens
scharnierartig gebogen und ineinander steckbar sind. Zum Erreichen einer zusätzlichen
Verstellmöglichkeit ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Enden des Blechbandes sich
in Umfangsrichtung überlappen, so daß nach der Montage und dem Aufbringen der erforderlichen
Druck - Vorspannung in den
Schwingungstilger für rotierende Wellen
( 1646 Gummisäulen durch Verringerung des Ringkörper - Durchmessers die Blechbandenden
kraft - oder formschlüssig verbunden werden können.
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Dies kann bevorzugt durch Profilieren des tSberlappungsbereiches und
Sichern mittels radial wirkender Klammern geschehen.
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Schließlich besteht auch die Möglichkeit, eine definierte Druckvorspannung
in den Gummisäulen durch eine plastische Verformung des äußeren Ringkörpa rs, vorzugsweise
von radialen Ausprägungen desselben, und / oder durch Ausprägungen im Bereich der
Gummianschlußflächen der als Blechkörper gestalteten radialen Ansätze zu erreichen,
wobei diese Maßnahmen ausschließlich oder zusätzlich zu den zuvor beschriebenen
Verstellmöglichkeiten anwendbar sind.
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Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 a - 1 c drei Teilansichten
verschiedener Tilgerausführungen Fig. 2 und 4 je eine Verbindungsstelle eines geteilten
Tilger - Außenringes Fig. 3 eine Teilansicht einer weiteren T ilgerausführung Die
in den Fig. 1 a - 1 c dargestellten verschiedenen Tilgerausführungen gehen von einem
Befestigungsflansch 1 aus, wie er prinzipiell aus der DE - AS 25 08 212 bekannt
ist. Der Befestigungsflansch weist radial nach außen gerichtete Arme 2 mit je einer
Bohrung 3 zur Aufnahme von Befestigungschrauben auf. Beidseitig sind an die Arme
2 tangential in Umfangsrichtung sich erstreckende Gummisäulen 4, 5 anvulkanisiert,
die außen über einen noppen - oder wulstförmigen Radialanschlag 6 miteinander verbunden
sind.
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Schwingungstilger für rotierende Wellen ( 1646 ) Bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 a besteht der Schwungring aus einem äußeren Ringkörper 7 und mehreren,
an dessen Innenumfang befestigten Schwungsegmenten 8. Der Ringkörper 7 ist aus einem
Blechstreifen gebogen, dessen Enden 9, 10 scharnierartig ausgebildet und mittels
eines -Holzens 11 miteinander verbunden sind, vgl. hierzu Fig. 2. Zur Lagesicherung
der Schwungsegmente 8 dienen punktförmige Einprägungen 12 im Ringkörper 7s die in
entsprechende Ausnehmungen der Schwungsegmente 8 sich erstrecken.
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Die Einstellung der Druckvorspannung in den Gummisäulen 8 erfolgt
über plattenförmige Distanzstücke 13, die zwischen den Gummisäulen 4, 5 und den
Schwungsegmenten 8 angeordnet werden. Auch ist es möglich, die Höhe i>nd die
Verteilung der Druckvorspannung in den Gummisäulen 4, 5 durch eine plastische Verformung
der radialen Armbereiche 14 vor oder nach dem Vulkanisieren zu beeinflussen.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 b weist ebenfalls einen äußeren
Ringkörper 7 auf, der zusammen mit etwa trapezförmig gebogenen Blechstreifen - Segmenten
15 den Schwungring bildet. Dabei können zusätzlich innerhalb der Blechstreifen -
Segmente 15 Schwungmassenkörper 16 angeordnet sein, die am Innenumfang 17 des Ringkörpers
7 anliegen und mit diesem verschraubt sind. Die am Innenumfang des Ringkörpers 7
unter radialer Spannung ebenfalls anliegenden Enden 18, 19 der zum Vorspannen der
Gummisäulen 4, 5 dienenden Blechstreifen - Segmente 15 sind in Umfang richtung genauso
wellförmig profiliert wie der zugehörige Innenumfangsbereich 17' des Ringkörpers
7. Auf diese Weise läßt sich eine stufenweise verstellbare Vorspannung durch tangentiales
Gegeneinander schieben der Blechstreifenenden 18, 19 in den Gummisäulen 4, 5 erreichen
bei gleichzeitiger formschlüssiger Arretierung der Blechstreifenenden 18, 19 gegenüber
dem äußeren Ringkörper 7. Die Stoßstelle 20 der Blechstreifenenden 18, 19 liegt
in Umfangsrichtung versetzt zu dem jeweiligen Radialanschlag 6 des Befestigungsflans
che s 1.
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Zur weiteren Steuerung des angestrebten Tilgungs - Frequenzbereiches
sind Ausnehmungen 30 in den Gummisäulen 4, 5 nach dem Vulkanisieren und Zu-
Schwingungstilger
für rotierende Wellen ( 1646 sammenbau des Tilgers eingearbeitet. Die Ausnehmungen
in Form von Bohrungen verlaufen vorzugsweise axial. Über die Größe der Ausnehmungen
30 ist die Tilger - Frequenz zusätzlich einstellbar.
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Fig. 3 zeigt eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
b mit einem zwischen den Blechstreifenenden 18, 19 und dem äußeren Ringkörper 7
angeordneten Distanzstück 21, dessen innere und äußere Oberflächen entsprechend
der angrenzenden Innenumfangsfläche 17' des Ringkörpers 7 in Umfangsrichtung gewellt
und beispielsweise entsprechend der äußeren Berührungsflächen der Blechstreifenenden
18, 19 sägezahnförmig profiliert rind.
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Das Sägezahnprofil mit entsprechend der Verschieberichtung beider
Blechstreifenenden 18, 19 entgegengesetztem Sägezahnprofil hat den Vorteil einer
besseren, selbständigen Sicherung gegen Verrutschen der Teile in Umfangsrichtung.
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Bei dem in Fig. 1 c dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckvorspannung
in den Gummisäulen 4, 5 durch tangentiales Zusammenziehen des äußeren Ringkörpers
und dadurch bedingter Durchmesserverkleinerung erreicht. Das tangentiale Zusammenziehen
des äußeren Ringkörpers 7 kann beispielsweise durch eine partielle plastische Verformung
bereits vorgeformter radialer Ausprägungen 22 erreicht werden. Die Enden 18, 19
der Blechstreifen - Segmente 15 gleiten dabei unter gleichzeitiger gegenseitiger
Annäherung am Innenumfang 17 des Ringkörpers 7. Auch in diesem Fall können zusätzliche,
in Richtung auf die Gummisäulen 4,5 weisende Ausprägungen 23 in den Radialschenkeln
24 der Blechstreifen - Segmente 15 eingeprägt sein oder es sind in entsprechenden
Vertiefungen 25 arretierte kugelförmige Beilagen 26 zwischen Blechstreifen - Segment
15 und Gummisäule 5 vorgesehen. Die balligen Ausprägungen 23 und kugelförmigen Beilagen
26 sorgen für eine definierte Spannungsverteilung in den Gummisäulen, insbesondere
zur Vermeidung von unerwünschthohen Randspannungen.
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Schließlich ist in Fig. 4 eine in Umfangsrichtung verstellbare Verbindung
der Stoß stelle des aus einem ringförmig gebogenen Blechbandes bestehenden
Schwingungstilger
für rotierende Wellen ( 1646 ) äußeren Ringkörpers 7 dargestellt. Die beiden Bandenden
27,28 sind in Umfangsrichtung gewellt und überlappen einander, wobei sie mittels
radial wirkender Klammern 29 formschlüssig zusammengehalten werden.
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