DE2825075A1

DE2825075A1 - Torsionsschwingungsdampfer

Info

Publication number: DE2825075A1
Application number: DE19782825075
Authority: DE
Inventors: Michael Shepherd
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1977-06-15
Filing date: 1978-06-08
Publication date: 1979-01-18
Also published as: ES470799A1; MX145453A; FR2394719A1; AR222307A1; CA1086533A; JPS618301B2; JPS547074A; BR7803706A; AU3617478A; SE435752B; SE7805386L; US4178811A; GB2000252B; AU520568B2; FR2394719B1; GB2000252A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einem äußeren Trägheitsring, mit einem radial mittleren elastischen Ring und mit einer radial inneren Nabe, die eine zentrale Öffnung hat und mit einer Torsionsschwingungen unterworfenen drehbaren Kurbelwelle verbindbar ist, wobei die Nabe aus Kunststoff hergestellt ist, um hierdurch ihr polares Trägheitsmoment und somit die störende Masse des gesamten Dämpfers zu reduzieren.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung des in der US-Patentanmeldung Ser. No. 667 975 vom 18. März 1976 mit dem Titel 'Plastic Hub Torsional Vibration Damper' offenbarten Aufbaues dar, worauf hiermit Bezug genommen wird.

Die Erfindung ist besonders nützlich im Zusammenhang mit dem Dämpfen von Torsionsschwingungen in Innenverbrennungsmaschinen. Torsionsschwingungen können als vorwärts und rückwärts erfolgende Verdrillungen der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine angesehen werden, wobei diese Bewegungen der einseitig gerichteten Hauptdrehung der Kurbelwelle überlagert sind. Ohne Steuerung bzw. Überwachung führen solche Torsionsschwingungen vielfach zu einem Ausfallen der Kurbelwelle. Sie tragen auch zu einem Ausfallen anderer Teile der Maschine oder ihres Kühlsystems bei, insbesondere wenn eine der Resonanzfrequenzen der Kurbelwelle mit der jeweiligen durch den Zündvorgang induzierten Erregungsfrequenz der Maschine zusammenfällt. Gemäß der heutigen Theorie von elastischen Vibrationsdämpfern wird die durch den Vorgang der Kolben auf die Kurbelwelle übertragene Torsionsschwingungsenergie in dem elastischen Ring in Wärme umgesetzt. Der Dämpfer kann dementsprechend als ein Abfluß oder Sumpf betrachtet werden, der ständig einen Teil der Torsionsschwingungen begründenden Energie empfängt.

Eine übliche Form eines solchen Dämpfungsgliedes enthält ein äusseres oder Trägheitsglied in Form eines Rings mit einer gewissen bedeutenden Masse. Der innere Teil dieses Rings ist an einem elastischen Ring befestigt, der seinerseits an einer Nabe oder einem

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anderen Element festgelegt ist, welches seinerseits an der sich drehenden Kurbelwelle eines Motors angebracht ist. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, führt jede stufenartige bzw. sprunghafte Drehmomentenbeaufschlagung, wie sie durch eine schnelle Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder verursacht wird, zu einer leichten Beschleunigung des an den Kurbelarm angrenzenden Metalls. Wenn sich das Metall aufgrund seiner Eigenelastizität oder seines Federungsvermögens erholt, erfolgt ein leichtes Drehen in der entgegengesetzten Richtung. Solche Kräfte führen zu Torsionsschwingungen in der Welle. In einem typischen Fall von Torsionsschwingung führt eine Maschinen-Kurbelwelle, die sich mit einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute dreht, gleichzeitig Winkelschwingungen mit einer Amplitude von 0,25 Grad bis 1 Grad bei einer Frequenz von 150 bis 250 Schwingungen pro Sekunde aus.

Ein Torsionsschwingungsdämpfer soll die Amplitude solcher Torsionsschwingungen reduzieren. Ein solches Reduzieren führt zu einem Vermindern der Festigkeitserfordernisse der Kurbelwelle und somit des Gewichts derselben. Der Dämpfer verhindert auch einen Bruch der Kurbelwelle und unterbindet Schwingungen verschiedener anderer Komponenten der Innenverbrennungsmaschine.

Früher wurden bei Torsionsschwingungsdämpfern mit einer Nabe, mit einem elastischen Glied und mit einem Trägheitsglied oder -ring allgemein Materialien mit relativ großer Dichte für die Nabe und das Trägheitsglied angewendet. Die relativ große Dichte und das hiermit verbundene relativ große polare Trägheitsmoment des Trägheitsgliedes ist eine wünschenswerte Eigenschaft; die Nabe wurde nur mehr oder weniger als eine Kupplung zwischen der Welle und dem radial inneren Teil des elastischen Rings angewendet. Die Verwendung von hochdichtem Material, wie von Gußeisen, für die Nabe kann jedoch zu unerwünschten Wirkungen führen. Immer wenn eine Drehmasse, wie ein Torsionsschwingungsdämpfer, einer Kurbelwelle einer Maschine hinzugefügt wird, wird die Resonanzfrequenz der Kurbelwelle abgesenkt. Ein solches Absenken kann kritische Resonanzschwingungsordnungen der Kurbelwelle nahe an oder in den Betriebsbereich der Maschinendrehzahlen bringen.

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Eine Innenverbrennungsmaschine hat allgemein einen Betriebsbereich von beispielsweise 1OOO bis 4500 Umdrehungen pro Minute. In diesem Bereich befindet sich ein entsprechender Bereich von durch Zündungsvorgänge induzierten Erregungsfrequenzen, die, wie es zuvor erwähnt wurde, Torsionsschwingungen an der Kurbelwelle induzieren. Wenn eine Eigenresonanzfrequenz der Kurbelwelle über den Erregungsfrequenzen der Maschine in dem normalen Betriebsdrehzahlbereich liegt, werden große Torsionsschwingungsamplituden in der Kurbelwelle im allgemeinen nicht auftreten. Wenn dagegen eine Resonanzfrequenz der Kurbelwelle in den Bereich der Maschinenzündfrequenzen fällt, können große Winkel- bzw. Drehschwingungsamplituden entstehen.

Es ist nunmehr ersichtlich, daß die Trägheit einer an der Kurbelwelle befestigten Drehmasse für den Zweck einer Herstellung einer typischen Dämpferbaugruppe bezüglich des polaren Trägheitsmoments so klein wie möglich sein sollte. Auf diese Weise können die Kurbelwellenresonanzfrequenzen bei gewissen Anwendungen so weit wie möglich von den Maschinenzündfrequenzen entfernt gehalten werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaf fung eines verbesserten TorsionsSchwingungsdämpfers der genannten Art.

Erfindungsgemäß zeichnet sich ein Torsionsschwingungsdämpfer der im Oberbegriff genannten Art durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs aufgeführten Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Offenbarung der obigen US-Patentanmeldung kann die Nabe aus Kunststoff hergestellt sein, um ihre störende Masse zu reduzieren, was dementsprechend zu einer Verbesserung des gesamten Dämpferverhaltens führt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine zusammengesetzte Nabe angewendet, die aus Kunststoff, Aluminium oder einem anderen Material geringer Dichte hergestellt und in geeigneter Weise durch starre bzw. feste Glieder verstärkt ist, die beispielsweise in die Nabe eingebettete Bandglieder aus

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Stahl oder Gußeisen sind. Ein solcher Aufbau ermöglicht die Verwendung vielfältiger Kunststoffmaterialien. Die verstärkenden Metallglieder sind in die Nabe eingeformt oder in anderer Weise eingesetzt und überwinden das Problem der Materialschwächung sowie die Kriecherscheinung in dem Kunststoff.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die zeichnerische Darstellung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer Querschnittsansicht einen Torsionsschwingungs-

dämpfer nach der vorliegenden Erfindung und Figur 2 - in einer zu Figur 1 ähnlichen Ansicht eine abgewandelte Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers.

In Figur 1 bezeichnet die Hinweiszahl 1o allgemein einen Torsionsschwingungsdämpf eraufbau, der einen äußeren Trägheitsring 12 aufweist, welcher in herkömmlicher Weise aus Gußeisen oder einem anderen festen und schweren bzw. massiven Material hergestellt ist. Die Hinweiszahl 14 bezeichnet einen durchgehenden elastischen Ring, dessen äußere Oberfläche sich in Kontakt mit der inneren Oberfläche des Rings 12 befindet. Die Hinweiszahl 16 bezeichnet eine Nabe, deren äußere ümfangsflache die innere Oberfläche des elastischen Rings 14 berührt. Die Hinweiszahl 18 bezeichnet eine in der Nabe ausgebildete zentrale Durchgangsöffnung die das Ende einer Welle 2o aufnehmen kann. In herkömmlicher Weise ist die Welle 2o an ihrem Ende mit Gewindegängen 22 versehen, und eine Gewindemutter 24 ist so auf das Ende aufgeschraubt, daß ihre sich radial erstreckende Stirnseite an dem dargestellten Teil der Nabe 16 anliegt, um hierdurch die Nabe in einen festen Eingriff mit der Welle 2o zu ziehen. Obwohl es nicht dargestellt ist, kann ein Keil in dem Aufbau enthalten sein, um die Nabe in einer nicht drehbaren Weise an der Welle 2o festzulegen. Der Gewindeabschnitt 22 der Welle und die Mutter 24 können in einer Aus sparung 26 der Nabe angeordnet sein. Der elastische Ring kann mit dem Trägheitsglied 12 und mit der Nabe 16 in herkömmlicher Weise verbunden, wie verklebt, sein.

Im Falle eines Fehlens eines jetzt zu beschreibenden festen Band-

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bzw. Mantelelements würde das Kunststoff- oder sonstige Material, aus dem die Nabe 16 gebildet ist, mit der Zeit einer als plastisches Kriechen bekannten Erscheinung unterliegen. Dieses würde
egen der radial einwärts gerichteten Kraft des elastischen Rings 4 an dem äußeren Umfangsteil stattfinden. Wie es dem Fachmann
auf dem Gebiet der Kunststofftechnik bekannt ist, führt eine fortgesetzte Kraftbeaufschlagung an einem Kunststoffelement schließlich zu einem Nachgeben des Elements ohne Rückstellung desselben. Dieses wird manchmal auch als plastisches Einstellen bzw. Setzen (plastic set) bezeichnet und tritt bei einer Vielzahl von Materialien auf. Ferner neigen auch axiale Kräfte, die durch die Mutter 24 an die Bohrung 18 angrenzend auf die Nabe ausgeübt werden, zum Begründen eines Kriechens oder Setzens. Der Ausdruck 'Kunststoff in den Ansprüchen soll somit auch Materialien umfassen, die, ausser Kunststoff, während ausgedehnter zeitlicher Perioden einer
Kraftbeaufschlagung einer Dimensionsänderung unterliegen, das
heißt Materialien, die ihre Elastizität verlieren.

Solche über lange Zeitperioden auftretende Änderungen der erwünschten Dxmensionsstabilität der Nabe 16 werden durch die nunmehr zu beschreibenden Elemente verhindert. Diese Elemente werden /on einem ersten gestreckten Bandglied 3o und einem zweiten Bandglied 32 gebildet. Das Bandglied 3o ist in der Nabe eingebettet
und befindet sich unmittelbar radial einwärts von der äußersten
Umfangsflache der Nabe. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann sich jedoch das Bandglied 3o so erstrecken, daß es einen Teil der äußeren Umfangsflache der Nabe 16 bestimmt. Das Bandglied grenzt somit an die äußerste Umfangsflache der Nabe an, wobei es an oder nahe an der Oberfläche angeordnet ist. Das zweite Bandelement ist 3er Bohrung 18 radial benachbart, und das Ausmaß dieses Bandelenents 32 entspricht im wesentlichen dem axialen Ausmaß der Nabe
von der Mutter 24 bis zum rechten Ende der Nabe. Es ist unmittelbar ersichtlich, daß das Bandelement 32 axialen sowie radialen
Kräften widersteht, die durch die Klemmutter 24 verursacht werden und daß somit ein plastisches Setzen oder Kriechen in der Nähe
der Nabenöffnung 18 verhindert wird. In ähnlicher Weise widersteht das erste Bandglied 3o radialen Verformungskräften, wodurch

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ein radiales plastisches Setzen oder Kriechen der Nabe verhindert wird.

In Figur 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der eine andere Art eines äußeren Bandgliedes angewendet wird Der Trägheitsring, der elastische Ring und die Nabe haben in Verbindung mit dem zweiten oder radial inneren, verstärkenden Bandglied 32 denselben Aufbau, wie er im Zusammenhang mit der Ausführungsform aus Figur 1 beschrieben wurde. Jedoch hat das äußere verstärkende Bandglied eine etwas abweichende Konfiguration. Die Hinweiszahl 4o aus Figur 2 bezeichnet einen durchgehenden ringförmigen Mantel oder Ring, der dem Bandglied 3o ähnelt, wobei ein Rand desselben mit einer konischen bzw. kegeligen Verstärkung 42 verbunden ist, die sich radial einwärts und etwas axial erstreckt Es ist ersichtlich, daß die Verstärkung 42 wie im Fall eines Kegels oder Trichters ein durchgehendes Winkelausmaß hat und mit öffnungen versehen ist, um eine Kontinuität des die Nabe 16 bildenden Materials herzustellen. Der radial innere Teil der kegeligen Verstärkung 42 ist, wie durch eine mit der Hinweiszahl 44 bezeichnete Schweißung, an dem inneren Bandglied 32 befestigt. Somit ist der äußerste Rand der konischen Verstärkung 42 mit einem Rand des Bandgliedes 4o zusammenhängend ausgebildet, während der innere Rand im kleinsten Durchmesserbereich an dem inneren oder zweiten Bandglied 32 befestigt ist. Die Hinweiszahl 5o bezeichnet irgendeine einer Mehrzahl von winkelmäßig verteilten Aussparungen mit Gewinden 52, die von dem Nabenmaterial und von Teilen der kegeligen Verstärkung 42 getragen werden. Ihre Funktion besteht in einer Aufnahme von Gewinde- bzw. Schraubbefestigunsmitteln zum Anbringen einer Rolle an einer Stirnfläche des Dämpfers. Die Verstärkung 42 ist wie die Bandglieder 3o, 4o und 32 auch aus Metall hergestellt, wie aus Stahl oder Gußeisen.

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Claims

Patentansprüche

m. Torsionsschwingungsdämpfer mit einem äußeren Trägheitsring, mit einem radial mittleren elastischen Ring und mit einer radial inneren Nabe, die eine zentrale Öffnung hat und mit einer Torsionsschwingungen unterworfenen drehbaren Kurbelwelle verbindbar ist, wobei die Nabe aus Kunststoff hergestellt ist, um hierdurch ihr polares Trägheitsmoment und somit die störende Masse des gesamten Dämpfers zu reduzieren, gekennzeichnet durch ein erstes festes Bandglied (3o, 4o), das in der Nabe (16) eingebettet und an die äußere ümfangsfläche der Nabe (16) angrenzend angeordnet ist, durch ein zweites festes Bandglied (32), das in der Nabe (16) eingebettet und an die Oberfläche der zentralen Nabenöffnung (18) angrenzend angeordnet ist, wobei das zweite Bandglied (32) ein axiales Ausmaß hat, das im wesentlichen dem axialen Ausmaß der Öffnung (18) entspricht, wodurch das erste Bandglied (3o, 4o) einem (plastischen) Kriechen der Nabe (16) infolge einer radial einwärts gerichteten Kraft des elastischen Rings (14) widersteht und wodurch das zweite Bandglied (32) radialen sowie Klemmkräften widersteht.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale Ausmaß des ersten Bandgliedes (3o, 4o) im wesentlichen gleich dem axialen Ausmaß der Grenzfläche zwischen dem elastischen Ring (14) und der Nabe (16) ist.
3. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bandglied (4o) mit einer konischen bzw. kegeligen Verstärkung

(42) versehen ist, die mit ihrem Rand im Bereich des größten Durchmessers an einem Rand des ersten Bandgliedes (4o) und mit ihrem Rand im Bereich des kleinsten Durchmessers an dem zweiten Bandglied (32) sicher befestigt ist. - 2 -

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ORiGiNAL INSPECTED
4. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zentralen Achsen der beiden Bandglieder (3o, 4o; 32) mit der Drehachse des Dämpfers (1ο) zusammenfallen.
5. Dämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bandglied (4o) und die konische Verstärkung (42) zusammenhängend ausgebildet sind.
6. Dämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den kleinsten Durchmesser aufweisende Rand der konischen Verstärkung (42) durch Schweißen an dem zweiten Bandglied (32) befestigt ist.

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