DE2933727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Schwingungsdämpfer dieser Art sind aus "Shock and Vibration Handbook", McGraw-Hill-Book-Company, 1976, Seite 38/30, bekannt. Sie enthalten eine die Rotationsachse konzentrisch umschließende Trägheitsmasse, die in eine viskose Flüssigkeit eingebettet und gemeinsam mit dieser von dem kreisringförmig ausgebildeten Hohlraum eines Nabenringes umschlossen ist. Die zugehörige Dämpfungskonstante c wird nach der am gleichen Ort angegebenen Formel erhalten:

Der darin enthaltene Ausdruck

wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung als Geometriefaktor F bezeichnet. Er nimmt Bezug auf die Größe der aneinanderliegenden Flächen und deren Spaltabstand und somit hier auf eine Ausführung eines Drehschwingungsdämpfers, bei der die Trägheitsmasse eine sich in axialer Richtung und zwei sich in radialer Richtung erstreckende Begrenzungsflächen aufweist, die von viskoser Flüssigkeit benetzt sind. Des weiteren sind im Bereich der sich radial erstreckenden Begrenzungsflächen und im Bereich der sich axial erstreckenden Begrenzungsfläche voneinander verschiedene Spaltabstände h₁ und h₂ in bezug auf die jeweils gegenüberliegenden Wandungsbestandteile des die Trägheitsmasse umschließenden Hohlraumes vorhanden.

Für den Fall eines in allen Teilbereichen übereinstimmenden Spaltabstandes s sowie nur einer sich in axialer und in radialer Richtung erstreckenden Begrenzungsfläche läßt sich daher der Geometriefaktor F auch vereinfachend ausdrücken als

Hierin wurde die oben mit b bezeichnete, axiale Länge der Wirkfläche entsprechend dem üblichen Sprachgebrauch mit L bezeichnet.

Der Ausdruck μ kennzeichnet in der obenstehenden Formel die Viskosität oder Scherzähigkeit der in dem Spalt enthaltenen Flüssigkeit. Hierfür wird gebräuchlicherweise der Wert E eingesetzt, so daß sich letztlich die bekannte Grundabstimmung c=F · E ergibt.

Wird ein solcher Drehschwingungsdämpfer auf maximale Energiedissipation abgestimmt, dann gelangt nach DEN HARTOG, J. P., Mechanical Vibrations; 4.ed. New York- Toronto-London, McGraw-Hill-Book-Company, 1956, S. 210 ff. die folgende Formel zur Anwendung:

Darin ist J das Massenträgheitsmoment der Dämpfermasse und ω die Kreisfrequenz der zu bedämpfenden Schwingung bzw. Resonanz. Diese Abstimmung ist frequenzabhängig. Die Wirksamkeit eines solchen Schwingungsdämpfers ist deshalb auf einen bestimmten Frequenzbereich beschränkt.

Werden Schwingungen eingeleitet, deren Frequenz außerhalb dieses Bereiches liegt, ist der Grad der erzielten Dämpfungswirkung bedeutend schlechter. Die in den genannten Veröffentlichungen beschriebenen Schwingungsdämpfer eignen sich deshalb schlecht für Anwendungen, in denen Schwingungen einer ständig wechselnden Frequenz zu bedämpfen sind. Das ist beispielsweise der Fall bei der Dämpfung von Schwingungen, wie sie beim Betrieb eines Kraftfahrzeuges auftreten können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich in einem breitbandigen Frequenzbereich eine größtmögliche Wirksamkeit ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die dort angegebene Abstimmung

ist frequenzunabhängig und es wird dadurch über einen größeren Frequenzbereich die maximal mögliche Dämpfungsleistung erreicht.

Das Verhältnis, in dem die genannten Faktoren aufeinander abgestimmt sein müssen, umfaßt alle funktionswesentlichen Faktoren. Es ist infolgedessen mit keinen Schwierigkeiten verbunden, einen gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer im Sinne der Erfindung zu modifizieren und dadurch die bisherigen Nachteile zu vermeiden. Die äußere Gestalt des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers kann dementsprechend ohne weiteres anknüpfen an diejenige bekannter Ausführungen.

Eine größtmögliche Wirksamkeit wird jedoch erst dann erhalten, wenn die angegebenen Parameter in der angegebenen Weise aufeinander abgestimmt sind. Nur für Schwingungsdämpfer der eingangs genannten Gattung, bei denen das der Fall ist, wird Schutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung beansprucht. Es versteht sich von selbst, daß der Schutzumfang sich auch auf solche Ausführungen erstreckt, bei denen die gegenseitige Abstimmung der genannten Faktoren annähernd in dem beanspruchten Verhältnis vorgenommen worden ist.

Häufig ist das beispielsweise dann der Fall, wenn der Spaltabstand, der maßgeblich in den Geometriefaktor F eingeht, in verschiedenen Bereichen eine unterschiedliche Größe hat. Für eine Ausführung, bei der die Spaltweise lediglich in axialer und in radialer Richtung voneinander abweicht, ergibt sich der exakte Geometriefaktor nach der folgenden Formel:

Mit einer für die Auslegung im allgemeinen ausreichenden Genauigkeit läßt sich die Formel auch dann verwenden, wenn sich innerhalb der axialen und/oder der radialen Ebene der Wirkflächen geringfügige Unebenheiten befinden. Eine mechanische Nachbearbeitung von Wirkflächen, deren Oberfläche durch eine Gußhaut gebildet ist, ist deshalb im allgemeinen nicht erforderlich. Bei einer gleichmäßigen reliefartigen Strukturierung der Oberfläche kann als Spaltabstand der mittlere Abstand der einander gegenüberliegenden Flächen eingesetzt werden. Eine entsprechende, vereinfachende Behandlungsweise ist auch dann möglich, wenn eine Stufung des Spaltabstandes s gegeben ist.

Nachfolgend wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 ein Schwingungsdämpfer, bei dem das außenliegende Gehäuse mit dem zu bedämpfenden Maschinenteil verbunden ist,

Fig. 2, bei dem die innenliegende Nabe mit dem zu bedämpfenden Maschinenteil verbunden ist.

Fig. 1 zeigt in längsgeschnittener Darstellung einen rotationssymmetrisch ausgebildeten Schwingungsdämpfer für eine Kurbelwelle. Dieser besteht aus einem außenliegenden Gehäuse aus Stahlblech, das durch einen auf die rechte Seite aufgeschweißten ebenen Deckel 3 aus einem vergleichbaren Werkstoff vollständig geschlossen ist. Bei der Konstruktion ist zu berücksichtigen, daß das Gehäuse ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen soll. Die Verwendung glasfaserverstärkter Kunststoffe bzw. von Aluminium für die Ausbildung des eigentlichen Gehäuses ist deshalb im Einzelfalle zu prüfen.

Das Gehäuse weist auf der linken Seite rotationssymmetrisch zur Achse einen vorspringenden Flansch 2 auf. Dieser dient zur verdrehsicheren Verankerung an dem zu bedämpfenden Maschinenteil. Als Befestigungsmittel können übliche Sechskantschrauben verwendet werden. Um dabei zu gewährleisten, daß eine völlig rotationssymmetrische Zuordnung des Schwingungsdämpfers zu dem Maschinenteil gewährleistet ist, ist der Innendurchmesser des Flansches an den Außendurchmesser des zugeordneten Vorsprunges angepaßt.

Das Gehäuse enthält im Inneren zur Aufnahme der Dämpfungsmasse 5 eine besondere leichtgängige Lagerung 4. Diese kann in den Fällen, in denen größere Querkräfte zusätzlich die eigentliche Drehbewegung überlagern, gegebenenfalls durch eine andersartig ausgebildete Lagerung ersetzt sein, beispielsweise durch eine Kugellagerung. Eine solche kann bei Verwendung einer starr mit dem Gehäuse verbundenen Achse innerhalb der Dämpfungsmasse angeordnet sein bzw. in den Fällen, in denen die Dämpfungsmasse mit einer starren Achse versehen ist, innerhalb der Wandung des Gehäuses. In bestimmten Fällen ist es auch möglich, die Dämpfungsmasse auf einem starr mit dem Gehäuse verbundenen Torsionsstab zu lagern. Dieser muß jedoch eine besonders weiche Federcharakteristik haben, weil es nicht erwünscht ist, daß irgendwelche von dem Gehäuse ausgehenden Kräfte durch die Lagerung auf die Dämpfungsmasse übertragen werden.

Die Dämpfungsmasse 5 besteht aus einem rotationssymmetrischen Körper mit einem als Trägheitsmoment J bezeichneten dynamischen Trägheitsmoment. In dieses geht der radiale Durchmesser und die axiale Länge unmittelbar ein sowie die Dichte des Werkstoffes, aus dem die Dämpfungsmasse besteht. Sämtliche hier genannten Parameter gehen unmittelbar in die Faktoren ein, die im Sinne der vorliegenden Erfindung in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt sein müssen. Ohne Beeinträchtigung dieser vorgeschriebenen, bestimmten gegenseitigen Abstimmung ist es dementsprechend möglich, die Abmessungen der Dämpfungsmasse im einzelnen in gegenseitiger Abstimmung zu variieren bzw. eine Dämpfungsmasse aus einem Werkstoff mit abweichender Dichte zu wählen.

Der Spalt zwischen der Dämpfungsmasse und der Innenwandung des Gehäuses weist überall die gleiche Breite auf. Er ist durchgehend mit einer viskoelastischen Flüssigkeit gefüllt, die gleichermaßen die Oberfläche der Dämpfungsmasse und die Innenwandung des Gehäuses benetzt. Die Übertragung der durch den Flansch 2 in das Gehäuse 1 eingeleiteten Drehbewegungen auf die Dämpfungsmasse 5 wird ausschließlich über die viskoelastischen Kräfte der Flüssigkeit bewirkt. Während die Einleitung einer gleichbleibenden Drehbewegung ohne Rückwirkungen ist, kommt es bei der Einleitung einer diese überlagernden, oszillierenden Schwingung zu Rückwirkungen auf das Gehäuse und damit auf das angeschlossene Maschinenteil, die ebenfalls durch die viskoelastischen Eigenschaften der in dem Spalt 6 angeordneten Dämpfungsflüssigkeit bewirkt werden.

Fig. 2 zeigt in längsgeschnittener Darstellung einen funktionsgleichen Schwingungsdämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer außenliegenden Dämpfungsmasse. Diese ist als ringförmige Drehmasse 7 ausgebildet und sie weist zwei in radialer Richtung nach innen vorspringende Stege 8 auf, die durch membranähnlich ausgebildete Übergangsstücke 9 mit der Nabe 10 verbunden sind. Die membranähnlich ausgebildeten Übergangsstücke 9 bestehen aus einem weichelastischen Werkstoff, um zu verhindern, daß die in die Nabe 10 eingeleiteten Drehbewegungen des angeschlossenen Maschinenteiles kraftschlüssig auf die Drehmasse 7 übertragen werden.

Die Nabe 10 ist mit einem Flansch 11 versehen, der ringförmig in den von der Drehmasse 7 umschlossenen Hohlraum hineinragt. Der Hohlraum zwischen der Nabe 10 und der Dämpfungsmasse 7 ist vollständig ausgefüllt mit einer viskoelastischen Flüssigkeit.

In der nachfolgenden Tabelle wurden die wesentlichen Eigenschaften und Kenndaten der beschriebenen Schwingungsdämpfer zusammengefaßt. Die erste Spalte beschreibt Ausführungen, die entsprechend der vorliegenden Erfindung abgestimmt sind. Die zweite und die dritte Spalte beschreiben Vergleichsausführungen bei denen bei einer äußerlich ähnlichen Konstruktion jeweils nur einer der erfindungsgemäß beanspruchten Faktoren verändert wurde. Es ist deutlich erkennbar, daß die veränderten Ausführungen trotz der Geringfügigkeit der vorgenommenen Änderungen deutlich verschlechterte Dämpfungseigenschaften haben.

Tabelle

Dissipierte Energie dividiert durch die kinetische Energie der Dämpfungsmasse

Claims (1)

1. Schwingungsdämpfer für die oszillierende Rotationsbewegung eines Maschinenteiles, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen Teilen mit sich in Umfangsrichtung im Spaltabstand s gegenüberliegenden, sich axial und radial erstreckenden Wirkflächen, wobei der Spalt mit einer viskoelastischen Flüssigkeit mit dem Schubmodul T und der Scherzähigkeit E gefüllt ist, wobei das erste Teil mit dem zu dämpfenden Maschinenteil und das zweite Teil mit einer Dämpfungsmasse mit dem Trägheitsmoment J verbunden ist, wobei die Wirkfläche des zweiten Teils eine Flächengröße A aufweist, die maximal so groß ist wie die Wirkfläche des ersten Teils und wobei die Flächengröße A der Wirkfläche und der Spaltabstand s zu einem Geometriefaktor F zusammengefaßt sind unter Zugrundelegung der Formel: in der die innere bzw. äußere Begrenzung der sich jeweils in radialer Richtung erstreckenden Wirkfläche mit r₁ bzw. r₂ bezeichnet ist und mit L die axiale Erstreckung der sich jeweils in axialer Richtung erstreckenden Wirkfläche, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägheitsmoment J gleich oder annäherd gleich ist dem Produkt aus dem Quadrat der Scherzähigkeit E und dem Geometriefaktor F, dividiert durch den Schubmodul T.