DE2939332A1

DE2939332A1 - Torsionsschwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE2939332A1
Application number: DE19792939332
Authority: DE
Inventors: Jun Robert Charles Bremer
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1978-10-27
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1980-05-08
Also published as: GB2036245B; SE434557B; FR2439908A1; MX151117A; JPS5560740A; CA1122040A; SE7907440L; GB2036245A; BR7906788A; US4339963A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdämpfer desjenigen Typs, bei dem eine Nabe über einen elastischen bzw. Elastomer-Ring an einem äußeren Trägheitsglied befestigt ist*

Die Erfindung erweist sich als besonders nützlich beim Dämpfen von Torsionsschwingungen in Innenverbrennungsmaschinen. Torsionsschwingungen können als rückwärts und vorwärts erfolgende Ver— drillungen der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine aufgefaßt werden, die der einseitig gerichteten Hauptdrehung der Kurbelwelle überlagert sind» Ohne Überwachung bzw. Stenaer^mg führen solche Torsionssch^Ingungen vielfach z-a einem Ausfallen der Kurbelwelle wie auch von anderen Teilen der Maschine oder ihres Kühlsystesis* und zwar insbesondere darm, wenn eine der Resonanzfrequenzen der Kurbelwelle mit der jeweiligen Zünäfrequenz des Motors oder einer bestimmten Harmonischen dieser Frequenz zusasraenfällt. Nach der heutigen Theorie von Elastomer-Schwinguiigsdampfern wird ein Teil der Torsionssdiwingungsenergie _f die durch die Kolbenbewegungen auf die Kurbelwelle übertragen wird, in dera Elastomer in Wärme umgewandelt. Das Elastomer kann dementsprehend als ein AöflxaS oder Sumpf betrachtet werden, der ständig einen "Teil der die Torsionsschwingungen begründenden Energie aufnxsmt,

ine übliche Form einer solchen Dämpfungsvorrichtung enthält ein äußeres ringförmiges Tragheitsglied mit einer bestimmten bedeutenden Masse. Der innere Bereich dieses Rings ist an dem Elastomer-Ring befestigt, der seinerseits an einer Nabe oder einem anderen Element festgelegt ist, welches mit der sich drehenden Kurbelwelle eines ,Motors verbunden ist. Die Nabe und die Trägheitsglieder können aus GuSeisen bestehen, Beim Drehen der Kurbelwelle führt jedes sprungweise Aufbringen eines Drehmoments, was durch ein schnelles Verbrennen von Kraftstoff in einem Zylinder verursacht wird, zu einem leichten Beschleunigen des a.n den Kurbelwellenarro angrenzenden Metalls. Wenn das Metali aufgrund seiner igenelastizität oder Nachgiebigkeit zurückgestellt wird, dreht

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es sich etwas in der entgegengesetzten Richtung. Solche Kräfte führen zu Torsionsschwingungen in der Welle. In einem typischen Fall von Torsionsschwingungen führt eine Motorkurbelwelle, die sich mit 3000 U/min dreht, gleichzeitig Winkelschwingungen aus, die eine Amplitude von 0,25 bis 1,0 Grad bei einer Frequenz von 150 bis 250 Hertz haben.

Die Aufgabe eines Torsionsschwingungsdämpfers besteht darin, die Amplitude von Torsionsschwingungen zu reduzieren. Eine solche Reduzierung führt zu einer Verminderung der Festigkeitserfordernisse der Kurbelwelle und somit zu einer Gewichtsabsenkung derselben. Der Dämpfer hat einen direkten Einfluß auf die Kurbelwelle und unterdrückt auch Schwingungen verschiedener anderer Komponenten der Innenverbrennungsmaschine, die durch die Kurbelwellenschwingungen beeinflußt werden.

Wenn eine Innenverbrennungsmaschine mit verschiedenen Motordrehzahlen betrieben wird, ergeben sich an der Kurbelwelle mehrere Schwingungsfrequenzen. Im allgemeinen haben die meisten Antriebsund Dieselmaschinen herkömmlicher Gestaltung bei nicht vorhandenem Torsionsschwingungsdämpfer innerhalb des Drehzahlbetriebsbereiches der Maschine eine Resonanzfrequenz mit einer ziemlich großen Amplitude. Jedoch sind auch bei irgendeiner gegebenen Motordrehzahl Torsionsschwingungen von verschiedenen Schwingungsordnungen vorhanden, und diese Schwingungen können bedeutsam sein.

Bei einer gegebenen Dämpferanwendung, das heißt einem Dämpfer für eine bestimmte Maschine, ist es in der Technik bekannt, volumenmäßig möglichst viel Elastomer mit möglichst viel Scherfläche (Grenzfläche zwischen Metall und Elastomer) zu benutzen, um Scherbeanspruchungen zu verringern. In der Praxis verhindern räumliche Beschränkungen ein einfaches Vergrößern der Breite oder des Durchmessers des Dämpfers, um diese niedrigen Werte zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten Torsionsschwingungsdämpfers.

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Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Torsionsschwingungsdämpfer erfindungsgemäß durch im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführte Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Demgemäß hat der Torsionsschwingungsdämpfer einen an einer Nabe festgelegten Trägheitsring. Die Nabe ist mit der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine zu verbinden. Zwischen der Nabe und dem Trägheitsring sind elastische bzw. Elastomer-Glieder angeordnet. Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält erf indungsgeiaäß eine sich radial einwärts erstreckende Zunge, die von dem Trägheitsring getragen wird und von der ein Teil von den Elastomer-Gliedern umgeben ist. Eine viskose Scherflüssigkeit befindet sich in einem ringförmigen inneren Hohlraum der Nabe, und der radial innerste Abschnitt der Zunge taucht in die Scherflüssigkeit ein. Der erfindungsgemäfie Torsionsschwingungsdämpfer hat einen beschränkten Raumbedarf und eine große radiale sowie axiale Steifigkeit*

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf eine Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in einem halben Axialschnitt die obere Hälfte eines Torsionsschwingungsdämofers 10 nach der vorliegenden Erfindung. Es ist ersichtlich, daß sich der volle Axialschnitt durch bloßes Hinzufügen des Spiegelbildes unterhalb der Drehachse 20 ergibt.

Ein Trägheitsring 12 aus Eisen oder einem anderen massiven und esten Material enthält eine hiermit zusammenhängende _f sich radial einwärts erstreckende Zange i4* Ein Mabenabscimitt. 16 einer zwei-3tückigen Nabe besitzt an seinem radial innersten Bereich einen iiermit zusammenhängenden Stegabschnitt 18- Dieser ist in der übichen Weise an einer sich um die Drehachse 20 drehenden Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine inicht dargestellt) angeuppelt. Die genaue Anbringungsart des Stegabschnitts 18 an der urbelwelle ist bekannt und bildet keinen Bestandteil der voriieenden Erfindung. Entsprechende radiale und axiale Oberflächen 24 owie 26 des Nabenabschnitts 16 begrenzen in Verbindung mit der unge 14 einen Hohlraum, der den sich radial erstreckenden Ab-

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schnitt eines elastischen bzw. Elastomer-Gliedes aufnimmt (wird noch näher beschrieben). Der Nabenabschnitt 16 hat eine sich radial erstreckende Oberfläche 28, die sich von der axial verlaufenden Oberfläche 26 zu einem noch zu beschreibenden Randabschnitt 40 erstreckt. Ein Klemmring 30 bildet den anderen Abschnitt der zweistückigen Nabe. Die Hinweiszahl 32 bezeichnet eine sich durchgehend ringförmig erstreckende radiale Oberfläche am Klemmring 30, während die Hinweiszahl 33 eine axial verlaufende Oberfläche bezeichnet. Diese Oberflächen 32 und 33 bestimmen in Verbindung mit der Zunge 14 eine ringförmige Nut oder Vertiefung. Es ist ersichtlich, daß die Oberflächen 24 und 32 spiegelbildlich sind. Eine radial verlaufende ringförmige Oberfläche 34 erstreckt sich von der axialen Oberfläche 33 zu einer axial verlaufenden Oberfläche 35 des Klemmrings 30. Die Oberflächen 28, 34 und 35 bestimmen einen radial innersten, durchgehend ringförmigen Hohlraum 36. Der radial innerste Bereich der Zunge 14 erstreckt sich in den Hohlraum 36, welcher mit einer viskosen bzw. zähflüssigen Scherflüssigkeit gefüllt ist. Solche Scherflüssigkeiten für Torsionsschwingungsdämpfer und die Zusammensetzung solcher Flüssigkeiten sind bekannt. Die Bezugszeichen 37 und 38 bezeichnen entsprechende ringförmige Aussparungen oder Hohlräume, die sich zwischen den Oberflächen 24 sowie 32, den radial innersten Oberflächen 26 sowie 33, den radial innersten Abschnitten der zu beschreibenden Elastomer-Glieder und den Seiten der Zunge 14 befinden.

Die Hinweiszahl 40 bezeichnet einen sich axial erstreckenden Rand, der mit dem Nabenabschnitt 16 zusammenhängend ausgebildet ist und dessen radial äußerster Bereich eine Oberfläche 42 besitzt, die mit dem innenseitigen Durchmesserbereich des Klemmrings 30 einen Eingriffssitz (wie einen Sitz der Klasse FN 5) aufweist.

Ein winkelmäßig durchgehendes, elastisches bzw. Elastomer-Glied 50 hat einen radial verlaufenden Abschnitt 52 und einen axial verlaufenden Abschnitt 54. Ein anderes Elastomer-Glied 58 besitzt einen sich radial erstreckenden Abschnitt 60 und einen axial verlaufenden Abschnitt 62.

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Eine Füllöffnung 70 dient zum Einführen von viskoser Scherflüssigkeit in den Hohlraum 36. Die Menge der eingeführten Flüssigkeit ist dergestalt, daß sie den ringförmigen Hohlraum 36 (mit der darin befindlichen Zunge 14) wie auch die ringförmigen Aussparungen bzw. Hohlräume 37 sowie 38 vollständig ausfüllt. Die Abstände zwischen den Seiten der Zunge 14 und den gegenüberliegenden Abschnitten der zweistückigen Nabe sind in bekannter Weise sehr klein. Sie liegen in der Größenordnung einiger weniger Tausendstel eines Zoll. In bekannter Weise ist die Wirksamkeit einer viskosen Scherflüssigkeit bezüglich eines Hemmens einer relativen Drehung zwischen angrenzenden Teilen im Falle einer solchen Scherflüssigkeit-Filmdicke groß.

Die Vorrichtung wird in einer ähnlichen Weise zusammengebaut, wie es in der US-Patentanmeldung Ser.No. 724 058 vom 16. September 1976 mit dem Titel 'Torsionsschwingungsdämpfer* aufgezeigt ist, worauf hiermit Bezug genommen wird. Wie es dort ausgeführt ist, sind die Elastoraer-Elemente 50 und 58 vox der Montage sich radial erstreckende, flache Ringe. Als Konsequenz dieser Montageart werden die sich radial erstreckenden Elastomer-Abschnitte 54 und 62 rechtwinklig zu ihren Oberflächen zusammengedrückt, die von der Nabe und dem Trlgheitsring erfaßt werden, wie es auch für die sich axial erstreckenden Elastomer-Abschnitte 52 und 60 zutrifft, Die verschiedenen Maßnahmen zum Bewirken des Exngrxffssitaes <der Klasse FN 5) sind in der Technik bekannt. Beispielsweise wird der Klemmring 30 durch Erhitzen expandiert bzw. geweitet, so daß sein innerster Durchmesserbereich über den äuSersten Bereich des Matoenabschnitts 16 an der Oberfläche 42 paßt. Danach kann sich der Klesssring 30 beispielsweise durch Abkühlen zusammenziehen, wodurch der Eingriffssitz gebildet wird. Somit sind keine Hilfsglieder, wie Schrauben oder andere Befestigungsmittel, erforderlich.

Die Betriebsweise des Torsionsschwingungsdämpfers ähnelt derjenigen anderer Elastomer-Flussigkeitsdämpfer. Wenn sich die Kurbelwelle einer Innenverbrennungsraaschine um die Drehachse 20 dreht, sie den Stegabschnitt 18 mit, so daß die zweistückige Nabe

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beim Drehen ebenfalls denselben Torsionsschwingungen unterworfen wird. Wegen der elastischen Verbindung zwischen der Nabe und dem Trägheitsring 12 ergibt sich eine Phasenverzögerung, Phasenverschiebung oder Winke!verzögerung zwischen den Schwingungen der Nabe und den über die elastischen Glieder 50 sowie 58 auf den Trägheitsring 12 übertragenden entsprechenden Schwingungen. Diese Phasendifferenz oder Phasenverzögerung führt nach der geltenden Theorie zu einer Umsetzung von mechanischer Energie in Wärmeenergie. Es besteht somit eine Neigung zu einer Verminderung der mechanischen Energie, die sonst zur Verfügung stehen würde, um unerwünschte Kräfte auf die Kurbelwelle auszuüben und dadurch ihre Lebensdauer zu verkürzen oder eine größere Kurbelwelle erforderlich zu machen. Die viskose Dämpfungsflüssigkeit in dem Hohlraum 36 arbeitet mit den gegenüberliegenden Oberflächen der Zunge 14 sowie den beiden Oberflächen 28, 34 der Nabe zusammen, um die Torsionsschwingungen weiter zu dämpfen. Die Funktionsweise, gemäß derer viskose Flüssigkeiten Torsionsschwingungen in solchen Dämpfern dämpfen, ist in der Technik bekannt.

Es ist ersichtlich, daß die Zunge 14 für ein axiales Festlegen des Trägheitsgliedes 12 in bezug auf die Nabe sowie den Klemmring sorgt und somit ein relatives axiales Auswandern bzw. Verschieben zwischen diesen Elementen vermeidet. Die Elastomer-Glieder werden nach der Montage zusammengepreßt (verformt) gehalten, und zwar von den Haltekräften des Klemmrings 30. Wenn es für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist, kann eine Klebmittelbindung zwischen einem oder beiden Elastomer-Gliedern und einer zugeordneten Kontaktoberfläche vorgesehen werden. Es ist ferner ersichtlich, daß die Elastomer-Glieder 50 und 58 weder dieselbe Dicke, noch dieselben Eigenschaften haben müssen. Somit kann ein Elastomer-Glied im Hinblick auf eine große Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Drehmoment ausgewählt werden, während das andere Elastomer-Glied ein hohes Maß an Umsetzungsfähigkeit von Drehschwingungen in Wärme aufweist. Die Trägheits- und Nabenglieder werden gewöhnlich aus Metall hergestellt, obwohl für die Nabe auch ein nichtmetallisches Material, wie ein verstärkter Kunststoff, benutzt werden kann.

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Leerte

Claims

G 51 987 -su

10017

WALLACE MURRAY CORPORATION, 299 Park Avenue, New York/, N.Y. (USA)

Torsionsschwingungsdämpfer

Patentansprüche

Torsionsschwingungsdämpfer, gekennzeichnet durch einen Trägheitsring (12), durch eine sich radial einwärts erstreckende Zunge (14), die von dem Trägheitsring getragen wird und hiermit zusammenhängend ausgebildet ist, durch ein Paar von ringförmigen Elastomer-Gliedern (50, 58) mit sich radial erstrekkenden Abschnitten (54, 62), die die Zunge (14) umgeben, durch eine zweistückige, ringförmige Nabe (16, 30), die die Zunge (14) sowie einen Teil der Elastomer-Glieder (50, 58) umgibt, wobei die übrigen Abschnitte (52, 60) der Elastomer-Glieder (50, 58) in einer allgemein axialen Richtung verlaufen und von der zweistückigen Nabe (16, 30) sowie dem Trägheitsring (12) umgeben sind und wobei die Elastomer-Glieder (50, 58) rechtwinklig zu ihren Oberflächen, die sich in Oberflächenkontakt mit der Nabe (16, 30) und dem Trägheitsring (12) befinden, zusammengepreßt sind, und durch einen sich in der Nabe (16, 30) befindlichen radial innersten ringförmigen Hohlraum (36), in den sich der radial innerste Abschnitt der Zunge (14) erstreckt, wobei der radial innerste Hohlraum (36) eine viskose Dämpfungsflüssigkeit enthält, wobei ferner die Zunge (14) des Trägheitsrings (12) mit der viskosen Flüssigkeit zusammenarbeitet, um Torsionsschwingungen der Nabe (16, 30) zu dämpfen, und wobei die Elastomer-Glieder (50, 58) mit dem Trägheitsring (12) sowie der Nabe (16, 30) zusammenarbeiten, um ebenfalls Torsionsschwingungen der Nabe (16, 30) zu dämpfen.
2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung eines jeden der radial verlaufenden Abschnitte (54, 62) der Elastomer-Glieder (50, 58) größer als der Abstand zwischen den Seiten der Zunge (14) und den gegenüberliegenden Abschnitten der Nabe (16, 30) ist.
3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zunge (14) des Trägheitsrings (12) winkelmäßig durchgehend ausgebildet ist.

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ORIGINAL INSPECTED