DE3021692A1

DE3021692A1 - Torsionsschwingungsdaempfer

Info

Publication number: DE3021692A1
Application number: DE19803021692
Authority: DE
Inventors: Duncan H Cooper; Jun Herbert W Egan
Original assignee: Wallace Murray Corp
Current assignee: Wallace Murray Corp
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1980-06-10
Publication date: 1981-02-05
Also published as: GB2055447A; CA1147986A; FR2461166B1; GB2055447B; BR8004259A; JPS5614640A; FR2461166A1; SE8004850L; US4462270A; MX150334A

Description

- 4 - ■-.---■ Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdampfer der im Oberbegriff von Anspruch 1 aufgeführten Art mit einer Nabe, die durch einen Elastomer-Ring an einem äußeren Trägheitsglied festgelegt ist.

Die Erfindung ist insbesondere beim Dämpfen von Torsionsschwingungen in Innenverbrennungsmaschinen nützlich. Torsionsschwingungen können als vorwärts und rückwärts erfolgende Verdrillungen der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine aufgefaßt werden, die der einseitig gerichteten Hauptdrehung der Kurbelwelle überlagert sind. Ohne Steuerung bzw. Überwachung führen solche Torsionsschwingungen vielfach zu einem Ausfallen der Kurbelwelle wie auch von anderen Teilen der Maschine oder ihres Kühlsystems, und zwar insbesondere dann, wenn eine der Resonanzfrequenzen der Kurbelwelle mit der jeweiligen Zündfrequenz der Maschine oder einer bestimmten Harmonischen dieser Frequenz zusammenfällt. Gemäß der heutigen Theorie von Elastomer-Schwingungsdämpfern wird die Torsionsschwingungsenergie, die durch den Betrieb der Kolben auf die Kurbelwelle übertragen wird, in dem Elastomer in Wärme umgesetzt. Das Elastomer kann dementsprechend als ein Abfluß oder Sumpf aufgefaßt werden, der ständig einen Teil der Torsionsschwingungen begründenden Energie aufnimmt.

Eine übliche Form einer solchen Dämpfungsvorrichtung enthält ein äußeres oder Trägheitsglied in Form eines Rings mit einer gewissen bedeutenden Masse. Der innere Abschnitt dieses Rings ist an einem Elastomer-Ring befestigt, der seinerseits an einer Nabe oder einem anderen Element festgelegt ist, welches seinerseits an der sich drehenden Kurbelwelle einer Maschine befestigt ist. Die Nabe und die Trägheitsglieder können aus Gußeisen bestehen. Wenn sich die Kurbelwelle dreht, führt jedes Drehmoment-Inkrement, das durch schnelle Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder verursacht wird, zu einer leichten Beschleunigung des an den Kurbelarm angrenzenden Metalls. Bei der Wiederherstellung bzw. Rückstellung des Metalls infolge seiner Eigenelastizität dreht es sich etwas in der entgegengesetzten Richtung. Solche Kräfte führen zu Torsionsschwingun-

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gen in der Welle. In einem typischen Fall von Torsionsschwingungen führte eine Motor-Kurbelwelle, die sich mit einer Drehzahl von 3000 U/min dreht/ gleichzeitig Winkelschwingungen mit einer Amplitude von 0/25 bis 1,0 Grad bei einer Frequenz von 150 bis 250 Hz aus.

Die Aufgabe eines Torsionsschwingungsdämpfers besteht in der Reduzierung der Amplitude solcher Torsionsschwingungen. Eine solche Reduzierung führt zu einer Verminderung der Festigkeitserfordernisse der Kurbelwelle und somit zu einer Verkleinerung ihres Gewichts. Der Dämpfer hat einen direkten Einfluß auf die Kurbelwelle und unterdrückt auch Schwingungen verschiedener anderer Komponenten der Innenverbrennungsmaschine, die von der Kurbelwellenschwingung beeinflußt werden.

Wenn eine Innenverbrennungsmaschine bei verschiedenen Motordrehzahlen betrieben wird, erscheinen verschiedene Schwingungsfrequenzen an der Kurbelwelle. Im allgemeinen haben die meisten Antriebsund Dieselmaschinen heutigen Aufbaues und ohne Anwendung eines Torsionsschwingungsdämpfers in dem Motor-Drehzahlbetriebsbereich eine Resonanzfrequenz mit einer ziemlich großen Amplitude. Bei irgendeiner gegebenen Motordrehzahl ergeben sich jedoch Torsionsschwingungen verschiedener Schwingungsordnung, die bedeutend sein können.

Außer einer Elastomer-Dämpfung ist es in dieser Technik ebenfalls bekannt/ eine viskose Flüssigkeit zum Dämpfen von Torsionsschwingungen anzuwenden. In typischer Weise wird die viskose Flüssigkeit in einem Ring oder einer anderen Kammer in dem Trägheitsring oder -glied getragen. Vorwärts und rückwärts erfolgende Verdrillungen der Kurbelwelle, das heißt Torsionsschwingungen, begründen in der viskosen Flüssigkeit eine Turbulenz. Diese wird entsprechend der heutigen Theorie in der viskosen Flüssigkeit in Wärme umgesetzt. Somit arbeitet die Flüssigkeit in einer ähnlichen Weise wie das Elastomer, um Torsionsschwingungen zu reduzieren. In dieser Technik ist es ebenfalls bekannt, eine Elastomer-Dämpfung und eine viskose Flüssigkeitsdämpfung im Rahmen vielfältiger Konstruktionen bei einem einzigen Torsionsschwingungsdämpfer zu kombinieren. - 6 -

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einer Verbesserung des in dem US-Patent 3 440 899 dargestellten Aufbaues. Hierbei werden eine Elastomer-Dämpfung und eine viskose Flüssigkeitsdämpfung angewendet. Dieser Doppelvorgang wird dadurch bewirkt, daß eine Mehrzahl von mit Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen (die aus nachfolgend ersichtlichen Gründen als erste Mehrzahl von Hohlräumen bezeichnet werden) in dem Elastomer-Glied vorgesehen ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Torsionsschwingungsdämpfer der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 bzw. 6 bzw. 11 ausgeführten Merkmale auf. Weitere Merkmale ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Die zweite Mehrzahl von mit Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen ist vorzugsweise|in dem Trägheitsring an einer Grenzstelle desselben mit dem Elastomer-Glied angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist jeder einzelne Hohlraum in der zweiten Mehrzahl mit einem entsprechenden Hohlraum der ersten Mehrzahl ausgerichtet. Auf diese Weise wird das Volumen an Scherflüssigkeit vergrößert (und somit auch der Dämpfungseffekt), während dieselbe Grenzstellenfläche zwischen dem Elastomer-Glied und dem Trägheitsring beibehalten wird. Bei einer anderen Ausführungsform sind die einzelnen Hohlräume der zweiten Mehrzahl nicht mit den Hohlräumen der ersten Mehrzahl ausgerichtet und dennoch in dem Trägheitsring an einer Grenzstelle desselben mit dem Elastomer-Glied angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einem oberen, halben axialen und longitudinalen Schnitt einen Torsionsschwingungsdämpfer nach der vorliegenden Erfindung,

Figuren 2 und 3 - in Figur 1 ähnelnden Ansichten weitere Ausführungsformen eines TorsionsSchwingungsdämpfers nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 4 - in einer Figur 1 ähnelnden Teilansicht eine entsprechend abgewandelte Ausführungsform und

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Figur 5 - in einer Figur 2 ähnelnden Teilansicht eine entsprechend abgewandelte Ausführungsform.

In Figur 1 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Torsionsschwingungsdämpfer des in dem US-Patent 3 440 899 dargestellten allgemeinen Typs, worauf hiermit Bezug genommen wird. Der Trägheitsring besteht aus zwei Teilen 12 und 14. Die Bezugszahl 16 bezeichnet eine allgemein scheibenförmige Nabe, die hier in Form eines Steges dargestellt ist, der eine allgemein gleichförmige Dicke hat und einen sich radialen erstreckenden äußersten Abschnitt 17, einen sich axial erstreckenden mittleren Abschnitt 18 sowie einen sich radial erstreckenden innersten Abschnitt 19 aufweist. Die Nabe 16 kann an eine Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine angekoppelt und um eine Kurbelwellenachse 20 gedreht werden. Die Art des Befestigens der Nabe an der Kurbelwelle ist bekannt und deshalb nicht dargestellt. Die Bezugszahl 24 bezeichnet ein durchgehendes ring-¹ förmiges Elastomer-Glied, das zwischen den innersten Abschnitten des zweiteiligen Trägheitsrings und dem äußersten Abschnitt der Nabe 16 angeordnet ist. Das Elastomer-Glied erstreckt sich vollständig um die Peripherie der Naben-Abschnitte 17 und 18. Herkömmlich liegt eine Klebmittelbindung an den Grenzflächen zwischen der Nabe sowie dem Elastomer und zwischen dem Trägheitsring sowie dem Elastomer vor, wodurch das Elastomer-Glied mit dem Trägheitsring und der Nabe verklebt ist. In ebenfalls herkömmlicher Weise kann ferner das Elastomer-Glied komprimiert sein, das heißt eine Verformung infolge einer Druckkraft an seiner Fläche durch die Trägheitsring-Teile 12 und 14 aufweisen. Die Bezugszahl 26 bezeichnet irgendeine einer Mehrzahl von winkelmäßig verlagerten Durchgangsöffnungen in dem Elastomer-Glied 24. Die Durchgangsöffnungen 26 erstrecken sich vollständig um den Umfang des Dämpfers und sind auch unter radialem Abstand voneinander angeordnet. Diese Durchgangsöffnungen sind mit einer viskosen Scherflüssigkeit (viscous shear liquid) gefüllt, und sie ähneln dementsprechend vollständig den Durchgangsöffnungen 2 7 aus Figur 2 des genannten US-Patens 3 440 899. Die Durchgangsöffnungen 26 können als eine erste Mehrzahl von Hohlräumen aufgefaßt werden, die Silikon odor eine andere Scherflüssigkeit.großer Viskosität enthalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet eine zweite Mehrzahl von

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Scherflüssigkeit enthaltenden Hohlräumen ebenfalls zum Bilden einer Flüssigkeitsdämpfung. Die einzelnen Elemente dieser zweiten Mehrzahl sind mit der Bezugszahl 30 bezeichnet und befinden sich in dem Trägheitsring 12, 14 an den Grenzbereichen mit dem Elastomer-Glied. Bei der in Figur 1 dargestellten Ausfuhrungsform sind die Hohlräume 30 mit den Hohlräumen 26 ausgerichtet, so daß sich für jeden Hohlraum 26 ein entsprechender Hohlraum 30 ergibt. Es ist ersichtlich, daß die zusätzlichen Hohlräume 30 zum wirksamen Vergrößern des Gesamtvolumens an Scherflüssigkeit in dem Torsionsschwingungsdämpfer 10 dienen und dennoch nicht die Grenzfläche zwischen dem Elastomer-Glied 24 sowie den Teilen 12, 14 des Trägheitsrings vermindern. Jegliche Verkleinerung der Grenzfläche würde an dieser zu größeren Scherbeanspruchungen führen, die allgemein unerwünscht sind. Es ist ferner ersichtlich, daß das Volumen an Scherflüssigkeit ohne Verkleinerung des Volumens des Elastomer-Gliedes 24 erreicht wird. Im Rahmen einer allgemeinen Regel ist es wünschenswert, ein maximales Volumen an Elastomer in einem Elastomer-Tor sionsschwingungsdämpfer aufrechtzuerhalten, um hierdurch die Einheitsvolumen-Scherbeanspruchungen zu reduzieren. Die Art des Montierens der Elemente, wie der Trägheitsring-Teile 12, 14, und die Art des Einbringens der viskosen Flüssigkeit in die Hohlräume sind in der Technik bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden.

In Figur 2 ist eine andere Ausführungsform dargestellt. Hierbei besteht der Trägheitsring aus zwei Abschnitten 40 sowie 42, und das Nabenglied ist in Form eines sich radial erstreckenden Steges 44 ausgebildet, der an seiner radial äußersten Peripherie einen sich axial erstreckenden Abschnitt 46 hat. Die Bezugszahl 24a bezeichnet ein umfangsmäßig durchgehendes Elastomer-Glied, das dem Elastomer-Glied 24 der Ausführungsform aus Figur 1 ähnelt und einen radialen äußersten, sich axial erstreckenden Abschnitt 48 enthält, der den äußersten, axial verlaufenden Abschnitt 46 der Nabe umgibt. Die Bezugszahl 27 bezeichnet irgendeinen einer Mehrzahl von winkelmäßig verlagerten Hohlräumen an den äußeren Oberflächen der Bereiche des Elastomer-Gliedes 24a. Diese Hohlräume bilden eine erste Mehrzahl von Hohlräumen und erstrecken sich vollständig um den Dämpfer. Die Bezugszahl 30a bezeichnet irgend-

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einen einer zweiten Mehrzahl von Hohlräumen/ die in dem Trägheitsring 40, 42 angeordnet sind und vollständig den Hohlräumen 30 der Ausführungsform aus Figur 1 ähneln. Sie erstrecken sich ebenfaüls um den Umfang des Dämpfers. Es ist ersichtlich/ daß jeder Hohlraum 27 im Elastomer-Glied 24a mit einem entsprechenden Hohlraum 30a in den Abschnitten 40, 42 des Trägheitsrings ausgerichtet ist. Die Art der Montage der Elemente des Dämpfers aus Figurs 2 ist ebenfalls in der Technik bekannt.

Die oben erwähnte Klebmittelbindung zwischen der Elastomer-Nabe Grenzfläche und der Elastomer-Trägheitsring Grenzfläche besteht an den sich axial erstreckenden Bereichen des Dämpfers/ das heißt am Abschnitt 18 aus Figur 1 und am Abschnitt 46 aus Figur 2. Dieses ermöglicht eine relative Gleitbewegung an diesen Grenzflächen an den sich radial erstreckenden Bereichen des Dämpfers, das heißt am Abschnitt 17 aus Figur 1 und am Abschnitt 44 aus Figur 2.

In Figur 4 ist_eine Abwandlung der Ausführungsform aus Figur 1 dargestellt. Statt zusätzlicher Hohlräume in den Teilen 12, 14 des Trägheitsrings wie in Figur 1 werden solche zusätzlichen Hohlräume: 26a in dem sich radial erstreckenden äußersten Abschnitt des Nabengliedes 18 vorgesehen. Figur 5 zeigt eine ähnliche Abwandlung der Ausführungsform aus Figur 2. Die Bezugszahl 30b bezeichnet die zusätzlichen Hohlräume, die nunmehr in dem radial verlaufenden Abschnitt der Nabe 44 ausgebildet sind. Die Hohlräume 27 im Elastomer-Glied befinden sich nunmehr gemäß Figur 5 an der Nabe-Elastomer-Grenzfläche.

In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Hier hat der allgemein mit 50 bezeichnete Trägheitsring eine allgemein U-Form, wobei das U auf die Seite gelegt ist und der radial äußere Schenkel dicker als der andere Schenkel ist. Die Bezugszahl 52 bezeichnet eine radial verlaufende Nabe mit einem sich axial erstreckenden Abschnitt 54 durchgehender ringförmiger Erstreckung. Die Nabe 52 ist durch herkömmliche Mittel an der Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine festgelegt und dreht sich um die Kurbelwellenachse 20. Ein Elastomer-Glied 56 hat im Querschnitt eine allgemeine U-Form, wobei das U auf seiner Seite liegt.

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Das Elastomer-Glied hat auch hier eine durchgehend ringförmige oder umfangsmäßig durchgehende Form. Eine Mehrzahl von winkelmässig bzw. umfangsmäßig und radial versetzten Hohlräumen ist in dem Trägheitsring 50 an der radial verlaufenden Grenzstelle zwischen dem Trägheitsring und dem Elastomer-Glied ausgebildet. Die Hohlräume 16 enthalten eine viskose Dämpfungsflüssigkeit, wie eine Silikon-Flüssigkeit. Die gemäß Figur 3 rechte Seite des Dämpfers weist zu der Maschine, und somit liegt das übliche Radiator-Kühlgebläse anjder linken Seite des Dämpfers. Durch die Konfiguration des Trägheitsrings 50 weist der gebuchtete Teil des U-förmigen Trägheitsrings (in dem dargestellten axialen und longitudinalen Schnitt) zu dem Radiator-Kühlgebläse (nicht dargestellt). Dementsprechend wird das Elastomer-Glied 56 vor jeglichem Abrieb bzw. abrasiven Stoffen geschützt, die durch das Motor-Kühlgebläse zu dem Torsionsschwingungsdämpfer geblasen werden können. Dieses Merkmal ist besonders wirksam bei einer Sandboden-Umgebung, wenn der Dämpfer an einem Landwirtschaftstraktor benutzt wird.

Bei der Ausführungsform aus Figur 3 befinden sich die Hohlräume, welche die dämpfende viskose Flüssigkeit enthalten, an einer Oberfläche des Trägheitsrings. In dem Elastomer-Glied oder der Nabe ist kein Hohlraum ausgebildet.

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Leerseite

Claims

G 52 304-su

Wallace Murray Corporation/ 299 Park Avenue, New York, N.Y. 10017 (USA)

Torsionsschwingungsdämpfer

Patentansprüche

( 1./Torsionsschwingungsdämpfer mit einer an die Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine ankoppelbaren Nabe, einem Trägheitsring und einem diesen an die Nabe ankoppelnden Elastomer-Glied, das zwischen einem Abschnitt der Nabe sowie einem Abschnitt des Trägheitsrings angeordnet ist und hierdurch beide Teile voneinander trennt sowie rotationsmäßig miteinander koppelt, wobei eine erste Mehrzahl von mit einer viskosen ScherflüssigkeiL· gefüllten Hohlräumen in dem Elastomer-Glied an einem Oberflächenbereich desselben ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine zweite Mehrzahl von ebenfalls mit einer viskosen Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen (30, 30a), die in dem Trägheitsring (12, 14; 40, 42) und an einer Grenzstelle zwischen diesem sowie dem Elastomer-Glied (24, 24a) angeordnet sind, wodurch das Gesamtvolumen von in dem Dämpfer (10) befindlicher viskoser Flüssigkeit durch das Volumen der zweiten Mehrzahl von Hohlräumen vergrößert ist.
2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum der zweiten Mehrzahl von Hohlräumen (30, 30a) mit einem entsprechenden Hohlraum der ersten Mehrzahl von Hohlräumen (26, 27) ausgerichtet ist, wodurch da:; Gesamtvolumen an Scherflüssigkeit ohne Verminderung der Grenζ-stellenflache zwischen dem Elastomer-Glied (24, 24a) und dem Trägheitsring (12, 14; 40, 42) vergrößert ist.
3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Hohlräume der ersten Mehrzahl von Hohlräumen (26) vollständig durch das Elastomer-Glied (24) erstrok-

.ken, um hierdurch Durchgangsöffnungen in dem Elastomer-GlJed (24) zu bilden.. 03 0 0 6$/

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4. Torsionyschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der ersten Mehrzahl von Hohlräumen (27) eine Tiefe haben, die kleiner als die Dicke des Elastomer-Gliedes (24a) ist.
5. Torsionsschwingungsdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum der zweiten Mehrzahl von Hohlräumen gegenüber jedem Hohlraum der ersten Mehrzahl von Hohlräumen versetzt angeordnet ist.
6. Torsionsschwingungsdampfer mit einer an die Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine angekoppelbaren Nabe, einem Trägheitsring und einem diesen an die Nabe ankoppelnden Elastomer-Glied, das zwischen einem Abschnitt der Nabe sowie einem Abschnitt des Trägheitsrings angeordnet ist und hierdurch beide Teile voneinander trennt sowie rotationsmäßig miteinander koppelt, wobei eine erste Mehrzahl von mit einer viskosen Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen in dem Elastomer-Glied an einem Oberflächenbereich desselben ausgebildet ist, gekennzeichnet durch eine zweite Mehrzahl von ebenfalls mit einer viskosen Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen (26a, 30, 30a, 30b) in der Nabe (18; 44) oder den Trägheitsring-Elementen (12, 14; 40, 42) an einer Grenzstelle zwischen dem Elastomer-Glied (24, 24a) und der Nabe (18, 44) oder den Trägheitsring-Elementen (12, 14; 40, 42), wodurch das Gesamtvolumen an viskoser Flüssigkeit in dem Dämpfer (10) durch das Volumen der zweiten Mehrzahl von Hohlräumen vergrößert ist.
7. Torsionsschwingungsdampfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum der zweiten Mehrzahl von Hohlräumen (26a, 30, 30a, 30b) mit einem entsprechenden Hohlraum der ersten Mehrzahl von Hohlräumen (26, 27) ausgerichtet ist, wodurch das Gesamtvolumen der Scherflüssigkeit ohne Verminderung der Grenzstellenfläche zwischen dem Elastomer-Glied (24, 24a) und dem Trägheitsring (12, 14; 40, 42) vergrößert ist.
8. Torsionsschwingungsdampfer nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ■ zeichnet, daß die Hohlräume der ersten Mehrzahl von Hohlräumen

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vollständig durch das Elastomer-Glied (24) verlaufen, um hierdurch Durchgangsöffnungen in dem Elastomer-Glied (24) zu bilden.
9. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume der ersten Mehrzahl von Hohlräumen (27) eine Tiefe haben, die kleiner als die Dicke des Elastomer-Gliedes (24a) ist.
10. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hohlraum der zweiten Mehrzahl von Hohlräu-

₍ men gegenüber jedem Hohlraum der ersten Mehrzahl von Hohlräumen versetzt angeordnet ist.
11. Torsionsschwingungsdämpfer mit einer an die Kurbelwelle einer Innenverbrennungsmaschine ankoppelbaren Nabe, einem Trägheitsring und einem diesen an die Nabe ankoppelnden Elastomer-Glied, das zwischen einem Abschnitt der Nabe sowie einem Abschnitt des Trägheitsrings angeordnet ist und hierdurch beide Teile voneinander trennt sowie rotationsmäßig miteinander koppelt, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von mit einer viskosen Scherflüssigkeit gefüllten Hohlräumen (60) in dem Trägheitsring (50) an dessen Grenzstelle zu dem Elastomer-Glied (56), wodurch von dem Dämpfer (10) viskose Flüssigkeit ohne Verminderung des Elastomer-Volumens aufgenommen ist.

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