DE3152856C2 - Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mittels eines Schwingungstilgers angegeben, der in koaxialer Anordnung mit der Gelenkwelle des Kraftfahrzeuges eine ringförmige Schwingmasse, einen an der Gelenkwelle festlegbaren Tragflansch und einen aus einem Elastomer bestehenden Fede rungskörper umfaßt, der die Schwingungskopplung der Schwingmasse mit dem Tragkörper des Tragflansches vermittelt. Der Tragkörper dieses Tragflansches ist kreiszylindrisch ausgebildet und der Federungskörper in ringsegmentförmige Elemente unterteilt, die, in Umfangsrichtung gesehen, durch Versteifungselemente miteinander verbunden sind, die, in radialer Richtung gesehen, zwischen schwingmassenseitigen und tragkörperseitigen Schlitzen angeordnet sind. Durch diese Versteifungselemente ist die Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers gezielt beeinflußbar. In die ringsegmentförmigen Federungselemente des Federungskörpers sind als kreiszylindrische Blechhülsen ausgebildete Versteifungselemente eingesetzt, mit denen die Radialschwingungs-Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers im Sinne einer Erhöhung gezielt beeinflußbar ist.

Description

nanzfrequcnz des Radialschwingungslyps verringert wird. Mit dem bekannten Schwingungstilger ist es daher nicht möglich, die eingangs hinsichtlich des Verhältnisses der Biege- und Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenzen genannte Forderung in praxi zu erfüllen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Schwingungstilger mit einem günstig großen Verhältnis seiner Biegeschwingungs- und Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenzen realisierbar ist

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale der Erfindung auf einfaehe Weise gelöst.

Durch die hiernach zusätzlich in dem Federungskörper vorgesehenen hülsenförmigen Versteifungselemen- is te, mit denen die radiale Steifigkeit des Federungskörpers im Sinne einer Erhöhung gezielt beeinflußbar ist, kann das Resonanzfrequenzverhältnis IJt₁ auf einen erwünschten hohen Wert eingestellt werden. Die Anordnung der zusätzlichen Versteifungselemenie, die die radiale Versteifung des Federungskörpers vermitteln, ist wegen der erfindungsgemäß vorgesehenen rohrförmigen Gestaltung des Tragflansches und der ringsegmentförmigen Gestaltung der Federungselemente des Schwingungstilgers möglich, wodurch zwischen dessen Schwingmasse und Tragflansch innerhalb dieser Federungselemente genügend Raum für die Anordnung der zusätzlichen Versteifungsclemente vorhanden ist.

Grundsätzlich können die Versteifungsclemente in den aus einem geeigneten Elastomer bestehenden Federungskörper schon bei dessen Herstellung mit eingegossen oder einvulkanisiert werden. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn die Verslei fungselemente gemäß Anspruch 2 in Aussparungen des elastomeren Federungskörpers derart eingepreßt sind, daß dieser mit einer für die lagerichtige Fixierung der Versteifungselemente hinreichenden Vorspannung an deren Mantel anliegt.

Eine für diesen Fall erforderliche Sicherung der Versleifungselcmente gegen axiale Verrückungen innerhalb des Federungskörpers ist dann auf einfaehe Weise gemäß den Merkmalen des Anspruchs 3 erzielbar.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Schwingungsdämpfung mit einem an der Gelenkwelle eines Kraftfahrzeuges angeordneten Schwingungstilger, in abgebrochener Darstellung, teilweise im Schnitt längs der Achse der Gelenkwelle, im Maßstab 1 :1,5 und

F i g. 2 eine Stirnansicht des Schwingungstilgers der Einrichtung gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, ist der mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 zur Schwingungsdämpfung versehene Teil des Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges dargestellt, der hier durch das getriebeseitige Ende der Gelenkwelle 11. die Abtriebswelle 12 des Getriebes 13 und eine anstelle eines Kardangelenks vorgesehene Gelenkscheibe 14 repräsentiert ist, an der einerseits die Abtriebswelle 12 des Getriebes 13 mit ihrem glcichschenklig-dreiecki- so gen Kopplungsfiansch 16 und andererseits die Gelenkwelle mit ihrem ebenfalls gleichschenklig-dreieckförmigcn Kopplungsfiansch 17 mittels je dreier in den Eckbercichen dieser Kopplungsllansche 16 bzw. 17 angeordneter Schrauben 18 bzw. 19 befestigt sind, wobei die b5 Kopplungsflanschc 16 und 17 und die Gelenkscheibe 14 bezüglich der Längsachse 21 der Gelenkwelle Il axial-SYinmeirisch ausgebildet und angeordnet sind.

Funktionswesentlicher Bestandteil der Schwingungsdämpfungseinrichtung 10 ist ein insgesamt mit 54 bezeichneter Schwingungstilger, der eine dynamische Bekämpfung sowohl der im Antriebsstrang auftretenden Torsionsschwingungen als auch der zur Längsachse 21 transversalen Biegeschwingungen vermittelt

Der Schwingungstilger 54 hat einen am Kopplungsfiansch 17 der Gelenkwelle 11 festlegbaren Tragflansch mit einem kreiszylindrisch-rohrförmigen Tragkörper 57. eine den Tragkörper 57 koaxial umgebende, kreisringförmige Schwingmasse 26 und einen sowohl mit dem Tragkörper 57 wie auch mit der Schwingmasse 26 verbundenen, insgesamt mit 58 bezeichneten Federungskörper mit der Grundform eines Kreisringes. Ober diesen Federungskörper 58 ist die Schwingmasse 26 zu Torsions- und/oder rechtwinklig zur Längsachse verlaufenden Transversalschwingungen axiregbar, durch die die dynamische Dämpfung solcher Schwingungen im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges vermittelt wird.

Im Idealfall der vollständigen Schwingungskompensation ist dabei nur die Schwingmasse 26 und der mit dieser und dem Tragflansch 56 verbundene Federungskörper 58 zu Schwingungen angeregt, während die Gelenkwelle schwingungsfrei rotiert. Es ist dann wirksam ausgeschlossen, daß durch Schwingungen der Gelenkwelle 21 z. B. der die angetriebene Hinterachse des Kraftfahrzeuges tragende — nicht dargestellte — Hinterachsschemel, der über Gummilager am Fahrzeugboden abgestützt ist, zu resonanten Eigenschwingungen angeregt wird, die als Körperschall auf den Fahrzeugboden übertragen werden, aus dessen Schwingungen im Fahrzeuginneren als störend empfundener Liiftschall entsteht. Typische Eigenschwingungen eines solchen, in üblicher Bauart V-förmigen Hinterachsschemels, deren resonante Anregung weitestgehend vermieden werden sollte, ist zum einen eine bezüglich des Fahrzeugbodens translatorische Schwingung, in der der Hinterachsschemel als Ganzes gegen den Fahrzeugboden schwingt, und zum anderen eine Biegeschwingung des Hinterachsschemels, bei der dieser selbst einer Schwingungsdeformation unterworfen ist. Typische Werte der Eigenfrequenz der Translationsschwingung des Hinterachsschemels, die insbesondere durch Torsionsschwingungen der Gelenkwelle 21 anregbar ist, liegen zwischen 30 und 60 Hz, während typische Werte der Eigenfrequenz der Biegeschwingung des Hinterachsschemels, die insbesondere durch Biegeschwingungen der Gelenkwelle 21 anregbar ist, bei ca. 150 Hz liegen.

Da ein Schwingungstilger seine optimale Dämpfungswirkung dann entfaltet, wenn seine Eigenschwingung nach Typ und Frequenz mit der zu bekämpfenden Schwingung übereinstimmt, sollte daher der Schwingungstilger 54 in dem zur Erläuterung gewählten, in praxi häufig gegebenen Fallbeispiel eine Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenz f, von etwa 60 Hz und eine Biege- bzw. Radialschwingungs-Resonanzfrequenz f_r von ca. 150 Hz haben.

Um dieses extreme Resonanzfrequenzvorhältnis fjf, von mindestens 2,5 zu realisieren, hat der Schwingungstilger 54 speziell den aus der Stirnansicht der F i g. 2 ersichtlichen Aufbau:

Der Federungskörper 58 umfaßt in axial-symmetrischer Anordnung drei Ringsegmente 58a, 5Sb und 58c, die jeweils in einem 90° -Sektorbereich den Raum zwischen der Schwingmasse 26 und dem Tragkörper 57 ausfüllen und an diesen Teilen fest haften. In Umfaiigsrichtung gesehen sind diese Ringsegmente 58a, 586 und 58c durch in sich steife Zwischenstücke 59 miteinander

5 6 )

verbunden, die beim dargestellten speziellen Ausführungsbeispiel als Hohlprofilstücke mit trapezförmigem Profilquerschnitt ausgebildet sind, aber auch, wie an sich bekannt, als in radialer Richtung einseitig offene U-Pro-

file ausgebildet sein könnten. Durch diese Zwischen- 5 '■■.

stücke 59, die zwischen schwingmassenseitigen Schlitzen 61 und tragkörperseitigen Schlitzen 62 angeordnet sind, ist die Torsionssteifigkeit des Federungskörpers 58 und damit die Torsionsschwingungs-Resonanzfrequenz

f, des Schwingungstilgers 54 gezielt beeinflußbar. Die io ■;■■■

Ringsegmente 58a. 5Sb und 58c haben je eine kreisrunde

Durchgangsbohrung 63, in die als Versteifungselemente ,,

kreiszylindrische Blechhülsen 64 eingesetzt sind, mit de- . ||

nen die radiale Steifigkeit des Federungskörpers 58 und ||

damit die Radialschwingungs-Resonanzfrequenz f_r des 15 |f

Schwingungstilgers 54 definiert beeinflußbar ist. Ij

Um die Versteifungshülsen 64 gegen axiale Verrük- ■'■?)

kungen im Federungskörper 58 zu sichern, können, was q

nicht gesondert dargestellt ist, an den Mündungsöffnun- "k

gen der Durchgangsbohrungen 63 nach innen ragende, 20 ';;,

schmale Ringrippen des Federungskörpers 58 vorgesehen sein, oder es können an den Stirnseiten der Versteifungshülsen 64 Haltebunde angeformt sein, die verhin- '■'/·. dem, daß sich die Versteifungshülsen 64 aus den Durchgangsbohrungen 63 herausarbeiten können. Dabei ist es 25 ΐ ausreichend, wenn sich solche Haltebunde nur über einen Teil des Hülsenumfanges. z. B. einen äußeren 180° -Sektorbereich erstrecken.

Um den Schwingungstilger 54 in der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung an der Gelenkwelle 11 bzw. der Gelenkscheibe 14 funktionsgerecht befestigen zu können, muß die axiale Länge seines Traggkörpers 57 um etwa die Schraubenkopfdicke der Befestigungsschraube 19 größer sein als bei einem Schwingungstilger üblicher Bauart mit dreieckförmigem Kopplungsflansch.

Es versteht sich, daß ein im Rahmen einer erfindungsgemäßen Einrichtung 10 verwendbarer Schwingungstilger mit kreiszylindrischem Tragkörper auch in der Weise realisiert sein könnte, daß an seiner kreisringförmigen Schwingmasse innenseitig Vorsprünge vorgesehen

sind, zwischen denen die elastischen, ringsegmentförmig :

ausgebildeten Teile des Federungskörpers angeordnet

sind. Auch bei dieser Gestaltung müßte der Tragkörper, '■',

wie vorstehend erläutert, etwas verlängert sein. Dafür

könnte aber wegen der für die Vorsprünge bedingten ;

Vergrößerung der Schwingmasse deren Außendurch- ίι

messer bei vorgegebenem Trägheitsmoment etwas ver- i;

ringert werden, was aus Platzgründen von Vorteil sein W

könnte. 50 X

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

55

60

65

Claims (3)

1 2 wesentlichen durch die radial zur Längsachse der Kur-Patentansprüche: belwelle wirkenden Massenkräfte des Antriebsaggregats angeregt werden; im Falle des 4-Zylinder-Antriebs-

1. Einrichtung zur Dämfpung von Schwingungen aggregats entspricht die Anregungsfrequenz für Torim Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mittels ei- 5 sions- und Biegeschwingunge.i jeweils der doppelten nes Schwingungstilgers, der in koaxialer Anordnung Rotationsfrequenz der Kurbelwelle.

mit einer Welle des Antriebsstranges, insbesondere Typische Schwingungen im Fahrwerksbereich, die

der das Antriebsaggregat mit der Antriebsachse des durch Torsionsschwingungen der Kurbelwelle resonant Kraftfahrzeuges koppelnden Gelenkwelle, eine ring- angeregt werden können, z. B. Auf- und Abbewegungen förmige Schwingmasse, einen an der Welle befestig- io der Hinterachskonstruktion relativ zum Fahrzeugbobaren Tragflansch und einen diesen mit der den, haben im 60-Hz-Bereich liegende Eigenfrequenzen Schwingmasse verbindenden, die Schwingungs- und müssen daher durch eine bei etwa dieser Frequenz kopplung des Schwingkörpers mit der Welle vermit- liegende Torsions-Schwingungsresonanz des Schwintelnden Federungskörper aus einem elastomeren gungstilgers bekämpft werden. Andere, insbesondere Material umfaßt, der mit bezüglich der Längsachse 15 durch Biegeschwingungen der Gelenkwelle anregbare der Welle axialsymmetrisch gruppierten, bezogen und mit Biegeverformungen von Teilen der Achsbefeauf die radiale Richtung zwischen inneren, trag- stigung, z. B. des Hinterachssattels einhergehende Canschseitigen und äußeren, schwingmassenseitigen Schwingungen haben typische Eigenfrequenzen von Schlitzen angeordneten Versteifungszwischenstük- beispielsweise 150 Hz und erfordern daher zu ihrer Beken versehen ist, durch deren Anordnung innerhalb 20 kämpfung eine bei etwa diesem Frequenzwert liegende des Federungskörpers und Gestaltung die Frequen- Biegeschwingungsresonanz des Schwingungstilgers.
zen der Eigenschwingungen des Schwingungstügers Dies bedeutet daß bei einem zum vorstehend ge-

definiert beeinflußbar sind, dadurch gekenn- nannten Zweck geeigneten Schwingungstilger das Verzeichnet, daß der Tragkörper (57) des Tragflan- hältnis 1,1 f, seiner Transversal- bzw. Radialschwingungssches (56) des Schwingungstügers (54) kreiszylin- 25 Resonanzfrequenz f_r zu seiner Torsionsschwingungsdrisch-rohrförmig ausgebildet ist, und daß der Fcde- Resonanzfrequenz F₁ in praxi etwa 2,5 :1 betragen sollte, rungskörper (58) des Schwingungstügers (54) rings- Bei einer aus der DE-OS 29 33 586 bekannten Ein-

egmentförmige, mit der Schwingmasse (26) und dem richtung eier eingangs genannten Art hai der mit der Tragkörper (57) verbundene Federungselemente Gelenkwelle verbundene Schwingungstilger einen am (58a, 586,58c) aus einem elastomeren Material um- 30 Kopplungsflansch der Gelenkwelle des Kraftfahrzeuges faßt, durch welche die Versteifungszwischenstücke festlegbaren, in der Art eines kurzen Dreikantprismas (59) miteinander verbunden sind, und daß die rings- gestalteten Tragflansch, dessen — abgerundete — Prisegmentförmigen Federungselemente (58a, 586,5%c) menkanten parallel zur Längsachse der Gelenkwelle in ihrem inneren Bereich mit hülsenförmigen Ver- verlaufen, die diesen Tragflansch durchsetzt. Die steifungselementen (64) versehen sind. 35 Schwingmasse ist kreisringförmig ausgebildet und ko-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- axial zur Gelenkwelle bzw. dem Tragflansch angeordzeichnet, daß die Versteifungselemente (64) in Aus- net, wobei in der Ruhelage der Schwingmasse zwischen sparungen des elastomeren Federungskörpers (58) dieser und den Prismenkanien des Tragflansches ein eingepreßt sind. lichter Abstand verbleibt. Die Schwingmasse ist über je

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 40 zwei gi'mmielastischc, etwa säulenförmige Federungszeichnet, daß die Versteifungselemente (64) mittels körper mit den jeweils gegenüberliegenden Prismenfläan ihren Stirnseiten angeformter Bunde oder mittels chen des Tragflansches verbunden. Diese Federungsihre ringförmigen Stirnflächen übergreifender, ring- körper sind so gestaltet und angeordnet, daß im Bereich flanschförmiger Teile des Federungskörpers (58) ge- der Längskanten des Tragflansches zwischen diesem gen eine axiale Verrückung gesichert sind. 45 und der Schwingmasse sich in Umfangsrichtung erstrek-

kende Schlitze verbleiben, die an ihren durch die Fede-

rungskörper begrenzten Enden etwas erweitert sind.

Zwischen die je eine der Prismenflächen mit der Schwingmasse verbindenden Federungskörper sind als

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämp- 50 U-Profile oder auch als Profilstücke mit in sich geschlosfung von Schwingungen im Antriebsstrang eines Kraft- senem Profilquerschnitt ausgebildete Versteifungszwifahrzeuges mittels eines Schwingungstügers und den schenstücke eingesetzt, wobei, in radialer Richtung geweiteren im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genann- sehen, zwischen diesen und der Schwingmasse bzw. dem ten gattungsbestimmenden Merkmalen. Tragflansch in Umfangsrichtung bzw. entlang den Trag-

Einrichtungen dieser Art haben den Zweck, Torsions- 55 flanschflächen verlaufende Schlitze freigelassen sind, und Biegeschwingungen, die insbesondere an einer den die an ihren Enden ebenfalls etwas erweitert sind.
Getriebeblock eines Kraftfahrzeuges mit dessen An- Bei einer solchen Gestaltung des Schwingungstügers

triebsachse verbindenden Gelenkwelle auftreten, so kann zwar bei Verwendung eines geeigneten Fedeweit wie möglich zu unterdrücken, um durch solche rungskörpermaterials und geeigneter Gestaltung und Schwingungen bedingte Geräuschentwicklung und Ver- t>o Dimensionicrung der Versicifungszwischenstücke die schleiß im Antriebsstrang wirksam zu bekämpfen. für Torsionsschwingungen maßgebliche Kraftkonstante

Die Anregung von Torsionssehwingungen kommt da- und damit die Resonanzfrequenz des Torsions-Schwindurch zustande, daß das Ausgangsdrehmoment einer gungstyps in einen erwünschten Frequenzbereich gc-Brennkraftmaschine üblicher Bauart periodischen legt werden, nachteilig ist jedoch, daß — wegen der Schwankungen unterworfen ist, deren Frequenz bei ei- μ durch die Anordnung der Vcrstcifungsclcnicnie bcdingnem als Fallbeispiel angenommenen 4-Zylinder-Hub- ten Verringerung des Federungskörpcrvolumcns — die kolbenmotor gleich der doppelten Rotationsfrequenz für Radialschwingungen der Schwingmasse maßgcbliseiner Kurbelwelle ist, während Biegeschwingungen im ehe Kraftkonstante vermindert und damit die Reso-