DE3222258A1

DE3222258A1 - Gedaempfter drehschwingungstilger

Info

Publication number: DE3222258A1
Application number: DE19823222258
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Federn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-09
Filing date: 1982-06-09
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE3222258C2; GB8315460D0; GB2121914A; GB2121914B; JPS596449A

Description

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PATENTANWALT DIPLtING. PAUL DIEHL

Alt-Moabit 89, 1000 Berlin 21,TeI.:030/391 10 70/79

9. Juni 1982 D/rs

Prof. Dr.-Ing. Klaus Federn Dachsberg 14 1000 Berlin 33

Gedämpfter Drehschwingungstilger

Gedämpfter Drehschwinqunqstilqer

Die Erfindung betrifft einen gedämpften Drehschwingungstilger mit einer als mitschwingendes, ringförmiges, zweiteiliges Gehäuse für ein dämpfendes Fluid ausgebildeten Tilgerdrehmasse, einem Flansch-Naben-Element zur Verbindung mit dem in seinen Drehschwingungen zu dämpfenden Botor und visko-elastischen Federelementen, die die Tilgerdrehmasse an das Flansch-Naben-Element mit einer bestimmbaren Resonanzfrequenz ankoppeln·

Derartige Drehschwingungsdämpfer und gedämpfte Drehschwingungstilger bestehen aus einer zu Drehschwingungen fähigen Drehmasse eines Sekundärsystems, die über ein dämpfendes Systemelement bzw. über ein dämpfendes und ein federndes Systemelement, beide diesem Sekundärsystem zugehörig, an eine drehschwingende, primäre Rotormasse derart abgestimmt angekoppelt wird, daß Resonanz-Drehschwingungen der Primärmasse im gewünschten Maße gedämpft oder unterdrückt werden. Solche Drehschwingungsdämpfer oder gedämpfte Drehschwingungstilger müssen sehr häufig in Verbindung mit Hubkolbenmaschinen angewendet werden, damit unzulässige Resonanzausschläge beim Zusammentreffen der drehzahlabhängigen, aus Massenkräften und beispielsweise aus Gaskräften herrührenden, schwingungserregenden Frequenzen mit einer Dreheigenschwingungsfrequenz des Primärsystems vermieden werden. Oft werden deshalb Drehschwingungs-

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dämpfer oder gedämpfte Drehschwingungstilger mit dem freien Kurbelwellenende einer Verbrennungskraftmaschine verbunden.

Die Gesetze, nach denen solche Schwingungsdämpfer oder gedämpften Tilger zu berechnen und optimal auf den jeweiligen Bedarfsfall abzustimmen sind, sind durch Forschungs- und Entwicklungsarbeiten mehrerer Jahrzehnte bekannt. Schwierigkeiten bereitet immer noch die kostengünstige, oder eine den verfügbaren Raum möglichst gut ausnutzende Gestaltung oder die absolut betriebssichere Ausführung solcher Dämpfer oder gedämpften Tilger.

Bekannt sind sogenannte Viskose-Drehschwingungsdämpfer, bei denen sich die als Ring ausgebildete Sekundärmasse innerhalb eines geschlossenen, ringförmigen, mit der Primärmasse verbundenen Gehäuses bewegen kann, wobei der verbleibende Spalt rings um die Sekundärmasse mit dem dämpfenden Medium Silikonöl gefüllt ist (da dieses dämpfende Medium bei wechselnder Scherung auch wechselnde Rückstellmomente entwickelt, arbeiten diese Viskose-Drehschwingungsdämpfer im Grunde genommen bereits mit einer auf der Silikonöl-Federung beruhenden Tilgerwirkung, sie sind also keine reinen Dämpfer im ursprünglichen Sinn des Wortes mehr und gehören streng genommen auch bereits zu der Gruppe der gedämpften Drehschwingungstilger).

Nachteilig ist, daß diese Dämpfer nicht, wie ursprünglich angenommen, wartungsfrei arbeiten, sondern daß ihre Lebensdauer in nicht genau voraus·

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sehbarem Maße begrenzt ist. In der Gleitlagerung des Ringes im Gehäuse läßt sich nämlich Verschleiß nicht vermeiden. Auch wirkt sich die verhältnismäßig große mit dem Primärmassenteil mitschwingende Drehmasse des Gehäuses nachteilig aus.

Es sind neue Ausfuhrnngsformen bekannt, bei denen das Gehäuse einen Teil der oder sogar die gesamte Sekundärmasse darstellt. Dann muß jedoch,um das Silikonöl im Spalt sicher einschließen zu können, eine elastische Dichtung aus einem visko-elastischen Werkstoff zwischen dem Flansch an der Primärmasse und dem Gehäuse angebracht werden. Bei solchen Ausführungsformen ist bereits das viskoelas tische Dichtungselement derart in seinen Abmessungen erweitert worden, daß es zur federnden Ankoppelung der Sekundärmasse an die Primärmasse beachtenswert beiträgt. Bei einer bekannten Ausführungsform sind solche visko-elastischen Pederelemente als drehschubbeanspruchte Scheibenfedern zwischen den Gehäusehälften und einem als Fortsetzung des Befestigungsflansches ausgebildeten Mittelsteg untergebracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gedämpften Drehschwingungstilger zu schaffen, der bei möglichst großer Sekundär-Drehmasse eine Verbindung von Primär- und Sekundär-Drehmasse durch besonders breite visko-elastische Federelemente aufweist, die neben der Dichtwirkung auch

eine maßgebliche Federwirkung haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die im Verhältnis zu ihrer Breite dünnwandigen visko-elastischen Federelemente im wesentlichen nicht als Scheiben in radialen Ebenen, sondern als axiale, von zwei Seiten aus kaskadenartig umeinandergreifende Hohlzylinder oder Hülsen ausgebildet sind, so daß die vorhandene^.._ymeist aus Platzgründen beschränkte Dämpferbreite etwa doppelt und auf möglichst kleinem Radius durch die visko-elastischen, mit ihrem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt axial ausgerichteten Federelemente ausgenutzt wird, und den ringförmigen Drehmassen (1,2) ein möglichst großer Anteil der nach außen mit der 3- Potenz zunehmenden Massenwirkung von Querschnitt-Flächenelementen innerhalb des zur Verfügung stehenden Raumes vorbehalten bleibt.

Der erfindungsgemäße gedämpfte Drehschwingungstilger beseitigt die vorstehend dargelegten Nachteile des bekanntgewordenen Viskose-Drehschwingungsdämpfers: Bei vorgegebenem Bauraum ist es für einen gedämpften Tilger (oder auch bereits für einen Drehschwingungsdämpfer) besonders wichtig, daß dieser Bauraum so weit als möglich zum Unterbringen der sekundären Drehmasse ausgenutzt wird. Sie bestimmt in erster Linie, wie weit durch einen gedämpften Tilger der Schwingungsausschlag im Resonanzdurchgang der Primärmasse herabgesetzt werden kann. (Dies ist auch der Grund dafür, daß man bei neuen Entwicklungen danach trachtet, eine tote, mit der Primärmasse mitschwingen

de Gehäusemasse zu vermeiden.) Ein Flächenelement bestimmter Grüße, z.B. ein Einheitsflächenelement in einer aus Raumgründen beschränkten Querschnittsfläche, trägt mit der dritten Potenz seines Radius zum gesamten Trägheitsmoment jjjr pdV der Sekundärmasse bei. Bei gegebener Gestalt und gegebenem Werkstoff hängt dagegen die Energieaufnahmefähigkeit einer Feder nur vom Federvolumen ab. Es ist deshalb im Hinblick auf eine möglichst große Sekundär-Drehmasse vorteilhaft, das Federelement oder die Federelementteile bei geeigneter Gestaltung möglichst achsennah unterzubringen (soweit es die vom zu dämpfenden Rotor vorgegebenen Flanschabmessungen erlauben). Schubbeanspruchte, visko-elastische Federelemente, die neben der Dichtwirkung auch eine maßgebliche Federwirkung aufweisen, haben eine im Verhältnis zu ihrer Dicke große Breite. Dies.en Umstand macht sich die Erfindung zunutze.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel eines gedämpften Drehschwingungstilgers näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die in der unteren Hälfte geschnittene

vollständige Seitenansicht eines Tilgers und

Fig. 2 die vergrößerte Schnittdarstellung nur der oberen Hälfte eines Tilgers gem. Fig. 1.

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Die Pig. 1 und 2 zeigen die umeinandergreifenden, parallel wirkenden visko-elastischen, hülsenförmigen Federelemente 5, 6. Das äußere Federelement 6 ist dabei in dem Maße in seiner Wandstärke größer gehalten, als sein mittlerer Radius größer ist, damit die wechselnden Schubbeanspruchungen infolge einer Relativschwingung zwischen Sekundärmasse 1,2 und Primärmasse 3 in beiden Federelementen 5,6 bei dem gleichen Wert, dem mit Sicherheit als zulässig angesehenen Wert bleiben.

Die hohlzylinderartige oder allgmein axial erstreckte, hülsenartige Ausbildung der visko-elastischen Federelemente bietet erfindungsgemäß noch den Vorteil, daß ihre Steifigkeit gegenüber radialen Verlagerungen der Sekundärmasse 1, 2 gegenüber dem Flansch 3 an der Primärmasse höher ist als ihre Steifigkeit in axialer Richtung (dünnwandige "Gummielemente" oder "Metall-Gummi-Verbundelemente"

20. haben bekanntlich eine wesentlich höhere Zug-Druck-Steif igkeit als Schubsteifigkeit). Bei scheibenförmigen Gummielementen wäre das Verhältnis von radialer Quersteifigkeit zu axialer Steifigkeit umgekehrt. Das Analoge gilt auch für die Zentriergenauigkeit der Sekundärmasse 1, 2 gegenüber der Primärmasse 3, die von den herstellungsbedingten Toleranzen des visko-elastischen Federelementes 5, 6 dazwischen abhängt. Eine hohe Steifigkeit in radialer Richtung ist nötig, damit die Resonanzdreh· zahl, bei der die ringförmige Sekundärmasse 1,2 gegenüber der Primärmasse 3 Querschwingungen aus-

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führt oder sich unzulässig unwuchtbedingt und unwuchtverstärkend radial verlagert, möglichst hoch über der höchsten Betriebsdrehzahl des zu dämpfenden Rotors liegt.
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Um visko-elastische Elemente, wie z.B. Gummi (Naturkautschuk) oder Viton, dauerschwingfest und dicht mit den benachbarten Metallteilen verbinden zu können, ist es zweckmäßig, daß ihre freien, ungebundenen Oberflächen von außen unbehindert für formende Werkzeugteile während der Fertigung zugänglich sind. Deshalb wird erfindungsgemäß vorgesehen, das Sekundärsystem derart in Bausteine aufzuteilen, daß die visko-elastischen Elemente an ihren freien Oberflächen zwecks Erleichterung der Fertigung beispielsweise durch vulkanisierendes Verbinden mit den benachbarten Metallteilen von beiden Seiten unbehindert zugänglich sind. Bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Gestaltung läßt sich während der Verbindens der in Fig. 2 außen noch nicht verbundenen Ringteile eine durch Keilwirkung verstärkte Vorspannung senkrecht zu den gebundenen Oberflächen der visko-elastischen Formelemente auch bei deren kaskadenartigem Umeinandergreifen aufbringen.

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Liste der ZeichnunqsPositionen;

1 Drehmasse des Tilgers

3 Flansch-Naben-Element

4 Verbindungsring

5 visko-elastisches Pederelement

7 Dämpfermasse

Leerseite

Claims

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Ans prüche :

(1·!Gedämpfter Drehschwingungstilger mit einer als ^—mitschwingendes, ringförmiges, zweiteiliges Gehäuse für ein dämpfendes Fluid ausgebildeten Tilgerdrehmasse, einem Plansch-Naben-Element zur Verbindung mit dem in seinen Drehschwingungen zu dämpfenden Rotor und visko-elas tischen Federelementen, die die Tilgerdrehmasse an das Flansch-Naben-Element mit einer bestimmbaren Resonanzfrequenz ankoppeln, dadurch gekennzeichnet, daß die im Verhältnis zu ihrer Breite dünnwandigen visko-elastischen Federelemente im wesentlichen nicht als Scheiben in radialen Ebenen, sondern als axiale, von zwei Seiten aus kaskadenartig umeinandergreifende Hohlzylinder oder Hülsen ausgebildet sind, so daß die vorhandene, meist aus Platzgründen beschränkte Dämpferbreite etwa doppelt

20. und auf möglichst kleinem Radius durch die visko-elastischen, mit ihrem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt axial ausgerichteten Federelemente ausgenutzt wird, und den ringförmigen Drehmassen (1,2) ein möglichst großer Anteil der nach außen mit der 3· Potenz zunehmenden Massenwirkung von Querschnitt-Flächenelementen innerhalb des zur Verfügung stehenden Raumes vorbehalten bleibt.
2. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Einzel-

bausteinen zusammengesetzt ist, von denen zwei mit jeweils einem Drehmassenteil und einem visko elastischen Federelement die Massen- und Federwirkung vermitteln, während ein weiterer Baustein (7) oder eine weitere Baugruppe die in erster Linie dämpfende Wirkung vermitteln, wobei die Aufteilung in die Bausteine derart vorgenommen wird, daß in jedem einzelnen der beiden zuerst genannten Bausteine die visko-elastischen Elemente an ihren beiderseitigen freien Oberflächen während der Fertigung für formende Werkzeugteile ungehindert zugänglich sind.
3. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die visko-elastischen, umeinandergrexfenden Federelemente in zwei Einzelbausteinen (1, 3,.5; 2, 4, 6) derart gestaltet sind, daß sie beim Verbinden dieser Bausteine während der Montage des gedämpften Drehschwingungstilgers eine durch Keilwirkung verstärkte Vorspannung senkrecht zu den gebundenen Oberflächen der visko-elastischen Elemente erhalten.