DE3423222A1

DE3423222A1 - Viskoelastisch gedaempfter drehschwingungstilger mit federgekoppeltem schwungring

Info

Publication number: DE3423222A1
Application number: DE19843423222
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Federn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1984-06-21
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE8418913U1

Description

Viskoelastisch gedampfter Drehschwingungsti 1 ger
mit federgekoppeltem Schwungring Erfindungsbeschreibung: Zur Verminderung der Drehschwingungsamplituden des Triebwerkssystems von Dieselmotoren und auch bei anderen Antriebssystemen werden seit Jahrzehnten sogenannte Drehschwingungsdämpfer eingesetzt. Sie werden schwingungstechnisch richtiger als gedampfte Drehschwingungsti Iger bezeichnet, sobald zur Dämpfung ein hochviskoses Dampfun gsrnedium im Spalt zwischen einem Schwungring und einem diesen umschließenden Gehäuse verwendet wird. Dieses Medium hat nämlich neben der durch seinen Verlustmodul G"~ X . Q gekennzeichneten Viskosität (mit T1 als dynamischer Zähigkeit und Q als Schwingkreisfrequenz) auch eine durch den Speichermodul G' gekennzeichnete Schubsteifigkeit f 1, S.29 ... 37]. Auch werden in zunehmendem Maße zusätzliche federnde Elemente zur Kopplung zwischen dem Schwungring (der sogenannten Sekundärmasse) und dem mit einem Flansch versehenen Gehäuse (als Primärmasse) herangezogen [2, 3], denn die Schubsteifigkeit des hochviskosen Mediums reicht meist nicht zur optimalen Abstimmung eines Drehschwingungstilgers aus 4. Die optimale Abstimmung eines gedämpften Drehschwingungstilgers ist insbesondere dann erforderlich, wenn durch die Hochaufladung von Dieselmotoren ihre Leistung je Kolbenflächeneinheit bis zum Dreifachen gesteigert wird. Denn dadurch werden auch die die Drehschwingungen erregenden Wechselmomentkomponenten in höheren Ordnungen erheblich vergrößert.
Zusätzliche federnde Elemente werden auch verwendet, um die bisher überwiegende Gleitlagerung eines Silikonöl-gedämpften Schwungrings durch eine elastisch zentrierende Lagerung ohne Verschleiß und damit ohne einen das dämpfende Medium möglicherweise zerstörenden Abrieb zu ersetzen [5]. Zu beachten ist, daß bei der Drehschwingungsdömpfung mechanische Energie durch Dissipation in Wärme überführt wird und daß deshalb die Temperatur in einem gedämpften Drehschwingungstilger praktisch in den Grenzen 400C bis 120°C schwanken kann. Dadurch wird zum einen der Verlustmodul G" des Mediums erheblich beeinflußt, bei den angegebenen Grenzen für Polymethylsiloxane AK 200000 z. B. im Verhältnis 3: 2; der Speichermodul G' sogar in noch höherem Maße, z. B.
bei den angegebenen Grenzen im Verhältnis 7: 3 1, S. 37. Zum anderen kann der hohe räumliche Wärmeausdehnungskoeffizient des hochviskosen Mediums durch Druckerhöhungen (bis zu 30000 hPa) Schwierigkeiten bereiten, nicht nur durch zusötzliche Belastungen der Verschraubungen und Dichtungen im Gehäuse, sondern auch durch die Veränderung der Breite der dämpfenden mit dem Medium gefüllten Spalte. Man war deshalb bisher stets bemüht, das Volumen des dämpfenden Mediums klein zu halten. Dies ist nicht mehr möglich, sobald Stahlfedern zur Kopplung des Schwungrings oder auch nur zur elastisch zentrierenden Stützung des Schwungrings im Gehäuse eingesetzt werden. Denn bei Stahlfedern laßt sich nur die Gestaltänderung mit Verlagerung einzelner Federabschnitte ausnutzen, nicht aber die gestal terhal tende Schubelustizität (wie beispielsweise bei Gummifedern, [6]) oder gar die Volumenelastizität wie bei Gasfedern.
Stahl federn haben gegenüber Federn aus Elastomeren und auch gegenüber der Schubelostizitrat eines hochviskosen dämpfenden Mediums den Vorteil, daß ihre Federsteifigkeit von der Temperatur praktisch unabhängig ist. Diese Temperaturunabhangigkeit kann aber nur ausgenutzt werden, wenn die Stahlfedern mit ihren Formänderungen nicht zur Verdrängung des hochviskosen Mediums führen, denn die dabei auftretenden hohen Schergeschwindigkeiten im hochviskosen Medium, die die Schergeschwindigkeiten im dampfenden Spalt weit übertreffen können, führen zu hohen Werten der geschwindigkeitsabhängigen Kennwerte G" und insbesondere G' und zu einer vergrößerten Temperaturabhängigkeit dieser Werte. Aber gerade eine hohe Temperaturabhängigkeit des Speichermoduls G' ist hinderlich, denn sie läßt eine optimale Abstimmung der Koppelfedersteifigkeit zwischen Schwungring und Gehause nur für eine einzige Temperatur oder praktisch einen sehr engen Temperaturbereich zu 4.
Erfindungsgemäß wird deshalb zur Lösung dieser Aufgabe, d. h. zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten vorgeschlagen, den Raum um die elastisch zentrierenden oder auch koppelnden, die Abstimmung verbessernden Federelemente vom hochviskosen Medium dadurch freizuhalten, daß innerhaib des Gehäuses zusätzliche elastisch dynamisch verformbare Elastomerdichtungen angebracht werden, die den Spaltraum mit dem hochviskosen Medium von dem Raum um die Federelemente trennen. Falls der Schwungring aus Teilen zusammengebaut ist oder falls Schrauben zur Befestigung von Federelementen am Schwungring verwendet werden, sind allerdings noch weitere, nicht dynamisch beanspruchte Dichtungen zum hermetischen Abschließen des Raums um die Federelemente erforderlich.
Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Hinzunahme von elastisch verformbaren, dynamisch beanspruchbaren Dichtelementen im Gehäuse gehört, daß das Gehause mit seinen nur statisch beanspruchten Dichtungen zum sicheren Abschluß des Spaltraums mit dem hochviskosen Medium erhalten bleibt und damit eine Forderung erfüllt wird, die zur Umweltsicherung erhoben werden kann. Die Trennung des Raums um die zusätzlichen elastisch verformbaren Federelemente, vorzugsweise Stahlfederelemente, verschafft mit einer Vermeidung der Verdrängungsdampfung und Verdrangungssteifigkeitum diese Federelemente eine freizügigere Gestaltungsmöglichkeit der Federelemente, bei der auch nicht auf eine Minimierung des unvermeidlichen, nicht ausnutzbaren Raums um die verformbaren Federelemente geachtet werden muß. Dies führt zu einer optimalen Lösung der eingangs gestellten Aufgabe, den mit einem hochviskosen Medium, z.B. Silikonöl, gefüllten Raum so klein als nötig und möglich zu halten. Schließlich fällt auch für die zusätzlich stützenden oder auch koppelnden Federelemente im hermetisch vom hochviskosen Medium abgeschlossenen Teilraum die zusätzliche dynamische Beanspruchung durch wechselnde Mediumverdrängung fort.
In Bild 1 ist mit (01) der Flanschteil des Gehauses bezeichnet, mit dem ein gedämpfter Drehschwingungstilger oder Drehschwingungsdämpfer mit dem in seinen Drehschwingungen abwehrend zu beeinflussenden Triebwerksteil, z.B. einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, üblicherweise durch Schrauben verbunden ist. Mit (02) und (03) sind das den Schwungring umschließende Gehäuse und der zugehörige Gehäusedeckel bezeichnet.
Beide sind in Bild 1 beispielsweise durch Schrauben (04) und (05) mit dem Flanschteil und durch Schrauben (06) miteinander verbunden, wobei Dichtringe (07a), (07b) und (08) in umlaufenden Nuten den Innenraum des Gehäuses nach außen in bekannter Weise hermetisch abschließen.
Mit den zusätzlichen, zur sogenannten Primärmasse (01), (02) ... (08) gehörenden Flanschen (09a) und (09b) sind Federelemente, vorzugsweise Stahlfederelemente, in diesem Fall hochkant gebogene Biegefedern (10) bzw. (10a) und (lOb) in Bild 3 *) verbunden, und zwar durch Schrauben, die entlang des Umfangs mehrfach angeordnet sind, mit Schraubenbolzen (11) und den symmetrisch angeordneten Muttern (12a) und (12b) und Unterlegscheiben (13a) und (13b) . (In Bild 1 sind davon nur (12b) und (13b) in der rechten Bildhälfte wiedergegeben.) Um nicht-gleichgerichtetschwingende Federelemente voneinander zu trennen, können zwischen ihnen zusätzliche Unterlegscheiben (14) wie in Bild 3 notwendig werden. Die Federn sind jeweils mit ihrem zweiten Spannkopf mit Schraubenbolzen (15), symmetrisch angeordneten Muttern (16a) und (16b) und Unterlegscheiben (17a) und (17b) mit den Ringteilen (20a) und (20b) verbunden. (Dabei sind diesmal nur (15), (16a) und (17a) in der linken Hälfte von Bild 1 dargestellt.) Der Raum um die Ringteile ist gegenüber dem Raum um die Federn durch elastisch durch Schub wechselnd verformte Elastomerfedern (21 a) und (21 b) erfindungsgemäß abgedichtet. Diese abdichtenden, *)z.B. nach DE 2818296A 1, Bild 1 Wechsel verformungen ausgesetzten Elastomerelemente innerhalb des geschlossenen Gehäuses können jeweils in einer nicht freien Flache oder an beiden nicht freien Flachen, beispielsweise an den Stellen (22a) und (22b), mit den Ringteilen durch Vulkanisation verbunden sein. Sie können aber auch gegenüber Verschiebungen unter der Wirkung von Zentrifugalkraften oder eines Überdrucks in einem Spaltraum mit dem hochviskosen Medium durch Elastomerringe (23 a) und (23 b) gestützt werden. Auch kann ein von außen gewollt erzeugter Überdruck im luft- oder gasgefüllten Raum um die Federn die elastischen Dichtungselemente (21 a) und (21 b) gegenüber Zentrifugalkräften oder gegenüber temperaturabhängigem Überdruck im äußeren Spaltraum mit dem hochviskosen Medium stützen.
Zur Abdichtung des Raums um die Federn sind noch Dichtringe (24a) und, symmetrisch hierzu, aber nicht dargestellt, (24b) und außerdem (25) in passenden, feinbearbeiteten Nuten angebracht; die dichtenden Elastomerringe (24a) und (24b) um die Schraubenbolzen können in Nuten an den Bolzen (15) oder in Nuten an den Bohrungen, wie in Bild 3 mit (24b") gezeigt, eingelassen werden.
Die Montage oder eine gelegentliche Demontage wird nicht behindert, falls statt einer Mutter, z.B. der nicht gezeichneten (16b),ein Schraubenkopf (18) nach Bild 2 angeordnet ist, der mit einer Kappe (19) hermetisch gegen den Spaltraum (26) abgedichtet ist, gleichzeitig aber auch durch Flächen in der Kappe formschlüssig gegen Losdrehen gesichert ist.
Es ist aber auch möglich, nach Bild 3 eine Hülse (27") auf einer Seite einzuschweißen, die dann den Paßbolzen durch eine normale, in ein Sackloch eingeschraubte Kopfschraube (28") ersetzen laßt. Um die Verdrehsicherung von Sperrzahn-Schraubenköpfen (28") ausnutzen zu können ist noch eine Bundscheibe (29") erforderlich, die gegen die Hülse formscl,lüssig durch Klauen (30") drehgesichert ist.
Wenn radio beiderseitig keilförmig eingespannte Blattfedern nach Bild 4 verwendet werden, dann können die Schraubern zur Befestigung der zusätzlichen Federn vermieden werden. Solche Blattfedern (10') können, wie in Bild 4 dargestellt, rückführend oder gewellt sein, um Zwangsspannungen in radialer Richtung bei größeren Biegeverformungen zu mildem.
In Bild 4 sind bereits in Bild 1 dargestellte Teile mit den gleichen Zahlen bezeichnet.
Diese sind mit einem Beistrich ' versehen, wenn die Teile in ihrer Gestalt neu angepaßt werden mußten. Der innere Spannkopf der Blattfeder (10'), (40), ist durch Kreisringabschnitte (41 a) und (41 b) in Umfangsrichtung festgespannt, beispielsweise durch radiale Schrauben (42a) und (42b), Bild 5.
Die Köpfe (43a) und (43b) einer Feder (10') oder zweier Federn (10a') und (1 Ob') sind ebenfalls durch Kreisringabschnitte in Umfangsrichtung festgespannt, wobei letztere ohne zusötzliche Schrauben in umlaufenden Nuten (mit dem Profil der Köpfe (43 a) und (43 b)) im Ringteil (20a') vorgespannt ruhen. Dieser Vorspannung kann durch einen Schrumpfring (45) um den geschlitzten Teil von Ring (20a') mit Schlitzen (44) das Gleichgewicht gehalten werden.
Der Raum um die am Umfang 3- oder mehrfach angeordneten Federn (10') oder (10'a) und (10' b) ist wiederum erfindungsgemäß durch dynamisch verformbare Elastomere (21 a' ) und (21 b') und das statisch beanspruchte Dichtelement (25') getrennt.
1] HARTMANN, R.: Berechnung des dynamischen Verhaltens von Viskosedrehschwingungsdämpfern. Dr.-lng. Diss. TU Berlin.
[2] DE 28 18 296 A1.
[3] DE 32 21 987, Carl Hasse & Wrede GmbH, 11.6.1982(F 16 F 15/16, 15.12.1983).
4 FEDERN, K.: Generalized Criteria for the Evaluation of Torsional Vibration Dampers. Third Intern. Conf. "Vibrating in Rotating Machinery",11 - 13 Sept.
1984, Univ. of York (Manuskript beiliegend).
[5] DE 28 18 295 A 1.
[6] DE 3222258, FEDERN, K., 9.6.1982 (F 16 F 15/14, 15.12.1983).
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Claims

Viskoelastisch gedämpfter Drehschwingungsti Iger mit federgekoppeltem Schwungring Patentansprüche: 0 Drehschwingungsti Iger mit einem durch ein hochviskoses Medium gedämpften und durch die Viskoelastizität dieses Mediums und durch ein oder mehrere zusätzliche Federn gekoppelten Schwungring, bestehend aus dieser ringförmigen Schwungmasse, einem diese umschließenden Gehäuse mit einem Flanschteil, dem hochviskosen Medium in einem Spaltraum zwischen Schwungring und Gehäuse, einem oder mehreren zusätzlichen fedemden Koppelelementen zwischen Schwungring und dem Flanschteil und Dichtelementen aus Elastomeren, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum um die zusätzlichen federnden Koppelelemente oder elastisch zentrierenden Federelemente nicht mit der hochviskosen Flüssigkeit gefüllt ist, sondem von dem Spaltraum mit der hochviskosen Flüssigkeit durch im Betriebszustand elastisch dynamisch verformte Dichtelemente aus einem gummiartigen Elastomer getrennt ist, zusätzlich zu den gegebenenfalls zur vollständigen Trennung noch benötigten nicht dynamisch verformten Dichtelemente im Bauraum des unter Betriebsbedingungen drehschwingenden Schwungrings.
2. Drehschwingungsti Iger nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Federelemente achsenumschließend in ihren freien Längen hochkant gebogene Biegefedern sind, die einerseits mit dem Gehäuse bzw. seinem Flanschteil und andererseits mit dem Schwungring haftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sind.
3. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Federelemente biegebeanspruchte, vorzugsweise im wesentlichen radial gerichtete, ebene oder gewellte, flachbiegebeanspruchte Blattfedern sind.
4. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusatzlichen Federelemente in ihren freien Längen jeweils hochkant gebogene Scheibenfedern sind, die jeweils die Achse nur teilweise umschließen.
5. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und einem oder mehreren weiteren Anspruch chen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrauben, die die Schwungringteile und die zusätzlichen Federelemente vorzugsweise haftreibschlüssig miteinander verbinden, gleichzeitig zum Vorspannen der elastisch dynamisch beanspruchten Dichtelemente herangezogen werden, welche den Spaltraum mit dem hochviskosen Medium und den Raum um die zusätzlichen Federelemente voneinander trennen.
6. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, 2 oder 4 und gegebenenfalls auch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schrauben zum haftschlüssigen Verbinden nach Anspruch 2 und gegebenenfalls Anspruch 5 und den zugehörigen Schraubenschaftbohrungen im Schwungring Dichtringe angeordnet sind, entweder in Nuten um die Schraubenbolzen, oder in Nuten in den Bohrungen für die Schraubenbolzen, oder für die diese umschließenden Hülsen.
7. Drehschwingungstilger-noch Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenbolzen zur Verbindung der zusätzlichen Federelemente mit Schwungringteilen in Hülsen eingeschraubt sind, die durch Schweißnähte zwischen ihnen und Ringteilen einen hermetischen Abschluß zwischen dem mit dem hochviskosen Medium gefüllten Spaltraum und dem Raum um die zusätzlichen Federelemente bilden.
8. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum um die zusätzlichen Federn durch Luft oder ein inertes Gas wie Stickstoff, gegebenenfalls unter Überdruck stehend, gefüllt ist.
9. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch dynamisch verformten Dichtelemente an einem Schwungringteil oder einem Gehäuse- oder Flanschteil oder beiderseits durch Vulkanisation oder geeignetes Klebemittel verbunden sind.
10. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum um die zusatzlichen Federn in seinem Druck nach Bedarf von außen beeinflußt werden kann.