DE3529274A1 - Schwingungstilger fuer rotierende wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger für rotie­ rende Wellen, insbesondere für PKW-Gelenkwellen mit rela­ tiv hohen Drehzahlen, bestehend aus einem Tragkörper mit vorzugsweise zylindrischem Außenumfang und radial nach innen sich erstreckendem Befestigungsflansch, einem den Tragkörper koaxial umgebenden Schwungring mit an sich zy­ lindrischem Innenumfang, zwischen Tragkörper undSchwung­ ring angeordneten, beide miteinander durch Vulkanisation verbindenden, segmentförmigen Gummielementen sowie in Um­ fangsrichtung gesehen zwischen diesen angeordneten, ra­ dial sich erstreckenden Zusatzelementen.

Mit dem zunehmenden Einsatz von 5-Gang-Getrieben in Per­ sonenkraftwagen (PKW) ist durch den zusätzlichen 5. Gang (Schongang) eine um ca. 25% höhere Gelenkwellendrehzahl erreichbar, d. h., statt bisher möglicher Maximal-Drehzah­ len von ca. 6000 U/min werden nunmehr 7500 erreicht. Dadurch steigen die Fliehkräfte der Tilgermasse derart, daß die den Gummielementen eigenen Rückstellkräfte nicht mehr ausreichen, um ein Taumeln in radialer Richtung (ex­ zentrische Verlagerung) des Schwungringes zu vermeiden, d. h., die bei niederen Drehzahlen schwingungsdämpfende Wirkung des Tilgers geht bei hohen Drehzahlen in eine schwingungserzeugende Unwucht über.

Nach der DE-PS 31 34 310 wird für die Praxis ein Verhält­ nis von etwa 2,5 : 1 der Radial- zur Torsionsschwingungs­ frequenz als geeignet angesehen. Dabei wird davon ausge­ gangen, daß die zu tilgende Torsionsschwingungsfrequenz eines Fahrzeuges mit einem 4-Zylinder-Hubkolbenmotor bei etwa 60 Hz liegt, während die zu tilgenden Biegeschwin­ gungen des Antriebsstranges bei etwa 150 Hz liegen. Der für dieses Schwingungsverhältnis ausgelegte Tilger weist in den Gummielementen (Federungskörper) angeordnete hül­ senförmige Versteifungshülsen auf, welche eine derartige Erhöhung der Radialschwingungs-Resonanzfrequenz bewirken, daß bei nahezu unveränderter Torsionsschwingungs-Reso­ nanzfrequenz das angestrebte Verhältnis erreicht wird.

Durch die DE-OS 33 34 393 ist es bekannt, die jeweiligen Kennungen der Gummielemente für die Torsions- und Biege­ schwingungen dadurch einzustellen, daß neben den fest am Schwungring und Tragkörper (Flansch) anvulkanisierten Gummielementen zusätzliche nur an einem teil anvulkani­ sierte Gummistege vorgesehen werden, wobei letztere aus­ schließlich zur Einstellung der erforderlichen Biege­ schwingungs-Resonanzfrequenz dienen.

Mit den bekannten Lehren werden Maßnahmen zur Einstellung des Tilger-Resonanz-Verhältnisses betreffend Torsions- und Biegeschwingungen gegeben. Diese Maßnahmen bestehen aus mehr oder weniger steif ausgelegten Zusatzelementen, welche die radiale Bewegung des Schwungringes beeinflus­ sen, da die an sich mit relativ weicher Kennung ausgeleg­ ten, beidseitig anvulkanisierten Gummielemente zur Til­ gung der relativ hohen Biegeschwingungen nicht geeignet sind. Die harte Kennung der Zusatzelemente verhindert aber nicht, daß der Schwungring insbesondere bei hohen Drehzahlen radial auswandert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tilger der eingangs beschriebenen Gattung so zu gestalten, daß er auch bei Gelenkwellen mit relativ hohen Drehzahlen einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Zusatzelemente aus einem formstabilen Material bestehen, eine radiale Erstreckung aufweisen, die nahezu dem radialen Abstand zwischen Tragkörper und Schwungring entspricht, und über relativ dünne Gummischichten mit der Außenumfangsfläche des Tragkörpers und der Innenumfangsfläche des Schwung­ ringes zusammenwirken. Durch diese Maßnahme wird der Schwungring in seiner radialen Lage über die formstabilen Zusatzelemente geführt, d. h. in seiner konzentrischen La­ ge gehalten, ohne daß der insbesondere für die Torsions­ schwingungstilgung notwendige Freiheitsgrad des Schwung­ ringes beeinträchtigt wird. Die den an sich formstabilen Zusatzelementen verbleibende werkstoffbedingte Eigenela­ stizität in Verbindung mit der Elastizität der relativ dünnen, zwecks Vermeidung einer Geräuschentwicklung vor­ gesehenen und fertigungstechnisch bedingten Gummischich­ ten zwischen Zusatzelement und Tragkörper beziehungsweise Schwungring bewirken dabei nur noch eine Beeinflussung der höher frequenten Biegeschwingungen. Die Dicke jeder Gummischicht sollte dabei nicht mehr als 5% des radialen Abstandes zwischen Tragkörper und Schwungring betragen, da sonst die Führungseigenschaft der Zusatzelemente ver­ loren geht. Bevorzugt bestehen die Zusatzelemente aus fa­ serverstärktem Kunststoff, d. h., sie besitzen ein niedri­ ges Eigengewicht und sind korrosionsbeständig.

Zur Sicherstellung der schwingenden Relativbewegung zwi­ schen Schwungring und Tragkörper sind die Zusatzelemente säulenförmig mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, d. h. zylinderförmig und mit parallel zur Tilgerachse ver­ laufender Säulenachse angeordnet. Damit ist ein leichtes Abwälzen der Zusatzelemente auf dem gummibeschichteten Innenumfang des Schwungringes und dem gummibeschichteten Außenumfang des Tragkörpers, ähnlich wie bei einem Ra­ dialwälzlager, sichergestellt.

Nach einem weiteren Gedanken derErfindung wird vorge­ schlagen, daß in Umfangsrichtung gesehen beidseitig jedes Zusatzelement elastische Anschläge zur Begrenzung des re­ lativen Verdrehwinkels zwischen Schwungring und Tragkör­ per vorzusehen sind. Damit wird eine Ausschlagbegrenzung erreicht, d. h., innerhalb des normalen Arbeitsbereiches des Tilgers ist der Verdrehungsfreiheitsgrad des Schwung­ ringes gegenüber dem Tragkörper sichergestellt; bei Über­ schreiten eines Grenzwertes wird über die elastischen An­ schläge mit progressiv wirkender Federkennung ein stärke­ res Ausschlagen in Umfangsrichtung vermieden, wodurch keine Überbeanspruchung des Tilgers, insbesondere der Gummielemente, eintreten kann.

Die elastischen Anschläge können der Einfachheit halber aus neben den Zusatzelementen vorgesehenen Gummihöckern gebildet sein. Denkbar ist es aber auch, daß die Zusatz­ elemente sich partiell in im Außenumfang des Tragkörpers eingearbeitete Vertiefungen erstrecken, die eine defi­ nierte Abwälzung mit Ausschlagbegrenzung zulassen.

Nach einem weiteren Vorschlag sind die Zusatzelemente säulenförmig mit dreieckigem Querschnitt mit radial nach innen gerichtete Dreieckspitze gestaltet, wobei letztere sich in eine korrespondierende Vertiefung im Außenumfang des Tragkörpers erstreckt. Derartige Zusatzelemente kön­ nen über die schneidenförmige Dreieckskante bei relativer Verdrehung des Schwungringes eine Kippbewegung ausführen, wobei die der Kipp-Kante gegenüberliegenden äußeren Kan­ ten als Ausschlagbegrenzer am Innenumfang des Schwungrin­ ges wirksam werden. Zur Einstellung der Ausschlaggrenze sowie zur Kennung der Anschlagelastizität ist es möglich, die radial außen liegende, mit dem Innenumfang des Schwungringes zusammenwirkende Begrenzungsfläche des Zu­ satzelementes bogenförmig mit einem gegenüber dem Schwungring-Innenumfang kleineren Krümmungsradius zu gestalten.

Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden wie folgt beschrieben:

Fig. 1 zeigt Ansichtssegmente eines Schwingungstilgers mit 3 unterschiedlich ausge­ bildeten Zusatzelementen

Fig. 2-5 zeigen Schnittdarstellungen gemäß Angabe in Fig. 1.

Der Schwingungstilger besteht aus einem topfförmigen Tragkörper 1 aus Blech mit radialem Befestigungsflansch 2 zur Verbindung mit einer nicht weiter dargestellten Ge­ lenkwelle eines PKW. Die Außenumfangsfläche des Tragkör­ pers 1 ist mit 3 bezeichnet. Der Schwungring 4 umschließt den Tragkörper 1 konzentrisch. Zwischen Tragkörper 1 und Schwungring 4 erstrecken sich insgesamt sechs seg­ mentförmige Gummielemente 5, die am Außenumfang 3 des Tragkörpers 1 und am Innenumfang 6 des Schwungringes 4 anvulkanisiert sind. In den zwischen den Gummielementen 5 verbleibenden Ausnehmungen 7 sind Zusatzelemente 8, 9 oder 10 angeordnet, die über relativ dünne Gummischich­ ten 11, 12, beispielsweise 0,5 mm, mit dem Innenumfang 6 des Schwungringes 4 und dem Außenumfang 3 des Tragkör­ pers 1 zusammenwirken. Die Zusatzelemente 8, 9, 10 bestehen aus säulenförmigen Körpern mit wahlweise rundem 8, 9 oder dreieckigem 10 Querschnitt. Die Säulenachsen verlaufen parallel zur Tilgerachse.

Von den in Fig. 1 dargestellten Ausführungen der Zusatz­ elemente sind wahlweise jeweils sechs bei einem Tilger in den Ausnehmungen 7 vorgesehen. Beim Ausführungsbeispiel nach Schnitt III-III, entsprechend Fig. 3, besteht das Zusatzelement 8 aus einem zylindrischen Wälzkörper, des­ sen Durchmesser dem lichten Abstand zwischen Tragkör­ per 1 und Schwungring 4 entspricht. Beiderseits des Zu­ satzelementes 8 sind elastische Anschläge in Form von Gummihöckern 13, 14 vorgesehen, deren dem Zusatzelement 8 zugewandte Anschlagflächen geneigt zur Umfangstangente verlaufen und somit eine progressive Federkennung der An­ schläge 13, 14 mit bewirken. Das ebenfalls walzenförmige Zusatzelement 9, Ausführungsbeispiel IV-IV, entspre­ chend Fig. 4, weist einen größeren Durchmesser auf und erstreckt sich partiell in eine Vertiefung 15 im Außenum­ fang 3 des Tragkörpers 1. Die Querschnitts-Krümmung der Vertiefung 15 weist dabei einen gegenüber dem Zusatzele­ ment 9 größeren Krümmungsradius auf, so daß eine für die Torsionstilgung erforderliche geringe Rollbewegung für das Zusatzelement 9 sichergestellt ist. Die Übergänge der Vertiefung 15 zur an sich zylindrischen Außenumfangsflä­ che 3 des Tragkörpers 1 dienen dabei als den Ausschlag des Schwungringes 4 begrenzende Anschläge 16, 17. Das Zu­ satzelement 10 nach Schnitt V-V, entsprechend Fig. 5, weist einen dreieckigen Querschnitt auf, dessen eine Spitze in Form einer Schneide 18 sich in eine korrespon­ dierende V-förmige Vertiefung 19 des Tragring-Außenumfan­ ges 3 erstreckt. Die Anschläge für die Ausschlagbegren­ zung des Schwungringes 4 bilden dabei die beiden Dreieck­ spitzen beziehungsweise -kanten 20, 21. Zur Einstellung der zulässigen Kippbewegung des Zusatzelementes 10 ist die am Innenumfang 6 über die Gummischicht 11 anliegende Fläche 22 des Zusatzelementes 10 in Umfangsrichtung ge­ krümmt ausgebildet, wobei der Krümmungsradius der Flä­ che 22 des Zusatzelementes 10 kleiner ist als der Krüm­ mungsradius der Innenumfangsfläche 6 des Schwungringes.

Claims (9)

1. Schwingungstilger für rotierende Wellen, insbeson­ dere für PKW-Gelenkwellen mit relativ hoher Dreh­ zahl, bestehend aus einem Tragkörper mit vorzugs­ weise zylindrischem Außenumfang und radial nach innen sich erstreckendem Befestigungsflansch, einem den Tragkörper koaxial umgebenden Schwungring mit an sich zylindrischem Innenumfang, zwischen Tragring und Schwungring angeordneten, beide miteinander durch Vulkanisation verbindenden, segmentförmigen Gummielementen sowie in Umfangsrichtung gesehen zwi­ schen diesen angeordneten und radial sich erstrecken­ den Zusatzelementen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (8, 9, 10) aus einem formstabilen Material bestehen, eine radiale Erstreckung aufwei­ sen, die nahezu dem radialen Abstand zwischen Trag­ körper (1) und Schwungring (4) entspricht und über relativ dünne Gummischichten (11, 12) mit der Außen­ umfangsfläche (3) des Tragkörpers (1) und der Innen­ umfangsfläche (6) des Schwungringes (4) zusammenwir­ ken.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die am Innenumfang (6) des Schwungrin­ ges (4) und Außenumfang (3) des Tragkörpers (1) an­ vulkanisierten Gummischichten (11, 12) eine jeweilige maximale Dicke von 5% des radialen Abstandes zwi­ schen Schwungring (4) und Tragkörper (1) aufweisen.

3. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (8, 9, 10) aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.

4. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (8, 9, 10) säulenförmig mit parallel zur Wellenachse ver­ laufender Säulenachse ausgebildet sind.

5. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (8, 9) walzenförmig ausgebildet sind.

6. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zusatzelemente (8, 9) sich partiell in Vertiefungen (15) im Außenumfang (3) des Tragkörpers (1) erstrecken.

7. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung gesehen beidseitig jedes Zusatzelementes (8, 9, 10) elastische Anschläge (13, 14 bzw. 16, 17 bzw. 20, 21) zur Begren­ zung des relativen Verdrehwinkels zwischen Schwung­ ring (4) und Tragkörper (1) vorgesehen sind.

8. Schwungring nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Säulenform der Zusatzelemen­ te (10) einen dreieckigen Querschnitt mit radial nach innen gerichteter Dreieckspitze beziehungs­ weise -kante (18) aufweist, wobei letztere in eine korrespondierende Vertiefung (19) im Außenumfang (3) des Tragkörpers (1) sich erstreckt.

9. Schwingungstilger nach den Ansprüchen 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die radial äußere Begren­ zungsfläche (22) des Zusatzelementes (10) in Um­ fangsrichtung des Tilgers bogenförmig sich erstreckt und einen gegenüber dem Innenumfang (6) des Schwung­ ringes (4) kleineren Krümmungsradius aufweist.