DE3531115C1 - Vorrichtung zur Unterdrueckung von Drehschwingungen sowie von sich radial auswirkenden Biegeschwingungen rotierender Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Drehschwingungen sowie von Biegeschwingungen rotierender Wellen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Vorrichtungen zur Schwingungsdämpfung werden üb­ licherweise am Antriebsstrang von Fahrzeugen eingesetzt. Bekannte Vorrichtungen dieser Zweckbestimmung sind der Art nach gummielastische Kupplungen, und entsprechen in der Form einer Hülsenfederkupplung, welche auch als elastische Feder bezeichnet wird.

Bei diesen Vorrichtungen befindet sich ein scheibenförmiger oder kreisringförmiger elastischer Körper, meist ein Gummi­ körper, zwischen Zylinderflächen je eines außenliegenden und eines innenliegenden drehstarren Teils. Im Betrieb wird der (gummi)elastische Körper meist auf Drehschub beansprucht. Der elastische Körper, welcher auch aus mehreren Bestand­ teilen bestehen kann, nimmt die Drehschwingungen des zu dämpfenden Teiles, hier meist eines Antriebsstranges, auf. Derartige elastische Federn dienen jedoch ausschließlich der Absorption von Drehschwingungen. Bei Antriebssträngen von Maschinen, bei denen eine Komponente raumfest, die über eine Gelenkwelle verbundene zweite Komponente aber raumbeweglich angeordnet ist, treten, angeregt durch die Durchbiegung der Gelenkwelle, Biegeschwingungen auf, die vorzugsweise eben­ falls zu dämpfen sind. Durch die raumfeste Abstützung der schwingungserzeugenden Komponenten wäre dies nicht ohne zu­ sätzlich anzubringende Abstützungen möglich.

Die Dämpfung der Drehschwingungen und der Biegeschwingungen ergibt sich aus der rotatorischen Bewegung zwischen der als Ring ausgebildeten Dämpfermasse und dem innenliegenden Antriebsteil, wobei Dämpfermasse und Härte des elastischen Körpers aufeinander abgestimmt werden müssen, um eine Dämpfung bei einer erwünschten Schwingungsfrequenz zu errei­ chen.

Torsionsschwingungen werden durch periodische Schwankungen der abgegebenen Drehmomente einer Kraftmaschine angeregt, wobei Biegeschwingungen in der Gelenkwelle bzw. der mit dieser verbundenen Antriebskomponente, zumeist Getriebe, durch die translatorische Bewegung der Gelenkwelle bzw. eines Teiles der Gelenkwelle verursacht werden.

Gattungsgemäße, üblicherweise als Schwingungsdämpfer bezeich­ nete Vorrichtungen, sind in der DE-OS 33 34 393 und der DE-OS 33 36 174 beschrieben.

Die dort beschriebenen Schwingungsdämpfer besitzen eine vorherbestimmte Relation zwischen beiden Schwingungstypen, die durch die beschriebene Ausbildung fest ist und sich im Betrieb nicht gut an höhere Drehzahlen anpassen kann.

Ferner sind die Befestigungspunkte Metall/Elastikum Schwach­ stellen, deren Belastung verringert werden sollte.

Durch ständige Leistungssteigerung bei Antriebsaggregaten werden aber auch die Anforderungen an die Dämpfungsleistung höher, wodurch beispielsweise bei Vorrichtungen gemäß der DE-OS 33 34 393 und der DE-OS 33 36 174 in nicht wünschenswer­ tem Maße Dämpfungswärme auftritt, die bisher nicht zufrieden­ stellend abzuführen ist. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten Schwingungsdämpfer dahingehend weiter zu ent­ wickeln, daß Dreh- und Biegeschwingungen einer rotierenden Welle mit unterschiedlicher Frequenz in einem Dämpfer gleich­ zeitig betriebssicher, insbesondere unter Vermeidung von Über­ hitzungen, gedämpft werden können, wobei zwischen Transversal- Schwingungsresonanzfrequenz und Torsional-Schwingungsresonanz­ frequenz ein bestimmtes Verhältnis einstellbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gattungsgemäße Vorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Topf mehrere über den Umfang verteilte Schlitze aufweist, welche eine elastische Aufweitung, zumindest eines Teils des Topfmantels unter Fliehkrafteinwirkung ermöglichen.

Dadurch, daß das antreibende Teil durch (mehrfache) achsparallel angeordnete Schlitzung am Umfang so ausgebildet ist, daß durch die Zentrifugalkraft eine Auslenkung in radialer Richtung - je nach vorliegender Drehzahl unterschiedlicher Größe - bewirkt wird, kann die in der DE-OS 33 34 393 beschriebene Ausweitung des Topfes quadratisch an die sich erhöhende Drehzahl des sich mit der zu bedämpfenden Welle drehenden Schwingungsdämpfers an­ gepaßt werden, und die Dämpfungswirkung des Schwingungsdämpfers merklich erhöht werden, wobei durch die Schlitze die infolge der verbesserten Dämpfung entstehende Mehrwärme ventilator­ artig abgeführt wird.

Dabei kann vorteilhafterweise die Dimensionierung der Schlitze in Breite und Länge so vorgenommen werden, daß die Auslenkung der Dämpfungselemente gemeinsam mit dem Topf eine Wirkung in ganz bestimmten Drehzahlbereichen entwickelt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Gegenstandes ge­ mäß Patentanspruch 1 kann zur besseren Wärmeabführung min­ destens eine Stirnseite des Schwungringes als Gebläserad aus­ gebildet sein (Anspruch 2).

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung können beidseitig neben den Dämpfungsele­ menten, mindestens aber neben den Dämpfungselementen zweiter Art, Anschläge auf der Innenwand des Schwungringes angeordnet sein, um die Belastung der Dämpfungselemente bei unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten zwischen Topf und Schwungring auf ein die Lebensdauer dieser Elemente verlängerndes Maß zu begrenzen (Anspruch 4). Bevorzugt berühren auch die Dämpfungselemente zwei­ ter Art, die getrennt vom Schwungring ausgebildet sind, den Ring. Es ist auch möglich, beide Arten von Dämpfungselementen getrennt vom Schwungring auszubilden, wobei mindestens die Dämpfungsele­ mente der ersten Art stets in ständigem Kontakt mit dem Schwung­ ring stehen (Anspruch 9).

Zur weiteren besseren Dämpfungswärmeabführung können die Dämpfungselemente über die Kontur des Schwungrings koaxial zur Welle ventilatorblattartig verlängert sein (Anspruch 3). Anstelle oder zusätzlich zu den Dämpfungselementen können auch Anschläge 10 auf der Schwungringinnenfläche, die zur Begrenzung der Torsion des Schwungringes gegenüber dem Topf vorgesehen sein können, schaufelartig, über die Schwungring­ kontur hinaus, zur besseren Kühlung des Dämpfungselementes ausgebildet sein.

Es ist besonders bevorzugt, die Anschläge elastisch auszu­ bilden, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn Dämpfungselemente und Anschläge aus dem gleichen Material hergestellt sind. Als besonderer Vorteil ergibt sich, daß die Begrenzung der Relativbewegung zwischen Schwungring und Topf durch die Begrenzungsanschläge ohne metallischen Kon­ takt und demzufolge geräuschfrei erfolgt (Anspruch 6).

Für diesen Zweck hat sich beispielsweise synthetischer oder natürlicher Kautschuk, Siliconkautschuk oder dergleichen als geeignetes Material erwiesen (Anspruch 7).

Im folgenden wird nun die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung im Aufriß;

Fig. 2 die Vorrichtung der Fig. 1 im Querschnitt;

Fig. 3 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit als Ventilator ausgebildeter Stirnfläche;

Fig. 4 die Vorrichtung der Fig. 3 im Querschnitt;

Fig. 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zur Kühlwirkung über den Schwungring hinaus verlängerten Dämpfungselementen;

Fig. 6 die Vorrichtung der Fig. 5 im Querschnitt.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem als Dämpfermasse wirkenden Ring 1 und einem als Flansch ausgebildeten Topf 2. Der Topf 2, der aus einem elastischen Material, bevorzugt Metall, hergestellt ist, weist in seinem Umfangsbereich schlitzartige Aussparungen 9 auf, die regelmäßig über den Umfang in Richtung der Längsachse einer zu dämpfenden Welle verteilt angeordnet sind. Durch die Dimensionierung dieser Schlitze kann das Ausweiten des Topfes 2 bei hohen Drehzah­ len gesteuert werden. Zwischen Topf 2 und Ring 1 sind Dämpfungselemente der ersten Art 3 an Ring 1 und Topf 2 (ge­ bunden) und Dämpfungselemente der zweiten Art (vom Schwung­ ring 1 getrennt) angeordnet, zwischen diesen befinden sich Zwischenräume 5, in denen Kühlluft zirkulieren kann. Dabei ist zwischen den Dämpfungselementen der zweiten Art 4 und der Innenwand des Ringes 1 ein Spalt 8 ausgebildet, der durch seine Größe die Kennfrequenz und damit die Dämpfungs­ wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beeinflußt. Dieser Spalt 8, der beliebig klein gewählt werden kann, wobei bevorzugt das Dämpfungselement am Schwungring anliegt, der Spalt sozusagen gleich Null wird, wird bereits bei der Herstellung des Schwingungsdämpfers, bei Vorsehen eines gummiartigen Materials als Dämpfungselement bereits bei der Vulkanisation desselben, hergestellt. Links und rechts von den Dämpfungselementen 4 sind Anschläge 10 auf der Schwung­ ringinnenwand angebracht, welche vorteilhafterweise aus dem gleichen Material sind wie die Dämpfungselemente und auf­ vulkanisiert werden können. Der Topf 2 weist eine Flansch­ aufnahme auf, die zur Befestigung an der zu dämpfenden Welle Bohrungen 6 besitzt. Die mittige Ausnehmung 7 im Topf 2 ist bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform zur Auf­ nahme eines Dreifinger-Flansches ausgebildet, wobei der Topf 2 so eingerichtet ist, daß er bajonettartig in der Aus­ nehmung verdreht werden kann.

Die in Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsform der Erfin­ dung besitzt einen stirnseitig mit einem Ventilationsprofil versehenen Schwungring 1 a, wobei dieses Ventilationsprofil die Kühlung des Dämpfungselementes merklich verbessert.

In den Fig. 5 und 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, bei der, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich, über den Schwungring 1 hinaus schaufelartig verlängerte Dämpfungsele­ mente 3 a und 4 a, welche eine Ableitung von Wärme durch die Dämpfungselementzwischenräume 5 besonders fördern, vorgese­ hen sind.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Unterdrückung von Drehschwingungen sowie von Biegeschwingungen rotierender Wellen, die koaxial zur Welle angeordnet ist und einen innenliegenden, zur Befesti­ gung als Flansch ausgebildeten Topf, einen außenliegenden Schwungring und zwischen diesen beiden angeordnete elasti­ sche Dämpfungselemente aufweist, wobei Dämpfungselemente erster Art, die fest mit Topf und Schwungring verbunden sind, und Dämpfungselemente zweiter Art, die nur mit dem Topf ver­ bunden sind und vom Schwungring getrennt sind, vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Topf (2) über den Umfang verteilte Schlitze (9) aufweist, welche eine elastische Aufweitung, zumindest eines Teils des Topfmantels unter Fliehkrafteinwirkung, ermöglichen.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stirnseite (1 a) des Schwungrings (1) gebläseradartig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (3 und/ oder 4) achsparallel zur Welle über die Kontur des Schwung­ ringes (1) hinaus ventilatorblattartig verlängert sind.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig mindestens neben den Dämpfungselementen der zweiten Art (4) Anschläge (10) auf der Innenwand des Schwungringes (1) angeordnet sind.

5. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente zweiter Art (4) vom Schwungring (1) getrennt ausgebildet sind und mit der Schwungringinnenwand in Berührung stehen.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (10) elastisch ausgebildet sind.

7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (10) über die Kontur des Schwungringes (1) hinaus ventilatorblattähnlich verlängert sind.

8. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungselemente (3, 4) und/oder die Anschläge (10) aus elastischem Material, bei­ spielsweise aus synthetischem oder natürlichem Kautschuk, Silikonkautschuk oder dergleichen ausgebildet sind.

9. Vorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Dämpfungselemente erster Art (3) vom Schwungring (1) getrennt ausgebildet sind, jedoch mit der Schwungringinnenwand stets in ständigem Kontakt stehen.