DE3635702C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungsdämpfer zur Dämpfung rotierender Massen, welcher aus einem auf einer Welle, insbesondere Kurbelwelle einer mehrzylindrigen Hubkolbenbrenn­ kraftmaschine, anbringbaren Primärteil und einem in radialer Richtung liegenden, über ein elastisches Dämpfungs­ mittel, mit dem Primärteil verbundenen Sekundärteil besteht und wobei weiter am Primärteil ein Tragelement für eine Keilriemen­ scheibe befestigt ist, welches als Lagerträger für die Lagerung der Keilriemenscheibe dient und wobei im Bereich der Lagerung zwischen Keilriemenscheibe und Lagerträger ein Elastomerblock aus einer Gummimischung als Kupplungselement vorliegt.

Zur Dämpfung der Schallemission ist es nach der DE 27 44 406 A1 bekannt, eine Keilriemenscheibe durch Gummielemente von einem mit dem Abtriebsflansch einer Kurbelwelle verbundenen Primärteil akustisch zu trennen. Zur Dämpfung der Torsionsschwingungen der Kurbelwelle ist, wie allgemein bekannt, ein ringförmiges Sekundärteil vorgesehen, wobei zwischen Primär- und Sekundär­ teil ein Dämpfungsglied in Form einer schwingungsdämpfenden Masse angeordnet ist. Die Keilriemenscheiben sind durch eine schwingungsdämpfende Masse mit dem Primärteil verbunden, wobei diese Masse mit Primär- und Sekundärteil durch Vulkanisation verbunden ist. Durch eine solche Einrichtung ist erstens keine exakte radiale Führung der Keilriemenscheibe möglich, dies bedingt eine ziemlich harte Dämpfungsmasse, um eine einiger­ maßen befriedigende Radialführung zu erzielen und zweitens ist keine Abstimmung des schwingungsfähigen Systems auf Eigen­ schwingungen einer angetriebenen Maschine möglich, da die schwingungsdämpfende Masse keine Veränderung ihrer Schwingungs­ eigenschaften zuläßt.

Zur Dämpfung von Torsionsschwingungen einer Kurbelwelle ist es nach der DE 34 02 001 A1 bekannt, ein Sekundärteil durch ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager drehbar, jedoch radial und axial geführt mit einem Primärteil zu verbinden. Der Primärteil ist drehfest an die Kurbelwelle angeschlossen, zwischen Primär- und Sekundärteil wird zum Abbau der Energie des gegeneinander schwingenden Primär- und Sekundärteils ein ringförmiges Gummiteil vorgesehen, der mit dem Primärteil direkt durch Vulkanisation verbunden ist, während die Verbin­ dung mit dem Sekundärteil durch einen eingepreßten Ring bewerkstelligt wird, der wiederum durch Vulkanisation mit der äußeren Peripherie des Gummiteils verbunden ist. Das Sekundär­ teil weist Ringnuten für den Antrieb von Nebenaggregaten durch Keilriemen auf. Ein Dämpfer dieser Art ist nicht in der Lage, sowohl die von der Kurbelwelle ausgelösten Schwingungen und die von den Nebenaggregaten induzierten Schwingungen gleich­ zeitig zu dämpfen. Da das Gummiteil durch Vulkanisation unlösbar mit dem Primärteil verbunden ist, ist es möglich, den Dämpfer durch Austauschen des Gummiteils gegen ein anderes auf eine andere Frequenz abzustimmen.

Dämpfer dieser Art beginnen erst beim Auftreten von Resonanz­ drehzahlen zu arbeiten, wobei durch die elastische Zuschaltung des Sekundärteils das Schwingungssystem in eine weitere Schwingungsform mit Knoten im Dämpfer aufgespalten wird. Durch gezielte Abstimmung ist es möglich, gefährliche Resonanzen wirksam zu dämpfen.

Das Kurbelwellenende, an dem der Drehschwingungsdämpfer angeordnet ist (der Schwungradseite gegenüber) wird zugleich bevorzugt zum Antrieb von Hilfsmaschinen und zur sonstigen Kraftabnahme genutzt. Man spricht in dem Zusammenhang vom "FRONT POWER TAKE OFF", kurz "FRONT-PTO" genannt. Entsprechende Keilriemenscheibenvarianten, als "lüfterseitige Massenträg­ heitsmomente" bezeichnet, sind dabei auf der Primär- oder Sekundärseite des Dämpfers vorgesehen.

Wird ein bestimmtes Feder-Masse-System mit einem anderen lüfterseitigen Massenträgheitsmoment versehen, zieht das in den meisten Fällen eine Neuabstimmung des Dämpfers nach sich, d. h. entsprechende Massenträgheitsmomente auf der Lüfterseite erfordern bestimmte Dämpfer mit dazugehörigen Kennfrequenzen. Es ist dabei üblich, die Kennfrequenz an das Schwingungssystem "Motorkurbelwelle" anzupassen.

Die stärkere Veränderung im Schwingungsverhalten liegt darin, daß die lüfterseitigen Massen durch ihre größere Entfernung zum Schwingungsknoten mehr Einfluß auf das Frequenzverhalten hervorrufen als entsprechende Massen (beispielsweise durch eine Kupplung) auf der Schwungradseite.

Anhand von Messungen konnte auch festgestellt werden, daß außer dem Einfluß von Trägheitsmassen auch ein Einfluß der Drehmoment­ übertragung besteht. So konnte beobachtet werden, daß bei radialer Leistungsabnahme über Keilriemen negative Veränderungen in der Dämpferbeanspruchung, je nach Leistungsabnahme, auftraten.

Durch die vorstehende Anpassung der Kennfrequenz wurde das Schwingungssystem "FRONT-PTO", d. h. die angekoppelten Arbeits­ maschinen bzw. Hilfsantriebe, drehschwingungstechnisch gesehen, sehr oft im unterkritischen Bereich (d. h. Erregerfrequenz liegt unter der Eigenfrequenz), teilweise sogar in Resonanz, betrieben. Als Nachteil ist hierbei zu nennen, daß weiterführende Kon­ struktionselemente des PTO einer erhöhten Belastung durch Dreh­ winkelausschläge und Schwingmomente unterliegen. Verstärkte Geräusche, z. B. in Verteilergetrieben sowie erhöhter Bauteil­ verschleiß an Wellennabenverbindungen und Gelenkwellen ergeben teilweise nicht zufriedenstellende Betriebsergebnisse.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungsdämpfer der ein­ gangs genannten Art von den Einflüssen des PTO freizuhalten sowie den PTO derart auszubilden, daß dieser sich besser für den dort anfallenden schwankenden Leistungsbedarf bei radialer und/ oder axialer Leistungsabnahme eignet, d. h. daß dieser gut schwingungsgedämpft bzw. geräuscharm ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schwingungsdämpfer durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird eine Abstimmung auf zwei verschiedene Schwingungssysteme vorgenommen, wobei das Sekundärteil des Schwingungsdämpfers einzig und allein zum Dämpfen der Torsions­ schwingungen der Motor-Kurbelwelle verwendet wird. Das Frequenzverhältnis beträgt z. B. bei einem 6-Zylinder-Reihen­ motor mit 12 l Hubraum ca. 10:1 (Kennfrequenz Schwingungsdämpfer 186 Hz; Eigenfrequenz FRONT-PTO 18 Hz). Für das Schwingungssystem des PTO erreicht man durch die erfinderischen Merkmale eine über­ kritische Abstimmung (Erregerfrequenz, also Betriebsdrehzahl × Erregerordnung liegt weit über der Eigenfrequenz des PTO, also der kritischen Drehzahl). Im einzelnen wird durch die Merkmale folgendes erreicht: Durch die Radiallagerung werden die Keil­ riemenzugkräfte aufgenommen. Die Axiallagerung fixiert den Verband, außerdem werden die Axialkräfte, z. B. durch Gelenk­ wellen, aufgenommen. Durch entsprechende Gestaltung der Axial­ lagerung kann auch eine gewünschte Druckvorspannung auf das Kupplungselement gebracht werden. Das Innen- und Außenteil des Kupplungselementes wird verwendet, um das Nenndrehmoment sowie Schwingmoment aufzunehmen. Der vulkanisierte Elastomerblock aus weicher Gummimischung hat dabei soviel Drehelastizität, daß überkritische Abstimmung erreicht werden kann. Der Elasto­ merblock kann für verschieden gestaltete PTO′s variiert werden und wird fallweise angepaßt.

Durch die Zuständigkeit des eigentlichen Schwingungsdämpfers nur zur Dämpfung der Torsionsschwingungen der Motorkurbelwelle wird eine bessere Arbeitsweise des Dämpfers und eine längere Dämpferlebensdauer erreicht. Auch ergibt sich durch diese Bau­ weise eine bessere Eignung für die verschiedensten Keilriemen­ triebvarianten (Reduzierung des Teilesortiments, Beseitigung des "Keilriemenspringens").

Zwar ist es aus der gattungsbildenden Druckschrift (DE 27 44 406 A1) bekannt, zwischen Tragelement (welches aber nicht als Lagerträger ausgebildet ist) und Keilriemenscheibe eine Gummimasse vorzusehen. Nach der Beschreibung auf Seite 5, 1. Absatz überträgt dieser Gummikörper auch die Radialkräfte, d. h. das verwendete Elastomer hat große Shore-Härte und ist deshalb relativ drehsteif. In Verbindung mit den gezeigten gedrückten Riemenscheiben mit relativ kleinen Trägheitsmassen ergibt sich bei weitem keine überkritische Abstimmung des PTO. Bei Verwendung eines hochdrehelastischen Gummikörpers, wie man es zur Verwirklichung einer überkritischen Abstimmung be­ nötigt, ist zur Aufnahme der Riemenzugkräfte eine Radiallagerung notwendig.

In weiterer Ausbildung der Erfindung kommt für die Axial- und Radiallagerung der Keilriemenscheibe eine raumsparende Gleit­ lagerung zur Anwendung. Als Lagermaterial für die Lagerhülsen bzw. Lagerringe kann Kunststoff (z. B. Teflon) zur Anwendung kommen. Diese Lagerungen sind sehr verschleißarm, da nach einem gewissen Anfangsverschleiß das Lagermaterial glasiert und die Oberfläche dadurch sehr widerstandsfest wird.

Die Erfindung wird nachfolgend durch das in der Zeichnung dar­ gestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert; dabei zeigt die Figur einen Längsschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer mit daran angekoppelter Keilriemenscheibeneinheit gemäß der Er­ findung.

Gemäß der Figur besteht der Drehschwingungsdämpfer aus einem Primärteil 2, welches als Flansch ausgebildet und mit der Kurbelwelle 1 verschraubt ist (erste Schraubverbindung 2 a). Im Primärteil 2 sind gleichmäßig am Umfang verteilt Belüftungs­ öffnungen 18 vorgesehen. Zum Drehschwingungsdämpfer gehört weiter das Sekundärteil 4, welches in radialer Richtung zum Primärteil 2 angeordnet ist. Zwischen den beiden Teilen 2 und 4 liegt eine elastische Dämpfungseinlage 3 aus Gummi vor. Diese ist bevorzugt ungebunden, d. h. der Gummi ist nur eingepreßt.

Am Primärteil 2 ist über eine Schraubverbindung 6 ein Tragelement für eine Keilriemenscheibe 7 angebracht. In raumsparender Weise sind dafür am Primärteil 2 Schrauben­ pfeifen angegossen. Das Tragelement ist dabei als Lagerträger 5 für eine radiale Lagerung 8 und eine axiale Lagerung 10 der Keilriemenscheibe 7 ausgebildet. Dabei kommt in vorteilhafter Weise eine raumsparende Gleitlagerung zur Anwendung. Im Bereich der Axiallagerung 10 liegt zwischen Riemenscheibe 7, genauer gesagt zwischen der Flanschfläche 7 a der Riemenscheibe 7 und dem Lagerträger 5 ein Kupplungselememt 11, bestehend aus einem Kupplungsaußenteil 12, einem Kupplungsinnenteil 13 und einem dazwischen angeordneten vulkanisierten Elastomerblock 14, vor. Der Elastomerblock 14 besteht aus einer weichen Gummimischung mit hoher Drehelastizität. Die Axiallagerung 10 wird über eine Lagernabe 15 sowie mit Hilfe einer dritten und vierten Schraubverbindung 16 und 17 erreicht. Hierbei wird über die dritte Schraubverbindung 16 die Lagernabe 15 und das Kupplunginnenteil 13 des Kupplungselementes 11 direkt mit dem Lagerträger 5 befestigt. Eine direkte Befestigung der Keil­ riemenscheiben-Flanschfläche 7 a mit dem Außenteil 12 des Kupplungselements 11 erfolgt über die vierte Schraubver­ bindung 17. Mittels dieser Schraubverbindung 17 kann an der Flanschfläche 7 a noch eine weitere Keilriemenscheibe 19 angebracht werden.

Mit den dritten und vierten Schraubverbindungen 16 und 17 wird auch die Zuordnung der Radiallagerung der Keilriemenscheibe 7 am Lagerträger 5 erreicht. Dabei ist zwischen den beiden gezeigten Lagerhülsen 8 eine Distanzhülse 9 vorgesehen.

Abschließend ist zu erwähnen, daß die Erfindung nicht nur bei Gummidämpfern, sondern ebenso auch bei Viskosedämpfern An­ wendung finden kann. Dabei ist, wie beschrieben, am Primärteil des Viskosedämpfers ein Lagerträger befestigt, auf dem gemäß den erfinderischen Merkmalen der Erfindung eine Keilriemen­ scheibe vorgesehen ist.

Claims (2)

1. Schwingungsdämpfer zur Dämpfung rotierender Massen, welcher aus einem auf einer Welle, insbesondere Kurbelwelle einer mehrzylindrigen Hubkolbenbrennkraftmaschine, anbringbaren Primärteil und einem in radialer Richtung liegenden, über ein elastisches Dämpfungsmittel mit dem Primärteil verbundenen Sekundärteil besteht und wobei weiter am Primärteil ein Tragelement für eine Keilriemenscheibe befestigt ist, welches als Lagerträger für die Lagerung der Keilriemenscheibe dient und wobei im Bereich der Lagerung zwischen Keilriemenscheibe und Lagerträger ein Elastomerblock aus einer Gummimischung als Kupplungselement vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerträger (5) für eine voneinander getrennte radiale (8) und axiale Lagerung (10) der Keilriemenscheibe (7) ausgebildet ist und daß das im Bereich der Axiallagerung (10) vorliegende Kupplungselement aus einem am Lagerträger (5) befestigten Kupplungsinnenteil (13) und einem an der Keilriemenscheiben­ Flanschfläche (7 a) befestigten Kupplungsaußenteil (12) besteht und zwischen beiden ein Elastomerblock (14) aus einer weichen Gummimischung mit hoher Drehelastizität angeordnet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Radial- und Axiallagerung (8, 10) eine Gleit­ lagerung zur Anwendung kommt.