DE4227260A1

DE4227260A1 - Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen

Info

Publication number: DE4227260A1
Application number: DE19924227260
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Kuemmel; Juergen Dr Depp; Josef Prof Dr Spurk
Original assignee: Metzeler Gimetall AG
Current assignee: Metzeler Gimetall AG
Priority date: 1992-07-24
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 1994-01-27

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingun gen an Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, die eine stirnseitig mit der Kurbelwelle starr verbundene Scheibe aufweist, die von ei nem, über einen umlaufenden Spalt von der Scheibe beabstandeten Gehäuse umgeben ist und bei der der Spalt mit einer vorzugsweise viskoelastischen Flüssigkeit gefüllt ist.

Derartige Drehschwingungsdämpfer, auch solche die unter Ausnut zung der viskoelastischen Eigenschaften von Silikonöl arbeiten und wie sie beispielsweise aus der US-PS 3 992 963 bekannt sind, dienen zur Dämpfung von Torsionsschwingungen an Kurbelwellen. Dabei werden die Nebenantriebe von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Lichtmaschine oder die Kühlwasserpumpe, in der Regel über Keilrie men oder sogenannte Poly-V-Riemen (Keilrippenriemen) über starr mit der Kurbelwelle verbundene Riemenscheiben angetrieben.

Während die Reduzierung der Torsionsschwingungsamplituden durch die vorstehend genannten viskoelastischen Drehschwingungsdämpfer oder solcher auf Basis von Gummi-Metall-Verbindungen sicher bewerkstelligt werden, bereitet die Dämpfung von Drehschwingungen des Riemenantriebs, insbesondere bei Poly-V-Riemen, im unteren Drehzahlbereich erhebliche Probleme. Hierbei werden nämlich die der gleichmäßigen Drehbewegung der Kurbelwelle überlagerten Schwingungen so groß, daß Geräusche und Verschleiß auftreten kön nen. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn der Motor mit einem Zwei-Massen-Schwungrad ausgerüstet ist. Hierdurch werden zwar die ins Getriebe eingeleiteten Schwingungen reduziert, aber die Drehmas se der Kurbelwelle wird gleichzeitig gegenüber üblichen Anwendun gen herabgesetzt, mit der Konsequenz einer höheren Ungleichförmig keit, wobei es sich um eine Starrkörperschwingung der gesamten Kur belwelle und aller fest damit verbundenen Teile handelt.

Die Frequenz der erregenden Momente bezüglich der Riemenscheibe ergibt sich dabei aus den pro Umdrehung der Kurbelwelle stattfinden den Zündimpulsen, wobei z. B. bei einem Vier-Zylinder-Motor zwei Pulse pro Umdrehung auftreten. Damit beträgt die Frequenz bei 6000 U/min dann 20 Hz.

Es ist dabei bekannt, diese unerwünschten Schwingungen mittels einer tief abgestimmten Kupplung vom Riemen fernzuhalten. Diese Kupp lungen bestehen ebenfalls aus Gummi-Metall-Verbindungen oder kön nen auch unter Verwendung von bogenförmigen Schraubenfedern aus geführt sein.

In jedem Fall sind jedoch bisher zur Dämpfung der Torsionsschwin gungen der Kurbelwelle sowie der Dämpfung von auf den Riemen übertragenen Schwingungen zwei getrennt arbeitende Bauelemente erforderlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrun de, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der sehr einfach aufgebaut ist und bei dem beide Arten von auftretenden Schwingungen mit ei nem einzigen Bauteil erfaßt und bedämpft werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs genann ten Stand der Technik erfindungsgemäß vorgesehen, daß das, die starr mit der Kurbelwelle verbundene Scheibe umgebende Gehäuse auf seiner Umfangsfläche als Riemenscheibe für die Keilriemen oder Po ly-V-Riemen zum Antrieb der Nebenantriebe ausgebildet ist und als Schlupfkupplung wirkt, derart, daß diese im Zusammenwirken mit der Drehmasse des den Riemen antreibenden Gehäuses und der über den Riemen angetriebenen Drehmassen einen Kurbelwellen-Schwingungs dämpfer bilden.

Durch eine solche Gestaltung können somit auf einfache Weise mit einem einzigen Bauteil Torsionsschwingungen der Kurbelwelle ge dämpft als auch unerwünschte Schwingungen im niedrigen Drehzahl bereich von den Riemen ferngehalten werden.

Zweckmäßigerweise ist dabei die vom Gehäuse umgebene Scheibe in Form von Lamellen ausgebildet.

Eine besonders günstige Schwingungsdämpfung des Systems wird er reicht, wenn die Drehmassen des Gehäuses und der angetriebenen Teile R zumindest angenähert gleich dem Produkt aus dem Quadrat der Scherzähigkeit η und dem Geometriefaktor χ dividiert durch den Schubmodul Γ der viskoelastischen Flüssigkeit sind, wobei der Geome triefaktor χ gebildet ist aus der Wirkfläche A der Scheibe und dem Abstand s der Scheibe von der Gehäusewand, gemäß der Formel

in der die innere bzw. äußere Begrenzung der Wirkfläche in radialer Richtung mit r_g bzw. r_s und mit b die axiale Erstreckung bezeichnet ist.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktions weise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch einen solchen viskoelastischen Schwingungsdämpfer.

Wie man aus der Zeichnung ersieht, ist an das freie Ende der Kurbel welle (1) unmittelbar eine zylindrische Scheibe (2) angesetzt, die als massiver Block oder auch in Form von Lamellen ausgebildet sein kann. Die Scheibe (2) ist allseitig vom Gehäuse (3) umgeben, dessen Innenwandungen stirnseitig und auf seiner Umfangsfläche einen Spalt (4) zu der Scheibe (2) aufweist. Dieser Spalt (4) konstanter Brei te ist mit einer viskoelastischen Flüssigkeit, zweckmäßigerweise Sili konöl, gefüllt. Zur Abdichtung gegenüber der Kurbelwelle (1) ist dann noch eine schematisch angedeutete Dichtung (5) vorgesehen, die den Spalt zwischen Gehäuseflansch (6) und Kurbelwelle (1) abdichtet.

Der Außenumfang des Gehäuses (3) ist nunmehr praktisch als Rie menscheibe ausgebildet und mit entsprechenden Rillen (7) für einen nicht dargestellten Poly-V-Riemen versehen. Über diesen Poly-V-Rie men werden dann Nebenantriebe, wie z. B. die Lichtmaschine oder die Kühlwasserpumpe, angetrieben.

Durch die beschriebene Gestaltung wirkt das Gehäuse (3) einmal als Dämpfer für Torsionsschwingungen der Kurbelwelle und zum anderen praktisch als Viskose-Riemen-Kupplung, um damit unerwünschte Schwingungen vom Riemen fernzuhalten. Durch die Kopplung über den Riemen gehen dabei die Drehmassen sowohl des Gehäuses (3) als auch der nicht dargestellten angetriebenen Teile in die Dämpfungswir kung ein. Eine optimale Dämpfung ergibt sich dann, wenn diese Dreh massen des Gehäuses und der angetriebenen Teile gleich oder an nähernd gleich sind dem Produkt aus dem Quadrat der Scherzähigkeit η und dem Geometriefaktor χ nach Gleichung (1) dividiert durch den Schubmodul Γ der verwendeten viskoelastischen Flüssigkeit.

Daraus ergibt sich die folgende Formel:

Die Symbole in Gleichung (1) und (2) haben folgende Bedeutung:

η = Scherzähigkeit,
Γ = Schubmodul,
R_g = Drehmasse Gehäuse,
R_t = Drehmasse angetriebene Teile,
r_g = Innenradius Gehäuse,
r_s = Radius Scheibe,
b = Breite Scheibe,
s = Spaltbreite.

Damit lassen sich also bei gegebenen Drehmassen dann auf einfache Weise die entsprechenden Dimensionen des eigentlichen Dämpfers ermitteln, um damit neben einer Dämpfung der Torsionsschwingungen der Kurbelwelle auch unerwünschte Schwingungen im niedrigen Dreh zahlbereich von den Riemen fernzuhalten.

Claims

1. Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen von Verbrennungsmotoren, die eine stirnseitig mit der Kurbel welle (1) starr verbundene Scheibe (2) aufweist, die von einem, über einen umlaufenden Spalt (4) von der Scheibe (2) beabstan deten Gehäuse (3) umgeben ist und bei der der Spalt (4) mit einer vorzugsweise viskoelastischen Flüssigkeit gefüllt ist, da durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) auf seiner Umfangs fläche als Riemenscheibe (7) für die Keilriemen oder Poly-V- Riemen zum Antrieb der Nebenantriebe ausgebildet ist und als Schlupfkupplung wirkt, derart, daß diese im Zusammenwirken mit der Drehmasse des den Riemen antreibenden Gehäuses (3) und der über den Riemen angetriebenen Drehmassen einen Kurbelwellen-Torsionsschwingungsdämpfer bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Gehäuse (3) umgebene Scheibe (2) in Form von Lamellen ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmassen des Gehäuses und der angetriebenen Teile zumin dest angenähert gleich sind dem Produkt aus dem Quadrat der Scherzähigkeit η und dem Geometriefaktor χ dividiert durch den Schubmodul Γ der viskoelastischen Flüssigkeit, wobei der Geo metriefaktor χ gebildet ist aus der Wirkfläche A der Scheibe und dem Abstand s zur Gehäusewand.