DE4336559C2 - Schwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, der eine Rotationsachse um­ schließt, umfassend einen topfförmigen Nabenring und einen Schwungring, die einander mit radialem Abstand umschließen und durch ein Federelement aus elastomerem Werkstoff aufeinander abgestützt sind, wobei die einander zuge­ wandten Oberflächen von Naben- und Schwungring ein kongruent gestaltetes und sich in axialer Richtung erstreckendes glockenkurvenförmiges Profil aufwei­ sen, wobei der Nabenring mit einer separat erzeugten Riemenscheibe relativ un­ verdrehbar verbunden ist und wobei der Nabenring und die Riemenscheibe je­ weils durch einen gezogenen Blechkörper gebildet sind.

Ein solcher Schwingungsdämpfer ist aus der EP 0 477 146 A2 bekannt. Der Nabenring und die Riemenscheibe sind beide topfförmig ausgebildet und im Be­ reich ihres Bodens durch eine Verschweißung relativ unverdrehbar und direkt aneinander anliegend und starr miteinander verbunden. Dabei ist allerdings zu beachten, daß während der Verwendung des vorbekannten Schwingungs­ dämpfers akustisch störende Schwingungen entstehen, die an die angrenzende Umgebung übertragen werden. Das zur Anwendung gelangende Federelement ist zur Dämpfung von Drehschwingungen zwischen dem Nabenring und dem Schwungring eingeschossen.

Dabei ist allerdings zu beachten, daß während der Verwendung des vorbekann­ ten Schwingungsdämpfers akustisch störende Schwingungen entstehen, die an die angrenzende Umgebung abgegeben werden.

Aus der DE 32 32 602 A1 ist ein tiefgezogenes Motorenteil aus Stahlblech be­ kannt, das beispielsweise durch eine Ölwanne, einen Zylinderkopfdeckel, einen Auspuffkrümmer oder eine Riemenscheibe gebildet ist. Das Motorenteil besteht aus einem Doppelblech unterschiedlicher Wandstärke, wobei die aufeinander lie­ genden Bleche durch Tiefziehen in einem Arbeitsgang formgebend verarbeitet werden. Um akustisch störende Schwingungen zu minimieren, kann es vorgese­ hen sein, daß die Bleche ganzflächig durch eine Zwischenschicht aus polymerem Werkstoff voneinander getrennt sind. Insbesondere im Befestigungsbereich des Motorenteils ist eine derartige Ausgestaltung wegen im rufe der Gebrauchsdau­ er auftretender Relaxationserscheinungen wenig befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer der vor­ bekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich eine gute Isolierung aku­ stisch störender Schwingungen ergibt und daß der Schwingungsdämpfer einen einfachen Aufbau aufweist und daher in fertigungstechnischer Hinsicht kosten­ günstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 ge­ löst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Riemenscheibe einen Axial­ vorsprung umfaßt, der dem Nabenring radial innenseitig benachbart zugeordnet und unter Zwischenfügung einer Dämpfungsschicht in diesem abgestützt ist, daß der Axialvorsprung in einem Teilbereich seiner Erstreckung eine dem glockenkurvenförmigen Profil des Nabenrings entsprechende Form aufweist, daß der Nabenring und der Axialvorsprung jeweils im Bereich ihres glockenkurven­ förmigen Profils formschlüssig miteinander in Eingriff sind und daß die Dämp­ fungsschicht durch eine Folie aus polymerem Werkstoff gebildet ist und zumin­ dest auf der dem Axialvorsprung zugewandten Seite mit einer Oberflächenprofi­ lierung versehen ist. Dadurch, daß der Nabenring und die Riemenscheibe jeweils aus einem Blechkörper bestehen, ist die Umformung zur formschlüssigen Fest­ legung der beiden Teile aneinander fertigungstechnisch problemlos möglich. Zu­ nächst werden der Axialvorsprung der Riemenscheibe und der Nabenring unter Zwischenfügung der Dämpfungsschicht ineinandergeschoben, wobei das glockenkurvenförmige Profil in einem Arbeitsgang in die ineinandergesteckten Bauteile gemeinsam eingewalzt wird. Dadurch sind der Nabenring und die Rie­ menscheibe formschlüssig miteinander verbunden und bilden eine vormontierte Einheit, die unter Zwischenfügung des Federelements aus gummielastischem Werkstoff mit dem Schwungring verbunden wird. Die Verbindung zwischen Nabenring und Schwungring erfolgt bevorzugt durch ein in den radialen Abstand eingeschossenes Federelement, das reib- und/oder formschlüssig innerhalb des Spalts gehalten ist. Das Federelement bedingt eine Schwingungsdämpfung von Drehschwingungen, während die Dämpfungsschicht zwischen dem Nabenring und der Riemenscheibe eine Isolierung akustisch störender Schwingungen bewirkt.

Der Vorteil einer Folie aus polymerem Werkstoff ist in der einfachen Montage in den Schwingungsdämpfer zu sehen. Die Folie, die eine herstellungsbedingte Dicke aufweist, die auch während des Betriebs des Schwingungsdämpfers un­ verändert erhalten bleibt, kann auf eine der einander zugewandten Oberflächen von Nabenring oder Riemenscheibe aufgeklebt werden. Nachdem der Nabenring, die Riemenscheibe und die Folie während ihrer Montage ineinander gefügt wurden, kann eine Einwalzung des glockenkurvenförmigen Profils in die Bauteile erfolgen, wobei die Dämpfungsschicht zwischen den Bauteilen mit verformt wird, ohne daß ihre Gebrauchseigenschaften verändert würden. Die Handha­ bung einer als Folie ausgebildeten Dämpfungsschicht ist daher außerordentlich problemlos.

Dadurch, daß die Folie zumindest auf der dem Axialvorsprung zugewandten Seite mit einer Oberflächenprofilierung versehen ist, bilden die einander be­ nachbarten Hohlräume, die durch die Oberflächenprofilierung gebildet sind, Re­ sonanzräume, die zur gezielten Isolierung von Frequenzspektren eingesetzt werden. Die Profilierung kann beispielsweise wabenförmig oder durch halbkugel­ förmige Eintiefungen gebildet sein. Die einander benachbarten Waben oder Ein­ tiefungen können in Verbindung mit dem angrenzenden Maschinenteil ein jeweils voneinander abweichendes Volumen umschließen, um eine breitbandigere Iso­ lierung akustisch störender Schwingungen zu bewirken.

Die Folie kann zumindest im Bereich zwischen dem Nabenring und dem Axial­ vorsprung Durchbrechungen aufweisen. Auch bei einer derartigen Ausgestaltung können die einander axial und/oder in Umfangsrichtung benachbarten Durchbrechungen eine voneinander abweichende Größe aufweisen, um eine breitbandigere Schwingungsisolierung zu bewirken. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Schwingungsdämpfer häufig mit unterschiedlichen Dreh­ zahlen umläuft und sich dadurch Schwingungsanregungen mit unterschiedlichen Frequenzen und/oder Amplituden ergeben. Neben der Abstimmung auf das zu isolierende Frequenzspektrum können die Durchbrechungen genutzt werden, um eine gezielte Nachgiebigkeit in unterschiedlichen Teilbereichen der Dämpfungsschicht zu erzielen. Um eine radiale und/oder axiale Verlagerung der Riemenscheibe bezogen auf den Nabenring zu vermeiden, kann es vorgesehen sein, daß die Folie nur in axialer Richtung außerhalb des glockenkurvenförmigen Profils mit einer Oberflächenprofilierung versehen ist.

Hinsichtlich einer verbesserten Anpassung der Schwingungsisolierung an das jeweilige Schwingungsverhalten des Schwingungsdämpfers kann die Folie ent­ lang ihrer Erstreckung zwischen dem Nabenring und der Riemenscheibe eine voneinander abweichende Dicke aufweisen. Die Dicke der Folie kann beispiels­ weise nur zwischen dem Axialvorsprung und dem in radialer Richtung angren­ zenden Teilbereich des Nabenrings konstant sein, wobei ihre Dicke zwischen den Flanschflächen von Riemenscheibe und Riemenrad mit zunehmender radialer Weite kontinuierlich vergrößert ist. Im Bereich des Befestigungsflanschs und des angrenzenden Axialvorsprungs ist die Amplitude der zu isolierenden Schwin­ gungen häufig kleiner, als im Bereich zwischen den Flanschflächen von Riemen­ scheibe und Riemenrad, die am weitesten vom nahezu schwingungsfreien Be­ festigungsflansch des Nabenrings entfernt sind.

Desweiteren ist von Vorteil, daß durch die Variationen der Parameter die Ge­ brauchseigenschaften des Schwingungsdämpfers in ausgezeichneter Weise an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepaßt werden können.

Die Folie kann aus Polypropylen bestehen und eine Dicke aufweisen, die 5/100 bis 15/100 mm beträgt und mit zumindest einer ihrer Oberflächen adhäsiv an dem angrenzenden Nabenring und/oder der Riemenscheibe befestigt ist. Die Herstellung und Verarbeitung von Folien aus Polypropylen ist einfach und ko­ stengünstig durchzuführen. Die exakte Herstellung vorherbestimmter Dicken zur Schwingungsisolierung eines bestimmten Frequenzbereichs ist einfach möglich und Relaxationserscheinungen der Folie während der bestimmungsgemäßen Verwendung des Schwingungsdämpfers sind vernachlässigbar gering. Eine ad­ häsive Verbindung der Folie mit zumindest einem der angrenzenden Maschinen­ teile ist für eine einfache Montage des Schwingungsdämpfers von Vorteil, da ei­ ne Verschiebung der Folie innerhalb des Spalts zwischen dem Nabenring und der Riemenscheiben dadurch zuverlässig vermieden wird.

Die Riemenscheibe kann ein im wesentlichen S-förmiges Profil aufweisen und den Befestigungsflansch des Nabenrings unmittelbar anliegend berühren. Die Montage des Schwingungsdämpfers ist durch eine derartige Ausgestaltung we­ sentlich vereinfacht, da der Befestigungsflansch des Nabenrings einen Axial-An­ schlag für die Riemenscheibe und somit eine exakte Positionierung des Na­ benrings und der Riemenscheibe zueinander vor dem Einwalzen des glockenkur­ venförmigen Profils und der formschlüssigen Festlegung der beiden Teile zuein­ ander bedingt. Durch die S-förmige Ausgestaltung der Riemenscheibe ergibt sich außerdem eine Verstärkung des Nabenrings im Übergangsbereich zwischen sei­ nem Befestigungsflansch und dem anschließenden axialen Teilbereich, auf dem der Schwungring abgestützt ist. Insbesondere bei Verwendung relativ dünn­ wandiger Nabenringe und einem Schwungring mit vergleichsweise großer Schwungmasse ist eine derartige Ausgestaltung von hervorzuhebendem Vorteil. Bei der Herstellung eines derartigen Schwingungsdämpfers ist darauf zu achten, daß zwischen dem Befestigungsflansch des Nabenrings und dem in axialer Richtung angrenzenden Bereich der S-förmigen Riemenscheibe keine Dämp­ fungsschicht vorgesehen ist, um eine sichere Befestigung des Schwingungs­ dämpfers an einem angrenzenden Maschinenteil zu gewährleisten. Bei unmittel­ barer Berührung der Oberflächen von Nabenring und Riemenscheibe können Re­ laxationserscheinungen der Befestigung zuverlässig vermieden werden. Ein Lö­ sen der Befestigung während einer langen Gebrauchsdauer ist dadurch ausge­ schlossen.

In Abhängigkeit von den jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles kann der Nabenring ein einstückig angeformtes Riemenrad umfassen, das den Schwungring außenumfangsseitig mit Abstand umschließt. Zum Antrieb bei­ spielsweise mehrerer Nebenaggregaten von Verbrennungskraftmaschinen mit voneinander unabhängigen Riemen ist eine derartige Ausgestaltung von Vorteil. Hinsichtlich einer einfachen und kostengünstigen Herstellbarkeit des Schwin­ gungsdämpfers hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn der Nabenring und das Riemenrad aus einem einstückig ineinanderübergehenden, gezogenen Blechkör­ per bestehen. Die Dicke eines derartigen Blechkörpers ist abhängig von den Bie­ gebelastungen, die durch den Schwungring und den Riemen, der über das Rie­ menrad läuft, auf den Nabenring ausgeübt werden. Demgegenüber kann die se­ parat erzeugte Riemenscheibe belastungsbedingt oftmals mit geringerer Dicke ausgeführt sein. Bei einer zweiteiligen Ausgestaltung von Nabenring und Rie­ menscheibe ergibt sich daher der Vorteil, daß die Materialstärke der einzelnen Bauteile den jeweiligen Belastungen in optimaler Weise angepaßt werden kann und dadurch im Vergleich zu einteiligen Ausgestaltungen der Material bedarf ver­ ringert ist. Das Riemenrad, das den Schwungring außenumfangsseitig um­ schließt, bedingt eine geringe Baugröße des Schwingungsdämpfers in axialer Richtung.

Die Riemenscheibe und das Riemenrad können jeweils eine sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Flanschfläche aufweisen, wobei die Flansch­ flächen unter Zwischenfügung der einstückig ausgebildeten Dämpfungsschicht unter axialer Vorspannung aneinander angelegt sind. Während der bestim­ mungsgemäßen Verwendung des Schwingungsdämpfers wird durch diese Aus­ gestaltung die Anregung der Bauteile zu akustisch störenden Schwingungen, die sich beispielsweise durch Dröhnen bemerkbar machen, minimiert. Außerdem kann die Dämpfungsschicht zum Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen genutzt werden. Die Verspannung der Riemenscheibe mit dem Nabenrings in axialer Richtung begünstigen die Isolierung von akustisch störenden Schwin­ gungen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers ist nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Schwingungsdämpfer gezeigt, der mit seinem Befesti­ gungsflansch 10 an die Kurbelwelle einer hier nicht dargestellten Verbrennungs­ kraftmaschine anflanschbar ist. Der Schwingungsdämpfer umfaßt im wesentli­ chen drei Bauteile aus metallischem Werkstoff, wobei der Nabenring 2 und die Riemenscheibe 7 als Blechkörper ausgebildet sind. Der Nabenring 2 ist von ei­ nem metallischen Schwungring 3 mit radialem Abstand umschlossen und durch ein gummielastisches Federelement 4 außenumfangsseitig in diesem abgestützt. Das Federelement 4 ist in den radialen Spalt zwischen dem Nabenring 2 und dem Schwungring 3 eingeschossen und reibschlüssig auf den Oberflächen 5, 6 in seiner Position gehalten. Um eine gute Schwingungsisolierung während des Betriebs des Schwingungsdämpfers zu erzielen, sind der Nabenring 2 und die Riemenscheibe 7 unter Zwischenfügung einer Dämpfungsschicht 9, die aus ei­ ner Polypropylen-Folie besteht, formschlüssig miteinander verbunden. Der Formschluß der beiden Teile wird durch das Einwalzen eines glockenkurvenför­ migen Profils gleichzeitig in alle drei Bauteile 2, 7, 9 bedingt. Die Riemenscheibe 7 ist, ausgehend von ihrem Axialvorsprung 8, am Befestigungsflansch 10 des Nabenrings 2 entlang geführt, wobei sich die Teile in diesem Bereich direkt an­ liegend berühren. Eine zusätzliche Aussteifung in diesem Bereich wird dadurch bewirkt. Der Nabenring 2 ist mit einem einstückig angeformten Riemenrad 11 versehen, das den Schwungring 3 in radialer Richtung außenumfangsseitig mit Abstand umschließt. Die Riemenscheibe 7 und das Riemenrad 11 können bei­ spielsweise zum Antrieb einer Lichtmaschine und einer Pumpe vorgesehen sein.

Zur Isolierung von akustisch störender Schwingungen in einem breiten Fre­ quenzbereich ist die Dämpfungsschicht 9 in diesem Beispiel zwischen dem Axialvorsprung 8 und dem angrenzenden Teilbereich des Nabenrings 2 mit Durchbrechungen 15 versehen, wobei die einander in axialer Richtung und in Umfangsrichtung benachbarten Durchbrechungen 15 eine voneinander abwei­ chende Größe aufweisen. Die Durchbrechungen 15 bilden die Oberflächenprofi­ lierung 14. Außerdem ist die Dämpfungsschicht 9 zwischen der Flanschfläche 12 der Riemenscheibe 7 und der Flanschfläche 13 des Riemenrads 11 mit zu­ nehmender radialer Weite in ihrer Dicke vergrößert. Diese Ausgestaltung ist maßgeblich an den ausgezeichneten Gebrauchseigenschaften des erfindungs­ gemäßen Schwingungsdämpfers beteiligt. Die Dicke der als Folie ausgebildete Dämpfungsschicht 9 ist in diesem Bereich des Schwingungsdämpfers von 1/10 mm bis 15/100 mm kontinuierlich erweitert.

Claims (8)

1. Schwingungsdämpfer, der eine Rotationsachse umschließt, umfassend ei­ nen topfförmigen Nabenring und einen Schwungring, die einander mit ra­ dialem Abstand umschließen und durch ein Federelement aus elastome­ rem Werkstoff aufeinander abgestützt sind, wobei die einander zuge­ wandten Oberflächen von Naben- und Schwungring ein kongruent gestal­ tetes und sich in axialer Richtung erstreckendes glockenkurvenförmiges Profil aufweisen, wobei der Nabenring mit einer separat erzeugten Rie­ menscheibe relativ unverdrehbar verbunden ist und wobei der Nabenring und die Riemenscheibe jeweils durch einen gezogenen Blechkörper gebil­ det sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) einen Axialvorsprung (8) umfaßt, der dem Nabenring (2) radial innenseitig be­ nachbart zugeordnet und unter Zwischenfügung einer Dämpfungsschicht (9) in diesem abgestützt ist, daß der Axialvorsprung (8) in einem Teilbe­ reich seiner Erstreckung eine dem glockenkurvenförmigen Profil des Na­ benrings (2) entsprechende Form aufweist, daß der Nabenring (2) und der Axialvorsprung (8) jeweils im Bereich ihres glockenkurvenförmigen Profils formschlüssig miteinander in Eingriff sind und daß die Dämpfungsschicht (9) durch eine Folie aus polymerem Werkstoff gebildet ist und zumindest auf der dem Axialvorsprung (8) zugewandten Seite mit einer Oberflächenprofilierung (14) versehen ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie zumindest im Bereich zwischen dem Nabenring (2) und dem Axial­ vorsprung (8) Durchbrechungen (15) aufweist.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie entlang ihrer Erstreckung zwischen dem Nabenring (2) und der Riemenscheibe (7) eine voneinander abweichende Dicke aufweist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Folie nur zwischen dem Axialvorsprung (8) und dem in radialer Richtung angrenzenden Teilbereich des Nabenrings (2) konstant ist und nur zwischen den Flanschflächen (12, 13) von Riemenscheibe (7) und Rie­ menrad (11) mit zunehmender radialer Weite kontinuierlich vergrößert ist.

5. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus Polypropylen besteht und eine Dicke aufweist, die 5/100 bis 15/100 mm beträgt und mit zumindest einer ihrer Oberflächen an dem angrenzenden Nabenring (2) und/oder der Riemenscheibe (7) befestigt ist.

6. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) ein im wesentlichen S-förmiges Profil aufweist und den Befestigungsflansch (10) des Nabenrings (2) unmittelbar anlie­ gend berührt.

7. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenring (2) ein einstückig angeformtes Riemenrad (11) umfaßt, das den Schwungring (3) außenumfangsseitig mit Abstand umschließt.

8. Schwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) und das Riemenrad (11) jeweils eine sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Flanschfläche (12, 13) aufweisen und daß die Flanschflächen (12, 13) unter Zwischenfügung der einstückig ausgebildeten Dämpfungsschicht (9) unter axialer Vorspannung aneinander angelegt sind.