DE4407157A1

DE4407157A1 - Freilauftilger

Info

Publication number: DE4407157A1
Application number: DE19944407157
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Dr Mayer
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1995-09-07

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen einer Brennkraftmaschine, insbesondere nach den Merkmalen des Oberbe griffs des Patentanspruchs 1.

Die Drehbewegung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist un gleichförmig, bedingt durch die diskontinuierliche Arbeitsweise der Hubkolben-Brennkraftmaschine. Als Bewertungsgröße für die Gleichmäßig keit der Drehbewegung dient der Ungleichförmigkeitsgrad, der auch als Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine bezeichnet wird. Die tatsächliche Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist deshalb nicht konstant. Die Winkelgeschwindigkeit kann durch Verändern des Schwun grades beeinflußt werden, wobei eine große Schwungradmasse sich posi tiv auf eine gleichförmige Drehbewegung auswirkt. Die Schwungradgröße ist jedoch von vorgegebenen Bauräumen bzw. von der Forderung nach gewichtsoptimierten Brennkraftmaschinen begrenzt.

Die ungleichförmige Drehbewegung führt u. a. zu einer starken Bela stung der Zugmitteltriebe einer Brennkraftmaschine, die zum Antrieb der Steuerorgane und der Zusatzaggregate eingesetzt sind und entspre chend der größten auftretenden Belastung dimensioniert sein müssen. Außerdem bewirkt die Ungleichförmigkeit in den Zugmitteltrieben eine Geräuschanregung, die sich nachteilig auf den Komfort des Fahrzeugs auswirkt sowie auf deren Verschleiß.

Als Maßnahme zur Minderung der Schwingungsamplituden ist bekannt Drehschwingungstilger einzusetzen. Das Wirkprinzip dieser Schwingungs tilger beruht darauf, die Resonanz des Schwingungssystems durch die Tilgermasse zu verändern und die Amplituden der Tilgermasse durch Werkstoffdämpfung oder Reibung zwischen der Erregermasse und der Tilgermasse zu verringern. Dabei wird Dämpfungsarbeit in Wärme umge setzt. Diese Drehschwingungstilger sollen zum Abbau bzw. zur Entkoppe lung von torsionalen Resonanzschwingungen der Kurbelwelle beitragen. Dabei handelt es sich um Schwingungen höherer Ordnung, die im Bereich von 200 bis 400 Hertz je nach Zylinderzahl und Kurbelwellensteifigkeit liegen.

Der Aufbau und die Wirkungsweise bekannter Drehschwingungstilger ist beispielsweise dem Vorlesungsumdruck "Verbrennungsmotoren" von Prof. Pischinger, Ausgabe 1982, Bild 6.2-6 auf Seite 167, zu entnehmen. Der Aufbau zeigt eine Traghülse oder Nabe, die drehfest auf dem Kurbelwel lenende befestigt ist und über eine Elastomer-Drehfeder mit der Til germasse verbunden ist, die auch in Verbindung mit einer Riemenscheibe ausgebildet sein kann. Dieser Schwingungstilger verfügt über einen begrenzten, schwingungsdämpfenden Arbeitsbereich, der vorzugsweise dem maximalen Drehmoment der Brennkraftmaschine angepaßt ist. Die kon struktive Auslegung eines solchen Tilgers ist erschwert durch das von der Kurbelwelle auf die Aggregate zu übertragende Drehmoment, da die Tilgermasse zugleich als Riemenscheibe für den Zugmitteltrieb dienen soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, Maßnahmen aufzuzeigen, mit denen eine wirkungsvolle Schwingungstilgung über einen großen Drehzahlbereich erzielbar ist, wobei die Tilgermasse zugleich dem Antrieb des Zug mitteltriebs dient.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß anstelle der als Feder des Tilgers üblicherweise verwendeten Gummis oder Elastomers ein Freilauf eingesetzt wird. In den Betriebszuständen mit besonders hohem Ungleichförmigkeitsgrad der Brennkraftmaschine löst dieser beim Zurückschwingen die Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Til germasse. Der Zugmitteltrieb kann dabei freilaufen und erhält keine erhöhte Beanspruchung. Im üblichen Betriebszustand jedoch, wenn das Drehmoment auf die Aggregate übertragen wird, ist der Freilauf ge sperrt. Die Elastizität des Freilaufs wird als Feder zwischen der Kurbelwelle und der Tilgermasse genutzt und mindert die Drehschwingun gen der Kurbelwelle. Für diese Funktion ist die unter wechselnden Belastungen von seiten des Zugmitteltriebs wirksame Federrate des Freilaufs der jeweils zweckmäßigen Resonanzfrequenz anzupassen.

Erfindungsgemäß ist zur Bildung eines Freilauftilgers ein Schlingband freilauf zwischen der Kurbelwelle und der Tilgermasse angeordnet. Vor teilhaft sieht der Erfindungsgedanke eine auf dem Kurbelwellenende angeordnete Nabe vor, auf der der Schlingbandfreilauf geführt ist. Der Aufbau sieht weiterhin vor, daß ein Ende des Schlingbandes unmittelbar oder mittelbar mit der Kurbelwelle und das weitere Ende in der Tilger masse lagefixiert ist. Der erfindungsgemäße Freilauftilger ermöglicht mit Hilfe des Schlingbandfreilaufs abhängig von den Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine periodische Abkoppelung des Zugmitteltriebs bei einem großen Ungleichförmigkeitsgrad, d. h. bei niedrigen Drehzah len und hoher Last. Aufgrund des Aufbaus und der Wirkungsweise des Schlingbandfreilaufs ist außerdem für einen im Kraftfluß befindlichen Freilauf (Klemmwirkung) eine Federwirkung für den Zugmitteltrieb erreichbar. Vorteilhaft begünstigt der Schlingbandfreilauf auch bei hoher Drehzahl und niedrigem Ungleichförmigkeitsgrad eine verzögerte, elastisch abgefederte Schaltung in den Freilaufzustand. Dieses Verhal ten wirkt sich vorteilhaft auf die Geräuschentwicklung des Zugmittel triebs und den Verschleiß des Antriebsriemens oder der Antriebskette aus. Durch die Verwendung des Schlingbandfreilaufs eignet sich der erfindungsgemäße Freilauftilger insbesondere für den Fahrzeugeinsatz, da dieser vorteilhaft keine Schmierung benötigt und außerdem weitest gehend unempfindlich gegenüber einer Schmutzeinwirkung ist.

Gemäß der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 umfaßt der Freilauftilger eine Nabe, die drehfest auf dem Kurbelwellenende befe stigt ist, und auf der das Schlingband des Schlingbandfreilaufs ge führt ist. Zwischen der Nabe und der Tilgermasse, den radialen Abstand überbrückend, sind erfindungsgemäß beiderseits des Schlingbandfrei laufs Lager vorgesehen, die eine Drehbewegung zwischen der Nabe und der Tilgermasse ermöglichen. Vorteilhaft sind dazu Gleitlager vor gesehen, die jeweils mit einer Ringschulter versehen sind zur Führung der Tilgermasse.

In vorteilhafter Ausgestaltung und zur Erreichung einer verbesserten, abgefederten Schaltung weist nach Anspruch 3 der Schlingbandfreilauf ein gezogenes Ende auf, das, lagefixiert, zumeist formschlüssig mit dem Anschlußteil verbunden ist. Vorteilhaft kann damit eine weiter verbesserte, abgefederte Schaltung erreicht werden, die geräuschmin dernd ist und sich auf den Fahrkomfort des Fahrzeugs positiv auswirkt. Das als Feder wirkende Schlingband des geklemmten Schlingbandfreilaufs weist eine Federkennlinie auf, die an das Antriebsmoment des Zugmit teltriebs angepaßt oder davon unabhängig ist. Außerdem besteht eine Übereinstimmung der Resonanzfrequenz des Systems, der Tilgermasse und des Schwingbandes einerseits und der Kurbelwelle andererseits. Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen beeinflussen ebenfalls in vorteilhafter Weise die gewünschte abgestimmte elastische Schaltung des Schlingband freilaufs und stellen eine aufgabengerechte Lösung zur wirksamen Schwingungstilgung und Dämpfung dar.

Der Erfindungsgedanke gemäß Anspruch 4 sieht einen elastischen und verzögerten Übergang vom Klemmzustand in den Freilaufzustand vor. Diese Wirkungsweise kann durch die Abmessung des Schlingbandes in Verbindung mit einer speziellen Formgebung des freien und/oder des lagefixierten Endes des Schlingbandes erreicht werden. Vorteilhaft kann dadurch die Schwingungsamplitude der Tilgermasse verlagert wer den, d. h. die Schwingungsamplitude reicht vom ersten Quadranten bis in den dritten Quadranten eines Koordinatensystems und durchschreitet dabei den Null-Punkt, da durch die erhöhte Reibung des freien Endes die Haftung durch Reibkraft erst überwunden wird, wenn das Drehmoment des dritten Quadranten eine gewisse Größe überschritten hat. Das bedeutet, daß bei Schwingungen hoher Frequenz und fehlendem Bela stungsmoment der Übergang in den Freilaufzustand verzögert eintritt, mit der Folge, daß das Schwingungssystem des Freilauftilgers vorüber gehend erhalten bleibt. Auch bei einem umgekehrten Übergang vom Frei laufzustand in den Klemmzustand kann durch eine gezielte Formgebung bzw. Ausbildung des gezogenen Endes des Schlingbandes Einfluß auf eine gewünschte abgefederte Schaltung genommen werden.

Nach Anspruch 5 ist am freien Ende des Schlingbandes ein Reibelement vorgesehen, mit dem das stets vorhandene Bremsmoment durch Reibung eines Schlingbandfreilaufs gezielt beeinflußt, d. h. verstärkt werden kann.

Nach Anspruch 6 weist der erfindungsgemäße Schlingbandfreilauf ein schraubenartig geformtes, d. h. sich axial erstreckendes Schlingband auf, das vorteilhaft nur einen geringen radialen Bauraum beansprucht. Alternativ ist gemäß Anspruch 7 ein spiralartig gestaltetes Schling band vorgesehen, das eine geringe axiale Breite aufweist.

Zur Vermeidung eines Totalausfalls des erfindungsgemäßen Schlingband freilaufs bei einem Bruch des Schlingbandes sind gemäß Anspruch 8 mehrere Schlingbänder in einem Freilauf vorgesehen, die zusammenwir kend eingesetzt sind und damit die Funktionssicherheit erhöhen.

Aus den Zeichnungen und der zugehörigen Beschreibung sind weitere Merkmale der Erfindung, die den Erfindungsgedanken verdeutlichen, zu entnehmen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Freilauftilger in der Schnitt darstellung;

Fig. 2 die Anordnung eines Schlingbandfreilaufs in einer Sei tenansicht;

Fig. 3 in einem Kraft-Wegdiagramm den Schwingungsweg bisheri ger Freiläufe im Vergleich zum erfindungsgemäßen Schlingbandfreilauf.

In der Fig. 1 ist der Aufbau eines Freilauftilgers 1 verdeutlicht. Der endseitig an einer Kurbelwelle 2 angeordnete Freilauftilger 1 umfaßt eine Nabe 3, die auf einen Wellenabsatz 4 der Kurbelwelle 2 aufgeschoben ist. Mittels einer stirnseitig am Wellenabsatz 4 vor gesehenen Scheibe 5, die über eine Schraube 6 befestigt ist, wird die Nabe 3 kraftschlüssig verspannt. Die Mantelfläche 7 der Nabe 3 dient zur Aufnahme eines Schlingbandfreilaufs 8. Das lagefixierte Ende 10 des Schlingbandfreilaufs 8 ist in der Ausnehmung 12 der Tilgermasse 13 gehalten, das freie Ende 9 des Schlingbandes vom Schlingbandfreilauf 8 liegt über ein Reibelement 11 auf der Mantelfläche 7 der Nabe 3 auf. Dem Schlingbandfreilauf 8 sind Lager 14, 15 zugeordnet, die überein stimmend als Axial-Radiallager in einer Gleitlagerbauart ausgebildet sind. Die beidseitig des Schlingbandfreilaufs 8 angeordneten Lager 14, 15 sind versehen mit einer Ringschulter 16, 17, die axial an der Tilgermasse 13 anliegen zur Bildung einer Axialführung der Tilgermasse 13.

Als Abstützung des Lagers 15 an der Nabe 3 ist ein Ringflansch 18 vorgesehen. Dagegen ist dem Lager 14 eine Scheibe 19 vorangestellt, die einen axialen Abstand zwischen einem in der Nabe 3 geführten Sicherungsring 20 und dem Lager 14 ausgleicht. Durch die Lager 14, 15 erfolgt eine Zentrierung der Tilgermasse 13, deren Breite angepaßt ist an die Breite der Nabe 3 in Verbindung mit der Scheibe 5. Die Tilger masse 13 ist an der zur Schraube 6 gerichteten Seite mit einem radia len Absatz versehen, der ein umlaufendes Nutprofil 21 aufweist, auf dem ein Zugmittel 22 (Antriebsriemen) eines Zugmitteltriebs geführt ist, für den Antrieb von Nebenaggregaten einer Brennkraftmaschine.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausgestaltung des lagefixierten Endes des Schlingbandes eines Schlingbandfreilaufs 8. Durch das ösenartig ge formte Ende 10 kann die Bruchsicherheit des Einspannendes wesentlich verbessert werden. Entsprechend der Formgebung dieses Endes ist die Nut 12 gerundet gestaltet.

In Fig. 3 ist in einem Kraft-Wegdiagramm der Schwingweg bekannter Freiläufe dem der Erfindung gegenüber gestellt. Mit "a" ist der Schwingweg bisheriger Freiläufe bei Anwendung in einem Tilger gekenn zeichnet. Beim Durchschreiten des Null-Punktes kommt der Freilauf in den kraftlosen Zustand, die Bewegung verläuft dabei entlang der Ab skizze. Im Unterschied dazu zeigt die Schwingweg-Amplitude "b" des erfindungsgemäßen Freilaufs einen verzögerten Weg, der bis in den dritten Quadranten des Koordinatensystems reicht und erst dann par allel zur Abskizze verläuft. Die parallele Beabstandung, gekennzeichnet mit "F_r" entspricht der Reibkraft des erfindungsgemäßen Schlingband freilaufs, der mit einer gezielten Abstützung des freien Endes ver sehen ist oder eine Vorspannung des Schlingbandes aufweist.

Bezugszeichenliste

1 Freilauftilger
2 Kurbelwelle
3 Nabe
4 Wellenabsatz
5 Scheibe
6 Schraube
7 Mantelfläche
8 Schlingbandfreilauf
9 freies Ende
10 lagefixiertes Ende
11 Reibelement
12 Ausnehmung
13 Tilgermasse
14 Lager
15 Lager
16 Ringschulter
17 Ringschulter
18 Ringflansch
19 Scheibe
20 Sicherungsring
21 Nutprofil
22 Zugmittel

Claims

1. Einrichtung zur Dämpfung von Schwingungen einer Brennkraftmaschine, die eine zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine begrenzte Torsions bewegung ausführende Tilgermasse umfaßt, die an einem Kurbelwellenende angeordnet ist und ein Antrieb eines Zugmitteltriebs von der Tilger masse erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlingbandfreilauf (8) mittelbar oder unmittelbar zwischen der Kurbelwelle (2) und der Til germasse (13) eingesetzt ist, die gemeinsam einen Freilauftilger (1) bilden, wobei ein Ende des Schlingbandfreilaufs (8) an der Kurbelwelle (2) anliegt und ein weiteres Ende an der Tilgermasse (13) lagefixiert ist oder eine umgekehrte Anlage der Enden des Schlingbandfreilaufs (8) vorgesehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlingbandfreilauf (8) auf einer Nabe (3) geführt ist, die eine drehfeste Verbindung mit der Kurbelwelle (2) aufweist, und die Tilger masse über beiderseits des Schlingbandfreilaufs (8) auf der Nabe (3) angeordnete Lager (14, 15) drehbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlingband des geklemmten Schlingbandfreilaufs (8) eine Federkenn linie aufweist, die angepaßt oder unabhängig ist zu dem Antriebsmoment des Zugmitteltriebs, wobei eine Übereinstimmung zwischen einer Reso nanzfrequenz des Systems Tilgermasse (13) und Schlingbandfeder einer seits und der Kurbelwelle (2) andererseits besteht und eine Anpassung im wesentlichen durch die Formgebung und/oder die Befestigung des an einem Anschlußteil lagefixierten gezogenen Endes (10) des Schlingban des erreichbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ver zögerter, elastischer Übergang vom Klemmzustand des Schlingbandfrei laufs (8) in den Freilaufzustand und umgekehrt erreichbar ist durch die Formgebung des freien Endes (9) und/oder des lagefixierten Endes (10) des Schlingbandes.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reib element (11) am freien Ende (9) des Schlingbandes vorgesehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlingbandfreilauf (8) ein schraubenartig geformtes Schlingband aufweist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein spi ralartig gestaltetes Schlingband eingesetzt ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlingbandfreilauf (8) mit mehreren Schlingbändern versehen ist.