DE4418742A1

DE4418742A1 - Drehschwingungstilger für Kolbenmotoren

Info

Publication number: DE4418742A1
Application number: DE4418742A
Authority: DE
Inventors: Hubert Hausmann; Karl-Heinz Pepping; Norbert Dr Haberland; Guenther Gebhardt; Michael Dietz
Original assignee: Diehl GmbH and Co; Wegu Gummi und Kunststoffwerke Walter Draebing KG
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung; Wegu Gummi und Kunststoffwerke Walter Draebing KG
Priority date: 1993-11-16
Filing date: 1994-05-28
Publication date: 1995-06-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungstil ger für Kolbenmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Drehschwingungstilger für Kolbenmotoren, insbesondere für Kraftfahrzeugmotoren, ist aus der DE 40 25 848 A1 be kannt. Der Drehschwingungstilger besteht aus zwei Schwungringen, die über Gummifedereinrichtungen entweder direkt an einer Nabe oder hintereinandergeschaltet an ei ner Nabe sitzen. Die Nabe ist ihrerseits drehfest auf der Kurbelwelle des Motors befestigt. Wesentlich für diesen Drehschwingungstilger ist die unterschiedlich einge stellte Gummifedereinrichtung. Hierbei ist die den ersten Schwungring tragende Gummifedereinrichtung hart einge stellt, während die Gummifedereinrichtung für den zweiten Schwungring weich eingestellt ist, wobei der zweite Schwungring radial außerhalb des ersten Schwungringes angeordnet ist. Mit einem derartigen Drehschwingungstil ger können gaskrafterregte und massenkrafterregte Stör schwingungen getilgt werden. Die Gummifedereinrichtung des zweiten äußeren Schwungringes erlaubt eine drehwinkelbegrenzte Relativbewegung des äußeren Schwungringes gegenüber der Nabe bzw. gegenüber dem er sten Schwungring. Um eine saubere Führung des großen äu ßeren Schwungringes gewährleisten zu können, können Gleitbuchsen zwischen den vorgenannten Bauelementen vorgesehen sein. Winkelbeschleunigungen werden unmittel bar über die Gummifedereinrichtung auf den äußeren Schwungring übertragen, wobei die Gleitbuchse nur Stützfunktion ausübt. Aufgrund der genannten Drehmoment übertragung von der Nabe auf den äußeren Schwungring bzw. vom inneren Schwungring auf den äußeren Schwungring ist die dem äußeren Schwungring zugeordnete Gum mifedereinrichtung maximal belastet und muß daher entsprechend ausgelegt sein. Daraus resultiert eine ver hältnismäßig große Masse der Gummifedereinrichtung, um das Arbeitsvermögen erfüllen zu können und es resultieren daraus weiterhin große Bindungsflächen zwischen der Gum mifedereinrichtung und den damit zu verbindenden Teilen des Drehschwingungstilgers. Eine derartige Konstruktion ist zwar in der Lage, die auftretenden Schwingungen einer Störfrequenz zu tilgen, es erscheint jedoch fraglich, ob der weich eingestellte Tilger (w = 20 - 150 Hz) die Bean spruchung beim An- und Abstellen des Motors dauerfest er trägt und es keine Geräusche gibt kein Anschlagen der Tilgermassen in ihren Anschlägen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehschwingungstilger vorzuschlagen, der bei geringem konstruktiven Aufwand und bei geringem Raumbedarf in der Lage ist, niederfrequente Schwingungen von 15 Hz bis 100 Hz selektiv zu tilgen und zwar besonders die Störschwingungen im Leerlauf, die Leerlauf-Getrieberasseln verursachen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Grundgedanke der Erfindung ist, daß die Tilgermasse bei "Übermomenten" durchrutscht und auf diese Weise das Gummifedersystem vor Überlastung geschützt wird. Das Durchrutschen oder der Schlupftritt ab einem genau defi nierten Drehmoment ein.

Bisher hatten niederfrequent eingestellte Drehschwingungstilger, die die Drehmomentun gleichförmigkeiten von Verbrennungsmotoren tilgen soll ten, akute Lebensdauerprobleme bei Anbringung an die Kur belwelle (Schwungscheibe) des Verbrennungsmotors.

Der Grund für dieses Verhalten liegt in den sehr hohen Ungleichförmigkeiten von Verbrennungsmotoren während des An- bzw. Abstellen des Motors.

Diese Ungleichförmigkeiten führen zu so hohen Beschleunigungen der Tilgermasse, daß die Tilgerstege nach kurzer Zeit abreißen.

Die einzelnen Komponenten des Drehschwingungstilgers ha ben folgende Funktionen:

1. Die Tilgermasse
1.1 erzeugt aufgrund der Winkel-Beschleunigung an den Tilgerstegen ein Drehmoment und
1.2 gewährleistet mit der Drehfederrate der Tilger stege die Kennfrequenz des Drehschwingungstil gers.
2. Der Reibbelag
2.1 bestimmt die Höhe des Reibbeiwertes tan und ist damit
2.2 an der Größe des Losbrechmoments beteiligt.
3. Die Tellerfeder
3.1 erzeugt die Kraft, mit der der zweite Schwung ring auf den konischen Sitz des Reibbelages ge drückt wird.
3.2 bestimmt das Losbrechmoment.
4. Die Tilgerstege bestimmen mit der Masse des zweiten Schwungringes zusammen die Kennfrequenz des Drehschwingungstilgers.

Die Trägheitsmasse wird über Coulombsche Reibung mit dem Gummifedersystem gekoppelt. Aufgrund der unterschiedli chen Reibungskräfte beim Haften und Gleiten kann das Reibsystem so ausgelegt werden, daß die Trägheitsmasse bei der Funktion als Tilger über Haftreibung direkt, also schlupffrei angekoppelt ist. Übersteigen die Trägheits kräfte der Schwungmasse beim An- und Abstellen des Motors die vorher "eingestellte" Haftreibung, so rutscht der zweite Schwungring durch.

Der zweite Schwungring ist an keinen relativen Verdreh winkel gebunden.

Der zweite Schwungring zentriert sich über den konischen Sitz automatisch zum ersten Schwungring.

An sich ist ein Drehschwingungstilger durch seinen prinzipiellen Aufbau, nämlich Nabe, Gummifedereinrichtung und Schwungring, sehr unwuchtgefährdet. Aufgrund der Gum mifeder wachsen die Unwuchten mit steigender Drehzahl. Demzufolge ist ein festes, gleitfähiges Material so in die Konstruktion einzubinden, daß sich Anfangsunwuchten nicht drehzahlabhängig vergrößern. Erfindungsgemäß weist der erste Schwungring nach innen ausgeformte Stege auf, die mit einer Gleitfläche der Nabe eine enge Spielpassung bilden. Damit ist der unwuchtkritische erste Schwungring an der Nabe zentriert, so daß bei steigender Drehzahl eine eventuell vorhandene Unwucht konstant bleibt und da durch die Unwucht des zweiten Schwungringes sich auch nicht vergrößert.

Der erfindungsgemäße Drehschwingungstilger weist eine kompakte Bauweise auf und ist daher platzsparend ausge bildet. Sein konstruktiver Aufbau ist sehr einfach und daher kostengünstig.

Der Drehschwingungstilger beseitigt die niederfrequenten und daher besonders unangenehmen Störschwingungen im Leerlauf des Motors, die sich im Getriebe als Getrie berasseln bemerkbar machen und eignet sich daher zur Be seitigung von störenden Drehschwingungen bei Kolbenmoto ren, Gelenkwellen und Antriebssträngen jeder Art.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen Drehschwingungstilger in einer Teilansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt III-III nach Fig. 1,

Fig. 4 bis 6 weitere Drehschwingungstilger im Quer schnitt,

Fig. 7 ein Winkelbeschleunigungs-/Zeitdiagramm zu dem Drehschwingungstilger nach Fig. 1 und

Fig. 8, 9 einen weiteren Drehschwingungstilger in einer Teilansicht und im Schnitt IX-IX nach Fig. 8.

Ein Drehschwingungstilger 1 entsprechend den Fig. 1 bis 3 besteht aus einer dünnwandigen, aus Blech oder Kunststoff geformten Nabe 2, einem als Reibring 3 ausge bildeten ersten Schwungring mit nach innen ausgebildeten, einstückigen Stegen 4, einer Gummifedereinrichtung 5 zwi schen der Nabe 2 und dem ersten Schwungring bzw. Reibring 3, einem zweiten Schwungring 6, der die Tilgermasse dar stellt und aus einer Tellerfeder 7.

Die Nabe 2 weist eine zentrische Öffnung 9 und Bohrungen 10 zur mittel- oder unmittelbaren Montage an die nicht gezeichnete Kurbelwelle oder an die Schwungscheibe eines Kolbenmotors und anvulkanisierte Anschlagstege 11 aus Gummi auf.

Die Gummifedereinrichtung 5 besteht aus einem Elastomer und ist durch Tilgerstege 12 gebildet. Diese Tilgerstege 12 sind sowohl an die Nabe 2 als auch an den Reibring 3 anvulkanisiert.

Eine Reibpaarung 15 ist durch Konusflächen 16, 17 zwi schen dem Reibring 3 und dem zweiten Schwungring 6 gebil det. Ein freier Ringspalt 20 erstreckt sich über einen axialen Bereich 21 zwischen dem Reibring 3 und dem zwei ten Schwungring 6.

Die Tellerfeder 7 ist mittels Stauchpunkte 8 oder Schrau ben 13 im zweiten Schwungringes 6 verankert und sichert mit ihrem inneren Ringabschnitt 23 den zweiten Schwung ring 6 in Bezug auf den Reibring 3.

Beim An- und Abstellen eines nicht dargestellten Motors erfolgt zunächst eine sehr geringe Relativdrehung des Schwungringes 6 mit dem über Haftreibung gekuppelten Reibring 3 gegenüber der Nabe 2. Die Tilgerstege 12 wer den dementsprechend verformt. Die Anschläge 4, 11 dienen nur als Sicherheitssystem, wenn beispielsweise die Reib kupplung klemmt bzw. das definierte Durchrutschmoment überschritten wird.

Aus Fig. 7 sind die Winkelbeschleunigungen über der Zeit t von Nabe 2 und Schwungrad 6 beim An- und Abstellen des Motors ersichtlich. Beim Starten des Motors wird die Nabe 2 stark beschleunigt. Durch das Federsystem 5 er fährt der Schwungring 6 eine verzögerte Beschleunigung. Aufgrund der Trägheit des Schwungringes 6 vergrößert sich die Differenz der Winkelbeschleunigungen solange bis eine definierte Winkelbeschleunigungs-Differenz erzielt wird. Diese löst das vorab beschriebene Durchrutschen aus. Über die "Reibkupplung" wird der Schwungring 6 wei ter beschleunigt.

Das Durchrutschen endet, wenn die Differenz der Winkelbe schleunigungen den vorher definierten Betrag unterschrei tet.

Jetzt liegt zwischen dem zweiten Schwungring 6 und dem Reibring 3 die Haftreibung vor, so daß beide Ringe, Reibring 3 und Schwungring 6, mit übereinstimmenden Winkelbeschleunigungen drehen. Der zweite Schwungring 6 ist dann über die Haftreibung direkt, also schlupffrei an den Reibring 3 angekoppelt, so daß jetzt ein wirksames Feder-Masse System in Form eines Tilgers vorliegt.

Beim Abstellen des Motors verlaufen die beschriebenen Vorgänge in umgekehrter Reihenfolge. Wesentlich für die Funktion des Drehschwingungstilgers 1 ist, daß die Tilgerstege 12 aufgrund der beschriebenen Anordnung nicht überlastet werden können.

Nach Fig. 4 ist ein Drehschwingungstilger 30 an einem Schwungrad 31 eines nicht weiter dargestellten Motors über angedeutete Befestigungen 32 montiert. Zwischen ei nem ersten Schwungring 33 und der Nabe 2 ist die Gummife dereinrichtung 5 vorgesehen. Der erste Schwungring 33 be sitzt zwei Konusflächen 34 mit Reibbelägen 35. Auf diesen Reibbelägen 35 liegen zwei Gleitflächen 36 des zweiten, zweigeteilten Schwungringes 37 auf. Die beiden Teile 38, 39 des zweiten Schwungringes 37 sind durch ein Schrauben federsystem 40 zusammengehalten. Mehrere Schrauben 41 be wirken über die Federn 42 eine einstellbare Vorspannung des zweiten Schwungringes 37 auf dem ersten Schwungring 33. Damit läßt sich das Losbrechmoment zwischen dem zwei ten Schwungring 37 und dem ersten Schwungring 33 ein stellen.

Nach den Fig. 5 und 6 besteht ein erster Schwungring 50 bzw. 51 aus einem dünnen Blechteil, wobei der erste Schwungring 50 bzw. 51 jeweils mit einem keilförmigen Reibring 52 fest verbunden ist. Ein zweiter Schwungring 53 liegt mit einer Konusfläche 54 auf dem Reibring 52 auf. In Axialrichtung besteht zwischen dem zweiten Schwungring 53 und der Nabe 50 bzw. 51 ein freier Ringspalt 55. Die Lagefixierung des zweiten Schwungringes 53 in Bezug auf die Nabe 50 bzw. 51 erfolgt durch eine Tellerfeder 56 bzw. 57.

Die Ausführungsbeispiele sind Prinzipdarstellungen. Neben der erfindungsgemäßen Rutschkupplung (Reibpaarung 15) ist für die Standfestigkeit der Gummifedereinrichtung 5 we sentlich, daß die Masse des Reibringes 3 bzw. ersten Schwungringes 33, 50 und 51 mit Reibringen 35 und 52 mög lichst klein gegenüber der Tilgermasse des zweiten Schwungringes 6, 37 und 53 ist.

Nach den Fig. 8 und 9 ist ein Drehschwingungstilger 60 mit einem Stahlfedersystem 61 mit Spiralfedern 62 aus gestattet. - Dieses Stahlfedersystem 61 ersetzt gemäß Fig. 1 die Gummifedereinrichtung 5 zwischen dem Reibring 3 und der Nabe 2 -. Der Reibring 3 bildet mit der Nabe 2 Aufnahmeräume 63 für die Spiralfedern 62. Die etwas vorgespannten Spiralfedern 62 liegen stirnseitig zwischen den Stegen 4 und Anschlagstegen 64 sowie umfangseitig zwischen der Nabe 2 und dem Reibring 3. Eine Nut 65 fi xiert die Spiralfeder 61 formschlüssig gegen seitliches Verschieben.

Die Spiralfedern 62 stellen eine alternative Lösung zu den elastischen Tilgerstegen 12 nach den Fig. 1 bis 6 dar.

Die Drehschwingungstilger 1, 30, 60 bestehen aus wenigen und einfachen Teilen. Sie sind kostengünstig und weisen ein geringes Bauvolumen auf. Insbesondere der Drehschwin gungstilger 60 eignet sich zur Integration in Gesamtsy steme, wie in ein bekanntes, nicht dargestelltes Kupp lungssystem.

Die Zusammenfassung ist Teil der Beschreibung.

Claims

1. Drehschwingungstilger für Kolbenmotoren, Gelenkwel len, Antriebstränge mit einer auf einer Welle dreh fest montierbaren Nabe,
einem die Nabe konzentrisch umgebenden ersten Schwungring, der über eine in Umfangsrichtung wirk same Federeinrichtung mit der Außenfläche der Nabe verbunden ist,
sowie einem zweiten Schwungring, der mittelbar mit der Nabe verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Schwungring (6; 37) frei drehbar ge lagert ist, und mit dem ersten Schwungring (3; 33) mittel- oder unmittelbar eine Reibpaarung (15; 35, 36) bildet.

2. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwungring (6) mit dem ersten Schwungring (3) eine Reibpaarung (15; 35, 36) bil det.

3. Drehschwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwungring (3; 37) den zweiten Schwungring (6; 37) an seinem Umfang lagert und zen triert.

4. Drehschwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwungring (4) als Reibring (3) ausgebildet ist.

5. Drehschwingungstilger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ersten Schwungring (50; 51) ein Reibring (52) fest verbunden ist.

6. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitebene zwischen dem Reibring (3) und dem zweiten Schwungring (6) in einem Winkel von 0 bis 90°, vorzugsweise 25° zur Drehachse des Drehschwin gungstilgers (1; 30; 70) liegt.

7. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tellerfeder (7) an dem zweiten Schwungring (6) befestigt ist und mit einem Ringabschnitt (23) am Reibring (3) anliegt.

8. Drehschwingungstilger nach dem Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwungring (3) nach innen ausgeformte Stege (4) aufweist, die mit einer Gleitfläche (13) der Nabe (2) eine enge Spielpassung bilden.

9. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung als Gummifedereinrichtung (5) ausgebildet ist, wobei Tilgerstege (12) zu na benseitigen Anschlägen (11) freie Abstände in Umfangsrichtung aufweisen und mit der Nabe (2) und dem ersten Schwungring (3) fest verbunden sind.

10. Drehschwingungstilger nach einem der Ansprüche 1, 2, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, daß in einem Ringraum (13) zwischen dem ersten Schwungring (3) und dem zweiten Schwungring (6) die Tilgerstege (12), die Stege (4) und den Stegen (4) zugeordnete mit der Nabe (2) fest verbundene An schlagstege (11) aus Gummi vorgesehen sind, wobei jeweils eine Steg (4) in die Lücke zwischen zwei Anschlagstegen (11) eingreift.

11. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (2) eine geringe Masse aufweist und als Blech- oder Kunststoffteil ausgebildet ist.

12. Drehschwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwungring (6; 37) im Verhältnis zum ersten Schwungring (3; 33) eine sehr große Masse aufweist.

13. Drehschwingungstilger nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwungring (33) einen dachkantförmi gen Querschnitt mit zwei Konusflächen (34) aufweist, die Konusflächen (34) mit Reibbelägen (35) verbunden sind, während der zweite Schwungring (37) zweigeteilt ist und die beiden Teile (38, 39) durch ein Schrauben-Fe dersystem (40) zusammengehalten sind, wobei zwei Gleitflächen (36) des zweiten Schwungringes (37) auf den Reibbelägen (35) des ersten Schwungringes (33) aufliegen.

14. Drehschwingungstilger nach den Ansprüchen 1, 2 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Federeinrichtung als Stahlfedersystem (61) ausgebildet ist.

15. Drehschwingungstilger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reibring (3) und der Nabe (2) in Aufnahmeräumen (63) Spiralfedern (62) gelagert sind, und die Spiralfedern (62) an den Stegen (4) des Reibringes (3) und an Anschlagstegen (64) der Nabe (2) abgestützt sind.

16. Drehschwingungstilger nach den Ansprüchen 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralfedern (62) formschlüssig in Nuten (65) des Reibringes (3) gelagert sind.