DE60316321T2 - Drehgedämpfte rotierende wellen - Google Patents

Drehgedämpfte rotierende wellen Download PDF

Info

Publication number
DE60316321T2
DE60316321T2 DE60316321T DE60316321T DE60316321T2 DE 60316321 T2 DE60316321 T2 DE 60316321T2 DE 60316321 T DE60316321 T DE 60316321T DE 60316321 T DE60316321 T DE 60316321T DE 60316321 T2 DE60316321 T2 DE 60316321T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
axis
cavity
housing
annular
radially
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE60316321T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60316321D1 (de
Inventor
Michael Robert North Lancing STOTT
Brian Russell Shoreham-by-Sea KNIGHT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricardo UK Ltd
Original Assignee
Ricardo UK Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricardo UK Ltd filed Critical Ricardo UK Ltd
Application granted granted Critical
Publication of DE60316321D1 publication Critical patent/DE60316321D1/de
Publication of DE60316321T2 publication Critical patent/DE60316321T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F16F15/167Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring
    • F16F15/173Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material having an inertia member, e.g. ring provided within a closed housing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/28Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same
    • F16F15/283Counterweights, i.e. additional weights counterbalancing inertia forces induced by the reciprocating movement of masses in the system, e.g. of pistons attached to an engine crankshaft; Attaching or mounting same for engine crankshafts
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00Machine element or mechanism
    • Y10T74/21Elements
    • Y10T74/2173Cranks and wrist pins
    • Y10T74/2183Counterbalanced

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Soil Working Implements (AREA)
  • Vibration Dampers (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Rotationswellen und befasst sich mit solchen Wellen, die einen Torsionsvibrationsdämpfer inkludieren.
  • Viele Rotationswellen sind regelmäßigen oder intermittierenden Drehmoment-Fluktuationen oder Stoßbelastungen ausgesetzt. Ein Beispiel für solche Wellen sind Fahrzeug-Kurbelwellen, die im Fall eines Vierzylindermotors zweimal pro Umdrehung einer Stoß-Drehmoment-Belastung ausgesetzt sind, das heißt, jedes Mal, wenn eine Zündung der Treibstoff/Luft-Mischung in einem der Zylinder erfolgt. Solche Stoßbelastungen können die Lebensdauer von Rotationswellen drastisch verringern und zu ihrem plötzlichen, katastrophalen Versagen führen, sollte die Welle in Torsionsresonanz geraten.
  • Es ist daher für Fahrzeug-Kurbelwellen üblich, einen Torsionsdämpfer zu inkludieren. Zwei Arten solcher Dämpfer sind bekannt, federnde Dämpfer und viskose Dämpfer.
  • Federnde Dämpfer (vgl. z.B. US-A-1,928,119 ) weisen ein relativ massives Gewicht auf, das an einem Ende der Welle über eine federnde Verbindung aus beispielsweise Gummi oder einem elastomeren Material befestigt ist. Eine Bewegung des Gewichtes relativ zum Schaft bewirkt eine Scherung des federnden Elements und leitet Vibrationsenergie durch Hysterese des Gummis ab.
  • Viskose Dämpfer weisen ein Gehäuse auf, das mit einem Ende der Welle verbunden ist, um sich mit dieser mitzudrehen. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein viskoses Fluid und eine Masse, die an der Welle über ein Lager angebracht ist, so dass sie in Bezug auf die Welle rotieren kann. Unter Dauerzustandsbedingungen drehen sich die Welle, das Gehäuse und die Masse als ein Festkörper. Veränderungen in der Geschwindigkeit der Welle und somit des Gehäuses stehen Scherkräfte entgegen, die im Fluid in den engen Freiräumen zwischen der Masse und dem Inneren des Gehäuses erzeugt werden.
  • Beide bekannten Dämpfer sind am Ende der Welle vorgesehen und vergrößern somit die wirksame Länge der Welle. Bei vielen Anwendungen ist dies jedoch höchst unerwünscht, insbesondere im Motorraum von Kraftfahrzeugen, bei welchen der Druck bezüglich des Raumes immer größer wird. Weiters ist das in viskosen Dämpfern verwendete Fluid typischerweise eines auf Silikon-Basis, und solche Flüssigkeiten unterliegen einem zunehmenden Wärmeabbau bei den Temperaturen, welchen beispielsweise Kurbelwellen typischerweise ausgesetzt sind, und dies führt im Lauf der Zeit zu einer zunehmenden Verringerung der Wirksamkeit der bekannten Dämpfer. Ähnliche Bemerkungen werden seit jeher zu den federnden Materialien, die typischerweise in federnden Dämpfern verwendet werden, gemacht.
  • Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Rotationswelle, insbesondere eine Welle, die Teil eines Motors bildet, wie eine Kurbelwelle, mit einem Vibrationsdämpfer zu versehen, der die oben erwähnten Nachteile nicht hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung trägt eine Rotationswelle, wie eine Motor-Kurbelwelle, zur Drehung um eine Achse einen exzentrischen, im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen, sich in radialer Richtung erstreckenden Flansch, mit dessen radial äußerer Oberfläche ein ringförmiges Gehäuse verbunden ist, das einen Hohlraum bietet, welcher teilweise durch radial innere und radial äußere koaxiale zylindrische Oberflächen definiert ist, dessen Achse gegenüber der Achse der Welle versetzt ist, wobei der Hohlraum eine ringförmige träge Masse aufnimmt und die radial inneren und die radial äußeren Oberflächen des Hohlraums den radial inneren bzw. radial äußeren Oberflächen der trägen Masse gegenüberliegen, wodurch es zwei Paare gegenüberliegender Oberflächen gibt und eines dieser Paare Lagerflächen bildet, die eine relative Drehung der trägen Masse und des Gehäuses um die Achse der koaxialen zylindrischen Oberflächen führen, und wobei das andere dieser Paare voneinander beabstandet ist, um einen ringförmigen Raum zu definieren, welcher ein verschiebbares Material aufnimmt, wobei die träge Masse und der Hohlraum eine Abmessung in radialer Richtung haben, die einen Höchstwert an einer ersten Position entgegengesetzt zur Richtung der Exzentrizität hat und in beiden Umfangsrichtungen zu einer zweiten Position hin fortschreitend abnimmt, die von der ersten Position um 180° versetzt ist.
  • Somit inkludiert die erfindungsgemäße Welle einen Torsionsdämpfer an jeder beliebigen Position zwischen ihren Enden, und der Dämpfer muss nicht an einem Ende der Welle vorgesehen sein und dadurch eine Vergrößerung seiner Länge notwendig machen. Dies ist besonders wertvoll, wenn die Welle eine Motor-Kurbelwelle ist. Weiters kann bei einer Kurbelwelle der exzentrische Flansch von einer der Kurbelwangen gebildet sein, die jedenfalls traditionell an Kurbelwellen vorgesehen sind.
  • Die Welle trägt einen exzentrischen Flansch, und die Exzentrizität des Flansches führt dazu, dass er eine radiale Dimension aufweist, die in Umfangsrichtung variiert. Diese radiale Dimension ist in einer Richtung, der so genannten Richtung der Exzentrizität, am größten und nimmt fortschreitend in beiden Umfangsrichtungen zu einer zweiten Position, die von der ersten Position um 180° versetzt ist, ab. Verbunden mit der äußeren Oberfläche des exzentrischen Flansches ist ein ringförmiges Gehäuse, das einen ringförmigen Hohlraum definiert, der eine ringförmige träge Masse aufnimmt. Die träge Masse hat eine radial innere und eine radial äußere zylindrische Oberfläche, deren Achse von der Achse der Welle versetzt ist. Die radial innere und die radial äußere Oberfläche des Hohlraums liegen der radial inneren bzw. radial äußeren Oberfläche der trägen Masse gegenüber, wodurch es zwei Paare von freiliegenden Oberflächen gibt. Eines dieser Paare von Oberflächen ist in einem relativ nahen Abstand voneinander und bildet Lagerflächen, die eine Relativdrehung der trägen Masse und des Gehäuses um die Achse der zylindrischen Oberflächen führen. Das andere Paar der Oberflächen ist um 1 mm bis 2 mm voneinander beabstandet, um einen ringförmigen Raum zu definieren. Dieser Raum nimmt ein verschiebbares Material auf, und bei der bevorzugten Ausführungsform ist dieses Material ein viskoses Fluid, z.B. ein Fett. Die träge Masse und der Hohlraum haben eine Abmessung in radialer Richtung, die an einer ersten Position gegenüber der Richtung der Exzentrizität einen Höchstwert hat und in beide Umfangsrichtungen zu einer zweiten Position hin, die um 180° von der ersten Position versetzt ist, fortschreitend abnimmt. Die Masse des Gehäuses und die träge Masse und ihre Gewichtsverteilung sind so eingestellt, dass sie ein Gegengewicht zum exzentrischen Flansch bilden, und sie können zusätzlich ein Gegengewicht zu einem Teil des Kurbelzapfens und der Pleuelstange bilden. Der schwerere Teil des Gehäuses und der trägen Masse ersetzen so das herkömmliche Gegengewicht auf einer Kurbelwelle.
  • Wenn die Welle einem fluktuierenden oder Stoß-Drehmoment ausgesetzt sein sollte, wird sie schneller oder langsamer, und die Trägheit der trägen Masse, die im Hohlraum im Gehäuse beweglich aufgenommen ist, wird dazu führen, dass sie langsamer beschleunigt wird als die Welle. Die träge Masse wird sich so innerhalb des Hohlraums um die Achse der Paare der gegenüberlie genden Oberflächen drehen und nicht um die Achse der Kurbelwelle. Das führt dazu, dass der Raum zwischen dem Paar der voneinander beabstandeten Oberflächen auf einer Seite breitenmäßig zunimmt und an der anderen breitenmäßig abnimmt. Das wiederum wird dazu führen, dass das Fluid vom Bereich der verringerten Breite zum Bereich der vergrößerten Breite verschoben oder gepumpt wird. Infolge der Viskosität der Flüssigkeit bringt diese Verschiebung wesentliche Pumpverluste. Diese Pumpverluste dienen dazu, der Beschleunigung oder Verlangsamung der Welle entgegenzustehen und somit jegliche Torsionsvibrationsbewegungen zu dämpfen. Scherkräfte werden ebenso in der viskosen Flüssigkeit erzeugt, doch ist die Rolle, die diese Kräfte bei der Dämpfung der Vibration der Welle spielen, klein im Vergleich zu jener der Pumpverluste, und dies bedeutet, dass die gewählte Flüssigkeit eine viel niedrigere Viskosität haben kann als jene der Silikon-Fluide, die traditionellerweise in viskosen Dämpfern verwendet werden. Dies ermöglicht die Wahl eines Fluids, wie eines Fettes, das eine viel größere Langzeit-Stabilität gegen erhöhte Temperaturen aufweist als die Silikon-Fluide, die herkömmlicherweise verwendet werden. Es ist bevorzugt, dass das viskose Fluid eine Viskosität im Bereich von 5000 bis 25.000, mehr bevorzugt 10.000 bis 15.000 Centistoke hat, was viel niedriger ist als der Wert von 100.000 bis 300.000 Centistoke, der der typische Viskositätsbereich der traditionellerweise in viskosen Dämpfern verwendeten Silikon-Fluide ist.
  • Bei einer modifizierten Ausführungsform umfasst das verschiebbare Material ein federndes festes Material aus beispielsweise Gummi oder einem elastomeren Material. In diesem Fall kann das Material nicht von Positionen verschoben werden, wo der Raum eine minimale Breite hat, zu Positionen, wo er eine maximale Breite hat, es kann aber um einen bestimmten Abstand in Umfangsrichtung verschoben werden und ist einer abwechselnden Kompression und Entspannung an Positionen, die sich in Umfangsrichtung hin und her bewegen, unterworfen. Die Hysterese-Verluste, die das federnde ringförmige Element erfährt, werden daher wesentlich höher sein als jene im federnden Element in einem herkömmlichen federnden Vibrationsdämpfer, und die dämpfende Wirkung wird dadurch verstärkt.
  • Um die träge Masse und das verschiebbare Material in den Hohlraum einbringen zu können, ist bevorzugt, dass das Gehäuse eine Abdeckplatte aufweist, die den Hohlraum abschließt und sich in einer radialen Ebene erstreckt.
  • Die träge Masse kann möglicherweise in der einen oder anderen ihrer extremen Positionen verklemmt werden, nachdem sie sich im Gehäuse gedreht hat, und dies kann durch das Vorsehen von zwei Endanschlägen verhindert werden. Die träge Masse kann dann leicht an ihre Ruhe- oder Mittelposition unter der Wirkung der Kräfte, denen sie unterworfen ist, zurückkehren; es kann jedoch wünschenswert sein, ein Federmittel vorzusehen, das auf die träge Masse wirkt, und es in eine Position hin vorzuspannen, in welcher die radiale Breite des Raumes konstant ist. Das Federmittel kann in Form einer oder mehrerer Federn herkömmlicher Art vorliegen, z.B. Schraubenfedern, die sich zwischen dem Gehäuse und der trägen Masse erstrecken, und es kann auch in Form eines ringförmigen Elements aus elastomerem Material, das zwischen den beiden zylindrischen, den Raum definierenden Oberflächen verbunden ist, vorliegen. In diesem Fall muss das elastomere Material nicht den gesamten Raum einnehmen, und der Rest kann von einer viskosen Flüssigkeit eingenommen werden.
  • Wie oben erwähnt, wird das durch die Exzentrizität des Flansches bewirkte Ungleichgewicht durch die asymmetrische Konstruktion des Gehäuses und der trägen Masse ausgeglichen. Um die radiale Abmessung der Welle und des Dämpfers auf ein Minimum zu reduzieren, kann es wünschenswert sein, dass die Dicke in axialer Richtung des der Richtung der Exzentrizität gegenüberliegenden Teils des Gehäuses größer ist als die des exzentrischen Flansches.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung trägt eine Fahrzeug-Kurbelwelle zur Drehung um eine Achse mindestens ein Paar axial voneinander beabstandeter, sich in radialer Richtung erstreckender exzentrischer Kurbelwangen, von welchen mindestens eine eine kreiszylinderförmige radiale Außenfläche hat, deren Achse gegenüber der Achse der Kurbelwelle versetzt ist und mit welcher die Innenfläche eines ringförmigen Elements aus federndem Material verbunden ist, mit dessen Außenfläche die zylindrische Innenfläche einer ringförmigen trägen Masse verbunden ist, deren Gewichtsverteilung die Exzentrizität der zugehörigen Kurbelwange ausgleicht. Somit ist diese Ausführungsform ähnlich jener, auf die oben Bezug genommen wurde, doch da ein festes federndes Material verwendet wird, wurde das Gehäuse weggelassen und die Integrität der Dämpfer ist durch das Verbinden des ringförmigen Elements aus federndem Material mit sowohl dem exzentrischen Flansch als auch der trägen Masse gewährleistet. Die träge Masse kann wiederum an der der Richtung der Exzentrizität entgegengesetzten Seite schwerer sein, aber weil sie nicht in einem Raum innerhalb eines Gehäuses untergebracht ist, muss ihre Größe nicht fortschreitend abnehmen, sondern kann abrupt abnehmen. Ihre Gewichtsverteilung wird einfach so gewählt, dass sie ein Gegengewicht zur zugehörigen Kurbelwange darstellt, wodurch die Kurbelwelle dynamisch ausgeglichen ist.
  • Die Innenfläche des federnden Materials kann mit der Außenfläche der Kurbelwange direkt verbunden sein oder indirekt über eine Metallhülse, die z.B. durch Presssitz oder kraftschlüssig an der Kurbelwange befestigt ist.
  • Weitere Merkmale und Details der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung bestimmter spezifischer Ausführungsformen hervor, die sich alle auf Fahrzeug-Kurbelwellen beziehen, die unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen angeführt sind, worin:
  • 1 eine teilweise geschnittene Teil-Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Kurbelwelle gemäß der Erfindung ist;
  • 2 und 3 Querschnittsansichten der Kurbelwelle entlang der Linie A-A der 1 sind, die die träge Masse jeweils in den beiden äußersten Positionen zeigen;
  • 4 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform ist, die im Allgemeinen ähnlich der 1 ist;
  • 5 eine im Allgemeinen den 2 und 3 ähnliche, jedoch entlang der Linie Z-Z der 4 geführte Querschnittsansicht ist;
  • 6 eine weitere im Allgemeinen der 1 ähnliche Ansicht einer dritten Ausführungsform ist; und
  • 7 eine Schnittansicht der dritten Ausführungsform entlang der Linie X-X der 6 ist, die im Allgemeinen den 2 und 3 ähnlich ist.
  • 1 zeigt eine Kurbelwelle 2, die zur Drehung um eine Achse 4 montiert ist und eine Reihe von Paaren voneinander beabstandeter Kurbelwangen 6 auf herkömmliche Weise trägt. Die Anzahl der Paare der Kurbelwangen 6 ist gleich der Anzahl der Kolben, mit welchen die Kurbelwelle verbunden ist, jedoch in diesem Fall ist nur ein solches Paar gezeigt. Jede Kurbelwange 6 hat eine kreisförmige Umfangsfläche und ist exzentrisch auf der Kurbelwelle positioniert, so dass der Mittelpunkt des Kreises an einem Punkt 8 liegt, welcher von der Achse 4 um einen vorbestimmten Abstand in Richtung der Exzentrizität versetzt ist. Zwischen den exzentrischen Teilen des Paars Kurbelwangen erstreckt sich ein Kurbelzapfen 10, der schwenkbar auf herkömmliche Weise mit einem Ende einer Pleuelstange 12 verbunden ist, und dessen anderes Ende schwenkbar auf herkömmliche Weise mit einem Kolben 14 verbunden ist.
  • Mit der Außenfläche jeder Kurbelwange 6 verbunden ist ein ringförmiges Gehäuse 16, das einen im Querschnitt rechteckigen Innenhohlraum definiert, der über eine seitliche Abdeckung 18 zugänglich ist. Im Inneren des Hohlraums ist eine träge Masse 20 aus Stahl od. dgl. untergebracht. Das Gehäuse 16, der Hohlraum darinnen und die träge Masse 20 sind alle von ringförmiger Gestalt mit einer radialen Abmessung, deren Maximum an einer ersten Position an der Seite gegenüber der Richtung der Exzentrizität der Kurbelwangen ist, und die fortschreitend in beide Richtungen abnimmt bis zu einer zweiten Position, die von der ersten Position um 180° versetzt ist. Das Gehäuse 16 und die träge Masse 20 haben eine relativ massive Konstruktion und sind daher wesentlich schwerer auf der der Richtung der Exzentrizität entgegengesetzten Seite. Sie sind so dimensioniert, dass die schwereren Teile des Gehäuses und der trägen Masse die Exzentrizität der Kurbelwangen ausgleichen, so dass die Kurbelwelle dynamisch und statisch ausgeglichen ist. Es ist ersichtlich, dass es für diesen Zweck, wie im vorliegenden Fall für das Gehäuse 16, notwendig sein kann, dass es breiter ist, das heißt, dass es eine größere Abmessung in Achsrichtung hat als die zugehörige Kurbelwange.
  • Die radial innere Oberfläche des ringförmigen Hohlraums ist im Querschnitt kreisförmig und ist der Innenfläche der trägen Masse 20 gegenüberliegend, die ebenso im Wesentlichen kreisförmig im Querschnitt ist. Diese beiden Oberflächen haben im Wesentlichen denselben Durchmesser und haben ein Spiel von typischerweise nur etwa 0,025 mm zwischen sich, wenn die träge Masse einen Außendurchmesser von etwa 100 bis 150 mm hat, und wirken so als Lagerflächen. Die radiale Außenfläche des Hohlraums ist auch kreisförmig im Querschnitt und befindet sich gegenüber der koaxialen radialen Außenfläche der trägen Masse.
  • Diese beiden Oberflächen sind im Schnitt kreisförmig, ihre Mittelpunkte sind an einem Punkt 22 etwas versetzt von der Achse 4 der Kurbelwelle und ihre Durchmesser unterscheiden sich um eine geringe Menge von typischerweise 1 bis 2 mm. Ein ringförmiger Raum 24 ist somit zwischen diesen beiden Oberflächen definiert, welcher von einem viskosen Fluid eingenommen wird. Dies kann ein Kupferfett sein, das heißt, ein metallische Kupferteilchen enthaltendes Fett, und ist vorzugsweise ein Dimethylsilikon-Fett, wie es von Nye Lubricants, Inc., geliefert wird.
  • Bei Verwendung, wenn sich die Welle mit konstanter Geschwindigkeit dreht, drehen sich das Gehäuse und die träge Masse darinnen mit der Welle und mit derselben Geschwindigkeit wie diese. Sollte jedoch die Welle einem Stoß-Drehmoment ausgesetzt sein, das dazu neigt, ihre Geschwindigkeit zu erhöhen, so bedeutet die Trägheit der trägen Masse, dass die Masse sich nicht mit derselben Geschwindigkeit beschleunigen wird wie die Welle. Die träge Masse wird sich daher innerhalb des Gehäuses zu drehen beginnen, wobei an den gegenüberliegenden Lagerflächen eine Relativbewegung auftritt. Als Folge der sich fortschreitend verändernden Breite der trägen Masse bleibt jedoch der mit dem Kupferfett gefüllte Raum 24 nicht gleichbleibend breit wie zuvor, sondern seine Breite wird an einer Seite zunehmen und an der anderen Seite abnehmen, wie in 2 gezeigt. Sollte sich andererseits die Welle plötzlich verlangsamen, so tritt der gegenteilige Effekt auf, und die Breite des Raumes 24 nimmt an dieser Seite ab und an dieser anderen Seite zu. Diese Variation in der Breitenverteilung des Raumes 24 führt dazu, dass das Kupferfett von Bereichen sich verringernder Breite zu Bereichen von zunehmender Breite des Raumes verschoben wird. Einen Widerstand gegen eine Bewegung der trägen Masse relativ zum Gehäuse bilden daher im Fett erzeugte Scherkräfte und ebenso – was noch wichtiger ist – Pumpverluste, die durch die Notwendigkeit, das Fett von einer Stelle zur anderen zu pumpen, anfallen. Diese Kräfte und Verluste neigen dazu, einer Relativ-Drehung der trägen Masse und des Gehäuses zu widerstehen, und sie dämpfen somit Veränderungen in der Geschwindigkeit oder die Rotationsvibration der Kurbelwelle.
  • Bei einer modifizierten Ausführungsform, die nicht veranschaulicht ist, sind die Außenflächen der trägen Masse 20 und des Hohlraums im Gehäuse 16 in geringem Abstand voneinander und wirken als Lagerflächen, und ist der vom Fett eingenommene Raum 24 zwischen den Innenflächen der trägen Masse und dem Hohlraum definiert. Diese Ausführungsform funktioniert auf genau dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform.
  • Die träge Masse dreht sich typischerweise um zwischen 0,5° und 2°, kann sich jedoch unter intensiver Beschleunigung um zwischen 3° und 5° relativ zum Gehäuse drehen, bis die träge Masse ein Anschlagelement am Gehäuse berührt, oder bis die gegenüberliegenden Oberflächen, die den Raum 24 festlegen, miteinander in Kontakt gelangen, wie in den 2 und 3 gezeigt ist. Eine weitere Rotationsbewegung in derselben Richtung ist dann unmöglich. Eine nachfolgende Vibration oder Beschleunigung der Kurbelwelle in entgegengesetzter Richtung wird normalerweise dazu führen, dass sich die einander berührenden Oberflächen aus dem Kontakt miteinander bewegen, und die sich relativ zum Gehäuse drehende träge Masse zurück zur oder durch die neutrale Position hindurch bewegen wird, in welcher der Raum 24 eine konstante Breite hat. Je nach den Abmessungen und dem benützten Fett ist es jedoch möglich, dass „Haftreibung" die beiden Oberflächen aneinander „haftend" halten wird, und es kann daher wünschenswert sein, die träge Masse mit einer oder mehreren Rückstellfedern zu versehen. Eine solche modifizierte Ausführungsform ist in den 4 und 5 gezeigt.
  • Bei der Ausführungsform der 4 und 5 hat ein Teil 30 der trägen Masse 20 entgegengesetzt zur Richtung der Exzentrizität eine größere Dicke in Achsrichtung, und an seinen Enden ergibt der Teil 30 in Umfangsrichtung entgegengesetzt gerichtete Absätze 32. Diese Absätze 32 sind ähnlichen Absätzen 34 an den Kurbelwangen entgegengesetzt. An den gegenüberliegenden Paaren der Absätze 32, 34 befestigt oder angrenzend an diese und zwischen ihnen verlaufend ist eine Rückstellfeder 36, wie links in 5 gezeigt, oder sind zwei Rückstellfedern 36, wie rechts in 5 gezeigt.
  • Bei den vorherigen Ausführungsformen sind die axialen Endflächen der trägen Masse 20 glatt und befinden sich in einem geringen Abstand von den gegenüberliegenden Oberflächen des Hohlraums. Bei der Ausführungsform der 4 und 5 ist jedoch eine oder sind beide dieser Oberflächen mit einer Anzahl von Druckstücken 38 versehen, die sich in einem geringen Abstand von der gegenüberliegenden Oberfläche des Hohlraums befinden.
  • Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Raum 24 von einem verschiebbaren Material in Form einer viskosen Flüssigkeit eingenommen, und die Dämpfungswirkung wird durch Scherkräfte und Pumpverluste erreicht. Alle diese Ausführungsformen können durch Ersetzen der viskosen Flüssigkeit durch einen Körper aus federndem Material, z.B. Gummi oder ein Elastomer, modifiziert werden. In diesem Fall kommt es zu keinem Pumpen, doch wird das federnde Material wiederholt komprimiert und dekomprimiert infolge der Veränderung in der Breitenverteilung des Raumes 24, und die Dämpfung wird durch das Nachgeben des Materials und Hysterese-Verluste erreicht. Die Verwendung eines federnden Materials macht es möglich, die Konstruktion zu modifizieren und zu vereinfachen, und eine derartige Konstruktion ist in den 6 und 7 veranschaulicht.
  • An den radialen Außenflächen der exzentrischen, im Querschnitt kreisförmigen Kurbelwangen 6 ist durch Schiebegleitsitz oder Klemmsitz eine ringförmige Hülse 40 befestigt. An der Außenfläche der Hülse 40 ist die Innenfläche eines federnden Rings 42 aus federndem Gummi oder elastomerem Material befestigt. Das federnde Material ist gegen Temperaturen von bis zu 250°C oder mehr widerstandsfähig, wie es z.B. von Metaldyne International geliefert wird. Das Material kann so sein, wie in der EP-A-0540818 oder in der US 20020115813 geoffenbart ist. An der Außenfläche des elastomeren Rings ist die innere, im Schnitt kreisförmige Oberfläche einer trägen Masse 20 befestigt. Die träge Masse 20 hat eine Breite in radialer Richtung, die über ein Drittel ihres Umfangs entgegengesetzt zur Richtung der Exzentrizität relativ groß ist und an anderer Stelle relativ gering ist. Die träge Masse hat somit einen schwereren Teil 21, der als Gegengewicht zur exzentrischen Kurbelwange 6 wirkt.
  • Der Vibrationsdämpfer funktioniert in einer Weise, die dem konventionellen, federnden Vibrationsdämpfer nicht unähnlich ist, hat jedoch zwei wesentliche Unterschiede. Erstens befindet er sich bei Verwendung innerhalb des Kurbelgehäuses und vergrößert nicht – wie üblich – die Gesamtlänge der Kurbelwelle. Zweitens dreht sich, sollte eine Rotationsvibration auftreten, die träge Masse 20 über eine kleine Distanz um die Kurbelwange 6. Da diese Rotation um die Achse 8 erfolgt, die von der Achse 4 der Kurbelwelle versetzt ist, variiert die Breite des Raumes, der den elastomeren Ring 42 aufnimmt, örtlich, so dass das elastomere Material örtlich komprimiert und ausgedehnt wird. Dies führt zu erhöhten Hysterese-Verlusten und somit zu einer verstärkten Dämpfungswirkung.

Claims (7)

  1. Rotationswelle (2) zur Drehung um eine Achse (4), welche Rotationswelle einen exzentrischen, im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmigen, sich in radialer Richtung erstreckenden Flansch (6) trägt, mit dessen radial äußerer Oberfläche ein ringförmiges Gehäuse (16) verbunden ist, das einen Hohlraum bietet, welcher teilweise durch radial innere und radial äußere koaxiale zylindrische Oberflächen definiert ist, dessen Achse (8) gegenüber der Achse der Welle (4) versetzt ist, wobei der Hohlraum eine ringförmige träge Masse (20) aufnimmt und die radial inneren und die radial äußeren Oberflächen des Hohlraums den radial inneren bzw. radial äußeren Oberflächen der trägen Masse (20) gegenüberliegen, wodurch es zwei Paare gegenüberliegender Oberflächen gibt und eines dieser Paare Lagerflächen bildet, die eine relative Drehung der trägen Masse (20) und des Gehäuses (16) um die Achse der koaxialen zylindrischen Oberflächen führen, und wobei das andere dieser Paare voneinander beabstandet ist, um einen ringförmigen Raum (24) zu definieren, welcher ein verschiebbares Material aufnimmt, wobei die träge Masse (20) und der Hohlraum eine Abmessung in radialer Richtung haben, die einen Höchstwert an einer ersten Position entgegengesetzt zur Richtung der Exzentrizität hat und in beiden Umfangsrichtungen zu einer zweiten Position hin fortschreitend abnimmt, die von der ersten Position um 180° versetzt ist.
  2. Welle nach Anspruch 1, wobei das verschiebbare Material eine viskose Flüssigkeit ist.
  3. Welle nach Anspruch 2, wobei die viskose Flüssigkeit ein Fett umfasst.
  4. Welle nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse durch eine Abdeckplatte (18) geschlossen ist, welche sich in einer radialen Ebene erstreckt.
  5. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche Federmittel (36) inkludiert, die auf die träge Masse (20) wirken und sie zu einer Position hin vorspannen, in welcher die radiale Breite des Raums konstant ist.
  6. Welle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke in der axialen Richtung des Teils des Gehäuses (16) entgegengesetzt zur Richtung der Exzentrizität größer ist als jene des exzentrischen Flansches.
  7. Fahrzeug-Kurbelwelle (2) zur Drehung um eine Achse, welche Kurbelwelle mindestens ein Paar axial voneinander beabstandeter, sich in radialer Richtung erstreckender, exzentrischer Kurbelwangen (6) trägt, von welchen mindestens eine eine kreiszylinderförmige radiale Außenfläche hat, deren Achse gegenüber der Achse (4) der Kurbelwelle (2) versetzt ist und mit welcher die Innenfläche eines ringförmigen Elements aus federndem Material (42) verbunden ist, mit dessen Außenfläche die zylindrische Innenfläche einer ringförmigen trägen Masse (20) verbunden ist, deren Gewichtsverteilung die Exzentrizität der zugehörigen Kurbelwange ausgleicht.
DE60316321T 2002-09-27 2003-09-23 Drehgedämpfte rotierende wellen Expired - Fee Related DE60316321T2 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0222480.6A GB0222480D0 (en) 2002-09-27 2002-09-27 Torsionally damped rotary shafts
GB0222480 2002-09-27
PCT/GB2003/004055 WO2004029476A1 (en) 2002-09-27 2003-09-23 Torsionally damped rotary shafts

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60316321D1 DE60316321D1 (de) 2007-10-25
DE60316321T2 true DE60316321T2 (de) 2008-06-19

Family

ID=9944893

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60316321T Expired - Fee Related DE60316321T2 (de) 2002-09-27 2003-09-23 Drehgedämpfte rotierende wellen
DE20321766U Expired - Lifetime DE20321766U1 (de) 2002-09-27 2003-09-23 Drehgedämpfte rotierende Wellen

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE20321766U Expired - Lifetime DE20321766U1 (de) 2002-09-27 2003-09-23 Drehgedämpfte rotierende Wellen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7584738B2 (de)
EP (1) EP1543255B1 (de)
JP (1) JP4302636B2 (de)
AT (1) ATE373181T1 (de)
AU (1) AU2003267591A1 (de)
DE (2) DE60316321T2 (de)
GB (1) GB0222480D0 (de)
WO (1) WO2004029476A1 (de)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5160264B2 (ja) * 2008-02-25 2013-03-13 本田技研工業株式会社 エンジンのクランクシャフト機構
JP2010090966A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Kobe Steel Ltd 制振構造
DE102008053632B3 (de) * 2008-10-29 2009-12-24 Geislinger Gmbh Drehschwingungsdämpfer und drehendes Bauteil mit Drehschwingungsdämpfer
DE102009046745A1 (de) * 2009-11-17 2011-05-19 Man Diesel & Turbo Se Kurbelwelle
US8757027B2 (en) 2010-09-01 2014-06-24 Ford Global Technologies, Llc Reduced mass crankshaft
DE102013203560B4 (de) * 2013-03-01 2020-06-18 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine mit auf der Kurbelwelle angeordnetem und als Unwucht dienendem Ausgleichsgewicht und Verfahren zur Herstellung der Kurbelwelle
JP5845497B2 (ja) * 2013-03-08 2016-01-20 桂一 遠藤 衝撃吸収・エネルギー蓄積クランクシャフト
DE102013206931A1 (de) * 2013-04-17 2014-10-23 Ford Global Technologies, Llc Brennkraftmaschine umfassend eine Kurbelwelle mit als Unwucht dienendem Ausgleichsgewicht und Verfahren zur Herstellung der Kurbelwelle
CN104295663A (zh) * 2014-11-07 2015-01-21 广西玉柴机器股份有限公司 发动机的曲轴减振器
DE102016001576A1 (de) * 2016-02-11 2017-08-17 Wabco Gmbh Hubkolbenmaschine, insbesondere zwei- oder mehrstufiger Kolbenkompressor, Druckluftversorgungsanlage, Druckluftversorgungssystem und Fahrzeug, insbesondere PKW mit einer Druckluftversorgungsanlage
DE102016001596A1 (de) * 2016-02-11 2017-08-17 Wabco Gmbh Hubkolbenmaschine, insbesondere zwei- oder mehrstufiger Kolbenkompressor, Druckluftversorgungsanlage, Druckluftversorgungssystem und Fahrzeug, insbesondere PKW mit einer Druckluftversorgungsanlage
DE102018130887A1 (de) * 2018-12-04 2020-06-04 Amk Holding Gmbh & Co. Kg Kolbenverdichter

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR534405A (fr) * 1921-04-23 1922-03-25 Perfectionnements aux arbres-vilebrequins de moteurs
GB328004A (en) 1929-01-11 1930-04-11 Thornycroft John I & Co Ltd Improvements in or relating to means for damping torsional vibration of crankshafts
GB331505A (en) 1929-04-02 1930-07-02 Harry Ralph Ricardo Improvements in or relating to crankshafts
US1928119A (en) * 1931-08-20 1933-09-26 Gen Motors Corp Vibration dampener
US7117827B1 (en) * 1972-07-10 2006-10-10 Hinderks Mitja V Means for treatment of the gases of combustion engines and the transmission of their power
DE7815703U1 (de) * 1978-05-26 1978-09-07 Dr.Ing.H.C. F. Porsche Ag, 7000 Stuttgart Gegengewicht für den Massenausgleich bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen
JPS57177441A (en) * 1981-04-27 1982-11-01 Mitsubishi Motors Corp Variable balancer
DE3925181A1 (de) 1988-08-20 1990-02-22 Volkswagen Ag Welle, insbesondere kurbelwelle, mit zumindest einem gegengewicht
DE4136793C1 (de) 1991-11-08 1993-06-03 Fa. Carl Freudenberg, 6940 Weinheim, De
CH684395A5 (de) * 1991-11-25 1994-09-15 Bruderer Ag Vorrichtung für den Massenkraftausgleich einer Stanzpresse.
DE19949206B4 (de) * 1998-10-16 2009-04-02 Luk Lamellen Und Kupplungsbau Beteiligungs Kg Kolbenmotor mit Drehschwingungstilger sowie Drehschwingungstilger für einen Kolbenmotor
US6190137B1 (en) * 1999-09-24 2001-02-20 Tecumseh Products Company Reversible, variable displacement compressor
US20020115813A1 (en) * 2000-12-05 2002-08-22 Hitoshi Shirasaka Oil-resistant elastomer
DE60135880D1 (de) * 2001-06-01 2008-10-30 Lg Electronics Inc Verdichter mit doppelter leistung
ATE333056T1 (de) 2001-08-22 2006-08-15 Hasse & Wrede Gmbh Drehschwingungsdämpfer

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006500533A (ja) 2006-01-05
US7584738B2 (en) 2009-09-08
WO2004029476A1 (en) 2004-04-08
DE20321766U1 (de) 2009-08-20
AU2003267591A1 (en) 2004-04-19
EP1543255A1 (de) 2005-06-22
ATE373181T1 (de) 2007-09-15
JP4302636B2 (ja) 2009-07-29
US20060150944A1 (en) 2006-07-13
DE60316321D1 (de) 2007-10-25
GB0222480D0 (en) 2002-11-06
EP1543255B1 (de) 2007-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004011830B4 (de) Drehschwingungsdämpfer
EP3380694B1 (de) Zylinder-kolben-einheit mit ausgleichsdichtelement
DE68920241T2 (de) Federbelastetes Lager.
DE60316321T2 (de) Drehgedämpfte rotierende wellen
DE3617787A1 (de) Schwingungsdaempfer
EP1662173B1 (de) Drehschwingungsdämpfer
DE10209409A1 (de) Drehschwingungsdämpfer
DE102005009470A1 (de) Gleitlager
DE4108480C2 (de)
DE102016115874B4 (de) Lagervorrichtung für eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors
EP2824362B2 (de) Drehschwingungsdämpfer
DE3906079C2 (de) Elastischer Aufhängepuffer
DE19855420C2 (de) Schwerer Drehschwingungsdämpfer
DE19615566C2 (de) Dämpfungsmechanismus
EP1181465B1 (de) Gummilager mit abgestuftem dämpfungsverhalten
DE60112869T2 (de) Flüssigkeits- und Elastomereinrichtung mit diskretem Volumenkompensator und sekundärem Angleichselement
DE4420595C2 (de) Axialschwingungsdämpfer unter Verwendung von Blattfedern
DE19531639A1 (de) Drehschwingungsdämpfer
DE102016100450A1 (de) Mechanismus zur Filterung von Drehmomentschwankungen
DE102009024122A1 (de) Wälzlagerteil, insbesondere Wälzlagerring oder Wälzkörper
DE3442738A1 (de) Elastische wellenkupplung mit drehschwingungsdaempfung
DE4344426C2 (de) Torsionsschwingungsdämpfer
DE102018215362A1 (de) Axialkolbenmaschine
DE19734877B4 (de) Zwei-Massen-Schwungrad
EP1288527B1 (de) Kombinierter Axial- und Drehschwingungsdämpfer

Legal Events

Date Code Title Description
8339 Ceased/non-payment of the annual fee