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Die
vorliegende Erfindung betrifft Rotationswellen und befasst sich
mit solchen Wellen, die einen Torsionsvibrationsdämpfer inkludieren.
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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.
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Es
ist daher für
Fahrzeug-Kurbelwellen üblich,
einen Torsionsdämpfer
zu inkludieren. Zwei Arten solcher Dämpfer sind bekannt, federnde
Dämpfer und
viskose Dämpfer.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
teilweise geschnittene Teil-Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
der Kurbelwelle gemäß der Erfindung
ist;
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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;
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4 eine
Ansicht einer zweiten Ausführungsform
ist, die im Allgemeinen ähnlich
der 1 ist;
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5 eine
im Allgemeinen den 2 und 3 ähnliche,
jedoch entlang der Linie Z-Z der 4 geführte Querschnittsansicht
ist;
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6 eine
weitere im Allgemeinen der 1 ähnliche
Ansicht einer dritten Ausführungsform
ist; und
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7 eine
Schnittansicht der dritten Ausführungsform
entlang der Linie X-X der 6 ist, die
im Allgemeinen den 2 und 3 ähnlich ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.