DE912278C - Drehschwingungsdaempfer, insbesondere fuer Mehrmassensysteme, z. B. Kurbelwellen vonBrennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung von Drehschwingungsdämpfern, insbesondere zum Begrenzen von Resonanzschwingungen an Mehrmassensystemen, z. B. Kurbelwellen von Brennkraftmaschinen, bei denen eine oder auch mehrere Massen über eine Feder mit nicht linearer Kennlinie möglichst reibungsarm (dämpfungsfrei) gekoppelt sind. Eine besonders reibungsarme (dämpfungsfreie) Anordnung mit einem besonders einfachen Aufbau und leichter Abstimmöglichkeit wird nach der Erfindung dadurch erzielt, daß an einem Träger eines Schwingers in einigem Abstand voneinander zwei Federböcke angeordnet sind, deren einander zugekehrte Seiten als Abwälzflächen für auf diesen angeordnete Federspangen ausgebildet sind, deren Enden über die Federböcke hinausragen und sich gegen nadelgelagerte Stützrollen einer ringscheibenförmigen Schwingermasse legen, die konzentrisch um die Federböcke angeordnet, ebenfalls durch Wälzlager ao zentral geführt und gegebenenfalls weitere austauschbare Schwunggewichte trägt. Außerdem sind am Träger des Schwingers zwischen zwei ortsfesten Mitnehmern für die Schwungmasse ein mittlerer Federträger angeordnet, der entweder als hohler Leichtbaukörper ausgebildet oder aus einem ent-

sprechenden Werkstoff mehr oder weniger massiv hergestellt ist und dann als Zusatzmasse dient. Die Federböcke und Mitnehmer tragen ebenfalls auf Wälzlagern gelagerte Stützrollen, gegen die sich die dazwischenliegenden Schwingfedern legen, und sowohl diese Stützrollen als auch die Stützrollen der Schwingermasse sind gegenüber den Federblättern z. B. durch eine Schlitzführung verstellbar, um den Federn eine mehr oder weniger große Vorspannung zu geben und insbesondere die gerade Strecke der Federkennlinie zu verkürzen.

Durch die Erfindung wird praktisch keine Energie vernichtet. Eine besondere Überwachung des Dämpfers ist nicht notwendig, da keine einer stärkeren Abnutzung unterworfenen, einer Zerstörung durch Überbeanspruchung oder einem Versagen durch Ausfall einer Zusatzeinrichtung, wie z. B-. Schmierung, oder durch Undichtwerden hydraulischer Einrichtungen ausgesetzten Bauteile verwendet werden müssen. Auch die jeweilige Abstimmung des Drehschwingungsdämpfers nach der Erfindung ist durch die auswechselbaren Gewichte leicht möglich.

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt Abb. ι einen an der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigten Schwinger im Schnitt nach der Linie I-I von Abb. 2,

Abb. 2 den Schwinger im Schnitt nach der Linie H-II von Abb. i,

Abb. 3 einen Schnitt durch den Schwinger nach der Linie IH-III von Abb. 2,

Abb. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schwingers im Schnitt nach der Linie IV-IV von Abb. 5,

Abb. 5 den gleichen Schwinger im Schnitt nach der Linie V-V von Abb. 4,

Abb. 6 die Kennlinie einer Schwingerfeder und Abb. 7 die erzwungenen Ausschläge eines einfachen Schwingers.

4.0 Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 bis 3 ist an die Kurbelwelle 1 einer Brennkraftmaschine ein Träger 2 für zwei Federböcke 3, 3 (Abb. 2 und 3) angeflanscht. Die einander zugekehrten Seiten der Federböcke sind schwachballig geformt und tragen auf der gleichen Seite je eine Blattfeder 4, 4, deren Enden zu beiden Seiten über die Federböcke 3, 3 hinausragen (Abb. 2). Die gekrümmten Flächen der Federböcke dienen gegenüber den Federblättern 4 als Abwälzflächen und zur Begrenzung der Federbeanspruchung.

Um die oben geschilderte Anordnung ist konzentrisch eine ringförmige Schwungmasse angeordnet. Diese besteht z. B. aus zwei in einigem Abstand voneinander angeordneten Ringscheiben 5, 5 und auswechselbaren Gewichten 6, 6. Außerdem sind zwischen den beiden Ringen 5, 5 auf Nadeln 7 gelagerte Rollenpaare 8, 8^a und 9, 9" angeordnet, gegen die sich die Federspangen 4, 4 unter Spannung anlegen, d, h. es wird die ganze Schwungmasse 5, 6, 7, 8, 8", 9, 9^a über die Rollen 8, 8^a und 9, 9« von den Federspangen 4, 4 in der Umfangsrichtung der Ringe 5, 5 frei und elastisch abgestützt. Durch mittlere Wälzlager 10 in einem Mittelsteg 5^a der Ringscheiben 5, 5 ist die konzentrische Lage der ganzen Schwungmasse 5 bis g^a gesichert.

Ein ähnliches Ausführungsbeispiel zeigen die Abb. 4 und 5, worin für die gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 1 bis 3 wesensgleichen Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Abb. ι bis 3 sind beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 und 5 die zwischen den Ringscheiben 5 an Stelle von vier zwei größere, gegebenenfalls mehrteilige Austauschgewichte 6° vorgesehen. Die Böcke 3, 3 dienen in diesem Fall nicht mehr als Federböcke, sondern lediglich als mitnehmender Primärteil des Schwingers. Dagegen ist zwischen den Mitnehmerteilen 3, 3 ein mittlerer Federträger 11 angeordnet, an dem die Federspangen 4 befestigt sind. Dieser ist ebenfalls möglichst reibungsfrei, z. B. durch ein Wälzlager 12 gelagert und besteht entweder aus einem Leichtmetallhohlkörper oder ist aus irgendeinem anderen Werkstoff mehr oder weniger massiv hergestellt und wirkt dann als Zusatzmasse. Außerdem stützen sich die Enden der Federspangen 4 an zusätzlichen Rollen 14, 14 ab, die an den Böcken 3, 3 angeordnet sind.

In beiden Ausführungsbeispielen sind die Achsen der einander zunächst liegenden Rollenpaare 8, 8^a und 9, 9° und eventuell auch die Rollenpaare 14, 14° in Schlitzen 15 geführt und können daher in verschieden großen Abständen voneinander befestigt werden. Durch die Änderung der Rollenabstände wird die Vorspannung der Federn 4 beeinflußt.

Als Schwingerfedern 4 werden zweckmäßig reibungsfreie Federblätter etwa mit einer Kennlinie nach Abb. 6 verwendet. Die Federspangen 4 können auch aus mehreren übereinanderliegenden Federblättern zusammengesetzt sein.

Die Wirkungsweise des Schwingers ist folgende: ioo Unter der in bestimmten Grenzen zulässigen Annahme, daß die Schwingermasse für j ede Ausschlaggröße harmonische Schwingungen ausführt, kann man sich die Schwingerfederung, wie bereits weiter oben erwähnt, durch eine vom Ausschlag abhängige, punktweise reduzierte Steifigkeit gegeben denken, mit der ein Schwinger mit gerader Federkennlinie ausgeführt sein müßte, um jeweils die gleiche Schwingzeit wie ein Schwinger mit nicht gerader Federkennlinie zu besitzen. Resonanz mit einer bestimmten Erregerfrequenz kann also nur bei einer ganz bestimmten Größe des Schwingerausschlages eintreten. Wird dieser Ausschlag größer, so wird z. B. bei progressiver Federung die Schwingzeit kleiner, d. h. mit wachsendem Ausschlag tritt eine zunehmende Entfernung von der Resonanzlage ein. Die Schwingungen werden wieder kleiner, und das Spiel kann von neuem beginnen. Bei erhöhter Erregerfrequenz wiederholt sich der Vorgang auf der Basis eines vergrößerten Schwingerausschlages. Da aber bei einer weiteren Steigerung der Schwinger immer empfindlicher wird, d. h. schon kleine Veränderungen im Ausschlag eine verhältnismäßig starke Verlagerung seiner Schwingzeit hervorrufen, kann der Schwingerausschlag unter dem Einfluß irgendeiner Störung, z. B. Dämpfung, beim Abklin-

gen der Schwingung so weit unter den Resonanzpunkt fallen, daß die diesen Ausschlag zugeordnete Eigenfrequenz genügend weit von der Erregerfrequenz abweicht, um ein Wiederaufschaukeln auszuschließen.

In diesem Zusammenhang wird auf die Abb. 7 verwiesen. Dort ist in einem Beispiel als Abszisse das Verhältnis Erregerfrequenz : Eigenfrequenz des Schwingers bei kleinem Ausschlag und als Ordinate der Schwingerausschlag aufgetragen. Mit steigender Erregerfrequenz nimmt der Schwingerausschlag ständig zu, und zwar nähert er sich rasch und dann immer langsamer seinem größten möglichen Wert. Eine frühere Begrenzung ist aber an das Vorhandensein einer Dämpfung gebunden. Bei Punkt A, also ebenfalls erst nach einer gewissen Steigerung der Erregerfrequenz, bricht dann die Schwingung plötzlich ab. Bei fallender Erregerfrequenz verläuft der Ausschlag nach der unteren Kurve durch B und C

ao und springt von C nach D auf die Kurve bei steigender Erregerfrequenz zurück. Wir haben also bis zum Frequenzverhältnis bei D einen stabilen und über diesem Verhältnis gleichsam einen labilen Schwingungszustand, der vom Einschwingvorgang und von der Größe der Dämpfung abhängig ist.

Auf das Mehrmassensystem eines Motors übertragen, werden sich auch dort die Eigenschwingungen nicht über ein gewisses Maß aufschaukeln, wenn sich durch eine Vergrößerung des Schwingerausschlages mit der reduzierten Schwingersteifigkeit auch die Eigenfrequenz nunmehr aber des ganzen Massensystems erhöhen. Mit steigender Eigenfrequenz treten zunächst bei vergrößertem Schwingerausschlag wieder Resonanzmöglichkeiten ein, bis der Schwingungszustand aus dem stabilen in den labilen übergeht. Dieser kann nun aber nicht nur durch die Dämpfung des Schwingers allein, sondern vor allem auch durch Einwirkungen von der Motorseite her, sei es durch die im Motor vorhandene Dämpfung oder durch ungleiche Zündungen usw., gestört werden.

Da der Schwingungsausschlag am Kurbelwellenende in einem durch die jeweilige Eigenschwingungsform gegebenen Verhältnis zur Verdrehung des Schwingers steht, hängt er auch unmittelbar von der Größe des geradlinigen Teiles χ (Abb. 6) der Federkennlinie ab. Man wird daher bestrebt sein, diesen geradlinigen Teil möglichst klein zu machen, was z. B. beim Schwinger nach Abb. 1 bis 3 durch eine Vergrößerung der Federvorspannung erzielt werden kann.

Unter der obigen Voraussetzung kann an Stelle der durch die Ausführungsbeispiele gezeigten Federung jede anderweitige Federung benutzt werden, wie sie bereits in den drehfedernden Kupplungen angewendet werden. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Spiralschraubenfeder-, Biegefeder-, Gummifeder-, ösen- und Schlangenfederkupplungen verwiesen. Die Erfindung ist auch für die Begrenzung der Resonanzschwingungen von Massensystemen geeignet, die an Stelle der Drehbewegung eine pendelnde Schwingbewegung oder eine hin und her gehende Bewegung ausführen oder die sich auf einem Fundament in Ruhe befinden und fremderregt werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   ι. Drehschwingungsdämpfer, insbesondere zum Begrenzen der Resonanzschwingungen an Mehrmassensystemen, z. B. an der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen, bei denen eine oder mehrere Massen über eine Feder mit nicht linearer Kennlinie schwingfähig gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Träger (2) eines Schwingers in einigem Abstand voneinander zwei Federböcke (3) angeordnet sind, deren einander zugekehrte Seiten als Abwälzflächen für auf diesen angeordnete Federspangen (4) ausgebildet sind, deren Enden über die Federböcke (3) hinausragen und sich gegen nadelgelagerte Stützrollen (8) einer ringscheibenförmigen Schwingermasse (5) legen, die konzentrisch um die Federböcke (3) angeordnet, ebenfalls durch Wälzlager (10) zentral geführt und gegebenenfalls weitere austauschbare Schwunggewichte trägt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Träger (2) des Schwingers zwischen zwei ortsfesten Mitnehmern (3, 3) für die Schwungmasse ein mittlerer Federträger go (11) angeordnet ist, der entweder als hohler Leichtbaukörper ausgebildet oder aus einem entsprechenden Werkstoff mehr oder weniger massiv hergestellt ist und dann als Zusatzmasse dient.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Federträger (11) vorzugsweise auf einem Wälzlager drehbar zwischen den Mitnehmern (3, 3) gelagert ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federspangen aus mehreren übereinanderliegenden einzelnen Federblättern (4, 4), gegebenenfalls mit verschiedenen Kennlinien zusammengesetzt sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federböcke und Mitnehmer (3, 3) ebenfalls auf Wälzlagern tragende Stützrollen (14, 14°) tragen, gegen die sich die dazwischenliegenden Schwingerfedern (4, 4) legen, und daß sowohl diese Stützrollen (14, 14") als auch die Stützrollen (8, 8", 9, 9") der Schwingermasse gegenüber den Federblättern (4, 4), z. B. durch eine Schlitzführung (16) verstellbar sind, um den Federn eine mehr oder weniger große Vorspannung zu geben und insbesondere die gerade Strecke der Federkennlinie zu verkürzen.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 617 204;
   »The Motorship«, 1939, S. 477.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen