JP2004197944A - ねじり振動減衰装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製作可能なねじり振動減衰装置、特にウェブ吸振器を提供する。
【解決手段】ねじり振動減衰装置が複数の金属薄板部分を有しているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンエンジン、特に内燃機関のクランク軸に取り付けるためのねじり振動減衰装置、特にウェブ吸振器（Ｗａｎｇｅｎｔｉｌｇｅｒ）に関する。さらに本発明はねじり振動減衰装置を備えたクランク軸およびピストンエンジンにも関する。

クランク軸のための従来慣用のねじり振動減衰装置、特にウェブ吸振器はしばしば、手間をかけて後加工されなければならない多数の鋳造部分を有している。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式のねじり振動減衰装置、特にウェブ吸振器を改良して、安価に製作可能な装置を提供することである。

この課題を解決するために本発明の構成では、ねじり振動減衰装置が複数の金属薄板部分を有しているようにした。

金属薄板部分が供する利点は、それが簡単かつ安価に製作可能であるという点である。金属薄板部分は例えば絞り加工された金属薄板から製作されていることができる。孔または切欠きのような、金属薄板部分の個々の領域は打抜き加工されていることができる。金属薄板部分の個々の領域を切削加工することも可能である。

本発明の有利な構成では、ねじり振動減衰装置が、クランク軸に固定されているハウジングを有しており、該ハウジングに、ばねエレメントを介在して少なくとも１つの回転質量体が連結されている。このことが供する利点は、ねじり振動減衰装置が前組立され得る点にある。そうして、前組立されたねじり振動減衰装置は組立ステップにおいてピストンエンジンのクランク軸に固定されることができる。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングが、底部を備えた実質的にポット形の金属薄板成形部分を有しており、該金属薄板成形部分が実質的に長方形の切欠きを有しており、該切欠きが一方の側で開いている。切欠きは、ねじり振動減衰装置を形状結合式に、ピストンエンジンのクランク軸の、相補的に形成された領域に結合するために役立つ。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングには前記切欠きの領域に、実質的に円セグメント状の付設部が形成されている。円セグメント状の付設部は、ねじり振動減衰装置をピストンエンジンのクランク軸に固定するために役立つ。

本発明の別の有利な構成では、円セグメント状の付設部に少なくとも１つの貫通孔が設けられている。貫通孔はねじのような固定手段を収容するために役立ち、固定手段によりねじり振動減衰装置はピストンエンジンのクランク軸に固定されることができる。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングの底部が、９０゜で屈曲した丸み付けられた縁部を有している。屈曲したまたは折り曲げられた縁部はハウジングを半径方向外側で制限している。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングが底部とは反対の側で、金属薄板部分から形成されるカバーにより閉鎖可能である。カバーの外側輪郭は有利には、ハウジングベースの屈曲した縁部の内側輪郭に適合されている。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングベースとハウジングカバーとがスペーサピンにより相並んで固定されている。スペーサピンは両ハウジング部分の間隔を置いた配置を保証する。ただし、ハウジングカバーは溶接によりハウジングベースに、例えば底部の屈曲した縁部に固定されていてもよい。

本発明の別の有利な構成では、ハウジング内に少なくとも１つのはずみ質量体が配置されており、該はずみ質量体が少なくとも１つの金属薄板部分から形成される。金属薄板部分は例えば打抜き加工により安価に製作され得る。

本発明の別の有利な構成では、はずみ質量体には半径方向外側に少なくとも１つの滑りエレメントが取り付けられている。滑りエレメントは、はずみ質量体とハウジングとの間の、特にハウジングベースの屈曲した縁部の内面に沿った摩擦を最小限に抑えるために役立つ。この目的のために、滑りエレメントは有利にはプラスチックから形成されている。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングベース、はずみ質量体およびハウジングカバーに、その都度少なくとも１つの縦長の切欠きが形成されており、該切欠きが接線方向で配置されており、しかも、ハウジングベース、はずみ質量体およびハウジングカバーに設けられた切欠きが、ねじり振動減衰装置の組立状態において、一列に並んでいる。切欠きは圧縮ばねを収容するために役立ち、圧縮ばねによりはずみ質量体はハウジングに連結されている。

本発明の別の有利な構成では、ハウジングベースに、バランスリベットを収容するための貫通孔が設けられている。バランスリベットは必要に応じて種々異なるサイズおよび個数でハウジングベースに固定される。

本発明のさらに別の有利な構成では、ねじり振動減衰装置が実質的に蹄鉄形に形成されている。このことが供する利点は、ねじり振動減衰装置を構成スペース中立的に、つまり場所をとらずにクランク軸のクランクウェブに統合可能であるという点にある。このことは、ハウジングベースもハウジングカバーも蹄鉄形に形成されていることを意味する。

ピストンエンジン、特に内燃機関のための、複数のウェブを備えたクランク軸において、上記課題は、上記ねじり振動減衰装置がクランク軸の少なくとも１つのウェブに統合されていることにより解決されている。

本発明の別の利点、特徴、細目は以下の説明から明らかである。以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。

振動吸振器（Ｓｃｈｗｉｎｇｕｎｇｓｔｉｌｇｅｒ）とも呼ばれ得るねじり振動減衰装置もしくは回転方向振動減衰装置は、とりわけクランク軸のねじり固有振動数を抑制するために使用される。多くの場合、その種の固有振動数は約３００Ｈｚ〜４５０Ｈｚの範囲にある。この固有振動数は、ピストン内で行われる圧縮および膨張の結果として生じる不均一性により励振される。ねじり共振にある振動はクランク軸の破損に至る恐れがあって、それゆえ、ねじり振動減衰装置もしくはねじり振動吸振器が使用される。ねじり振動減衰装置はトーショナルバイブレーションダンパとも呼ばれる。

ばね式カップリングを備えたねじり振動減衰装置は原理的に、所定の質量慣性モーメントを有した回転質量体もしくははずみ質量体から成っており、この回転質量体はばねエレメントを介してクランク軸に結合されている。ばねエレメントのねじり剛性および回転質量体の質量慣性モーメントから減衰装置の固有振動数が生ぜしめられ、減衰装置の固有振動数はクランク軸の固有振動数に合わせて調整されていなければならない。ねじり振動減衰装置によりクランク軸の振動特性は変更される。システムは付加的な自由度を有しており、減衰がゼロの場合、本来の共振箇所は完全に消滅し、その代わりに２つの新しい共振が発生する。減衰が極めて高い場合には作用が現れず、減衰装置はいわば剛性的に連結されていて、ほぼクランク軸の基本共振が現れる。減衰を正しく設計した場合、新しい共振も本来の共振も不都合に出現することはない。

図１および図２には、振動減衰装置１が示されており、振動減衰装置１はねじ２，３によりクランク軸４に固定されている。振動減衰装置１は第１のクランクウェブに位置しており、半径方向の２つのねじ２および軸方向の２つのねじ３によりクランク軸に固定され、かつ引き続いてクランク軸と一緒にエンジンブロック内に組み入れられる。振動減衰装置１は同時にクランク軸４のカウンタウェイトの１つを代替する。

図３および図４には、図１および図２に示された振動減衰装置１のハウジングベース８が単独で示されている。ハウジングベース８は実質的に円形ディスクの形状を有しており、円形ディスクの縁部９は約９０゜の角度で屈曲している。ハウジングベース８の屈曲した縁部９には２つの扁平部１０，１１が形成されており、扁平部１０，１１に貫通孔１３，１４が切欠かれている。貫通孔１３，１４は、図１および図２に示されたねじ２を通過案内するために役立ち、ねじ２はねじり振動減衰装置１をクランク軸４に固定するために役立つ。

両扁平部１０，１１の間にはハウジングベース８に、実質的に長方形の切欠き１６が配置されている。切欠き１６は一方の側で開いており、ハウジングベース８とクランク軸（図３および図４には図示せず）との間の形状結合式の結合を可能にする形状結合領域を形成する。

ハウジングベース８の中央の領域では、長方形の切欠き１６が円セグメント状の付設部１８により制限され、付設部１８には２つの貫通孔１９，２０が設けられている。貫通孔１９，２０は、図１および図２に示したねじ３を通過案内するために役立ち、ねじ３はやはりねじり振動減衰装置をクランク軸に固定するために役立つ。

さらに、ハウジングベース８の半径方向外側には、屈曲した縁部９の近傍に、バランスリベット（Ｗｕｃｈｔｎｉｅｔ）を収容するための貫通孔２２，２３が設けられている。半径方向で見てさらに内側には組立孔２４，２５が配置されている。組立孔２４，２５は例えば組立工具または組立補助手段を収容するために役立つ。

半径方向で見て外側の、やはり屈曲した縁部９の近傍には、ハウジングベース８に５つの貫通孔２７が設けられており、これらの貫通孔２７はスペーサピン（図示せず）を収容もしくは固定するために役立つ。その都度２つの貫通孔２７の間にはそれぞれ１つの縦長の窓３０が配置されており、窓３０はばねエレメント（図示せず）を収容するために役立つ。

図３および図４に示したハウジングベース８は絞り加工された金属薄板から形成されている。貫通孔１３，１４，１９，２０，２２，２３，２４，２５，２７並びに窓３０および切欠き１６は絞り加工された金属薄板から打ち抜かれている。ハウジングベース８の領域３４，３５は切削加工されている。

図５から判るように、ハウジングポットとも呼ばれ得るハウジングベース８は、実質的に蹄鉄形の形状を有したハウジングカバー４１により閉鎖可能である。ハウジングカバー４１には４つの窓４３が設けられており、窓４３はハウジングベース８に設けられた窓３０に対して合同に形成されている。窓４３はその都度２つの貫通孔４５，４６；４６，４７；４７，４８；４８，４９の間に配置されている。貫通孔４５〜４９は、ハウジングベース８に設けられた貫通孔２７と同様に、スペーサピン５０〜５４を収容もしくは固定するために役立つ。スペーサピン５０〜５４はハウジングカバー４１をハウジングベース８に対して所定の間隔で保持するために役立つ。

図５には同じくバランスリベット５５が示されており、バランスリベット５５は必要に応じて、ハウジングベース８に設けられた貫通孔２２，２３内に取り付けられることができる。

スペーサピン５０〜５４によりハウジングベース８とハウジングカバー４１との間には、半径方向で見てハウジングベース８の屈曲した縁部９の内側に、やはり蹄鉄形の形状を有したはずみ質量体５６のための収容室が形成される。はずみ質量体５６は、ハウジングカバー４１の場合と同様に、打ち抜き加工された金属薄板部分である。はずみ質量体５６の自由な端部にはスペーサピン５０，５４のための湾入部５７，５８が設けられている。湾入部５７，５８は、ねじり振動減衰装置が組み合わされた状態において、ハウジングベース８とハウジングカバー４１とから成るハウジング内ではずみ質量体の回動が可能である、つまりたとえスペーサピン５０，５４が存在しているにも関わらず回動が可能であるように寸法設定されている。さらに、はずみ質量体５６には長孔５９，６０，６１が切欠かれており、長孔５９，６０，６１を通して、ねじり振動減衰装置の組み合わされた状態において、スペーサピン５１，５２，５３が突入する。長孔５９〜６１は、スペーサピン５１〜５３の存在にも関わらずハウジング内でのはずみ質量体５６の旋回運動が可能であるように寸法設定されている。はずみ質量体５６は一体的に形成されていてもよいし、複数部分から形成されていてもよい。本実施例では、はずみ質量体５６は、リベット６３により組み合わされて保持される複数の部分を有している。

ハウジングベース８に設けられた窓３０、ハウジングカバー４１に設けられた窓４３、およびはずみ質量体５６に設けられた窓６８は圧縮ばね６５を収容するために役立ち、圧縮ばね６５はカップ６６により案内されている。圧縮ばね６５は組付けられた状態でプレロードもしくは予荷重をかけられており、はずみ質量体５６をハウジングにカップリングする、つまり連結する。はずみ質量体５６に設けられた窓６８は、ハウジングカバー４１に設けられた窓４３およびハウジングベース８に設けられた窓３０と同じ長さを有しているが、幅はそれよりも大きい。窓４３，３０の幅が狭いことにで、圧縮ばね６５が窓３０，４３を通してハウジングから脱落してしまう恐れは回避されている。この目的のために、窓４３，３０の幅は、圧縮ばね６５の直径よりも小さい。はずみ質量体５６に設けられた窓６８の幅は圧縮ばね６５の直径よりも若干大きい。

図６から判るように、図５に示したはずみ質量体５６は第１の金属薄板部分７１と第２の金属薄板部分７２とから形成されている。両金属薄板部分７１，７２はリベット７４により組み合わされて保持され、リベット７４は図５に示したリベット６３に該当する。半径方向外側には、両金属薄板部分７１，７２の間にもしくは両金属薄板部分７１，７２に沿って、プラスチックから成る滑りエレメント７５が固定されており、滑りエレメント７５は実質的に円環区分の形状を有している。滑りエレメント７５は組付けられた状態でハウジングベース８の屈曲した縁部９の内面に接する。

図７〜図１１には組み立てられた状態にあるねじり振動減衰装置が様々な角度から示されている。摩擦減衰もしくは摩擦制動を生ぜしめることは圧縮ばねプレロードとはずみ質量体または吸振器質量体にかかる遠心力との組み合わせにより達成される。プレロード力および付加的に摩擦を生ぜしめるために、付加的な軸方向のばねエレメントが設けられていることができる。

クランク軸に組付けられたねじり振動減衰装置の、部分的に断面した斜視図である。

図１に示した、組み立てられたねじり振動減衰装置の別の斜視図である。

ねじり振動減衰装置のハウジングベースを単独で示す斜視図である。

図３に示したハウジングベースを分断した形で示す別の斜視図である。

図１および図２に示したねじり振動減衰装置の展開図である。

図５に示したねじり振動減衰装置のはずみ質量体の展開図である。

ねじり振動減衰装置の線画としての斜視図である。

図７に示したねじり振動減衰装置の平面図である。

図８に示した線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。

図８に示した線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。

図１０に示した線ＸＩ−ＸＩに沿った断面図である。

符号の説明

１ 振動減衰装置、 ２ ねじ、 ３ ねじ、 ４ クランク軸、 ８ ハウジングベース、 ９ 縁部、 １０ 扁平部、 １１ 扁平部、 １３ 貫通孔、 １４ 貫通孔、 １６ 切欠き、 １８ 付設部、 １９ 貫通孔、 ２０ 貫通孔、 ２２ 貫通孔、 ２３ 貫通孔、 ２４ 組立孔、 ２５ 組立孔、 ２７ 貫通孔、 ３０ 窓、 ３４ 領域、 ３５ 領域、 ４１ ハウジングカバー、 ４３ 窓、 ４５ 貫通孔、 ４６ 貫通孔、 ４７ 貫通孔、 ４８ 貫通孔、 ４９ 貫通孔、 ５０ スペーサピン、 ５１ スペーサピン、 ５２ スペーサピン、 ５３ スペーサピン、 ５４ スペーサピン、 ５５ バランスリベット、 ５６ はずみ質量体、 ５７ 湾入部、 ５８ 湾入部、 ５９ 長孔、 ６０ 長孔、 ６１ 長孔、 ６３ リベット、 ６５ 圧縮ばね、 ６６ カップ、 ６８ 窓、 ７１ 第１の金属薄板部分、 ７２ 第２の金属薄板部分、 ７４ リベット、 ７５ 滑りエレメント

Claims (15)

1. ピストンエンジン、特に内燃機関のクランク軸に取り付けるためのねじり振動減衰装置、特にウェブ吸振器において、ねじり振動減衰装置が複数の金属薄板部分を有していることを特徴とする、ねじり振動減衰装置。
2. ねじり振動減衰装置が、クランク軸に固定されているハウジングを有しており、該ハウジングに、ばねエレメントを介在して少なくとも１つの回転質量体が連結されている、請求項１記載のねじり振動減衰装置。
3. ハウジングが、底部を備えた実質的にポット形の金属薄板成形部分を有しており、該金属薄板成形部分が実質的に長方形の切欠きを有しており、該切欠きが一方の側で開いている、請求項２記載のねじり振動減衰装置。
4. ハウジングベースには前記切欠きの領域に、実質的に円セグメント状の付設部が形成されている、請求項３記載のねじり振動減衰装置。
5. 円セグメント状の付設部に少なくとも１つの貫通孔が設けられている、請求項３または４記載のねじり振動減衰装置。
6. ハウジングの底部が縁部を有しており、縁部が９０゜の分だけ屈曲されている、請求項３から５までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置。
7. 特にポット形のハウジングがカバーにより閉鎖可能であり、カバーが金属薄板部分から形成される、請求項３から６までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置。
8. ハウジングベースとハウジングカバーとがスペーサピンにより相並んで固定されている、請求項７記載のねじり振動減衰装置。
9. ハウジング内に少なくとも１つのはずみ質量体が配置されており、該はずみ質量体が少なくとも１つの金属薄板部分から形成される、請求項２から８までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置。
10. はずみ質量体には半径方向外側に少なくとも１つの滑りエレメントが取り付けられている、請求項９記載のねじり振動減衰装置。
11. ハウジングベース、はずみ質量体およびハウジングカバーに、その都度少なくとも１つの縦長の切欠きが形成されており、該切欠きが接線方向で配置されており、しかも、ハウジングベース、はずみ質量体およびハウジングカバーに設けられた切欠きが、ねじり振動減衰装置の組立状態において、一列に並んでいる、請求項９または１０記載のねじり振動減衰装置。
12. ハウジングベースに、バランスリベットを収容するための貫通孔が設けられている、請求項２から１１までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置。
13. ねじり振動減衰装置が実質的に蹄鉄形に形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置。
14. ピストンエンジンのためのクランク軸、特に内燃機関の、複数のウェブを備えたクランク軸において、請求項１から１３までのいずれか１項記載のねじり振動減衰装置がクランク軸の少なくとも１つのウェブに統合されていることを特徴とするクランク軸。
15. ピストンエンジン、特に内燃機関において、請求項１４記載のクランク軸を備えていることを特徴とするピストンエンジン、特に内燃機関。

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