Schwingungsdämpfer für eine rohrförmige Gelenkwelle
Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für eine rohrförmige Gelenkwelle im Antriebssträng eines Kraftfahrzeugs mit einem in einer Hülse mittels Gummifederelementen konzentrisch gelagerten Massekorper, wobei zwischen dem Massekorper und der Hülse zumindest in Radialrichtung den Schwingungsweg des Masse- körpers begrenzende Anschlagelemente angeordnet sind.
Aus der DE 36 32 418 ist zum einen ein Schwingungsdämpfer bekannt, dessen Massekorper über ein ihn radial ummantelndes Gummifederelement direkt in einer hohlen Antriebswelle befestigt ist. Zum anderen ist ein zweiter Schwingungsdämpfer bekannt, dessen Massekorper über ein ihn ebenfalls ummantelndes Gummifederelement in einer Hülse gelagert ist. Die Hülse ist hierbei in einer elastischen Schicht eingebettet.
Die hier beschriebenen Schwingungsdämpfer, auch Tilger genannt, werden hauptsächlich in Gelenkwellen bzw. Gelenkwellenrohren eingebaut. Die Gelenkwellenrohre werden zum einen durch das Antriebsdrehmomen- auf Torsion und zum anderen durch ihr Eigengewicht und die Massenwirkung auf Biegung beansprucht. Sie müssen daher nich~ nur genügend torsionssteif , sondern auch möglichst leicht sein. Damit die Schwingungsdämpfer mit ihrem Massekorper so wenig wie möglich die Gesamtmasse des Gelenkwellenrohres erhöhen, müssen die Schwingungsdämpfer an der optimalen Stelle angeordnet werden können. Diese Stelle ist beispielsweise der Schvingungsbauch einer zu tilgenden StörSchwingung.
An der optimalen Stelle kann das Gewicht des Massekörpers am kleinsten sein.
Da jede Gelenkwelle als biegeelastischer Läufer in der Regel u.a. aufgrund ihrer Fertigungstoleranzen eine Unwucht aufweist, steigt mit der Drehzahl auch die Fliehkraft. Dabei biegt sich die Gelenkwelle in Richtung ihrer Schwerpunktexzentrizität aus. Im unteren Bereich der für Gelenkwellen üblichen Drehzahlen wächst die Gelenkwellenausbiegung zunächst proportional zum Fliehkraftanteil, der nur auf die Schwerpunktexzentrizität bezogen ist, da der auf die Wellenausbiegung bezogene Flieh- kraftanteil noch klein ist . Oberhalb der halben biegekritischen Drehzahl wächst der Wellenausbiegungsanteil schnell auf das Mehrfache des Anteils der Schwerpunktexzentrizität. In diesem Bereich können die bekannten gummigefederten Massekörper durch eine exzentrische Verlagerung in Richtung der Schwerpunktexzen- trizität der Gelenkwelle die Unwucht der Gesamtkonstruktion gefährlich verstärken.
Ferner ist aus der GB 2 073 363 A eine Druckwalze bekannt, in der ein gummigefederter Massekörper gelagert ist. Dazu ist der Massekorper in einer in der Druckwalze eingeklemmten Hülse über zwei Gummiringe angeordnet. Die Gummiringe sitzen an den beiden freien Enden des Massekörpers. Neben jedem Gummiring ist ein Metallring angeordnet, der den radialen Ausschlag des Massekör- pers begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der die Biegeschwingungen der Gelenkwelle für bestimmte Frequenzen wirksam dämpft ohne in anderen Frequenzbereichen die Unwucht der Gelenkwelle - und damit auch die Geräuschentwicklung - merklich zu erhöhen. Aufgrund seiner Konstruktion soll der Schwingungsdämpfer im Gelenkwellenrohr an einer beliebigen Stelle mit geringem Aufwand montierbar sein. Auch die Montage mehrerer Schwingungsdämpfer
soll möglich sein. Ferner soll auch bei einem Ab- oder Einreißen der den Massekorper fixierenden Gummifederelemente ein sicherer Fahrzeugbetrieb gewährleistet sein.
Das Problem wird u.a. mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Bei diesem Schwingungsdämpfer sind die gummielastischen Anschlagelemente - in Umfangsrichtung gesehen - zwischen den den Massekörper und die Hülse verbindenden Gummifederelementen angeordnet. Dabei erstrecken sich die Anschlagelemente im Vergleich zu den Gummifederelementen über einen relativ großen Um- fangswinkel und füllen einen großen Anteil des zwischen dem Massekörper, den benachbarten Gummifederelementen und der Hülse gelegenen Freiraums aus. Alternativ sind der Massekörper und/oder die Hülse in einander gegenüberliegenden Bereichen - in Umfangsrichtung gesehen - zwischen den Gummifederelementen abschnittsweise als zumindest in Radialrichtung den Schwin- gungsweg des Massekörpers begrenzende Anschlagelemente ausgebildet.
Die Anschlagelemente begrenzen die Massekörperauslenkung auf das schwingungstechnisch notwendige Maß. Die Schwingungsdämpfer dämpfen die durch den Fahrzeugmotor und/oder das Getriebe angeregten Schwingung. Zugleich verhindern die Anschlagelemente eine merkliche Erhöhung der Gesamtunwucht durch eine mechanische Begrenzung der Verlagerung des Massekörpers . Dadurch wird die Geräuschentwicklung des AntriebsStrangs erheblich gemindert .
Auch verhindern die Anschlagelemente zwischen den Gummifederelementen eine vergrößerte Unwucht, wenn beispielsweise die Gummifederelemente durch Alterung gerissen sind und der Massekörper lose im Gelenkwellenrohr liegt. Ohne die Anschlagelemente könnte in diesem Fall die durch den Massekörper zusätzlich erzeurte Unwucht die Gelenkwelle zerstören.
Dies gilt auch für einen Schwingungsdämpfer mit einem in der Gelenkwelle mittels mindestens einem Gummifederelement angeordneten Massekorper. Dort sind die gummielastischen Anschlagelemente direkt zwischen dem Massekorper und der Gelenkwelle angeordnet. Auch hier können der Massekörper und/oder die Gelenkwelle in einander gegenüberliegenden Bereichen - in Umfangsrichtung gesehen - zwischen den Gummifederelementen abschnittsweise als zumindest in Radialrichtung den Schwingungsweg des Massekörpers begrenzende Anschlagelemente ausgebildet sein.
Bei dieser Ausführung stützen sich die Gummifederelemente nicht über eine Hülse am Gelenkwellenrohr ab. Sie werden, gegebenenfalls mit einer Profilerung zum Ausgleich der Bohrungtoleranzen des Gelenkwellenrohres, im Gelenkwellenrohr verklebt. Dazu sind die Gummifederelemente und/oder Anschlagelemente beispielsweise mit einem Klebstoff beschichtet, der im Gelenkwellenrohr bei dessen Wandungserwärmung bindet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen von mehreren schematisch dargestellten Ausführungεformen:
Figur 1: Schwingungsdämpfer im Viertelquerschnitt;
Figur 2: Schwingungsdämpfer im halben Längsschnitt;
Figur 3: wie Figur 2, jedoch mit radialen Anschlägen;
Figur 4: wie Figur 2, jedoch mit außenliegendem Massekörper;
Figur 5: wie Figur 2, jedoch mit beiderseits des Massekörpers gelegenen Gummifederelementen.
Figur 1 zeigt in einem Querschnitt vier verschiedene Ausführungsbeispiele eines Schwingungsdämpfers für ein Gelenkwellenrohr (1) , wie er beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die vier
Schwingungsdämpfer bestehen jeweils aus einem Massekörper (51- 53) , der über Gummifederelemente (31, 32) in einer Hülse (10, 15) zentrisch gelagert ist. Die Bindungen zwischen den Gummifederelementen (31, 32) und den jeweiligen Hülsen (10, 15) sowie den dazu gehörenden Massenkörpern (51-53) entstehen vorzugsweise während des Vulkanisierens .
Die Hülsen (10) sind bei den Ausführungsbeispielen der ersten beiden Quadranten I und II zylindrisch ausgebildet. Der Massekörper (51) ist ein zylindrisches Rohr. Er wird beispielsweise über jeweils vier Gummifederelemente (31) gehalten. Zwischen zwei tragenden Gummifederelementen (31) ist jeweils ein gummielastisch.es Anschlagelement (41) angeordnet. Das Anschlagelement (41) des Ausführungsbeispiels im I. Quadranten ist am Massekorper (51) befestigt, während das Anschlagelement (42) des Ausführungsbeispiels im II. Quadranten an der Hülse (10) fixiert ist. In diesem Fall wird beispielsweise durch einen umgebördelten Hülsenrand ein seitliches Auswandern des Massekörpers (51) verhindert.
Die Anschlagelemente (41, 42) erstrecken sich im Vergleich zu den Gummifederelementen (31, 32) über einen relativ großen Umfangswinkel, d.h. sie füllen einen großen Anteil des zwischen dem Massekörper (51) , den benachbarten Gummifederelementen (41) und der Hülse (10) gelegenen Freiraumeε (45) aus. Hierdurch wird der Schwingungsweg in der zentralen Stauchrichtung eines
Gummifederelementes (31, 32) nur unwesentlich größer als in zentraler Stauchrichtung eines Anschlagelementes (41, 42) .
Der Freiraum (45) zwischen jeweils zwei benachbarten Gummielementen (31) hat einen nahezu kreisförmigen Querschnitt. Die dadurch bedingte Form der Gummielemente (31) gewährleistet eine optimale Bindung gegenüber den metallenen Bauteilen (10) und (51) .
In dem III. und dem IV. Quadranten wird eine Hülse (15) mit einer wellenförmigen Längsprofilierung verwendet. Die Längsschnitte zu dem hier im Querschnitt gezeigten Profil verlaufen parallel zur Mittellinie des Gelenkwellenrohrs (1) . Aufgrund der Wellenform des Profils ist die Hülse (15) zumindest so elastisch, daß sie ohne Passungsprobleme in das Gelenkwellenrohr (1) eingepreßt werden kann. Die für einen sicheren Sitz im Gelenkwellenrohr (1) notwendige Restklemmkraft der Hülse (15) ist über den gesamten Toleranzbereich für den Innendurchmesser des Gelenkwellenrohres (1) gewährleistet. Auf ein spezielles Nacharbeiten der Innenwandung (2) des Gelenkwellenrohres (1) kann folglich verzichtet werden.
Im Quadrant III liegt zwischen den Gummifederelementen (32) ein an dem Massekörper (52) befestigtes Anschlagelement (43,) das zumindest teilweise an die Kontur eines Wellentals (16) angepaßt ist. Diese Anpassung ermöglicht eine Dämpfung der TorsionsSchwingung des Massekörpers (52) . Durch ein Verdrehen des Massekörpers (52) gegenüber der Hülse (15) verringert sich der Spalt zwischen dem Anschlagelement (43) und dem Wellental (16) gegebenenfalls bis auf Null.
Im Quadrant IV wird ein Massekorper (53) verwendet, der den Querschnitt eines Viererpolygons hat . Die exponierten Polygonbereiche liegen gegenüber den freien Wellentälern (16)
der Hülse (15) . Damit zwischen der Hülse (15) und dem Massekorper (53) kein Metall/Metall-Kontakt entsteht, ist zwischen den Gummifederelementen (32) jeweils eine dünne Gummischicht (44) oder eine Schicht aus einem vergleichbaren Material aufgetragen. Die Gummischicht (44) verhindert u.a. unerwünschte Geräusche beim ruckartigen Durchfedern des Massekörpers (53) und dämpft zusätzlich eine Schwingungsanregung aufgrund dieser Bewegung.
Die Figur 2 zeigt einen Schwingungsdämpfer mit einer zylindrischen Hülse (10) , einem rohrförmigen Massekörper (51) und eines der dazwischenliegenden Gummifederelemente (31) . Letztere sind in Längsrichtung schmäler ausgebildet als die Hülse (10) . Das Überstehen der Hülse (10) dient u.a. dem Schutz der Gummifeder- und Anschlagelemente (31, 41, 42) bei der Montage. Da die Schwingungsdämpfer durch Einschieben der Hülsen (10) in das Gelenkwellenrohr (1) montiert werden, müssen die Einschubwerkzeuge an der Hülse (10) angelegt werden, um so die Gummifederelemente (31) beim Einschieben nicht zu belasten.
Zum axialen Fixieren kann der Schwingungsdämpfer an den seitlich überstehenden Abschnitten beispielsweise mittels Punktschweißen am Gelenkwellenrohr (1) befestigt werden. Gegebenenfalls reicht eine Befestigung an einem überstehenden Abschnitt aus. Alternativ hierzu kann die Hülse (10, 15) durch vor und hinter ihr in das Gelenkwellenrohr (1) eingeschlagene Kδrnerpunkte arretiert werden. Anstelle der Körnerpunkte können Umfangssicken eingerollt werden. Die Sicken können hierbei auch nur an Teilbereichen des Hülsenumfangs angebracht werden. Des weiteren ist es möglich die Schwingungsdämpfer einseitig an einem Bund im Innern des Gelenkwellenrohres anzulegen oder die Hülse an einem sich dort verjüngenden Innenkegel zu verklemmen. Ferner kann die Hülse mittels einer Klebeverbindung im Gelenkwellenrohr haften.
Bei Gelenkwellenrohren mit einer hochpräzis gefertigten Rohrwandung kann die Hülse mittels Querpreßsitz gefügt werden. Bei Rohren mit großen Bohrungstoleranzen kann eine längsgeschlitzte Hülse verwendet werden. Hierbei ist zur Erzeugung einer besseren Haftung auch eine glatte oder profilierte Gummierung der Außenkontur denkbar.
Nach Figur 3 ist das Gummifederelement (33) zwischen einem mit Borden (55, 56) begrenzten Massekorper (52) und einer Hülse (10) mit einem Bördelrand (11) eingebaut. Die Borde (55, 56) und der Bördelrand (11) dienen als radiale Anschläge. Bei einer radialen -Auslenkung des Massekörpers (52) kommt der Bord (55) mit dem Bördelrand (11) und der Bord (56) mit dem überstehenden, zylindrischen Abschnitt (12) in Kontakt. Die Kontaktzonen können mit einer elastischen Beschichtung überzogen sein.
Figur 4 zeigt einen Schwingungsdämpfer mit einer gestuften Hülse (21) . Der -Abschnitt mit dem größeren Durchmesser ist der Montageabschnitt (22) . Über diesen Abschnitt wird der Schwingungsdämpfer im Gelenkwellenrohr (1) fixiert. Der Abschnitt mit dem kleineren Durchmesser ist der Trägerabschnitt (23) . Auf letzterem sind die den Massekörper (51) tragenden Gummifederelemente (31) angeordnet. Zwischen dem hier rohrförmigen Massekorper (51) und der Innenwandung (2) des Gelenkwellenrohres (1) befindet sich ein schmaler Spalt, dessen Breite der Hälfte der maximalen Auslenkung des Massekörpers (51) entspricht. Im Falle einer unwuchtigen Rotation des Gelenkwellenrohres (1) schmiegt sich der Massekorper (51) über eine große Konktaktzone an der Innenwandung (2) an. Gegebenenfalls ist der Massekörper (51) an seinem Außenmanrel mit einem elastischen Material beschichtet .
Der Massekörper (51) kann auch die Querschnittsform eines Topfes haben, so daß er den Trägerabschnitt (23) der Hülse (21) umgreift, vgl. gestrichelte Erweiterung des Massekörpers (51). Zusätzlich kann am Boden (58) des Topfes der Massekorper einen beispielsweise zylindrischen Ansatz (59) haben. Letzterer würde konzentrisch innerhalb des außenliegenden rohrförmigen Abschnitts (57) des Massekörpers (51) liegen.
Des weiteren kann im Trägerabschnitt (23) ein zweiter Schwingungsdämpfer mit einer in den Figuren 1 bis 3 und 5 beschriebenen Gestalt angeordnet sein.
In Figur 5 wird ein Schwingungsdämpfer gezeigt, dessen Gummifederelemente (34, 35) bei einer radialen Auslenkung des Massekörpers (51) primär auf Schub belastet werden. Diese für die Metall/Gummibindung günstige Beanspruchung wird durch eine Hülse (25) möglich, die an ihren Stirnseiten durch beispielsweise plane Scheiben (26, 27) begrenzt ist, wobei zwischen je einer Scheibe (26, 27) und dem Massekörper (51) ein Gummifederelement (34, 35) angeordnet ist. Die Gummifederelemente (34, 35) sind hier beispielsweise als geschlossene Ringe ausgeführt. Der z.B. rohrförmig ausgeführte Massekörper (51) kann an seiner außenliegenden Kontur eine Beschichtung (44) tragen. Im Ausführungsbeispiel ist die Hülse (25) als Büchse ausgeführt die durch einen punktgeschweißten Deckel (27) verschlossen ist.
Die zentrale Bohrung des Schwingungsdämpfers erleichtert die Herstellung, isr aber nicht zwingend notwendig. Gegebenenfalls kann der Massekörper (51) , wie gestrichelt in Figur 5 eingezeichnet erweitert sein.
Derartige Erweiterungen, vgl. auch Figur 4, haben den Vorteil, daß ohne konstruktive Änderung der Hülsen (21-25) die Masse des
jeweiligen Massekörpers (51-53) verändert werden kann, um das Schwingungsverhalten des Schwingungsdämpfers an bestimmte Störfrequenzen unterschiedlicher Gelenkwellenrohre (1) - mit dem gleichen Innendurchmesser - anzupassen.
Unabhängig vom Befestigungsort der Anschlagelemente (41-43) beträgt das radiale Spiel der einzelnen Massekorper (51-53) in den entsprechenden Hülsen oder gegenüber der Innenwandung (2) des Gelenkwellenrohres (1) bezogen auf den Hülseninnen- oder Gelenkwellenrohrinnenradius beispielsweise ca. 0,5 bis 1 mm. Je nach dem Schwingungsverhalten des Gelenkwellenrohres (1) kann der Spalt ein festgelegtes Maß haben. In der Regel werden höhere Störfrecruenzen kleinere Spalte erfordern, um die Unwucht der Kombination aus Gelenkwellenrohr (1) und Massekorper (51- 53) nicht zu groß werden zu lassen.
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1 Gelenkwellenrohr, Gelenkwelle
2 Innenwandung
10 Hülse, zylindrisch
11 Hülsenbördelrand
12 zylindrischer Randbereich, Abschnitt
15 Hülse, wellenförmig
16 Wellental
21 Hülse, gestuft
22 Montageabschnitt, Rohrabschnitt
23 Trägerabschnitt, Rohrabschnitt
25 Hülse, topfförmig
26 Scheibe, links
27 Scheibe, rechts, Deckel
31 , 32 , 33 Gummifederelemente
34 , 35 Gummifederelement , schubbeansprucht
41 , 42 , 43 -Anschlagelemente
44 elastische Beschichtung, , Gummischicht
45 Freiraum
51 Massekörper, rohrförmig
52 Massekörper, voll
53 Massekorper, polygonförmig 55, 56 Borde
57 rohrförmiger Abschnitt
58 3oden
59 zylindrischer Ansatz