DE19708082A1 - Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen mit einer an der Kurbelwelle befestigbaren Nabe, einem damit verbundenen Schwungring und einem außenliegenden Bauteil zur Drehmomentübertra­ gung, insbesondere einer Riemenscheibe.

Derartige Drehschwingungsdämpfer dienen in erster Linie zur Tilgung bzw. Dämpfung hochfrequenter Kurbelwellen­ schwingungen. Die Nebenantriebe von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Lichtmaschine oder die Kühlwasserpumpe, wer­ den in der Regel über Keilriemen oder sogenannte Poly-V-Riemen angetrieben. Der Antrieb der Nebenaggregate er­ folgt entweder über den Schwingungsdämpfer (Riemenspur ist Bestandteil des Schwingungsdämpfers) oder über eine separate Riemenscheibe oder über eine Riemenscheibe mit drehelastischer Kupplung. Die Drehelastizität dient dazu, den Riementrieb der Nebenaggregate von Verbrennungsmoto­ ren im niedrigen Drehzahlbereich von den hohen Drehwin­ kelamplituden der Kurbelwelle (funktionsbedingte Dreh­ ungleichförmigkeiten von Hubkolbenmaschinen) schwingungs­ technisch zu isolieren bzw. zu entkoppeln. Dazu muß die Federkennlinie der Kupplung so weich abgestimmt sein, daß das aus Kupplung und Nebenaggregaten gebildete Dreh­ schwingungssystem eine sehr niedrige erste Torsionseigen­ frequenz aufweist.

Für Ottomotoren und kleinere Dieselmotoren sind diese auch Torsionsschwingungsdämpfer genannten Bauteile übli­ cherweise als federgefesselte Dämpfer ausgeführt, wobei die elastischen und dämpfenden Eigenschaften gemeinsam durch eine Gummifeder gewährleistet werden. Diese Gummi­ dämpfer bestehen prinzipiell aus einem mit der Kurbelwel­ le verbundenen Nabenteil, einer oder zwei Gummifedern und einer oder zwei Schwungmassen. Die Gummifeder kann in ge­ bundener (vulkanisiert-gehafteter), in ungebundener (ein­ gepreßter) oder in geklebter Ausführung hergestellt sein. Das Funktionsprinzip der Gummidämpfer ist immer eine Kom­ bination aus Tilgung und Dämpfung.

Die Leistungsfähigkeit solcher Gummidämpfer reicht z. B. für größere Dieselmotoren nicht mehr aus, so daß dort so­ genannte Viskosedämpfer eingesetzt werden. Das physika­ lische Grundprinzip dieser Dämpferbauart ist die Scher­ strömung einer Flüssigkeit im Ringspalt zwischen einer Schwungmasse und einem mit der Kurbelwelle verbundenen Gehäuse. Die frei drehbewegliche Schwungmasse hinkt in­ folge ihrer Drehträgheit der Gehäusebewegung hinterher. Hierbei wird die Energie zur Scherung der viskosen Flüs­ sigkeit im Spalt der Kurbelwellenschwingung entzogen, d. h. die Schwingungen gedämpft.

Eine gattungsgemäße Anordnung ist aus DE-43 28 596-A1 be­ kannt. Diese Druckschrift beschreibt einen Torsions­ dämpfer in Gummibauweise in einer Reihen- oder Parallel­ schaltung mit einer Viskosekupplung zur Entkopplung des Riementriebes der Nebenaggregate. Die Kupplung arbeitet viskos mit Schlupf und der Dämpfer besitzt eine Gummife­ der. Aus Gründen der notwendigen Drehzahldifferenz zwi­ schen Riemenscheibe und Kurbelwelle und den damit verbun­ den Verlusten ist ein solches Prinzip ökonomisch nicht sinnvoll und physikalisch aus thermischen Gründen kaum realisierbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Dämp­ fungsanordnung so zu verbessern, daß insbesondere hoch­ frequente Torsionsschwingungen der Kurbelwelle reduziert werden können und trotzdem niederfrequente Schwingungen verlustarm isoliert werden.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Riemenscheibe über eine drehelastische Kupplung mit der Nabe verbunden ist und daß der Schwungring parallel zur drehelastischen Kupplung in einem an der Nabe befestigten, ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelastischen Fluid gefüllten Gehäuse angeordnet ist.

Gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik gemäß DE-43 28 596-A1 wird somit erfindungsgemäß ein anderer Weg beschrieben. Die Kupplung arbeitet drehelastisch, schlupffrei und der Dämpfer ist als Viskosedämpfer ausge­ bildet, welcher zur Reduktion der hochfrequenten Tor­ sionsschwingungen der Kurbelwelle dient. Durch diese Aus­ gestaltung läßt sich erreichen, daß auch Motoren, die (aufgrund hoher Drehmomente und Leistungen) einen Visko­ sedämpfer zur wirksamen Reduktion der Torsionsschwingun­ gen benötigen, mit einer schwingungstechnischen Entkopp­ lung des Riementriebs für die Nebenaggregate versehen werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die drehelastische Kupplung als Gummikupplung ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, daß auf bewährte Gummi-Me­ tall-Konstruktionen, wie drehschubbeanspruchte Hülsen­ gummifedern oder torsionsbeanspruchte Scheibengummifedern zurückgegriffen werden kann.

Alternativ kann auch eine PU-Feder vorgesehen sein oder eine andere drehelastische Kupplung. In Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, daß das federnd verformbare Element mindestens teilweise aus einem kompressiblen so­ wie ggf. Poren aufweisenden Kunststoff und/oder aus Schaumstoff und/oder aus Moosgummi besteht, wie dies in DE-196 11 258-A1 beschrieben ist.

Um die Herstellung der Anordnung in möglichst wenig un­ terschiedlichen Herstellungsschritten zu ermöglichen, ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Nabe und das ringförmige Gehäuse einteilig ausgebildet sind.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, daß die Nabe und das ringförmige Gehäuse aus wenigstens zwei Teilen beste­ hen, die fest oder lösbar miteinander verbunden sind. Die Verbindung erfolgt dabei im Bereich der axialen und/oder radialen Anlageflächen zwischen dem Gehäuse und der Nabe durch Schweißen, Kleben oder eine andere Verbindungstech­ nik (lösbar oder unlösbar).

Weiterhin ist vorgesehen, daß zwischen der Außenseite des ringförmigen Gehäuses oder der Nabe und der Innenseite der Riemenscheibe ein Lager angeordnet ist. Gleichfalls ist innerhalb des ringförmigen Gehäuses auch ein Lager für den Schwungring vorgesehen. Hierbei kann es sich z. B. um ein Gleitlager zur axialen und radialen Festlegung handeln. Selbstverständlich ist innerhalb des ringförmi­ gen Gehäuses auch ein Lager für den Schwungring vorgese­ hen.

Aus akustischen Gründen kann es vorteilhaft sein, wenn ein weiterer Gummischwingungsdämpfer auf der Nabe oder dem Gehäuse angeordnet ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt jeweils in einem Schnitt in

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsge­ mäßen Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Anordnung,

Fig. 3 eine gegenüber der Fig. 1 leicht abgewandelte dritte Ausführungsform und

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform.

Die Dämpfungsanordnung nach Fig. 1 weist zunächst eine topfförmige Nabe 1 auf, die an das nicht näher darge­ stellte Ende einer Kurbelwelle angeflanscht ist. Am Au­ ßenumfang dieser Nabe 1 ist fest ein ringförmiges Gehäuse 2 befestigt, welches entweder einteilig mit der Nabe 1 hergestellt sein kann oder, wie beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel, im Bereich der axialen Anlageflächen durch Verkleben, Verschweißen oder dergl., fest mit der Nabe 1 verbunden ist. Das ringförmige Gehäuse 2 kann da­ bei auch einen sich radial nach innen erstreckenden Steg 2a aufweisen und zusätzlich an die Nabe 1 angeschraubt sein. Innerhalb dieses ringförmigen Gehäuses 2 ist ein Schwungring 3 angeordnet, der radial innenseitig mittels eines Lagers 4 im Gehäuse 2 gelagert ist. Der übrige In­ nenraum des Gehäuses 2 ist mit einem viskosen oder vis­ koelastischen Fluid gefüllt, dieser Raum ist mit dem Be­ zugszeichen 5 bezeichnet. Das Gehäuse 2 mit dem Schwung­ ring 3 bildet somit einen Viskosedämpfer der Dämpfungs­ anordnung.

Parallel zum Viskosedämpfer ist auf der Nabe 1 eine dreh­ elastische Kupplung 6 angeordnet, die beispielsweise als Gummikupplung ausgebildet sein kann. Diese Gummikupplung 6 kann beispielsweise an die Nabe 1 anvulkanisiert sein oder auf sonstige Art und Weise befestigt sein. Diese drehelastische Kupplung 6 dient zur schwingungstechni­ schen Isolation des Riementriebs von den Drehungleichför­ migkeiten des Verbrennungsmotors bei kleinen Drehzahlen.

Am radialen Außenumfang trägt die Gummikupplung 6 eine allgemein mit 7 bezeichnete Riemenscheibe, die beim dar­ gestellten Ausführungsbeispiel zwei Poly-V-Profilbereiche 7a und 7b aufweist. Dabei befindet sich der Bereich 7a im Bereich der Gummikupplung 6 und der Bereich 7b im Bereich des Viskosedämpfers, wobei zwischen der Innenseite des Bereiches 7b der Riemenscheibe 7 und dem ringförmigen Ge­ häuse 2 des Viskosedämpfers ein Lager, beispielsweise ein Gleitlager 8, angeordnet ist.

Es wird somit ein Viskosedämpfer mit entkoppelter Riemen­ scheibe zur Verfügung gestellt, bei dem der Viskose­ dämpfer zur Reduktion der hochfrequenten Torsionsschwin­ gungen der Kurbelwelle dient und die Nabe 1 über die Gum­ mikupplung 6 schlupffrei mit der Riemenscheibe 7 verbun­ den ist. Die Gummikupplung 6 und der Viskosedämpfer sind dabei parallel auf der Nabe 1 angeordnet.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Dämpfungsanordnung gezeigt. Dabei sind die­ selben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwandt, sofern glei­ che Teile betroffen sind.

Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Riemenscheibe 7 neben der Verbindung mit der Gummikupp­ lung 6 nicht auf dem Gehäuse 2 gelagert, sondern auf der Nabe 1. Dazu weist die Riemenscheibe 7 einen Innensteg 7c auf, welcher durch ein Gleitlager oder Wälzlager 8 auf der Nabe 1 gelagert ist.

Das Lager 4 für den Schwungring kann in bekannter Weise von PTFE-Streifen oder PEEK-Ecken gebildet sein oder als beschichteter Schwungring oder auch als Wälzlagerung.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform einer Dämp­ fungsanordnung dargestellt, die eine Weiterbildung der Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt. Auch hier sind diesel­ ben Bezugszeichen verwandt, sofern gleiche Teile betrof­ fen sind.

Diese Ausführungsform weist zusätzlich einen weiteren Gummischwingungsdämpfer auf, der auf der Nabe 1 angeord­ net ist. Dieser Gummischwingungsdämpfer wird von einem zweiten Schwungring 9 gebildet, der über einen Gummiring 10, der anvulkanisiert sein kann, auf der Nabe 1 bzw. ei­ nem sich radial nach außen erstreckenden Nabenteil 1a an­ geordnet ist.

Eine alternative Ausführungsform für einen zusätzlichen Gummidämpfer ist in Fig. 4 dargestellt, in dem ebenfalls dieselben Bezugszeichen wie in den vorangehenden Figuren verwandt sind. Bei dieser Ausgestaltung ist der zweite Schwungring 9 nicht auf der Nabe 1 angeordnet, sondern über einen Gummiring 10 auf der Außenseite des Gehäuses 2. Das Vorsehen dieser zusätzlichen Gummischwingungsdämp­ fer kann insbesondere aus akustischen Gründen vorteilhaft sein.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann anstelle der dargestellten Poly-V-Profile der Rie­ menscheibe 7 die Riemenscheibe selbstverständlich auch nur ein Einfach-V-Profil aufweisen oder querverzahnt sein u. dgl. mehr.

Claims (6)

1. Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen mit einer an der Kurbelwelle befestigbaren Nabe, einem damit verbundenen Schwungring und einem außenliegenden Bauteil zur Drehmomentübertragung, insbesondere Riemen­ scheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) über eine drehelastische Kupp­ lung (6) mit der Nabe (1) verbunden ist und daß der Schwungring (3) parallel zur drehelastischen Kupplung (6) in einem an der Nabe (1) befestigten, ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelastischen Fluid gefüllten Ge­ häuse (2) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drehelastische Kupplung (7) als Gummikupplung ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) eintei­ lig ausgebildet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) aus we­ nigstens zwei Teilen bestehen, die miteinander verbunden sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Außenseite des ringförmigen Gehäuses (2) und/oder der Nabe (1) und der Innenseite der Riemenschei­ be (7) ein Lager (8) angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Schwingungsdämpfer auf der Nabe (1) oder dem Gehäuse (2) angeordnet ist.