DE2358516A1 - Schwingungsdaempfer, insbesondere fuer verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Schwingungsdämpfer, Insbesondere für Terbrennungskraftmascliinen

Die. Erfindungbezieht -sich, auf Vorrichtungen zum Ausgleichen von Scliwankungen des durch eine Yerbrennungskraf tmas chine erzeugten Drehmoments und betrifft.insbesondere Vorrichtungen zum Verringern der bei einem Fahrzeug auftretenden Schwingungen durch das Aufnehmen, bzw= Ausgleichen der Schwankungen, die. bei dem. durch eine Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs erzeugten /Ausgangsdrehmoment auftreten, und durch Übertragen eines mittleren Drehmoments auf eine Kraftübertragungseinrichtung des Fahrzeugs.

Bei Fahrzeugen, die mit Verbrennungskraftmaschinen ausgerüstet sind, insbesondere mit Kolbenmotoren oder Drehkolbenmotoren der Bauart Wankel, ergeben sich insofern Schwierigkei-

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ten, als Schwingungen verschiedener Art und durch diese Schwingungen hervorgerufene Geräusche auftreten, die auf Schwankungen des Ausgangsdrehmoments des Motors zurückzuführen sind.

Zu diesen Störungen gehören insbesondere die nachstehend genannten:

1) Das Brummen bei niedriger Drehzahl, das bei einer Verbrennungskraftmaschine während der Beschleunigung im unteren Drehzahlbereich auftritt und zu geräuschvollen Erschütterungen der Fahrzeugkarosserie führt;

2) Obermäßig starkes Brummen im mittleren Teil des Drehzahlbereichs;

3) Stoßgeräusche oder Schläge, die in Verbindung mit dem toten Gang der Zahnräder des Schaltgetriebes auftreten;

4) Das sogenannte Rattern, des Schaltgetriebes beim Leerlaufbetrieb des Motors;

5) Geräusche verschiedener Art, die bei einem Fahrzeug bei allen vorkommenden Betriebsbedingungen des Motors auftreten und auf die Schwankungen des durch den Motor erzeugten Drehmoments zurückzuführen sind;

6) Verschiedene Schwierigkeiten, die insbesondere bei Dieselmotoren durch die großen Schwankungen des Drehmoments hervorgerufen werden und sich in übermäßigen Schwingungen und starker Geräuschentwicklung äußern.

Es wurden bereits zahlreiche Untersuchungen mit dem Ziel durchgeführt, diese auf Schwingungen und Geräusche zurückzuführenden Schwierigkeiten zu bereitigen, und es wurden bereits verschiedene Abhilfemaßnähmen vorgeschlagen. Zu den wichtigeren bereits vorgeschlagenen Abhilfemaßnahmen gehören die folgenden:

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I) Möglichst weitgehende Verringerung der DrehzahlSchwankungen durch eine Vergrößerung des Trägheitsmoments'der Schwungscheibe;

II) Vergrößerung der Zylinderzahl des Motors bei gleichzeitiger Begrenzung des Hubraums je Zylinder sowie möglichst weitgehendes Auswuchten des Motors durch die Wahl einer optimalen Anordnung der Kurbelwellenkröpfungen; ... '

III) Dämpfen der Drehmomentschwankungen durch Benutzung einer dem Motor nachgeschalteten Strömungskupplung;

IV) Verringerung der Gefahr des Auftretens einer unregelmäßigen Verbrennung im Motor;

V) . Verbesserung der Auswuchtung des Motors durch zusätzliche Verwendung eines Ausgleichsgewichtes;

VI) Erzielung einer Dämpfungswirkung bezüglich der Drehmomentschwankungen durch Verringern der Drehsteifigkeit der Kraftübertragungseinrichtung;

VII) Dämpfen der auftretenden Schwingungen durch eine Verbesserung der Torsionsfedereigenschaften der Kupplungsscheibe der zugehörigen Kupplung.

Werden die vorstehend genannten Abhilfemaßnahmen angewendet, ergeben sich jedoch bestimmte Nachteile: Eine Vergrößerung des Trägheitsmoments der Schwungscheibe gemäß dem Absatz I) führt zu einer Vergrößerung des Gesamtgewichts des Triebwerks einschließlich des Motors und daher zu einer Verschlechterung des Beschleunigungsvermögens. Eine Erhöhung der Zylinderzahl entsprechend dem Absatz II) führt zu einer komplizierteren Konstruktion des Motors und zu einer Steigerung der Herstellungskosten. Wird gemäß dem Absatz III) eine Strömungskupplung oder dergl. verwendet, verringert sich das Ausgangsdrehmoment des Motors, so daß sich eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs ergibt; außerdem besteht bei einer Strömungskupplung eine größere Gefahr des Auftretens von Betriebs---

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störungen, und ihre Verwendung bedingt eine Erhöhung der Her-. Stellungskosten des Fahrzeugs. Bezüglich einer Verbesserung der Verbrennung entsprechend dem Absatz IV) zur Verringerung von Schwingungen ergeben sich technische Beschränkungen. Eine Verbesserung der Auswucht'ung der Teile des Motors entsprechend dem Absatz V) führt zur bei Motoren mit großer Zylinderzahl zu einer bemerkbaren Wirkung. Bezüglich des Absatzes VI) ist festzustellen, daß sich gewisse Einschränkungen bezüglich einer Verringerung der Torsionssteifigkeit der Kraftübertragungseinrichtung ergeben, da eine bestimmte Mindestfestigkeit der betreffenden Welle erhalten bleiben muß. Bezüglich des Absatzes VII) ist ebenfalls festzustellen, daß einer Dämpfung der Schwingungen lediglich durch eine Verbesserung der Torsionsfedereigenschaften der Kupplungsscheibe bestimmte Grenzen gesetzt sind.

Bis jetzt wird somit die Tatsache der Erzeugung eines schwankenden Drehmoments als konsstruktionsbedingte Eigenschaft von Fahrzeugmotoren der genannten Art betrachtet, und es sind noch keine grundsätzlichen Maßnahmen gefunden worden, die es ermöglichen, die Schwingungen auszuschalten, welche darauf zurückzuführen sind, daß Verbrennungskraftmaschinen ein schwankendes Drehmoment erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die es auf durchgreifende Weise ermöglicht, das Auftreten von Schwingungen bei zum Antreiben von Fahrzeugen dienenden Verbrennungskraftmaschinen zu verhindern, und bei deren Verwendung es möglich ist, den Motor, die Kraftübertragungseinrichtung und dergl. bei dem betreffenden Fahrzeug auf optimale Weise auf die physikalischen oder mechanischen Eigenschaften des Fahrzeugs abzustimmen.

Bei bestimmten Winkelgeschwindigkeiten, z.B. in dem Bereich der Winkelgeschwindigkeiten, die unter der Winkelgeschwindigkeit beim Leerlaufbetrieb liegen, erzeugt ein Verbrennungsmotor keine ausreichende leistung, und daher werden diese niedrigen Winkelgeschwindigkeiten in der Praxis nicht

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ausgenutzt. Gemäß der Erfindung wird daher davon ausgegangen, daß ein Ausgleichen der Drehmomentsehwankungen und das Übertragen eines mittleren Drehmoments auf die Kraftübertragungseinrichtung unterhalb einer bestimmten niedrigen Winkelgeschwindigkeit nicht erforderlich sein würde, d.h. unterhalb eines Wertes, der im folgenden als der "untere Grenzwert" der für den praktischen Betrieb in Frage kommenden Winkelgeschwindigkeit "bei"--einer- Verbrennungskraftmaschine bezeichnet ist.

Zur Lösung der genannten Aufgabe·ist durch die Erfindung gemäß einem ihrer Merkmale eine Vorrichtunggeschaffen worden, die zwischen,einer Verbrennungskraftmaschine und einer Kraftübertragungseinrichtung angeordnet werden kann, die es ermöglicht, Drehmomentschwankungen aufzunehmen, welche -bei .einem durch den Motor erzeugten Ausgangsdrehmoment auftreten, und zu der mehrere einer Drehbewegung eine Massenträgheit entgegensetzende Körper gehören, die auf einer gemeinsamen.Drehachse einander zugewandt so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein enger Spalt vorhanden ist, wobei einer der äußersten dieser Körper mit der Kurbelwelle des Motorsund ein anderer der äußersten Körper mit' der Kraftübertragungseinrichtung verbunden "ist, ferner zwischen den einander zugewandten Körpern angeordnete Federelemente, die. sich um die Drehachse in der Umfangsrichtung verlagern lassen, wobei bei jedem Federelement das eine Ende mit dem einen der beiden Körper und das andere Ende mit dem anderen.der beiden Körper verbunden ist, sowie Dämpfungselemente, die zwischen den einander zugewandten Körpern so angeordnet sind, daß sie mit den beiden einander benachbarten Körpern zusammenarbeiten. .. ..- .

Außerdem ist durch die Erfindung ein Fahrzeug geschaffen worden, das mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer erfindüngsgemäßen Vorrichtung der genannten Art zum Ausgleichen von Schwankungen des Ausgängsdrehmoments der Verbrennungskraftmaschine ausgerüstet ist. .

Schließlich ist durch die Erfindung eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen bei einem Fahrzeug geschaffen worden,

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bei welcher aus dem schwingenden Ausgangsdrehmoment einer Verbrennungskraftmaschine, mit der das Fahrzeug ausgerüstet ist, ein mittleres Drehmoment gewonnen wird, und zu der ein gedämpftes Schwingungssystem gehört, das mehrere drehträge Körper aufweist, die einer Drehbewegung ein vorbestimmtes Trägheitsmoment entgegensetzen, sowie Federelemente und Dämpfungselemente, die beide zwischen den drehträgen Körpern angeordnet sind, wobei das gedämpfte schwingende System eine Resonanzkreisfrequenz hat, die-so gewählt ist, daß sie um einen bestimmten Betrag niedriger ist als die Zündungskreisfrequenz der Verbrennungskraftmaschine beim unteren Grenzwert der praktisch im Frage kommenden Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle, und wobei das gedämpfte Schwingungssystem mit der Kraftübertragungseinrichtung des Fahrzeugs zusammenarbeitet, um das Fahrzeug mit Hilfe des gemittelten Ausgangsdrehmoments anzutreiben.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Äusführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftübertragungseinrichtung bekannter Art für ein Fahrzeug mit einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor;

Fig. 2 einen axialen Schnitt durch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufnehmen von DrehmomentSchwankungen, die bei dem durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Ausgangsdrehmoment auftreten;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie IV-IV in Fig.3; Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie V-V in Fig. 3;

Fig. 6 einen axialen Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung zum Aufnehmen der Drehmomentschwankungen, die bei einem durch eine Verbrennungskraftmaschine erzeugten Ausgangsdrehmoment auftreten;

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-7-Fig. .7 einen Schnitt längs der Linie TII-VII in Fig.6;

Pig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;

Pig. 9 eine schematische Darstellung eines,der bekannten Konstruktion nach Pig,. 1 äquivalenten schwingenden Systems;

Pig. 10 eine schematische Darstellung eines einer Vorrichtung nach der Erfindung äquivalenten schwingenden Systems; und

Fig. 11 eine graphische Darstellung, die es ermöglicht, die Abhängigkeit der Frequenz von der Nachgiebigkeit gegenüber Drehschwingungen bei schwingenden Systemen zu vergleichen, die der bekannten Konstruktion bzw. Ausführungsformen der Erfindung äquivalent sind.

Gemäß Pig. 1 gehören zu den hauptsächlichen bewegten Bauteilen der Kraftübertragungseinrichtung eines mit einem mehrzylindrigen Verbrennungsmotor bekannter Bauart ausgerüsteten Fahrzeugs die Kolben 11 des Motors, die Kurbelwelle 13> die mit der Kurbelwelle drehfest verbundene Schwungscheibe 15, eine der Schwungscheibe zugeordnete Kupplung 17 und eine Antriebswellenanordnung -19» in die ein mit der Kupplung gekuppeltes Schaltgetriebe und Universalgelenke eingeschaltet sind. Die Schwungscheibe 15 weist einen Zahnkranz 5a zum Anwerfen des Motors auf.

In Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 20 dargestellt, die einer Kurbelwelle 21 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors zugeordnet ist, welche mit einer Verlängerung versehen ist, die eine Welle 21a der Vorrichtung bildet. Die Welle 21a ragt durch einen drehträgen Kör-per 23 mit der Form einer Scheibe, der durch Schrauben 22 fest mit einem flanschförmigen Endabschnitt der Kurbelwelle 21 verbunden ist. Der drehträge Körper 23 ist mit einem Zahnkranz 24 zum Anwerfen des Motors versehen. Ferner ist gemäß Fig. 2 und 3 ein weiterer scheibenförmiger, drehträger

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Körper 25 vorhanden, der mit Hilfe von lagern 30 und 31 auf dem äußeren Ende der Welle 21a drehbar gelagert ist. Die beiden drehträgen Körper 23 und 25 sind gleichachsig, einander gegenüber und durch einen kleinen Spalt getrennt angeordnet. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel arbeitet der Körper 25 reibungsschlüssig mit einer Kupplungsscheibe 38 auf der Antriebswelle 35 des Getriebes zusammen, damit die Antriebskraft des Motors direkt auf die Kraftübertragungseinrichtung übertragen werden kann. Die beiden einander zugewandten Flächen der drehträgen Körper 23 und 25 weisen radiale Nuten 36a und 36b auf, von denen Jede eine Anzahl von Lagerkugeln 29 von gleichem Durchmesser enthält, welche in den zugehörigen Nuten drehbar sind. Da alle Lagerkugeln 29» wie erwähnt, den gleichen Durchmesser haben, ist zwischen den beiden drehträgen Körpern 23 und 25 ein Spalt von konstanter Breite vorhanden. Außerdem sind die einander zugewandten inneren Stirnflächen der beiden drehträgen Körper 23 und 25 mit kreisbogenförmig gekrümmten Nuten 37a und 37b von halbrunder Querschnittsform versehen, die sich jeweils nahe dem äußeren Rand der betreffenden Fläche über einen Teil des Scheibenumfangs erstrecken. Bei der Ausführungsform nach Pig. 2 und 3-sind die Nuten 37a und 37b jeweils durch gleichmäßige Winkelabstände getrennt und an den Innenflächen der beiden Körper 23 und 25 jeweils an vier Stellen angeordnet.

In die Nuten 37a und 37b sind Schraubenfedern 26a und 26b eingebaut. Ein Ende jeder der Federn 26a und 26b in einer bestimmten Nut arbeitet mit einem Federsitz 27 zusammen, der an dem drehträgen Körper 23 ausgebildet ist und zwischen den zugehörigen Federn 26a und 26b liegt. An dem drehträgen Körper 25 sind weitere Pedersitze 28 ausgebildet, an denen sich die betreffenden anderen Enden der zugehörigen Schraubenfedern 26a und 26b abstützen. Statt die Federsitze 27 und 28 an den zugehörigen drehträgen Körpern 23 und 25 auszubilden, ist es gemäß Fig. 4 und 5 auch möglich, gesondert hergestellte Federsitze 27 und 28 an den beiden Körpern zu befestigen, um die Herstellung zu erleichtern. Gemäß Pig. 2 ist in eine Bohrung am freien Ende der Welle 21a ein Führungslager 32 eingebaut,

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das dazu dient, das vordere Ende der/Antriebswelle 35 des Getriebes zu unterstützen. Der drehträge Körper 25 ist in der schon erwähnten V/eise mit Hilfe der Lager 30 und 31 drehbar gelagert, und der Außenring des Lagers 31 ist mit einem Preßsitz in den Körper 25 eingebaut, in dem er durch einen mit Hilfe von Schrauben 33 befestigten Ring 34 in seiner Lage gehalten wird. : : . .

Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform 20· eines Schwingungsdämpfers, bei der Bauteile, die anhand von Jig.■2 und 3 beschriebenen Bauteilen entsprechen, Jeweils mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist die Kurbelwelle 21 an einer vorspringenden zentralen Anbaufläche eines drehträgen Körpers 43 befestigt, und ein zweiter drehträger Körper 45 ist mit Hilfe von Lagern 30 und 31 auf einer sich an den Körper 43 anschließenden Welle 43a gelagert. Aus Fig. 7 ist. ersichtlich, daß auch in diesem Fall Schraubenfedern 26a und 26b vorhanden sind, die in obere bzw. untere Nuten 37^a und 37b so eingebaut sind, daß sich jeweils ein Ende jeder dieser Federn ah einem Federsitz 27a bzw. einem Federsitz 28 abstützt. Die Schraubenfedern 26c und 26d, die gemäß Fig. 7 in den Nuten auf der linken bzw..der rechten Seite angeordnet sind, arbeiten jeweils an einem Ende mit einem zugehörigen Federsitz 27a,zusammen, während das andere Ende jeder dieser Federn.in den Nuten 37a und 37b durch einen Spalt 51 von der benachbarten Stirnwand der zugehörigen Nut getrennt ist. Werden die Spalte 51 jeweils auf einer Seite geschlossen, wenn eine relative Drehbewegung der Körper 43 und 45 auftritt, beginnen die Federn 26c und 26d, eine Federkraft zwischen den Federsitzen 27ä und den betreffenden Stirnwänden der Nuten 37a und 37b zur Wirkung zu bringen. Somit arbeiten die Federn 26c und 26d in den linken und rechten Nuten 37a und 37b mit den Federn 26a und 26b in den oberen und unteren Nuten 37a und 37b gemäß Fig. 7 so zusammen, daß auf eine noch zu erläuternde Weise eine zunehmende Federkraft zur Wirkung kommt. Wie in Fig.. 8 dargestellt, können die Federsitze 27a aus einem elastischen Werkstoff bestehen.

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Bei der Ausführungsform nach Pig. 6 bis 8 sind Lagerkugeln 29 vorhanden, die in kreisbogenförmig gekrümmten Nuten 46a und 46 b drehbar sind, welche an den einander zugewandten Flächen der beiden drehträgen Körper 43 und 45 nahe ihrem äußeren Rand ausgebildet sind. Außerdem ist ein dritter drehträger Körper 49 vorhanden, der den drehträgen Körper 45 umschließt und gemäß Fig. 7 und 8 mit dem Körper 45 durch dazwischen angeordnete elastische Elemente 48 verbunden ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Vorrichtungen 20 nach Fig. 2 bis 5 und 20· nach Fig. 6 bis 8 mit der Wirkungsweise der bekannten Konstruktion nach Fig. 1 mit einer einfachen Schwungscheibe 15 verglichen.

Befindet sich der Verbrennungsmotor in Betrieb, wird auf die Kurbelwelle 21 gemäß Fig. 2 und 3 ein Ausgangsdrehmoment aufgebracht, das sich aus einem konstanten Ausgangsdrehmoment und einem schwankenden Drehmomentanteil zusammensetzt. Dieser schwankende Drehmomentanteil führt seinerseits zu Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle,, deren G-rundkreisfrequenzkomponente der Kreisfrequenz der Zündungen des Motors je Zeiteinheit entspricht. Der Ausdruck "Kreisfrequenz der Zündungen" bezeichnet hier die um 2 /7 vervielfachte Zündfrequenz. Diese Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit erscheinen an dem drehträgen-Körper 23 und werden auf den anderen drehträgen Körper 25 durch eine Verformung der Schraubenfedern 26a und 26b in der Umfangsriohtung übertragen. Wie aus der Schwingungstheorie bekannt, weist das gedämpfte schwingende System, das sich aus den drehträgen Körpern 23» 25, den Schraubenfedern 26a, 26b und den sich längs.Kreisbahnen bewegenden Lagerkugeln 29 zusammensetzt, eine Resonanzkreisfrequenz Wn auf, die durch das Trägheitsmoment des drehträgen Körpers 25, die Federkonstanten der Schraubenfedern 26a, 26b und den Wert des Flüssigkeitsdämpfungskoeffizienten bestimmt wird, welch letzterer aich aus dem Reibungswiderstand ergibt, der im vorliegenden Fall in erster Linie auf die Flüssigkeitsreibung der Lagerkugeln 29 zurückzuführen ist. Mit anderen Worten, obwohl die Eigenkreis-

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frequenz wJo durch das Trägheitsmoment des drehträgen Körpers 25 und die Federkonstanten der Schraubenfedern 26a und 26b bestimmt ist, unterscheidet sieh die tatsächliche Resonanzkreisfreqüenz des gedämpften schwingenden Systems etwas von vo o, was auf die Flüssigkeitsdämpfung zurückzuführen ist·, die durch die Flüssigkeitsreibungswiderstände der Lagerkugeln hervorgerufen wird. Wenn bei dem gedämpften schwingenden System mit der Resonanzkreisfrequenz tun ein aufgebrachtes Schwingungsdrehmoment mit der Größe 1 auf die Kurbelwelle 21 innerhalb des Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors wirkt, wobei die Zündungskreisfrequenz des Motors niedriger ist als \[2tün, hat die Amplitude der Drehschwingungen, zu denen der drehträge Körper 25 angeregt wird, d.h. die Drehschwingungsnachgiebigkeit, einen Wert, der größer ist als die Drehschwingungsnachgiebigkeit einer bekannten Konstruktion mit nur einer einfachen Schwungseheibe 15 für den Fall, daß auf die bekannte Konstruktion ein Zwangsschwingungsdrehmoment wirkt. Jedoch ist in dem Betriebsbereich des Verbrennungsmotors, bei dem die Zündungskreisfrequenz des Motors über \[2Cun liegt, die Drehschwingungsnachgiebigkeit bzw. die reziproke Steifigkeit des gedämpften schwingenden Systems geringer als bei der bekannten Konstruktion nach Fig. 1, und der Unterschied zwischen diesen beiden Werten für die Nachgiebigkeit vergrößert sich mit zunehmender Kreisfrequenz. Wird daher für die Größe >/"2~Cun ein solcher Wert gewählt, daß er unter der Zündüngskreisfrequenz des Verbrennungsmotors liegt, während der Motor mit einer Winkelgeschwindigkeit arbeitet, die dem unteren Grenzwert der praktisch in Frage kommenden Winkelgeschwindigkeit entspricht, ist es daher durch eine entsprechende Wahl des Trägheitsmoments der drehträgen Körper 23 und 25, der Federkonstanten der Schraubenfedern 26a und 26b sowie des Flüssigkeitsreibüngs-Dämpfuhgskoeffizienten der Lagerkugeln 29 möglich, die Vorrichtung 20 bzw. 20' so auszubilden, daß sie den schwankenden Teil des Drehmoments über den ganzen in der Praxis in Präge kommenden Bereich der Winkelgeschwindigkeit bzw. der Drehzahl· des Verbrennungsmotors aufnimmt bzw. ausgleicht. Natürlich wird das mittlere Drehmoment des Verbrennungsmotors

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in den drehträgen Körpern 23 und 25 in Form von Drehbewegungsenergie gespeichert.

Bei der Wahl des Eeibungsdampfungskoeffizienten der Lagerkugeln 29 ist es möglich, verschiedene Paktoren zu variieren, z.B. die Anzahl der Lagerkugeln, den Kugeldurchmesser, die Anordnung der Kugeln sowie den Druck, der in axialer Richtung durch die drehträgen Körper 23 und 25 auf die Kugeln ausgeübt wird.

Fig. 9 und 10 zeigen äquivalente schwingende Systeme für die bekannte Konstruktion nach Fig. 1 bzw. die Vorrichtung 20 nach Fig. 2 und 3· Die grundlegende Wirkungsweise der Vorrichtung 20 wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiden äquivalenten Systeme analysiert.

Bezeichnet man bei dem äquivalenten schwingenden System nach Fig. 9 mit der Schwungscheibe 15 das Trägheitsmoment der Kraftübertragungseinrichtung mit J , das auf die Schwungscheibe wirkende schwankende Drehmoment mit T(UJ) und die Amplitude der Drehschwingungen der Schwungscheibe mit G₁(Cu), gilt die folgende Gleichung:

k ^² CO-

In der Gleichung (1) bezeichnet tu natürlich nicht die weiter oben genannte Winkelgeschwindigkeit, die der Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht, sondern die Kreisfrequenz des auf die Schwungscheibe 15 wirkenden schwankenden Drehmoments,.

Wenn jetzt bei dem äquivalenten schwingenden System nach Fig. 10, das für die Vorrichtung 20 nach der Erfindung gilt, das auf die Kurbelwelle 21 wirkende schwankende Drehmoment mit T(CO) bezeichnet wird, wenn ferner J₁ und J₂ die Trägheitsmomente der drehträgen Körper 23 und 25, K die kombinierte Federkonstante der Schraubenfedern 26a und 26b, c den Dämpfungskoeffizienten sämtlicher Lagerkugeln 29 und

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^; "■ — 13— ■ -"-■·-■' ■■

θ₂(«->) die Amplitude der Drehschwingungen des Körpers 25 be zeichnen, gilt die folgende Gleichung!

«O = (K + jew)/

| ₂

(K - J_Tu;² + -.jcwi). - (K + je«/)²}

Die Trägneitsmomen-be der drehträgen Körper 23 und 25 können so gewählt werden, daß sie im Vergleich zu dem äquivalenten schwingenden System nach Mg. 9 die folgende Gleichung "befriedigem . ■ ■ .' : ..". .

^J1. + ^J2 = ^Jo ; -.-"-VV ."..-.■ ;/ (⁵>

Die beiden vorstehenden Gfleichungen (1) und (2) stellen die Freq.uenzgangfunktionen der Drehschwingungsnachgiebigkeit dar. ..."-.■; ; ,-"■ ■■■■'..,-;'■ "... ' ...-.- - V

Pig.11 zeigtin einer graphischen Darstellung die Werte der Drehschwingungshaehgiebigkeit in Abhängigkeit von der Kreisfrequenz für das Produkt aus 4» und 2 If , d.h. die Frequenz ω /2^ des schwankenden Drehmoments für uie beiden Gleichungen (1) und (2);. ■"..-■"·■:. Λ

In Pig. 11 repräsentiert-die gerade Linie A die Drehschwingungsnachgiebigkeit entsprechend der Gleichung (1) für das der bekannten Konstruktion äquivalente schwingende System, während die drei.Kurvenscharen B, C und D die Drehschwingungsnachgiebigkeitswerte nach, der Gleichung (2) für drei Werte der Eigenkreisfrequens W η repräsentieren« Innerhalb jeder Kurvensehar repräsentieren die drei Kurven die --Änderungen,^ die_ sich ■ bezüglich der Nachgiebigkeit ergeb©a_s wenn das Dämpfungsverhältnis zwischen: Ο5Ο5Ο und O₉100 geändert wird.

In diesem Pail ist J| + J₂ = J₀.». Aus Hg. 11 ist ersichtlich, daß bei der "bekannten Konstruktion zwischen dem ' Verbrennungsmotor und der Eraftübertragungseinr'ichtung dann, wenn das durch, den Motor während des Betriebs erzeugte schwankende Drehmoment von der Schwungscheibe 15 aufgenommen wird,

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die aus der geraden linie A abzuleitende Absorptionscharakteristik den Wert -12 db/oct hat, d.h. daß bei einer Verdoppelung der Frequenz die Drehschwingungsnachgiebigkeit auf ein Viertel ihres ursprünglichen Wertes verringert wird.

Für den Fall jedoch, daß zwischen dem Verbrennungsmotor und der Kraftübertragungseinrichtung die Vorrichtung 20 angeordnet ist, erkennt man,, daß sich, für die Absorptionscharakteristik praktisch der Wert -24 db/oct ergibt, d.h. daß die Drehschwingung3nächgiebigkeit auf 1/16 verringert wird, wenn sich, die Frequenz verdoppelt. Gemäß Fig. 11 kreuzen die Kurven B die gerade Linie A in dem Punkt P, die Kurven 0 kreuzen die Gerade A in dem Punkt Q, und die Kurven D kreuzen die Gerade A in dem Punkt R. In dem Frequenzbereich, der über den betreffenden Kreuzungspunkten P, Q. und R liegt, werden daher die Werte der Drehschwingingsnachgiebigkeit. im Vergleich, zu der bekannten Konstruktion auf etwa ein Viertel verringert, wenn die Vorrichtung 20 vorhanden ist und sich die Frequenz der Drehmomentschwankungeη verdoppelt. Somit werden die Schwankungen des duafch den Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoments auf sehr wirksame Weise aufgenommen. Die Vorrichtung 20 brauchte kein größeres Trägheitsmoment zu haben als die bekannte Konstruktion, doch wenn die Gleichung (3) berfriedigt ist, wird die Aufnahme der DrehmomentSchwankungen im Vergleich zu der bekannten Konstruktion nach Fig. 1 erheblich verbessert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 sind zusätzlich die Schraubenfedern 26c und 26d vorhanden, um die Federkennlinie der Vorrichtung 20 bei der Vorrichtung 20» in eine progressive, d.h. nichtlineare Federkennlinie zu verwandeln. Mit anderen Worten, die gesamte Federkonstante ist bei Schwingungen innerhalb eines bestimmten Amplitudenbereichs niedrig, doch wenn die Schwingungsamplitude über diesen Bereich hinausgeht, schließen sich die betreffenden Spalte 51» und die gesamte Federkonstante wird größer, da jetzt auch die zusätzlichen Federn 26c und 26d zur Wirkung kommen. Daher kann man für die Resonanzkreisfrequenz wJn einen genügend kleinen Wert

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vorherbestimmen, wobei jedoch die Vorrichtung 20' für solche Fälle eine hinreichende Starrheit erhält, in denen auf die Kraftübertragungseinrichtung ein außergewöhnlich großes Drehmoment wirkt, wie es z.B. beim versehentlichen plötzlichen Einrücken der Kupplung möglich ist.

Ferner sind bei der Vorrichtung 20' die beschriebenen elastischen Elemente 48 und ein weiterer drehträger Körper vorhanden, die den Körper 45 umschließen und nach Art eines dynamischen Drehschwingungsdämpfers zur Wirkung kommen, der Drehschwingungen in der Nachbarschaft der Resonanzkreisfrequenz -Ω- d des dynamischen Schwingungsaufnahmesystems aufnimmt, Diese Resonanzkreisfrequenz ergibt sich aus der folgenden Gleichung:

Ό- d = ^Kd/Jd (4)

Hierin bezeichnet Kd die Torsionsfederkonstante der elastischen Elemente 48 und Jd das Trägheitsmoment des drehträgen Körpers 49· *

Durch entsprechendes Wählen der Federkonstante Kd der elastischen Elemente 48 und des Trägheitsmoments Jd des drehträgen Körpers 49 ist es somit möglich, die nachstehende Gleichung zu befriedigen, um eine Eigenfrequenz zu erhalten, bei der eine Schwingungsaufnahmewirkung erzielt wird.

Uin/-O.d = 1/1 + (Jd/J₂) (5)

Ist der Wert von Kd so festgelegt, daß die Gleichung (5) "befriedigt wird, können die Schwingungen, die der drehträge Körper 45 bei der Kreisfrequenz - oü-n ausfünrt, wirksam gedämpft werden. "Somit ist es möglich, zu verhindern, daß die Drehschwingungsnachgiebigkeit der Vorrichtung 20· innerhalb eines bestimmten Bereiche der Kreisfrequenz, d.h.» im Bereich der Spitzen der Kurven B, C und D in Fig. 11> zu groß wird. Außerdem ist es bei einem weiteren bestimmten Bereich der Kreisfrequenz, d.h. in dem Bereich einer bestimmten Kreisfrequenz der Drehung des Verbrennungsmotors, möglich, dafür zu sorgen, daß der Wert der Torsionsschwingungsnachgiebigkeit

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der Vorrichtung 20· besonders klein wird. Auf diese Weise kann man die Torsionsschwingungsnachgiebigkeit und daher auch die auf das Fahrzeug übertragenen Schwingungen in einem Bereich der Kreisfrequenz der Drehmomentschwankungen auf ein Minimum verringern, der z.B. einer hohen Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht, mit welcher der Motor beim Fahren mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird. Hierdurch wird eine hohe Betriebssicherheit auch bei hohen Geschwindigkeiten gewährleistet.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeiapiele. Vielmehr ist es z.B. möglich, die in beiden Fällen dargestellten drehträgen Körper jeweils durch mehrere drehträge Körper zu ersetzen, die gleichachsig angeordnet und hintereinandergeschaltet sind.

Ansprüche t

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Claims (15)

IHS PR Ü G -H E

1. Vorrichtung zum Anordnen zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einer Kraftübertragungseinrichtung und zum Gebrauch zum Aufnehmen bzw. Ausgleichen der Schwankungen eines durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugten Ausgangsdrehmoments, gekennzeichnet durch mehrere drehträge Körper (25» 25)» die auf einer gemeinsamen Drehachse einander gegenüber so angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein enger Spalt vorhanden ist, wobei ein äußerster χ drehträger Körper (23) mit der Kurbelwelle (21) der Verbrennungskraftmaschine und ein anderer äußerster drehträger Körper (25) mit der Kraftübertragungseinrichtung (35) verbindbar i3t, Federelemente (26a, 26b), die zwischen den einander gegenüberliegenden drehträgen Körpern angeordnet und um die gemeinsame Drehachse in der Umfangsrichtung verlagerbar bzw. verformbar sind, wobei Jeweils ein Ende jedes lederelements mit einem der einander gegenüberliegenden drehträgen Körper und das andere Ende jedes JPederelements mit dem anderen drehträgen Körper verbunden ist, sowie durch zwischen den einander gegenüberliegenden drehträgen Körpern angeordnete Dämpfungselemente (29), von denen jedes mit den beiden einander benachbarten drehträgen Körpern zusammenarbeitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem der drehträgen Körper eine runde Scheibe (23, 25) gehört, deren einer benachbarten Scheibe zugewandte fläche mehrere sich in der Umfangsrichtung erstreckende Nuten (37a, 37b) aufweist, und daß die Federelemente (26a, 26b) in den Nuten angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ-ei c h net , daß zu jedem der drehträgen Körper eine runde Scheibe (23, 25) gehört, und daß es sich bei den Dämpfungselementen um eine Anzahl von lagerkugeln (29) von gleichem Durchmesser handelt, die drehbar ia Nuten (36a, 36b) gelagert sind, mit welchen die einander zugewandten !lachen der einander gegenüberliegenden Scheiben versehen sind.

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4· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Federelementen Schraubenfedern (26a, 26b) gehören, die von sich in der Umfangsrichtung erstreckenden Nuten (37a, 37b) aufgenommen sind, welche in den einander zugewandten Flächen der einander gegenüberliegenden Scheiben (23, 25) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich zu den in der Umfangsrichtung verlagerbaren bzw. verformbaren ersten Federelementen (26a, 26b) zweite Federelemente (26c, 26d) vorhanden sind, daß diese zweiten Federelemente zwischen den einander zugewandten drehträgen Körpern (4-3t 45) unterstützt und gegenüber der gemeinsamen Drehachse in der Umfangsrichtung verlagerbar bzw. verformbar sind, daß ein Ende jedes der zweiten Federelemente mit einem der einander zugewandten drehträgen Körper verbunden ist, und daß das andere Ende jedes zweiten Federelements in einem Abstand von dem betreffenden anderen drehträgen Körper so angeordnet ist, daß .ein Zusammenarbeiten zwischen diesen Enden und dem anderen drehträgen Körper möglich ist, so daß die ersten und die zweiten Federelemente der Vorrichtung (20·) eine kombinierte Federcharakteristik verleihen, die einer relativ niedrigen Federkonstante entspricht, bis die genannten anderen Enden der zweiten Federelemente zur Anlage an dem anderen drehträgen Körper kommen, daß jedoch eine höhere Federkonstante zur Wirkung kommt, sobald die anderen Enden der zweiten Federelemente zur Anlage an dem anderen drehträgen Körper gekommen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der eine der einander gegenüberliegenden Körper und der andere der einander gegenüberliegenden Körper (43» 4-5) an ihren einander zugewandten Flächen mindestens ein Paar von einander gegenüberliegenden Nuten (37a, 37b) aufweisen, welche die gleiche Länge haben, und daß im mittleren Teil einer dieser Nuten ein Sitzteil (27a) so befestigt ist, daß es in die andere der beiden Nuten hineinragt, wobei von den einander gegenüberliegenden Nuten zwei der zweiten Feder-

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elemente (26c, 26d) aufgenommen sind, daß jeweils ein Ende jedes der zweiten Federelemente mit dem Sitzteil verbunden ist, und daß das andere Ende jedes zweiten Federelements durch einen vorbestimmten Abstand-von der benachbarten Stirnwand der zugehörigen. Nut getrennt ist,

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch .g e k e η η ζ eich net, daß mindestens einer der drehträgen Körper (4-5) mit einer dynamischen Torsionsschwingungsaufnahmeeinriehtung versehen ist. ' -

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η ζ e ich η e t , daß zu der dynamischen Torsionsschwingungsauf nahmeeinrichtung ein äußerer drehträger Körper (49) gehört, der durch einen radialen Abstand vom äußeren Rand des. drehträgen Körpers (45) getrennt ist, sowie elastische Elemente (.4.8) j. die den drehträgen äußeren Körper mit dem drehträgen Körper verbinden.

9. Fahrzeug, g e k e η η ζ e i c h η e t durch eine Vorrichtung (20) nach Anspruch 1 zum Aufnehmen bzw. Ausgleichen von DrehmomentSchwankungen.

10. Fahrzeug nach Anspruch 9» dadxirch g e k e η η -

ζ eich η et , daß die Vorrichtung (20) zum Aufnehmen bzw. Ausgleichen von DrehmomentSchwankungen eine vorbestimmte Resonanzkreisfrequenz aufweist, die um einen bestimmten Betrag unter der Zündungskreisfrequenz der Verbrennungskraftmaschine liegt, wenn diese mit der niedrigsten praktisch möglichen Drehzahl je Zeiteinheit betrieben wird.

11. Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen bei einem Fahrzeug durch Gewinnen des Mittelwerts eines schwankenden Ausgangsdrehmoments einer Verbrennungskraftmaschine, die einen Bestandteil des TTahrzeugs bildet, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß ein gedämpftes schwingendes System (20; 20') vorhanden ist, das ein vorbestimmtes Rotationsträgheitsmoment besitzt und direkt mit der Kurbelwelle (21) der Ver-

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brennungskraftmasdiine verbunden ist, daß das gedämpfte schwingende System eine Resonanzkreisfrequenz hat, die so vorbestimmt ist, daß sie um einen bestimmten Betrag unter der Ziindungskreisfrequenz der Verbrennungskraftmaschine liegt, wenn diese mit der niedrigsten praktisch möglichen Drehzahl je Zeiteinheit betrieben wird, und daß das gedämpfte schwingende System geeignet ist, mit einer Kraftübertragungseinrichtung (35) des Fahrzeugs zusammenzuarbeiten, um das Fahrzeug mit Hilfe des ausgemittelten Ausgangsdrehmoments anzutreiben.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Resonanzkreisfrequenz so vorgewählt ist, daß sie gleich der mit 1/ {2 vervielfachten Zündungskreisfrequenz der Verbrennungskraftmaschine oder niedriger als dieses Produkt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das gedämpfte schwingende System mehrere Scheiben (23» 25) aufweist, die gleichachsig drehbar angeordnet sind, daß eine dieser Scheiben der Kurbelwelle (21) der Verbrennungskraftmaschine benachbart ist und eine Einrichtung zum Verbinden dieser Scheibe mit der Kurbelwelle aufweist, daß eine andere Scheibe der Kraftübertragungseinrichtung (35) benachbart ist und eine Einrichtung zum Herstellen einer Antriebsverbindung zwischen dieser Scheibe und der Kraftübertragungseinrichtung besitzt, daß elastische Elemente (26a, 26b) vorhanden sind, die die einander benachbarten Scheiben so miteinander verbinden, daß relative Winkelbewegungen der Scheiben um ihre gemeinsame Drehachse möglich sind, und daß zwischen den einander benachbarten Scheiben Dämpfungselemente (29) angeordnet sind, um die relativen Winkelbewegungen der einander benachbarten Scheiben zu dämpfen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß zu der Einrichtung zum Verbinden der einen Scheibe (23) mit der Kurbelwelle (21) Schrauben (22) gehören, die es ermöglichen, einen an der Kurbelwelle ausge-

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bildeten Flansch mit der einen Scheibe zu verbinden, und daß die andere Scheibe (25) eine in Richtung der Drehachse weisende Außenfläche (25a) besitzt, die sich in 2?.eibungsschlüssige Verbindung mit einer Kupplungsscheibe(38) der Kraftübertragungseinrichtung bringen läßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch. g "e.-k e. η η ζ e i eh net., daß zu den elastischen Elementen Sehraubenfedern (26a, 26b) gehören, die so angeordnet sind, daß sie um die gemeinsame Drehachse der Scheiben (23, 25) in der Umfangsrichtung verlagerbar bzw. verformbar sind, und daß zu der Dämpfungseinrichtung eine Anzahl von Stahlkugeln (29) von gleichem Durchmesser gehört, die drehbar in Nuten (36a, 36b) gelagert sind, welche an den einander gegenüberliegenden Flächen der Scheiben ausgebildet sind.

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