DE19708082C2 - Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an Kurbelwellen - Google Patents
Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen an KurbelwellenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dämpfung von
Schwingungen an Kurbelwellen mit einer an der Kurbelwelle
befestigbaren Nabe, einem mit der Nabe verbundenen Schwung
ring und einem außenliegenden Bauteil zur Drehmomentübertra
gung, insbesondere Riemenscheibe, wobei die Riemenscheibe
über eine drehelastische Kupplung mit der Nabe verbunden
ist.
Drehschwingungsdämpfer dienen in erster Linie zur Tilgung
bzw. Dämpfung hochfrequenter Kurbelwellenschwingungen. Die
Nebenantriebe von Verbrennungsmotoren, wie z. B. die Lichtma
schine oder die Kühlwasserpumpe, werden in der Regel über
Keilriemen oder sogenannte Poly-V-Riemen angetrieben. Der
Antrieb der Nebenaggregate erfolgt entweder über den Schwin
gungsdämpfer (Riemenspur ist Bestandteil des Schwingungs
dämpfers) oder über eine separate Riemenscheibe oder über
eine Riemenscheibe mit drehelastischer Kupplung. Die Dreh
elastizität dient dazu, den Riementrieb der Nebenaggregate
von Verbrennungsmotoren im niedrigen Drehzahlbereich von den
hohen Drehwinkelamplituden der Kurbelwelle (funktionsbeding
te Drehungleichförmigkeiten von Hubkolbenmaschinen) schwin
gungstechnisch 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 Torsionseigenfrequenz
aufweist.
Für Ottomotoren und kleinere Dieselmotoren sind diese auch -
Torsionsschwingungsdämpfer genannten Bauteile üblicherweise
als federgefesselte Dämpfer ausgeführt, wobei die elasti
schen und dämpfenden Eigenschaften gemeinsam durch eine
Gummifeder gewährleistet werden. Diese Gummidämpfer bestehen
prinzipiell aus einem mit der Kurbelwelle verbundenen Naben
teil, einer oder zwei Gummifedern und einer oder zwei
Schwungmassen. Die Gummifeder kann in gebundener (vulkani
siert-gehafteter), in ungebundener (eingepresster) oder in
geklebter Ausführung hergestellt sein. Das Funktionsprinzip
der Gummidämpfer ist immer eine Kombination aus Tilgung und
Dämpfung.
Die Leistungsfähigkeit solcher Gummidämpfer reicht z. B. für
größere Dieselmotoren nicht mehr aus, so dass dort sogenann
te Viskosedämpfer eingesetzt werden. Das physikalische
Grundprinzip dieser Dämpferbauart ist die Scherströmung
einer Flüssigkeit im Ringspalt zwischen einer Schwungmasse
und einem mit der Kurbelwelle verbundenen Gehäuse. Die frei
drehbewegliche Schwungmasse hinkt infolge ihrer Drehträgheit
der Gehäusebewegung hinterher. Hierbei wird die Energie zur
Scherung der viskosen Flüssigkeit im Spalt der Kurbelwellen
schwingung entzogen, d. h. die Schwingungen gedämpft.
Eine gattungsgemäße Anordnung zur Dämpfung von Schwingungen
an Kurbelwellen ist aus DE 41 03 213 A1 bekannt. Bei dieser
Anordnung ist die Riemenscheibe über eine drehelastische
Kupplung mit der Nabe verbunden, ferner ist ein Schwungring
parallel zur drehelastischen Kupplung fest oder über einen
Gummiring mit der Nabe verbunden, wobei dieser Schwungring
in den meisten Anwendungsfällen jedoch nicht vorgesehen ist.
Diese Anordnung dient in erster Linie dazu, bei einer gege
benen Auslegung einer Riemenscheibe die Einsatzmöglichkeit
dieser Scheibe für Riementriebe mit unterschiedlichem
Schwingungsverhalten zu ermöglichen. Gelöst wird dies durch
eine komplizierte Gestaltung der drehelastischen Kupplung
zwischen der Riemenscheibe und der Nabe, die verkürzt darge
stellt als Bogenfederkupplung mit bogenförmig angeordneten
Metallspiralfedern ausgebildet ist.
Aus US-A-2,514,136 ist ein Viskositätsschwingungsdämpfer be
kannt, welcher in spezieller Weise gestaltet ist. Irgendwel
che Hinweise auf einen Zusammenhang mit einer Riemenscheibe
sind dieser Druckschrift nicht zu entnehmen.
Aus DE 36 12 370 A1 ist ein Schwingungsdämpfer für eine Kur
belwelle mit einer Gummikupplung bekannt, ein Viskositäts
dämpfer für den Schwungring ist jedoch nicht offenbart.
Aus DE 41 07 880 A1 ist eine Anordnung zur Dämpfung von Kur
belwellenschwingungen mit einem Viskositätsdämpfer bekannt,
der in spezieller Weise ausgestaltet ist, der Einsatz einer
drehelastischen Kupplung ist nicht vorgesehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Dämpfungs
anordnung so weiter zu entwickeln, dass insbesondere
hochfrequente Torsionsschwingungen der Kurbelwelle reduziert
werden können und trotzdem niederfrequente Schwingungen ver
lustarm isoliert werden.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung zur Dämpfung von
Schwingungen an Kurbelwellen der eingangs bezeichneten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schwungring paral
lel zur drehelastischen Kupplung in einem an der Nabe befes
tigten, ringförmigen, mit einem viskosen oder viskoelasti
schen Fluid gefüllten Gehäuse angeordnet ist.
Gegenüber dem Stand der Technik wird somit ein anderer Weg
beschritten. Die Kupplung arbeitet drehelastisch, schlupf
frei und der Dämpfer ist als Viskosedämpfer ausgebildet,
welcher zur Reduktion der hochfrequenten Torsionsschwingun
gen der Kurbelwelle dient. Durch diese Ausgestaltung läßt
sich erreichen, dass auch Motoren, die (aufgrund hoher Dreh
momente und Leistungen) einen Viskosedämpfer zur wirksamen
Reduktion der Torsionsschwingungen benötigen, mit einer
schwingungstechnischen Entkopplung des Riementriebes 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 mit der
Nabe verbundenen Schwungring und mit einem außenliegenden Bau
teil zur Drehmomentübertragung, insbesondere Riemenscheibe,
wobei die Riemenscheibe über eine drehelastische Kupplung mit
der Nabe verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwungring (3) parallel zur drehelastischen Kupplung
(6) in einem an der Nabe (1) befestigten, ringförmigen, mit
einem viskosen oder viskoelastischen Fluid gefüllten Gehäuse
(2) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die drehelastische Kupplung (6) als Gummikupplung ausge
bildet ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) einteilig
ausgebildet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nabe (1) und das ringförmige Gehäuse (2) aus wenig
stens 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 Riemenscheibe (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.
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