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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR DAMPING OSCILLATIONS, NOTABLY OSCILLATION DAMPER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/046524
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for damping the oscillations of a rotating component. Said device comprises a primary mass which can be at least indirectly coupled to the rotating component, and a secondary mass. The two masses can be rotated in relation to each other to a limited degree in the peripheral direction. The device also comprises at least one anti-friction bearing (7) for absorbing axial forces. According to the invention such a device is characterized in that a device (10) is provided for which subjects the anti-friction bearing to a force so as to press the anti-friction rolling elements against the race of at least one of the bearing rings (7.1, 7.2).

Inventors:
HANKE WOLFGANG
Application Number:
PCT/EP2000/000795
Publication Date:
August 10, 2000
Filing Date:
February 01, 2000
Export Citation:
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Assignee:
VOITH TURBO KG (DE)
International Classes:
F16F15/121; F16F15/131; F16F15/133; F16F15/315; (IPC1-7): F16F15/315
Foreign References:
DE2808231A11979-08-30
FR2452025A11980-10-17
US5579880A1996-12-03
US3016274A1962-01-09
US5598048A1997-01-28
US3923352A1975-12-02
US4655616A1987-04-07
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 006, no. 023 (M - 111) 10 February 1982 (1982-02-10)
Attorney, Agent or Firm:
WEITZEL & PARTNER (Friedenstrasse 10 Heidenheim, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung eines rotierenden Bauteiles ; 1.1 mit einer Primärmasse, die mit dem rotierenden Bauteil wenigstens mittelbar koppelbar ist ; 1.2 mit einer Sekundärmasse ; 1.3 die beiden Massen sind in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verd rehbar ; 1.4 es ist wenigstens ein Wälzlager (7) zum Aufnehmen axialer Kräfte vorgesehen ; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale : 1.5 es ist eine Magneteinrichtung (10) vorgesehen, mit der das Wälzlager (7) beaufschlagt wird, um die Wälzkörper gegen die Lauffläche wenigstens eines der Lagerringe (7.1,7.2) anzudrücken.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale : 2.1 eine der beiden Massen weist eine Mittelscheibe (2) auf ; 2.2 die andere der beiden Massen weist zwei Seitenscheiben (4,5) auf, die die Mittelscheibe sandwichartig zwischen sich einschließen ; 2.3 der einen (4) der beiden Seitenscheiben (4,5) sind Magnete (10) zugeordnet.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete Dauermagnete sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete Elektromagnete sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete zur Einstellung bestimmter Lagervorspannkräfte regelbar sind.
Description:
Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen, insbesondere Schwingungstilger Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen eines rotierenden Bauelementes, insbesondere einen Schwingungstilger, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Ausdruck"Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen"ist im weitesten Sinne zu verstehen. Es kann sich hierbei um sogenannte Schwingungstilger, Schwingungsdämpfungseinrichtungen oder kombinierte Einrichtungen zwischen Schwingungstilger und Schwingungsdämpfer handeln. Unter einem Schwingungstilger wird dabei eine Vorrichtung verstanden, welche dem Abbau von im Antriebsstrang auftretenden Schwingungen, insbesondere an rotierenden Bauelementen, und nicht der Dämpfung von Schwingungen bei der Drehmomentenübertragung zwischen zwei Bauelementen im Antriebsstrang dient. Ein Tilger ist somit nicht primär an der Drehmomentenübertragung während des gesamten Betriebes von einer An- auf eine Abtriebsseite beteiligt. Bei einer Schwingungsdämpfungseinrichtung handelt es sich in der Regel um eine elastische Kupplung, die zwischen zwei Bauteilen angeordnet wird, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe. Derartige Kupplungen dienen dazu, Torsionsschwingungen vom Rotor nicht auf den übrigen Antriebsstrang zu übertragen. Eine derartige elastische Kupplung ist in der DE-PS 28 48 748 offenbart. Eine kombinierte Schwingungstilger-Dämpfereinrichtung ist in der Anmeldung DE 197 28 894 beschrieben. Die dort zwischen den beiden Elementen-Primärmasse und Sekundärmasse-vorgesehenen Federeinrichtungen dienen während der Anfahrphase und den Beschleunigungsphasen der Mitnahme der Sekundärmasse. Ansonsten erfolgt im wesentlichen keine Drehmomentenübertragung.

Vorrichtungen zum Dämpfen von Schwingungen sind derart gestaltet, daß die kritische Drehzahl des gesamten Massensystemes genügend weit unterhalb des Betriebsbereiches liegt. Dabei sollen beim Durchfahren der kritischen Drehzahl keine großen Amplituden und keine großen Torsionsmomente in den einzelnen Elementen entstehen.

Wesentliche Elemente eines Schwingungsdämpfers bzw. eines Tilgers sind eine Dämpfungseinrichtung sowie eine Federeinrichtung. Die Dämpfungseinrichtung umfaßt Kammern, die über Kanäle definierter Weite miteinander in leitender Verbindung stehen. Dabei wird während des Betriebes ein Dämpfungsmittel aus der einen Kammer durch den Kanal in die benachbarte Kammer verdrängt. Die Federeinrichtung umfaßt eine Mehrzahl von Federn, die auf einem zur Dämpfer-bzw. Tilgerachse koaxialen Kreis angeordnet sind.

Eine solche Vorrichtung ist im aligemeinen mit Wälzlagern ausgestattet.

Häufig ist dabei die eine Schwungmasse auf der anderen gelagert. Hierzu kann ein einziges Lager eingesetzt werden-siehe DE 28 48 784 C3, oder es werden zwei nebeneinanderliegende Wälzlager vorgesehen-siehe DE 34 12 961 A1. Auch kommt es in Betracht, die eine Schwungmasse mittels eines ersten Lagers auf der Antriebswelle zu lagern, und die andere mittels eines weiteren Lagers auf der ersten Schwungmasse.

Auf alle diese Lager wirken in der Praxis hohe Kräfte ein. Diese sind in erster Linie Radialkrafte. Diese sind keineswegs konstant. Eine axiale Belastung findet im allgemeinen in nur sehr geringem Maße oder überhaupt nicht statt.

Die Lager stellen einen Schwachpunkt der genannten Vorrichtungen dar. Sie haben eine Lebensdauer, die extrem niedrig sein kann. Fällt ein solches Lager aus, so muß zum Zwecke des Austauschs des Lagers die gesamte

Vorrichtung auseinandergenommen und wieder zusammengebaut werden, was einen hohen Aufwand darstellt und somit hohe Kosten verursacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß eine höhere Lebensdauer der Lager erreicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelost. Die Erfinder haben folgendes erkannt : Aufgrund der besonderen Verhältnisse in einer Vorrichtung der genannten Art kommt es gar nicht zu einem Umlauf der Wälzkörper, zum Beispiel der Lagerkugeln. Die Wälzkörper stehen somit während des gesamten Betriebes fast oder annähernd still. Das Lager führt aber Schwingungen aus, die in axialer Richtung verlaufen. Dies führt zu einem Verschleiß, den man als Schwingungsreibverschleiß bezeichnen könnte.

Durch das erfindungsgemäße Aufbringen einer Axialkraft auf einen der Lagerringe werden auch die Wälzkörper axial beaufschlagt. Es kommt zu einem ständigen Andrücken des einzelnen Wä ! zkörpers gegen die Lauffläche des betreffenden Lagerringes. Damit kommt es zum Abrollen der Wälzkörper.

Der Stillstand der Wälzkörper wird somit aufgehoben und damit auch der im wesentlichen auf einzelne Punkte oder Linien konzentrierte Reibverschleiß.

Solche Axialkräfte auf den Wälzkörpern durch die Wirkung von Magneten zu erzeugen, stellt dabei eine sehr elegante, und noch dazu baulich einfache Lösung dar.

In der Praxis kann dies dadurch bewegt werden, daß ein bestimmtes Bauteil, beispielsweise eine der Schwungscheiben, durch Magnetkraft axial beaufschlagt wird, mit einem Bund gegen einen der Lagerringe drückt, so daß

auch dieser und damit gleichzeitig die Wälzkörper in axialer Richtung verschoben werden.

Die Erfindung läßt sich bei jeglichen Arten von Lagern anwenden, die axiale wie auch radiale Kräfte aufnehmen können. Im aligemeinen sind die in Rede stehenden Lager zwar dazu bestimmt, vorwiegend radiale Kräfte aufzunehmen. Sie müssen jedoch in einem gewissen Maße auch zur Aufnahme von axialen Kräften fähig sein. Es kommen somit im wesentlichen Kugellager, Schrägkuge ! ! ager und Kegelrollenlager oder andere axial belastbare Rollenlager in Betracht, die letzteren auch"Hochschulterlager" genannt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt : Figur 1 zeigt einen Schwingungstilger in einem Axialschnitt.

Figur 2 zeigt den Gegenstand von Figur 1 in vergrößerter Darstellung.

Figur 3 zeigt den Gegenstand von Figur 1 in einer Ansicht in Achsrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung befindet sich an einem rotierenden Bauteil. Die Vorrichtung ist in diesem Fall nicht an der Drehmomentübertragung beteiligt. Die Vorrichtung ist über den Welienzapfen 1 mit dem hier nicht näher dargestellten rotierenden Bauteil verbunden. Dieser ist mit einer Mittelscheibe 2 drehfest verbunden. Eine Schwungmasse 3 ist auf dem Wellenzapfen 1 drehbar gelagert. Mit der Schwungmasse 3 sind Seitenscheiben 4,5 drehfest verbunden.

Die Schwungmasse 3 ist mittels eines Nadellagers 6 und eines Kugellagers 7 auf dem Welienzapfen 1 gelagert. Das Nadellager 6 kann nur Radialkrafte aufnehmen, das Kugellager 7 hingegen auch Axialkräfte.

Die Primärmasse der Vorrichtung umfaßt den Wellenzapfen 1 sowie die Mittelscheibe 2. Die Sekundärmasse umfaßt die Schwungmasse 3 sowie die Seitenscheiben 4,5. Die beiden Massen sind in Umfangsrichtung begrenzt gegeneinander verdrehbar. Wie man aus Figur 3 erkennt, sind mehrere Federeinrichtungen 8 vorgesehen, von denen lediglich die Halter 8.1 dargestellt sind, ferner Verdrängungskammern 9, die mit einem pastösen Mittel gefüllt sind, und bei denen in bekannter Weise dieses Mittel bei dem genannten begrenzten Verdrehen durch enge Spalte gequetscht wird, so daß ein Verdrehwiderstand aufgebracht wird.

Gemäß der Erfindung sind in die eine der beiden Seitenscheiben, nämlich in die Seitenscheibe 4 mehrere Dauermagnete 10 eingelassen. Diese sind, wie man aus Figur 3 erkennt, in gleichen gegenseitigen Winkelabständen auf ein und demselben Radius über die Seitenscheibe 4 verteilt. Es wäre auch denkbar, die Magnete 10 auf unterschiedlichen Radien in der Seitenscheibe 4 anzuordnen. Dabei sot ! te darauf geachtet werden, daß die Seitenscheibe durch die Magnetkräfte nicht aus ihrer achssenkrechten Lage ausgelenkt wird.

Wie man sieht, handelt es sich im vorliegenden Fall um fünf Magnete 10. Es könnten aber auch mehr oder weniger Magnete vorgesehen werden.

Theoretisch ist ein Ringmagnet optimal geeignet. Seine Achse fallut dann mit der Drehachse des Schwingungstilgers/-dämpfers zusammen. Wirtschaftlich sinnvoller ist die Aufteilung des Ringmagneten in einzelne Magnete.

Theoretisch würden dann zwei solcher Magnete genügen.

Zweckmäßigerweise sollten es aber wenigstens drei Magnete sein.

Statt Dauermagnete könnten auch Elektromagnete verwendet werden. Dies hätte den Vorteil einer Regelungsmöglichkeit.

Die Magnete 10 sind bezüglich ihrer Pole derart gestaltet und angeordnet, daß sie die Mittelscheibe 2 an die Seitenscheibe 4 heranziehen. Der

Außenring 7.2 des Lagers 7 stützt sich in der Schwungmasse 3 ab. Vorteilhaft ist die spielfreie Festsetzung dieses Außenringes. Der Innenring 7.1 des Lagers 7 wird seinerseits über den Lagertopf 2.2 und den Bund 2.1 festgesetzt. Er ist somit relativ zur Mittelscheibe 2 und zum Wellenzapfen 1 festgesetzt. Auch für den Innenring ist die spielfreie Festsetzung vorteilhaft.

Über die Magnete 10 wird eine Axialkraft zwischen den Bauteilen 4 und 3, damit letztlich dem Außenring 7.2, und den Bauteilen 2,2.1,2.2 und 1, damit letztlich dem Innenring 7.1, erzeugt. Diese Axialkraft bewirkt erfindungsgemäß eine Aufhebung des verbleibenden Lagerspieles zwischen Lagerinnenring, Wälzkörpern und Lageraußenring. Aufgrund der Axialkraft werden die Wälzkörper zwischen den sich axial relativ zueinander verschiebenden Lagerinnen-und Außenringen gegen die betreffenden Laufflächen angedrückt.

Sofern der Lagerinnenring 7.1 und/oder der Lageraußenring 7.2 noch nicht spielfrei in ihren Lagersitzen festgesetzt sind, kann diese Axialkraft zusätzlich noch eine Aufhebung der axialen Spiele von Innen-und Außenring in ihren jeweiligen Lagersitzen im Wellen-und im Nabenbereich bewirken. Vorteilhaft jedoch sind Innenring 7.1 und Außenring 7.2 bereits axialspielfrei festgesetzt.

Hierdurch kommt ein Umlauf der Kugeln zustande, womit der genannte Schwingungsreibverschteiß vermieden wird.

Durch die Erfindung wird eine erhebliche Steigerung der Lebensdauer der Lager von einigen zigtausend Stunden erzielt.