DE10142822A1 - Innentilger - Google Patents

Abstract

Der Innentilger zum Einbau als Resonanzschwingungstilger in Hohlwellen besteht aus einer zentralen Tilgermasse, einer diese koaxial umgebenden starren Außenhülse und einer diese beiden Bauteile elastisch federnd miteinander verbindenden Elastomerfeder. Die Elastomerfeder ist in Winkelrichtung in der Radialebene in eine Folge funktionell voneinander unabhängiger federnder Radialstege aufgeteilt. Diese Radialstege können sich axial über die Länge der Tilgermasse erstrecken, können aber auch axial symmetrisch segmentiert ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass sie insgesamt axial so weit auseinanderliegend an der zentralen Tilgermasse angreifen, dass ein Taumeln der Tilgermasse in der Hülse ausgeschlossen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Innentilger.
• Innentilger sind bekannt, beispielsweise aus den deutschen Offenlegungsschriften DE 36 32 418 A1, DE 37 06 135 A1 und DE 197 26 293 A1.
• In diesem Sinne ist ein Innentilger, wie er Gegenstand der Erfindung ist, ein Resonanzschwingungstilger, der zum Einbau in den Innenhohlraum eines bestimmungsgemäß unter Einsatzbedingungen schwingungsbeaufschlagten hohlen Bauteils ausgelegt ist. Dieser Resonanzschwingungstilger weist als wesentliches Funktionselement eine Tilgermasse auf, die federnd über die Innenwand des Hohlraums an das zu bedämpfende Bauteil angekoppelt ist.
• Solche hohlen, im Normalbetrieb schwingungsbeaufschlagten Bauteile sind insbesondere hohle Antriebswellen, hier wiederum speziell im Kraftfahrzeugbau hohle Achsträger, oder prinzipiell Hohlstreben und Hohlprofile beliebiger Art, die teils durch eigene Rotation, teils im statischen Zustand durch aufgeprägte Schwingungen Axialschwingungen ausgesetzt sein können. Solche Axialschwingungen sind insbesondere dann kritisch, wenn ihr Frequenzspektrum in den Bereich der Resonanz dieser hohlen Baukörper gerät.
• Die Ausbildung solcherart auftretender Schwingungsüberhöhungen zu unterdrücken, ist Aufgabe der hier gegenständlichen "Innentilger".
• Der aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 26 293 A1 bekannte Innentilger ist mit einer Tilgermasse ausgerüstet, die hantelförmig ausgebildet ist und im Bereich ihrer axial zentralen Verjüngung in einer scheibenförmigen Koppelfeder aufgenommen ist. Die Tilgermasse ist also mit ihren beiden schweren stirnseitigen Enden mittig an ihrem vergleichsweise dünnen Verbindungssteg in der homogenen Gummipufferscheibe wie eine Wippe gelagert, die bei bereits nur mäßig großen resultierenden Radialkomponenten der Krafteinwirkung zu einem wippenden Schwingen der Tilgermasse im Hohlraum führt. Beim Einbau eines solchen Tilgers in beispielsweise die hohle Kardanwelle eines Lastkraftfahrzeugs, das bei schwerer Last oder beim Fahren im Gelände mit Nickschwingungen beaufschlagt wird, führt dies bei dem aus der Druckschrift DE 197 26 293 A1 bekannten Tilger zu beachtlichen Taumelschwingungen der Tilgermasse. Kritisch wird diese Situation vor allem dann, wenn das taumelnd schwingende Tilgermasse-System in den Eigenresonanzbereich gerät.
• Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher das technische Problem zugrunde, einen Innentilger mit beweglicher innenliegender Tilgermasse zu schaffen, die gegen das Auftreten von Taumelschwingungen stabilisiert ist, ohne dass eine solche Stabilisierung zu einer Immobilisierung oder versteiften Aufhängung der Tilgermasse führt.
• Zur Lösung dieses technischen Problems schafft die Erfindung einen Innentilger mit taumelgedämpft aufgehängter Tilgermasse, der die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
• Im Gegensatz zum Stand der Technik ist bei der Erfindung die Tilgermasse zum einen über ihre gesamte axiale Länge mit konstantem Axialgradienten der Masse konfiguriert, zum anderen nicht vollflächig in einem Elastomerfederblock, sondern an Radialstegen gehaltert, die entweder axial so ausreichend lang ausgebildet oder an axial soweit auseinander liegenden geometrischen Orten an der Tilgermasse angreifen, dass ein Taumeln der Tilgermasse um einen zentralen Wippenknoten herum nicht mehr auftreten kann.
• Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind, insbesondere an der Innenwand der Aussenhülse angeschlossene, unabhängig von der Elastomerfeder des Tilgers ausgebildete, elastomergepufferte Anschläge vorgesehen, die zum Begrenzen eines Überschwingens der Tilgermasse in der Aussenhülse quer zur Längsachse des Innentilgers dienen.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind diese elastomergepufferten Anschläge an der Innenwand der Aussenhülse so fixiert und ragen radial nach innen soweit zwischen jeweils zwei benachbarte Radialstege der Elastomerfeder des Tilgers in den Tilger hinein, dass sie gleichzeitig als Rotationswegbegrenzer für die Tilgermasse dienen.
• Noch weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 im Radialschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Innentilgers mit den Merkmalen der Erfindung;
• Fig. 2 eine Axialschnitt nach II-II in Fig. 1;
• Fig. 3 in Seitensicht ein zweites Ausführungsbeispiel des Innentilgers mit Merkmalen der Erfindung;
• Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht auf eine der beiden gegenüberliegenden Stirnseiten; und
• Fig. 5 einen Schnitt nach V-V in Fig. 4.
• In dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel des Innentilgers mit den Merkmalen der Erfindung ist in der Fig. 1 ein Radialschnitt und in der Fig. 2 ein Axialschnitt des Tilgers gezeigt. Der Innentilger besteht aus einer Tilgermasse 1, einer Außenhülse 2 und einer diese beiden Elemente miteinander verbindenden Elastomerfeder in Gestalt einer mit äquidistantem Winkelabstand voneinander angeordneten Folge von Radialstegen 3. Zwischen zwei nebeneinander liegenden Radialstegen 3 sind an der Innenwand 4 der Außenhülse 2 Anschlagsrippen 5 stoffschlüssig fixiert. Diese elastomergepufferten Anschläge 5 dienen sowohl als radiale Anschlagpuffer für die Tilgermasse 1, das heißt also als Wegbegrenzer für ein Ausschwingen der Tilgermasse 1 aus ihrer zur Außenhülse 2 koaxialen Ruhelage, als auch als radiale Wegbegrenzer, das heißt also als Rotationsanschläge für große und übergroße Drehschwingungsamplituden der Tilgermasse in der Hülse.
• In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung des Radialschnitts des Tilgers in Fig. 1 nicht maßstäblich ist, sondern dem Zweck dient, die Prinzipien des Innentilgers mit den Merkmalen der Erfindung verständlich zu erklären. Insbesondere ist es eine Frage der Konturierung und Dimensionierung der Elastomer-Radialstege 3, inwieweit für die Tilgermasse 1 auch Drehschwingungen entweder zugelassen oder unterdrückt werden sollen.
• Da die Tilgermasse 1 zumeist aus preiswertem Stahl bestehen wird, ist sie zum Zwecke des Korrosionsschutzes mit einer dünnen Elastomerschicht 6 vollständig überzogen.
• Wenn die Außenhülse 2, die in aller Regel aus einem harten Kunststoff oder aus Stahl bestehen wird, aus nicht korrosionsbeständigem Stahl besteht, ist es zweckmäßig, auch diese mit einer dünnen Elastomerschicht zu schützen.
• In der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise sind die Tilgermasse 1 und die Außenhülse 2 koaxial zueinander angeordnet und weisen zumindest im Wesentlichen gleiche axiale Länge auf. Auch die Anschlagrippen 5 erstrecken sich über die praktisch gesamte Länge der starren Außenhülse 2. Zum Zwecke der axialen Stabilisierung können die Elastomeranschläge 5 in der auf der rechten Seite der Fig. 2 schematisch angedeuteten Weise durch Flanschabschnitte 7 stabilisiert sein, die zweckmäßigerweise einstückig an der starren Außenhülse 2 angeformt sind.
• In der ebenfalls aus Fig. 2 erkennbaren Weise erstrecken sich die Radialstege 3 über nahezu die gesamte axiale Länge sowohl der Tilgermasse 1 als auch der Außenhülse 2. Dass sie, wie der Darstellung der Fig. 2 zu entnehmen ist, tatsächlich axial um ein Geringes kürzer ausgebildet sind, als der genauen Axialerstreckung der Tilgermasse 1 und der Außenhülse 2 entspricht, hat zwei Gründe, nämlich zum einen wird sowohl beim axialen Schwingen der Tilgermasse 1 in der Außenhülse 2 eine Verformung der Radialstege 3 aus der Stirnflächenebene der Außenhülse 2 hinaus vermieden, als auch zum anderen die Bemessung der tatsächlichen Axialerstreckung der Radialstege als ein effektiver Einflussfaktor bei der Resonanzabstimmung des Tilgers genutzt.
• Im Hinblick auf die Taumelstabilisierung der Tilgermasse 1 sollten die Radialstege 3 also so lang wie möglich mit der Obergrenze der gleichen Axialerstreckung, wie die Tilgermasse sie aufweist, sein, sollten aber höchstens soweit kürzer als die Axialerstreckung der Tilgermasse ausgebildet sein, dass ein Nicken oder Taumeln der Tilgermasse in der Außenhülse 2 für die Betriebsbedingungen, für die der Innentilger jeweils abgestimmt ist, absolut ausgeschlossen ist. Die vom Fachmann im Wege der Abstimmung des Innentilgers einzuhaltende axiale Bemessung der Radialrippen sollte also zwischen der halben und der ganzen axialen Länge der Tilgermasse liegen.
• Ein zweites Konfigurationsbeispiel für den Innentilger mit den Merkmalen der Erfindung ist in der Fig. 3 in Seitensicht gezeigt. Eine Konfiguration dieser Art empfiehlt sich dann, wenn vergleichsweise große Tilgermassen 1 in einer Außenhülse 2 unterzubringen sind, die relativ eng mensuriert sein muss. Wie die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Tilgermasse 1, ist auch die in Fig. 3 gezeigte Tilgermasse 1 mit einer homogenen und dichten dünnen Elastomerschicht 6 aus Gründen des Korrosionsschutzes überzogen. Während die Tilgermasse 1 in der Ausgestaltung der Fig. 1 und 2 jedoch zylindrisch, dass heißt rotationssymmetrisch, konfiguriert ist, ist die Tilgermasse 1 des in Fig. 3 dargestellten Innentilgers nur vierzählig drehsymmetrisch konzipiert. Auf der zylindrischen Grundform sind vier jeweils um 90° gegeneinander versetzte massige Tilgerrippen 8 angeformt, die sich über die gesamte axiale Länge der Tilgermasse 1 erstrecken. Auf diese Weise kann die Masse des Tilgers 1 gegenüber einer zylindrisch konfigurierten Tilgermasse wesentlich erhöht werden, ohne die in der engmensurierten Außenhülse 2 verfügbaren radialen Schwingungsauslenkungen der Tilgermasse merklich einschränken zu müssen. Dies wird dadurch erzielt, dass die Masserippen 8 der Tilgermasse 1 jeweils winkelsymmetrisch zwischen zwei in Winkelrichtung aufeinanderfolgenden Radialstegen 3 angeordnet sind und sich in den Freiraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radialstegen nach radial auswärts hinein erstrecken. Dabei sind die Konturen der Masserippen 8 im Radialschnitt so konfiguriert, dass sie im Zusammenwirken mit den Flanken der angrenzenden Radialstege 3 als Drehschwingungsbegrenzer für Drehschwingungen der Tilgermasse 1 dienen. Mit ihren radial außen liegenden flachen Rückenstegen 9 dienen sie im Zusammenwirken mit elastomergepufferten Anschlägen 5.3, die auf der Innenwand des Außenrings 2 angeordnet sind, als Wegbegrenzer für die translatorischen Schwingungen der Tilgermasse 1 quer zur Längsachse des Innentilgers.
• Als Grundstruktur für die Anschläge 5.3 dienen Rippen 10, die sich über die gesamte axiale Länge der Außenhülse 2 erstrecken und einstückig an der Innenwand der Hülse 2 angeformt sind. Auf diesen Rippen wird dann das Elastomerpolster 11 aufgebaut, so dass die Anschläge 5.3 Verbundstege aus den Rippen 10 und den federnden Elastomerüberzügen 11 sind.
• Da bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Außenhülse 2.3 aus einem starren Kunststoff besteht, braucht diese keine korrosionsschützende Elastomerhülle. Dies wiederum ermöglicht eine rationelle Fertigungsweise des in Fig. 3 gezeigten Innentilgers in der Weise, dass die gesamte zur Herstellung des Tilgers benötigte Gummimasse in einem einzigen Spritztakt in ein einziges Einlegeformwerkzeug eingespritzt und einheitlich vernetzt wird. Die Innenwandauskleidung 12 der Außenhülse 2, die Elastomerschicht 11 der Anschlagrippen 5.3, die Radialstege 3 und der dem Korrosionsschutz dienende Elastomerüberzug 6 der Tilgermasse 1 bilden also, rein chemisch gesehen, eine zusammenhängende und durchgehend vernetzte einheitliche Elastomerstruktur, die jedoch aufgrund ihrer Konfigurierung und Dimensionierung die beschriebenen spezifischen schwingungstechnischen Funktionen jeweils unabhängig voneinander erfüllt.
• In den Fig. 4 und 5 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel des Innentilgers in Stirnseitensicht (Fig. 4) und im Axialschnitt (Fig. 5) dargestellt. Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Tilgern sind die Radialstege 3.4, 3.5 des in den Fig. 4 und 5 gezeigten Tilgers mit den Merkmalen der Erfindung nicht in axialer Längserstreckung über die axiale Länge des Tilgers ausgebildet, sondern als jeweils eine Folge kurzer pufferartiger Radialstege 3.4, 3.5 in den beiden einander axial gegenüberliegenden Stirnseitenbereichen 13, 14 der Tilgerhülse 2 angeordnet. In jeder dieser beiden Radialebenen sind jeweils drei Radialstege 3.4 bzw. drei Radialstege 3.5 im gleichen Winkelabstand voneinander angeordnet. Relativ zueinander sind die beiden Folgen von jeweils drei Radialstegen in jeder der beiden Ebenen um 60° gegeneinander versetzt ausgerichtet, stehen also "auf Lücke". Auch bei dieser Anordnung der die Tilgermasse 1 in der starren Tilgerhülse 2 aufhängenden Radialstege 3 wird eine taumelfreie und leicht abstimmbare Konfiguration eines Innentilgers erzielt.
• Mit allen drei hier vorgeführten Ausführungsbeispielen der Erfindung lassen sich die Grundvorteile der Erfindung realisieren, nämlich die einfache Herstellung axial kurzer effizienter Innentilger mit großen taumelfrei gelagerten Tilgermassen.
• Der Innentilger mit den Merkmalen der Erfindung zum Einbau als Resonanzschwingungstilger in Hohlwellen besteht also im Wesentlichen aus einer zentralen Tilgermasse, einer diese koaxial umgebenden starren Außenhülse und einer diese beiden Bauteile elastisch federnd miteinander verbindenden Elastomerfeder. Die Elastomerfeder ist in Winkelrichtung in der Radialebene in eine Folge funktionell voneinander unabhängiger federnder Radialstege aufgeteilt. Diese federnden Radialstege können sich axial über die Länge der Tilgermasse erstrecken, können aber auch axial symmetrisch zum Tilgerschwerpunkt segmentiert ausgebildet sein. Entscheidend ist, dass sie insgesamt axial so weit auseinanderliegend an der zentralen Tilgermasse angreifen, dass ein Taumeln auch einer weich gefederten Tilgermasse in der Hülse ausgeschlossen ist.

Claims (10)

1. Innentilger, das heißt, Resonanzschwingungstilger zum Einbau in den Innenhohlraum eines bestimmungsgemäß unter Einsatzbedingungen schwingungsbeaufschlagten Hohlprofils, der aus einer innenliegenden, in ihrer Grundstruktur zylindrischen Tilgermasse, einer diese koaxial umgebenden Außenhülse und einer Elastomerfeder zwischen beiden besteht, über welche die Tilgermasse mit der Innenwand der Hohlwelle in Wirkverbindung steht, gekennzeichnet durch eine Tilgermasse (1), die auf ihrer gesamten axialen Länge einen konstanten Querschnitt aufweist, eine starre Außenhülse (2), die innen über die Elastomerfeder (3) an die Tilgermasse (1) gekoppelt, und außen bestimmungsgemäß unbeweglich starr, fest und vollflächig mit der Innenwand der Hohlwelle verbindbar ist, und die sich axial im Wesentlichen über die Gesamtlänge der Tilgermasse (1) erstreckt.

2. Innentilger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Konfiguration der Elastomerfeder als eine Folge von Radialstegen (3; 3.4, 3.5), die die Tilgermasse (1) an die Außenhülse (2) koppeln.

3. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Konfiguration der Elastomerfeder als eine Folge geometrisch voneinander isolierter und in jeweils einer Radialebene in gleichem Winkelabstand voneinander angeordneter Radialstege (3; 3.4, 3.5), die die Tilgermasse (1) an die Außenhülse (2) koppeln.

4. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Konfiguration der Elastomerfeder als eine Folge geometrisch voneinander isolierter und in zwei verschiedenen Radialebenen winkelmittig jeweils gegeneinander versetzt und in jeder der Radialebenen in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete Radialstege (3.4., 3.5), die die Tilgermasse (1) an die Außenhülse (2) koppeln.

5. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Konfiguration der Elastomerfeder als eine Folge geometrisch voneinander isolierter und sich jeweils axial über die gesamte Länge, oder zumindest doch über mehr als die halbe Gesamtlänge der Tilgermasse erstreckende Radialstege (3), die die Tilgermasse (1) an die Außenhülse (2) koppeln.

6. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei bis acht, insbesondere drei oder vier Radialstege (3; 3.4, 3.5).

7. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch elastomergepufferte Anschläge (5; 5.3), die unabhängig von der Elastomerfeder (3) des Tilgers zum Begrenzen eines Überschwingens der Tilgermasse (1) quer zur Längsachse des Tilgers ausgelegt sind.

8. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch sich axial über die Gesamtlänge der Außenhülse (2) erstreckende, an der Innenwand der Außenhülse fixierte und nach radial einwärts vorspringende elastisch stoßfedernde Rippen (5) als elastomergepufferte Anschläge, die rundum sowohl zu der Tilgermasse (1) als auch zu den Elastomerfeder-Radialstegen (3) einen Abstand halten, der ungefähr gleich der größten, in der Abstandsrichtung zulässigen Schwingungsamplitude oder Schwingungsamplitudenkomponente der Tilgermasse (1) ist.

9. Innentilger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine dünne Elastomerummantelung (6) aller korrosionsgefärdeten Bauteile des Innentilgers, insbesondere der Außenhülse (2) und der Tilgermasse (1).

10. Verwendung des Innentilgers mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Axialtilger in hohlen Antriebswellen von Kraftfahrzeugen, insbesondere auch von Lastkraftfahrzeugen.