Automobilisten willen zo comfortabel mogelijk autorijden. Daarom zitten moderne auto’s vol met trillingsdempers. Een overzicht.
In een eerder artikel is al een zeer belangrijke trillingsdemper de revue gepasseerd: het tweedelig vliegwiel. Naast dit bijzondere stuk techniek bevinden zich in moderne auto’s nog veel meer trillingsdempers. Een demper in de krukaspoelie, een dynamo vrijlooprol, een demper in de balansas of zelfs een demper in de krukwang. Deze dempers werken samen om zoveel mogelijk oneenparige bewegingen vanuit de krukas te filteren.
afb 1
Oneenparigheden (afb. 1)
Het periodieke verbrandingsproces bij zuigermotoren laat goed waarneembare oneenparigheden in de draaiende beweging van de krukas zien. Deze oneenparigheden worden overgebracht op alle motorhulpaggregaten en de versnellingsbak. De oneenparigheden ontstaan door de ontstekings-en compressiefasen. Bij het ontsteken wordt de krukas versneld, terwijl deze bij het comprimeren en de uitlaatslag juist wordt vertraagd. Bij een viercilindermotor komt de frequentie van de rotatie-oneenparigheid overeen met de tweede motortoerentalordening: dat wil zeggen twee ontstekingen per omwenteling. Zo varieert bijvoorbeeld het toerental van een dieselmotor met 40 procent rotatieoneenparigheid. Bij een gemiddeld toerental van 800 min1 varieert dit tussen de 640 en 960 min1 met een frequentie van 26,7 Hz.
afb 2
Massatraagheid (afb. 2)
Afhankelijk van het ontwerp van de aggregaataandrijving en het belastingsniveau van de motor en de hulpaggregaten kan de versnelling en vertraging van de aggregaatmassa’s tot ongewenste reacties in de aandrijving leiden. Deze uiten zich bijvoorbeeld in onacceptabele geluidsniveaus, hoge spanner- en riemkrachten, sterke riemtrillingen en vroegtijdige riemslijtage. De dynamo is een belangrijk onderdeel van de aggregaataandrijving en heeft een zeer groot massatraagheidsmoment. Deze massatraagheid is nadelig voor het trillingsniveau in de motor. Bij toepassing van een dynamovrijlooprol bij verbrandingsmotoren wordt de dynamo van de rotatieoneenparigheden van de krukas ontkoppeld en daardoor vermindert de invloed van de dynamomassa op de riemaandrijving. Riemtrillingen worden hierdoor tot een minimum beperkt.
 |
 |
| afb 3 |
afb 4 |
Krukwangdemper (afb. 3 + 4)
De demper in de krukwang, ook wel ICD (Internal Crankshaft Damper) genoemd, is een uitvinding van LuK. De ICD is naadloos geïntegreerd in de krukwang en bestaat uit een roterende massa die via veren met de krukas is verbonden. De torsieweerstand van de veren geeft in combinatie met de massatraagheid van de demper de juiste dempingfrequenties aan de krukas. Ook wordt steeds vaker een balansasdemper (BSD) toegepast om trillingen in een motor te voorkomen en geluiden tot het minimum te beperken. De balansasdemper wordt met name gebruikt in motoren met een distributieketting. De slijtage van de ketting wordt door de demper tot een minimum beperkt, waardoor de levensduur aanzienlijk wordt verlengd.
Extra belasting
Dempers in motoren zijn op elkaar afgestemd. Door het gebruik van dempers is het mogelijk om lichtere motoren te produceren. Er is immers minder massa nodig. Dankzij de lagere trillingsbelasting krijgt bijvoorbeeld ook de versnellingsbak van moderne auto’s een dunnere wand en een lichtere synchronisatie-inrichting. Normaal gesproken is het zo dat binnen een motorsysteem de dempingsarbeid van een versleten of niet goed functionerende demper door andere dempers wordt overgenomen. Sommige trillingen kunnen echter niet overgenomen worden. Neem bijvoorbeeld een defecte dynamovrijlooprol. Dit veroorzaakt een enorme extra belasting op de complete aggregaataandrijving. De span- en looprollen krijgen meer trillingen te verduren, net zoals de hele motor met meer trillingen te kampen heeft. Het tweedelig vliegwiel zal in dit geval veel trillingen opvangen, voordat deze naar de versnellingsbak worden doorgezet. De versnellingsbak loopt hierdoor minder risico, maar het spreekt voor zich dat het tweedelig vliegwiel met een hogere belasting te maken krijgt, met alle gevolgen van dien. Ook de spanrol kent hierdoor een veel hogere slijtage. Dit is opnieuw een goede reden om de voorgeschreven vervangingstermijn van een dynamovrijlooprol aan te houden.
Kostenbesparing?
Bovenstaand scenario werkt ook andersom. Doorrijden met een defect tweedelig vliegwiel resulteert in een hogere belasting van het dynamovrijlooprol, de krukaspoelie, etc. Uit de praktijk blijkt dat soms uit financiële overwegingen wordt gekozen om een tweedelig vliegwiel te vervangen door een conventioneel star vliegwiel. De trillingen die normaal gesproken door het tweedelig vliegwiel worden opgevangen, zullen gedeeltelijk door andere dempers worden opgenomen. De belasting van deze dempers is hierdoor echter erg hoog. Dit resulteert in een verkorte levensduur van verschillende delen met vroegtijdige uitval tot gevolg. De trillingen die sowieso niet door de overige dempers opgenomen worden, veroorzaken direct verhoogde slijtage aan spanen looprollen, de synchronisatie-inrichting en diverse lagers in motor en versnellingsbak. Een eerste instantie bedachte kostenbesparing zal in dit geval op langere termijn duur betaald worden.