DE10064332C1

DE10064332C1 - Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung

Info

Publication number: DE10064332C1
Application number: DE2000164332
Authority: DE
Inventors: Winfried Ochs
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2002-03-14
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP3699043B2; JP2002227871A

Abstract

Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung, umfassend einen äußeren Ring (3) und einen inneren Ring (2), die einander in radialem Abstand umschließen, um einen Ringspalt (13) zu bilden und die um eine Rotationsachse (1) relativ zueinander drehbar gelagert sind, zumindest einen im Ringspalt an dem einen der Ringe festgelegten Anpresskörper (4) mit einer in Umfangsrichtung stetig vorspringenden Anschlagfläche (14), DOLLAR A zumindest eine durch elastische, deformierbare Wände (7) begrenzte, mit einem Dämpfungsmedium gefüllte Arbeitskammer (5; 5'; 5''; 5''';), die an dem anderen der Ringe festgelegt ist, und an einem zu dem einen der Ringe zugewandten Wandabschnitt mit einem Reibbelag (8) belegt ist, der in einem nicht dämpfenden Zustand mit einer den Ringspalt begrenzenden Gegenfläche (9) dieses einen Ringes einen radialen Abstand (16) einschließt, DOLLAR A so dass bei einer Relativbewegung der Ringe (2, 3) die Anschlagfläche (14) an die Wandfläche der zumindest einen Arbeitskammer (5; 5'; 5''; 5''') unter Deformierung derselben derart anpressbar ist, dass der Reibbelag (8) an die Gegenfläche (9) anlegbar ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung.

Stand der Technik

Drehelastische Kupplungen sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. In Kraftfahrzeugen werden drehelastische Kupplungen eingesetzt um bei der Drehmomentübertragung Torsionsschwingungen zu dämpfen, bzw. von den, von der Kurbelwelle angetriebenen Nebenaggregaten zu entkoppeln. Die Anfälligkeit für Torsionsschwingungen wird dabei durch lange Riementriebe erhöht. Da in den letzten Jahren durch die zahlreichen Neben- und Hilfsaggregate, wie Wasserpumpe, Lenkhilfepumpe, Klimakompressor und Generator, die Riementriebe bei nahezu allen Motoren immer länger geworden sind, sind diese Systeme für Resonanzen, die durch den Motor angeregt werden, anfälliger geworden. Durch die Zwischenschaltung einer drehelastischen Kupplung ist eine nahezu völlige schwingungstechnische Entkopplung des Riementriebs von der Kurbelwelle möglich.

Aus der DE 33 11 115 C1, speziell in der Ausführungsform gemäß Fig. 5, ist eine Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung bekannt, umfassend einen äußeren und einen inneren Ring, die einander im radialen Abstand umschließen, um einen Ringspalt zu bilden und die um eine Rotationsachse relativ zu einander drehbar gelagert sind, zumindest einen im Ringspalt an dem einen der Ringe festgelegten Anpresskörper mit einer in Umfangsrichtung stetig vorspringenden Anschlagfläche, zumindest zwei mit einem Dämpfungsmedium gefüllte, jeweils durch eine Anpressplatte und eine elastische Wand begrenzte, keilförmige Arbeitskammern, wobei jede Arbeitskammer mit einer zugeordneten Ausgleichskammer durch zumindest eine Überströmöffnung in einer Wirkverbindung steht.

In den deutschen Patentschriften DE 40 18 596 C2, DE 44 04 311 C1 und DE 44 00 564 C1 sind beispielsweise solche drehelastische Kupplungen beansprucht, deren Dämpfungsvermögen im Wesentlichen durch ringförmig ausgebildete Federkörper aus elastomerem Werkstoff vorgegeben wird. Diese hochelastischen Elastomerteile verbinden die Kurbelwelle mit der Riemenscheibe und bewirken im gesamten Drehzahlbereich eine Entkopplung. Durch dieses "Abkoppeln" der Riemenscheibe von der Kurbelwelle verschiebt sich die Resonanzdrehzahl des Riementriebs unter die Leerlaufdrehzahl des Motors. Die Schwingungsamplituden der Nebenaggregate werden kleiner. Um diese schwingungstechnische Entkopplung zwischen Antriebs- und Abtriebsseite zu erzielen, werden diese drehelastischen Kupplungen in der Regel überkritisch betrieben, d. h. zum Erreichen des Betriebszustandes muss die Resonanzdrehzahl des schwingungsfähigen Systems, gebildet aus Antrieb, Kupplung und angetriebenem Aggregat, durchfahren werden. Dabei treten vergleichsweise große Schwingungsamplituden auf. Diese beeinträchtigen die Lebensdauer der betroffenen Bauteile, insbesondere die Gebrauchsdauer des Riementriebs, und verursachen ferner eine erhöhte Geräuschentwicklung des Antriebs. Man ist daher bestrebt, insbesondere im Bereich der Resonanzdrehzahl auftretende Schwingungsamplituden möglichst wirkungsvoll zu dämpfen.

Zur Dämpfung von Drehschwingungen an Kurbelwellen ist schon aus DE 937 319 C1, DE 751 165 C1 und DE 742 778 C1 bekannt, eine federnde Reibverbindung zwischen einer Dämpfermasse der Kurbelwelle zu nutzen, die durch den axialen Anpressdruck einer Kreisscheibenmembran hergestellt wird. Zur Verzögerung der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges sind Innenbackenbremsen gebräuchlich, bei denen ein Bremsbelag radial nach außen gegen die Gegenfläche einer mit dem Rad umlaufenden Bremstrommel gepresst wird.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung so anzugeben, dass die schwingungsdämpfenden Eigenschaften der Kupplung, insbesondere ihr Vermögen große Schwingungsamplituden zu dämpfen, verbessert werden und eine hohe Betriebssicherheit sowie Verfügbarkeit der Kupplung erhalten bleiben. Die Dämpfungseinrichtung soll möglichst einfach in vorhandene drehelastische Kupplungen mit ringförmigen Elastomerfederkörpern integriert werden können und sich durch geringe Kosten auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung mit den technischen Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche Bezug.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird gebildet durch einen äußeren Ring und einen inneren Ring, die einander in radialem Abstand umschließen um einen Ringspalt zu bilden und die um eine Rotationsachse relativ zueinander drehbar gelagert sind, zumindest einen im Ringspalt an dem einen der Ringe festgelegten Anpresskörper einer in Umfangsrichtung stetig vorspringenden Anschlagfläche, zumindest eine durch elastische, deformierbare Wände begrenzte, mit einem Dämpfungsmedium gefüllte Arbeitskammer, die an dem anderen der Ringe festgelegt ist und einem zu dem einen der Ringe zugewandten Wandabschnitt mit einem Reibbelag belegt ist, der in einem nicht dämpfenden Zustand mit einer den Ringspalt begrenzenden Gegenfläche dieses einen Ringes einen radialen Abstand einschließt, so dass bei einer Relativverdrehung der Ringe die Anschlagfläche an die Wandfläche der zumindest einen Arbeitskammer unter Deformierung derselben derart anpressbar ist, dass der Reibbelag an die Gegenfläche anlegbar ist.

Die Erfindung wendet also das Wirkprinzip einer Trommelbremsen zur Dämpfung von Schwingungen bei drehelastischen Kupplungen an. Zur Erzeugung der schwingungsverzehrenden Reibarbeit wird die Amplitude der Drehschwingung in die Anpressung des Reibbelags an die Reibfläche eines Ringes umgesetzt.

Eine sehr gute Dämpfungswirkung wird durch eine Anordnung erzielt, bei der im Ringspalt beiderseits und benachbart des zumindest eine oder eines oder jeden Anpresskörpers zwei oder jeweils zwei Arbeitskammern an dem anderen der Ringe festgelegt sind. Auf diese Weise werden die Arbeitskammern alternierend betätigt und damit die Oszillation um einen Betriebspunkt gedämpft. Beim Durchfahren der Resonanz des Antriebssystems wird die Geräuschentwicklung stark vermindert. Im Ringspalt können natürlich mehrere Anordnungen vorgesehen sein. Entscheidend ist hierbei lediglich, dass jeder Anpresskörper und die mit ihm zusammenwirkenden Arbeitskammern jeweils an unterschiedlichen Ringen befestigt sind, so dass bei Einleitung einer Drehschwingung eine der zumindest zwei Kammern eine Gestaltänderung erfährt und den Reibbelag an die Gegenfläche anpresst.

Die Anordnung der Dämpfungsbauteile im Ringspalt zweier Ringe ermöglicht, dass die Dämpfungseinrichtung einfach in die Konstruktion von bekannten drehelastischen Kupplungen integrierbar ist. Für die Herstellung ist es günstig, wenn die Arbeitskammern durch einen Ringschlauch gebildet sind und der Reibbelag zwischen zwei benachbarten Kammern ineinander übergehend ausgebildet und an dem anderen der Ringe festgelegt ist für den Ringschlauch kommen verschiedene Materialien in Frage. Der Ringschlauch kann beispielsweise aus Metall oder Kunststoff ausgeführt sein.

Da die Dämpfungseinrichtung ein zusätzliches Bauteil einer drehelastischen Kupplung darstellt, wird deren Betriebssicherheit nicht beeinträchtigt. Die stetig vorspringende Anschlagfläche des Anpresskörpers gewährleistet, dass im Dämpfungsbetrieb die Verformung der Wand und die damit einhergehende Gestaltänderung in der Arbeitskammer im Ringspalt nicht abrupt verläuft. Dies ist günstig für die Lebensdauer der Dämpfungseinrichtung. Durch die Befüllung der Arbeitskammern mit kompressiblen oder nicht kompressiblen Dämpfungsmedien kann das Dämpfungsverhalten optimal angepasst werden. Je nach gewünschter Dämpfungswirkung kann in Richtung der Rotationsachse gesehen die Dämpfungseinrichtung auch durch mehrere parallel geschaltete Einrichtungen gebildet sein.

Die Begrenzung des Verdrehwinkels der Relativverdrehung kann durch die drehelastische Kupplung oder durch Anschläge erfolgen.

Je nach gewünschter Dämpfungswirkung kann es von Vorteil sein, wenn die Anschlagfläche eines jeden Anpresskörpers in nicht dämpfenden Zustand mit der benachbarten Gegenfläche einer Arbeitskammer einen Umfangsabstand einschließt, oder diese berührt. Mit der erstgenannten Ausführung erreicht man, dass die Dämpfungswirkung erst nach Überschreiten einer bestimmten Grenzamplitude, dh. erst nach Durchlaufen eines Freiweges eintritt. Dabei kann der Umfangsabstand zu benachbarten Kammern gleich groß oder unterschiedlich bemessen sein. Bei der zweitgenannten Ausführung setzt die Dämpfungswirkung unmittelbar ein.

Von Vorteil ist, wenn der Anpresskörper durch einen Nocken gebildet wird und jede Nockenflanke jeweils an eine Gegenfläche einer Wand anpressbar ist. Dadurch kann die Anpressung des Reibbelages und damit die Dämpfungswirkung als Funktion der Amplitude durch die Krümmung der Nockenflanke vorgegeben werden. Ein stetiger Verlauf ist von Vorteil.

Um den betriebsbedingten Verschleiß der elastischen Wand zu verringen, ist es von Vorteil, wenn der Anpresskörper durch einen Wälzkörper gebildet wird.

Ferner ist von Vorteil, wenn die Arbeitskammern mit einer verschließbaren Öffnung zum Befüllen oder Entlüften versehen sind. Dies erleichtert Herstellung und Betrieb der Dämpfungseinrichtung.

Für ein zusammendrückbares Dämpfungsmedium kommen verschiedene technische Gase in Frage. Ein nicht zusammendrückbares Dämpfungsmedium kann beispielsweise durch eine hydraulische Flüssigkeit, besonders bevorzugt durch ein Hydrauliköl gebildet sein. Denkbar sind auch Schmierstoffe und Schmierstoffe die einen Feststoff feiner Körnung enthalten.

Mit Vorteil ist bei einer drehelastischen Kupplung zumindest eine Dämpfungseinrichtung in einer funktionstechnischen Parallelschaltung zu einem Federkörper angeordnet. Die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung, die die schwingungsverzehrende Reibarbeit erzeugt, bewirkt in Verbindung mit dem Elastomerkörper der Kupplung eine optimale Dämpfung und Geräuschunterdrückung des Antriebssystems im Resonanzbereich.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in deren Figuren verschiedene Ausführungsformen sowie die Anordnung der Dämpfungseinrichtung in einer drehelastischen Kupplung schematisch dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 3 bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung in einer Seitenansicht,

Fig. 4 die Anordnung der erfindungsgemäßen Dämpfungseinrichtung in einer drehelastischen Kupplung.

Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, bei der der Anpresskörper 4 als Nocken 18 ausgebildet ist. Die Dämpfungseinrichtung umfasst einen äußeren Ring 3 und einen inneren Ring 2, die einander in einem radialen Abstand umschließen, um einen Ringspalt 13 zu bilden. Die Ringe 2, 3 sind konzentrisch um eine Rotationsachse 1 angeordnet und relativ zueinander drehbar. In der Ausführung gemäß Fig. 1 ist der Anpresskörper 4 Teil des äußeren Rings 3. Jeweils beidseits dieses Anpresskörpers sind Arbeitskammern 5, 5' im Ringspalt angeordnet und an dem anderen der Ringe, dem Ring 2, festgelegt. Die Arbeitskammern 5, 5' werden durch eine elastische Wand 7 umschlossen, die durch einen Ringschlauch 12 realisiert sind. Ein Bördel 6 legt die beiden durch Klemmung am inneren Ring 2 fest. Jede der Arbeitskammern 5, 5' ist in einem zu dem einen der Ringe zugewandten Abschnitt - in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist es Ring 3 - mit einem Reibbelag 8 belegt. Wie aus Fig. 3 deutlich erkennbar, ist der Reibbelag 8 zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern 5 und 5''' bzw. 5' und 5" durchgehend ausgebildet und an dem anderen Ring, dem Ring 2, durch einen Bördel 6 festgelegt. Bei Einleitung einer Drehschwingung kommt es zu einer Relativverdrehung der Ringe, die in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 27 angezeigt ist. Bei einer genügend großen Relativverdrehung, bei der der Umfangsabstand 15 überschritten wird, kommt es je nach Schwingungsrichtung zu einer Anpressung und zu einer Formänderung der elastischen Wand 7 einer der Arbeitskammern 5, 5' (In den Fig. 1 bis 4 ist der unverformte Zustand dargestellt). Die Arbeitskammern sind mit dem inneren Ring fest verbunden und mit einem Dämpfungsmedium gefüllt. Die Anpressung bewirkt eine Aufweitung der Kammer im Ringspalt 13. Der radiale Abstand 16 zwischen Reibbelag 8 und Gegenfläche 9 des äußeren Rings 3 verringert sich bis hin zur Anlage bei genügend großer Relativverdrehung der Ringe. Je nach Dämpfungsmedium, Elastizität der Wand und Amplitude der Torsionsschwingung bewirkt die Reibung zwischen Belag 8 und Gegenfläche 9 eine Dämpfung der Drehschwingung.

Für die Betriebssicherheit und Lebensdauer der Vorrichtung ist es günstig, wenn die Gleitreibung zwischen der Anschlagfläche 14 und der elastischen Wand 7 durch eine Wälzreibung ersetzt wird, was in Fig. 2 dargestellt ist. Der Anpresskörper 4 ist hier ein Wälzkörper 19, der durch ein Stützteil 11 am äußeren Ring 3 festgelegt ist. Die Anordnung von Anpresskörper 4 und Arbeitskammern 5, 5' kann im Ringspalt natürlich wechseln. So kann der Anpresskörper 4 am inneren der Ringe 2 und die Arbeitskammern können an dem äußeren Ring 3 festgelegt sein. Bei dieser Ausführung bildet dann die Außenumfangsfläche des inneren Rings 2 die Gegenfläche 9, an der der Reibbelag anlegbar ist. Wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, sind die Arbeitskammern mit einer Öffnung 22 versehen, durch die die Kammern mit Dämpfungsmedium befüllbar bzw. entlüftbar sind.

In Fig. 4 ist die Anordnung der Dämpfungseinrichtung 10 in einer drehelastischen Kupplung 20 in einer Teilschnittdarstellung gezeigt. Die Abkopplung der Riemenscheibe 24 vom innenliegenden Nabenring 25 erfolgt durch anvulkanisierte, gummielastische Federkörper 21, 21'. Sämtliche Ringe der im Schnitt dargestellten drehelastischen Kupplung sind konzentrisch zur Drehachse 1 angeordnet. Ein Z-förmiger Mittelring stützt durch ein Gleitlager die Riemenscheibe 24. Die erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung ist zwischen der Riemenscheibe 24 und einem innenliegenden Ansatz des Z- förmigen Mittelringes abgestützt. Wie in Fig. 4 sehr gut erkennbar, wirkt die Dämpfungseinrichtung 10 in einer funktionstechnischen Parallelschaltung zu dem drehelastischen Federkörper 21. Dieser Federkörper 21 begrenzt im dargestellen Ausführungsbeispiel die Relativverdrehbarkeit der Ringe 2, 3 der Dämpfungseinrichtung. Selbstverständlich ist es möglich, bei einer drehelastischen Kupplung 20 axial mehrere Dämpfungseinrichtungen 10 vorzusehen. Die Gesamtdämpfungswirkung ergibt sich dann aus dieser funktionstechnischen Parallelschaltung. Die Übertragung des Drehmoments zwischen Nabenring 25 und Riemenscheibe 24 erfolgt unter elastischer Auslenkung der Federkörper 21 und 21'. Die Dämpfungseinrichtung 10 ist an der Drehmomentübertragung nicht beteiligt.

Claims

1. Dämpfungseinrichtung für eine drehelastische Kupplung, umfassend einen äußeren Ring (3) und einen inneren Ring (2), die einander in radialem Abstand umschließen um einen Ringspalt (13) zu bilden und die um eine Rotationsachse (1) relativ zueinander drehbar gelagert sind, zumindest einen im Ringspalt an dem einen der Ringe festgelegten Anpresskörper (4) mit einer in Umfangsrichtung stetig vorspringenden Anschlagfläche (14),
zumindest eine durch elastische, deformierbare Wände (7) begrenzte, mit einem Dämpfungsmedium gefüllte Arbeitskammer (5; 5'; 5"; 5'''), die an dem anderen der Ringe festgelegt ist, und an einem zu dem einen der Ringe zugewandten Wandabschnitt mit einem Reibbelag (8) belegt ist, der in einem nicht dämpfenden Zustand mit einer den Ringspalt begrenzenden Gegenfläche (9) dieses einen Ringes einen radialen Abstand (16) einschließt,
so dass bei einer Relativverdrehung der Ringe (2, 3) die Anschlagfläche (14) an die Wandfläche der zumindest einen Arbeitskammer (5, 5'; 5"; 5''') unter Deformierung derselben derart anpressbar ist, dass der Reibbelag (8) an die Gegenfläche (9) anlegbar ist.

2. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Ringspalt (13) beiderseits und benachbart des zumindest einen oder eines jeden Anpresskörpers (4) zwei oder jeweils zwei Arbeitskammern (5, 5'; 5", 5''') an dem anderen der Ringe festgelegt sind.

3. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände (7) der Arbeitskammer (5; 5'; 5"; 5''') durch einen Ringschlauch (12) gebildet sind.

4. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (8) zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern (5''', 5; 5', 5") durchgehend ausgebildet ist und an dem anderen der Ringe festgelegt ist.

5. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nicht dämpfenden Zustand die Anschlagfläche (14) mit der elastischen Wand (7) einer Arbeitskammer (5, 5'; 5", 5''') einen Umfangsabstand (15) einschließt.

6. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nicht dämpfenden Zustand die Anschlagfläche (14) die elastische Wand (7) der oder jeder Arbeitskammer (5, 5'; 5", 5''') berührt.

7. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpresskörper (4) als Nocken (18) ausgebildet ist.

8. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpresskörper (4) durch einen Wälzkörper (19) gebildet ist.

9. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitskammer (5, 5', 5", 5''') mit einer verschließbaren Öffnung (22) zum Befüllen oder Entlüften versehen ist.

10. Dämpfungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium ein Gas ist.

11. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium eine hydraulische Flüssigkeit ist.

12. Dämpfungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium ein Schmierstoff ist.

13. Dämpfungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff Feststoffe feiner Körnung enthält.

14. Drehelastische Kupplung, bei der eine Dämpfungseinrichtung (10) gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 13 vorgesehen ist.

15. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Dämpfer in einer funktionstechnischen Parallelschaltung zu einem Federkörper (21) angeordnet ist.

16. Drehelastische Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Federkörper (21) durch ein Elastomer gebildet ist.