DE102010022255A1

DE102010022255A1 - Drehschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102010022255A1
Application number: DE102010022255A
Authority: DE
Inventors: Frank Ferderer; Ad Dr. Kooy; Patrick Nikola; Boris Dr. Ryzhik; Rainer Hannappel
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von zumindest einem Energiespeicher verdrehbaren Bauelementen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Durch die US-PS 5,377,796 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler bekannt geworden, bei dem ein Drehschwingungsdämpfer verwendet wird, dessen Energiespeicher aus einer äußeren Schraubenfeder und einer darin aufgenommenen Innenschraubenfeder bestehen.
Derartige Energiespeicher werden auch, wie dies aus der US-PS 5,367,919 zu entnehmen ist, bei aus mehreren Massen bestehenden Schwungrädern verwendet. Dies ist beispielsweise auch bekannt geworden durch die DE 41 17 582 A1 , die DE 42 14 655 A1 , die DE 44 14 584 A1 , die DE 44 20 927 A1 und die DE 195 22 718 A1 . Dabei wird das Motormoment von der Primärschwungmasse über ein Federsystem, bestehend aus mehreren sogenannten Bogenfedern, in die Sekundärschwungmasse bzw. weiter in Richtung Getriebe übertragen. Die Energiespeicher sind dabei zwischen der mit einem Antriebsmotor verbindbaren Primärschwungmasse und der mit einem Getriebe über eine Kupplung verbindbaren Sekundärschwungmasse vorgesehen, und zwar derart, dass zwischen den beiden Schwungmassen eine Relativverdrehung entgegen der Wirkung der Energiespeicher ermöglicht ist. Die Energiespeicher werden bei einer Relativverdrehung zwischen den beiden Schwungmassen durch die an diesen vorgesehenen Beaufschlagungsbereichen komprimiert.
Derartige Drehschwingungsdämpfer finden beispielsweise Verwendung bei so genannten Zweimassenschwungrädern. Diese verfügen über ein so genanntes Primärblech als Eingangsteil für die erste Schwungmasse, wobei dieses Primärblech im Allgemeinen an die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeschraubt oder auf sonstige Weise angebracht wird. Dieses Primärblech bildet dann zusammen mit weiteren Bauteilen die erste Schwungmasse, die den gehäuseartigen Abschnitt bildet, indem dann beispielsweise Schraubenfedern als Kraftspeicher aufgenommen sind. Dieses Primärblech hat eine kritische Biege-Eigenfrequenz. Dabei wirkt die Axialdynamik an der Kurbelwellenanschraubfläche als Anregungsmechanismus für das Primärblech. Diese Axialdynamik ergibt sich aus der Durchbiegung der Kurbelwelle infolge der Zündkräfte und Massenkräfte. Im Allgemeinen ist das Primärblech den gestellten Anforderungen gewachsen. Es gibt jedoch auch besonders kritische Anwendungen, bei denen beispielsweise im Stand der Technik entweder ein Schmiedeteil oder auch so genannte Flexplates zum Einsatz kommen. Diese Ausführungsformen haben jedoch Nachteile hinsichtlich der Kosten.
Sofern diese Eigenfrequenzen innerhalb des Fahrbereichs oder nur unzureichend oberhalb zu liegen kommen, kann dies zu Schwingungsamplituden bzw. Materialspannungen an der Primärscheibe oder am Primärblech führen, die dieses nicht mehr lebensdauerfest ertragen kann.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Drehschwingungsdämpfer der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei denen kritische Biegeschwingungen reduziert sind, und zwar möglichst in allen auftretenden Betriebsbedingungen. Auch soll gewährleistet sein, dass eine besonders einfache Montage sowie kostengünstige Herstellung von Drehschwingungsdämpfern möglich ist.
Gemäß der Erfindung wird dies durch eine Anordnung gemäß insbesondere dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erzielt. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäß angebrachte Tilger ist auf die kritische Biege-Eigenfrequenz des Primärblechs abgestimmt. Der Zweck dieses zusätzlich angebrachten Tilgers besteht nun darin, die Schwingungsamplituden der Primärscheibe zu reduzieren; die Schwingungsenergie wird sozusagen auf den Tilger umgeleitet.
Für einen Tilger ist grundsätzlich eine federnd angebundene Masse notwendig. Als Masse sind verschiedene Möglichkeiten denkbar. Im einfachsten Fall kann zum Beispiel der im Normalfall vorhandene Zahnkranz für den Anlasser verwendet werden. Der Zahnkranz muss allerdings in Umfangsrichtung steif bzw. fest an die Primärscheibe angebunden sein, so dass er das Drehmoment des Anlassers auf die Primärseite des Zweimassenschwungrades übertragen kann. Axial zu dieser Richtung, also parallel zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers, wird der Zahnkranz mit einer definierten Steifigkeit angebunden. Dabei wird die Steifigkeit so gewählt, dass sich eine Tilgungsfrequenz einstellt, die der kritischen Biege-Eigenfrequenz entspricht. Zusätzlich kann dem Tilger eine Reib- bzw. Dämpfungseinrichtung überlagert werden. Diese Energiesenke kann notwendig sein, um die Amplituden der beiden sich ergebenden Nebenmaxima zu minimieren bzw. im Idealfall zu unterdrücken.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung.
Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Dämpfungseinrichtung,
2 einen teilweise dargestellten Schnitt gemäß der Linie II/II der 1,
3 einen Halbschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer, und
4 eine Draufsicht auf das Dämpfungsblech.
Der in den 1 und 2 teilweise dargestellte Drehschwingungsdämpfer bildet ein geteiltes Schwungrad 1, das eine an einer nicht gezeigten Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine befestigbare erste oder Primärschwungmasse 2 sowie eine zweite oder Sekundärschwungmasse 3 aufweist. Auf der zweiten Schwungmasse 3 ist eine Reibungskupplung unter Zwischenlegung einer Kupplungsscheibe befestigbar, über die eine ebenfalls nicht dargestellte Eingangswelle eines Getriebes zu- und abkuppelbar ist. Die Schwungmassen 2 und 3 sind über eine Lagerung 4 zueinander verdrehbar gelagert, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel radial außerhalb von Bohrungen 5 zur Durchführung von Befestigungsschrauben für die Montage der ersten Schwungmasse 2 an der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Bohrungen 5 zur Durchführung von Befestigungsschrauben für die Montage der ersten Schwungmasse 2 an der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine können auch radial außerhalb der Lagerung angeordnet sein, wobei das als Beispiel dargestellte Kugellager für die Lagerung 4 auch durch ein Gleitlager, als Bestandteil einer Gleitlagerung, ersetzt werden kann. Zwischen den beiden Schwungmassen 2 und 3 ist eine Dämpfungseinrichtung 6 wirksam, die Energiespeicher 7 umfasst, von denen zumindest einer durch Schraubendruckfedern 8, 9 gebildet ist. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ist die Schraubendruckfeder 9 praktisch vollständig in dem durch die Windungen 8a der Feder 8 gebildeten Raum aufgenommen oder mit anderen Worten die beiden Schraubenfedern 8 und 9 sind über ihre Längserstreckung betrachtet im wesentlichen ineinander geschachtelt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die in Umfangsrichtung betrachtete winkelmäßige Erstreckung bzw. Länge 11 des in der Schraubenfeder 8 aufgenommenen Abschnittes 10 der Schraubenfeder 9 geringer als die Erstreckung 12 der äußeren Schraubenfeder 8. Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn der Abschnitt 10 der Feder 9 um einen Betrag gegenüber der äußeren Feder 8 kürzer ist, der in der Größenordnung zwischen 30 und 90 Winkelgrad, vorzugsweise im Bereich von 45 bis 70 Winkelgrad liegt. Die Differenzlänge bzw. der Differenzwinkel kann jedoch auch größer oder kleiner sein. Die beiden Federn oder Schraubenfedern 8 und 9 können jedoch auch die gleiche winkelmäßige Erstreckung, das heißt die gleiche Länge, aufweisen. Weiterhin können die Schraubenfedern zumindest annähernd auf den Krümmungsradius vorgebogen sein, auf dem sie angeordnet werden. Dies erleichtert zum einen die Montage der Schraubenfedern 8 und 9 und senkt deren Belastung im Betriebsfall.
Die beiden Schwungmassen 2 und 3 besitzen Beaufschlagungsbereiche 14, 15 bzw. 16 für die Energiespeicher 7. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Beaufschlagungsbereiche 14, 15 durch in die die erste Schwungmasse 2 bildenden Blechteile 17, 18 eingebrachte Anprägungen gebildet. Die axial zwischen den Beaufschlagungsbereichen 14, 15 vorgesehenen Beaufschlagungsbereiche 16 sind durch zumindest ein mit der Sekundärschwungmasse 3, beispielsweise über Niete 19, verbundenes flanschartiges Beaufschlagungsbauteil 20 gebildet. Dieses Bauteil 20 dient als Drehmomentübertragungselement zwischen den Energiespeichern 7 und der Schwungmasse 3. Die Beaufschlagungsbereiche 16 sind durch am Außenumfang des flanschartigen Beaufschlagungsmittels 20 vorgesehene radiale Arme bzw. Ausleger 16 gebildet. Das zum Beispiel durch Kaltumformung von Blechmaterial hergestellte Bauteil 17 dient zur Befestigung der ersten Schwungmasse 2 bzw. des gesamten geteilten Schwungrades 1 an der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine. Radial außen ist das Bauteil 17 mit dem ebenfalls aus Blech hergestellten Bauteil 18 verbunden. Die beiden Bauteile 17 und 18 bilden einen ringförmigen Raum 21, der einen torusartigen Bereich 22 aufweist. Der ringförmige Raum 21 bzw. der torusartige Bereich 22 kann zumindest teilweise mit einem viskosen Medium, wie beispielsweise Fett, gefüllt sein. In Umfangsrichtung betrachtet zwischen den Anformungen bzw. den Beaufschlagungsbereichen 14, 15 bilden die Bauteile 17, 18 Ausbuchtungen 23, 24, die den torusartigen Bereich 22 begrenzen und die Energiespeicher 7 aufnehmen, sowie sowohl in radialer als auch in axialer Richtung führen. Zumindest bei rotierender Einrichtung 1 stützen sich zumindest die Windungen der Federn 8 an den den torusartigen Bereich 22 radial außen begrenzenden Bereichen des Bauteiles 17 und/oder 18 ab. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein durch wenigstens eine gehärtete Blechzwischenlage bzw. Blecheinlage gebildeter Verschleißschutz 25 vorgesehen, an dem sich zumindest die Federn 8 radial abstützen. Der Verschleißschutz 25 erstreckt sich in Umfangsrichtung in vorteilhafter Weise zumindest über die gesamte Länge bzw. Winkelerstreckung der entspannten Energiespeicher 7. Infolge der fliehkraftmäßigen Abstützung der Windungen zumindest der Federn 8 wird zwischen diesen Windungen und den mit diesen in Reibeingriff stehenden Bauteilen eine drehzahlabhängige Reibungsdämpfung bei einer Längenänderung bzw. Kompression der Energiespeicher 7 bzw. der Schraubenfedern 8 erzeugt.
Radial innen trägt das sich radial erstreckende Bauteil 17 ein Zwischenteil bzw. eine Nabe 26, das bzw. die den inneren Lagerring des Kugellagers 4 aufnimmt bzw. trägt. Der äußere Lagerring des Kugellagers 4 trägt die Schwungmasse 3.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, können die Beaufschlagungsbereiche 16 winkelmäßig kleiner ausgebildet sein als die die Energiespeicher 7 in Umfangsrichtung positionierenden Beaufschlagungsbereiche 14, 15, so dass ausgehend von der in 2 dargestellten theoretischen Ruhestellung bzw. Ausgangsstellung eine geringe Verdrehung in beide Drehrichtungen der Schwungmassen 2 und 3 zueinander ohne Federwirkung möglich ist.
In 3 ist wiederum im Halbschnitt schematisch dargestellt ein geteiltes Schwungrad 1 zu erkennen, mit einer Primärmasse 2 und einer Sekundärmasse 3, die über eine Lagerung 4, die hier als Gleitlagerung ausgeführt ist, verdrehbar zueinander gelagert sind. Ebenfalls dargestellt ist der aus den Blechteilen 17 und 18 gebildete, gehäuseartige Abschnitt, der die Energiespeicher 7 aufnimmt. An dem der zweiten Schwungmasse abgewandten Blechteil 17 ist mittels einer Vernietung 29 eine Tilgerfeder 28 angenietet, die radial außen den Anlasserzahnkranz 27 trägt. Der Anlasserzahnkranz 27 ist mit der Tilgerfeder in geeigneter Weise, beispielsweise über eine Schweißnaht, verbunden. Zwischen dem Blechteil 17 und der Tilgerfeder 32 sowie zwischen dem Blechteil 17 und dem Anlasserzahnkranz 27 verbleibt jeweils in Ruhestellung ein Spiel 32, das beispielsweise zwischen 0,3 und 3 mm, insbesondere ca. 0,5 mm, beträgt.
Zwischen einem sich in Axialrichtung erstreckenden radial äußeren Bereich des Blechteils 17 und dem radial inneren Bereich des Anlasserzahnkranzes 27 ist ein Dämpfungsblech 30 angeordnet, das vorzugsweise fest mit dem Blechteil 27 verbunden ist, mit in 4 dargestellten Federzungen 33 am radial inneren Bereich des Anlasserzahnkranzes 27 federnd anliegt und bei einer Axialbewegung des Anlasserzahnkranzes 27 bezüglich des Blechteils 17 eine Reibkraft bewirkt. Das Dämpfungsblech 30 kann als ringförmiges Bauteil auf den radial äußeren Bereich des Blechteils 17 aufgeschoben und gegebenenfalls mit diesem verbunden sein.
Die Axialbewegung des Anlasserzahnkranzes 27 kann beispielsweise durch einen Axialanschlag 31 zumindest in einer Richtung begrenzt werden, wobei dieser Axialanschlag 31 im Extremauslenkungsfall an dem Dämpfungsblech 30 anschlägt.
Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, weist das Dämpfungsblech in der Draufsicht etwa U-förmige Ausnehmungen auf, die jeweils eine Federzunge 33 begrenzen. Diese Federzungen sind mit einer ersten Abknickung aus dem Dämpfungsblech 30 radial nach außen geführt und mit einer zweiten Abknickung 35, die in entgegengesetzter Richtung verläuft, wieder im Wesentlichen in Umfangsrichtung zurückgeführt, so dass eine Anlagefläche für den Zahnkranz 27 gebildet ist.
Der Anlasserzahnkranz 27 kann somit bei auftretenden Biegebelastungen sich über die Tilgerfeder 28 im Wesentlichen in Axialrichtung bezüglich des Blechteils 17 bewegen, wobei dieser Bewegung eine Hysterese durch das Dämpfungsblech 30 überlagert wird.
Bezugszeichenliste

1: geteiltes Schwungrad
2: Primärschwungmasse
3: zweite Schwungmasse
4: Lagerung
5: Bohrungen
6: Dämpfungseinrichtung
7: Energiespeicher
8: Schraubendruckfeder
9: Schraubendruckfeder
10: Abschnitt
11: winkelmäßige Erstreckung
12: Erstreckung
14: Beaufschlagungsbereich
15: Beaufschlagungsbereich
16: Beaufschlagungsbereich
17: Blechteil
18: Blechteil
19: Niete
20: flanschartiges Bauteil
21: ringförmiger Raum
22: torusartiger Bereich
23: Ausbuchtung
24: Ausbuchtung
25: Verschleißschutz
26: Zwischenteil bzw. Nabe
27: Anlasserzahnkranz
28: Tilgerfeder
29: Vernietung
30: Dämpfungsblech
31: Axialanschlag
32: Spiel
33: Federzunge
34: erste Abknickung
35: zweite Abknickung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5377796 [0002]
- US 5367919 [0003]
- DE 4117582 A1 [0003]
- DE 4214655 A1 [0003]
- DE 4414584 A1 [0003]
- DE 4420927 A1 [0003]
- DE 19522718 A1 [0003]

Claims

Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei entgegen dem Widerstand von zumindest einem Energiespeicher verdrehbaren Bauelementen (2, 3), die Beaufschlagungsbereiche (14, 15, 16) zur Komprimierung des Energiespeichers (7) besitzen, wobei der Energiespeicher (7) aus zumindest einer Schraubenfeder (8, 9) besteht, wobei zumindest eines der zueinander verdrehbaren Bauelemente (2, 3) einen aus zwei Bauteilen (17, 18) gebildeten, gehäuseartigen Abschnitt besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem gehäuseartigen Abschnitt bzw. auf dem Blechteil (17) ein Tilger angeordnet ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger als Axialtilger ausgeführt ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasserzahnkranz (27) zumindest im Wesentlichen die Tilgermasse bildet.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger bzw. Anlasserzahnkranz (27) auf einer Tilgerfeder (28) aufgenommen ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgerfeder (28) mit dem Blechteil (17) zumindest in Umfangsrichtung fest verbunden ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgerfeder (28) mit dem Blechteil (27) mittels einer Vernietung (29) verbunden ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung ein Dämpfungsblech (30) aufweist, das radial zwischen dem Blechteil (17) und dem Anlasserzahnkranz (27) angeordnet ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsblech (30) zumindest eine Federzunge (33) aufweist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger einen Axialanschlag (31) aufweist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialanschlag (31) mit dem Dämpfungsblech (30) zusammenwirkt.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger einen Axialschwingbereich zwischen 0,2 und 6 mm aufweist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Tilgerfeder (28) und dem Blechteil (17) ein Spiel (32) vorgesehen ist, das in Axialrichtung vorzugsweise zwischen 0,2 und 3 mm beträgt.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) aus wenigstens zwei Schraubenfedern (8, 9) besteht, von denen die eine, erste Schraubenfeder (9) zumindest teilweise innerhalb des durch die Windungen der anderen, zweiten Schraubenfeder (8) gebildeten Hohlraums aufgenommen ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der ersten Schraubenfeder (9) einen anderen Wickelsinn besitzen als die Windungen der zweiten Schraubenfeder (8).
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schraubenfedern (8, 9) im entspannten Zustand eine vorgekrümmte Form aufweist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (7) ein großes Längen-Außendurchmesser-Verhältnis aufweist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Bestandteil eines aus mehreren Massen bestehenden Schwungrades (1) ist oder ein solches bildet.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschwingungsdämpfer Bestandteil einer Doppelkupplungsanordnung ist.