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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer zur Verwendung mit eine rotierenden Antriebswelle. Insbesondere betrifft sie einen Drehschwingungsdämpfer mit einer Mehrzahl von Massegliedern, die im zusammengebauten Zustand auf einer rotierenden Antriebswelle für ein Motorfahrzeug befestigbar ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist bekannt, dass rotierende Antriebswellen und Längswellen oft im Antriebsstrang von modernen Kraftfahrzeugen einschließlich Personenkraftwagen verwendet werden. Insbesondere ist bekannt, dass rotierende Antriebswellen dazu verwendet werden, die Vorderräder von Fahrzeugen mit Vorderradantrieb anzutreiben und dass Längswellen zum Antreiben des Heckantriebssystems bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb benutzt werden. Durch das Studium der Drehbewegung der rotierenden Antriebswelle ist bekannt, dass es zu einer unausgeglichenen Drehung bei bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeiten kommen kann. Als Folge einer unausgeglichenen Drehung können unerwünschte Schwingungen in der rotierenden Antriebswelle induziert werden. Diese unerwünschten Schwingungen gehen einher mit Biege- und Torsionskräften innerhalb der Antriebswelle während der Drehung.
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Es versteht sich, dass Biege- und Torsionskräfte aufgrund der unausgeglichenen Drehung der rotierenden Antriebswellen während des Betriebs des Antriebsstrangs der Fahrzeuge nicht erwünscht sind. Zur Unterdrückung der unerwünschten Schwingungen, die in der rotierenden Antriebswelle aufgrund der unausgeglichenen Drehung induziert werden, ist die Verwendung von verschiedenen Drehschwingungsdämpfern und Massedämpfern bekannt.
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Drehschwingungsdämpfer werden oft direkt auf der rotierenden Antriebswelle installiert oder in diese eingefügt. Die Drehschwingungsdämpfer sind so konstruiert, dass sie eine vorbestimmte Schwingungsfrequenz aufweisen, die an die dominierende Frequenz der schädlichen Schwingungen angepaßt ist. Der Drehschwingungsdämpfer wandelt die Schwingungsenergie der rotierenden Antriebswelle durch Resonanz um und absorbiert schließlich die Schwingungsenergie der rotierenden Antriebswelle. Kurz gesagt, der Drehschwingungsdämpfer dient dazu, Schwingungen zu eliminieren, die bei normalem Betrieb des Antriebsstrangs des Fahrzeuges in der rotierenden Antriebswelle induziert werden.
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Es ist bekannt, dass die Auslegung von rotierenden Antriebswellen bei Frontantrieb oft von den durch den Motorraum gegebenen Einschränkungen ahbängt. Die schließlich gewählte Größe und die Auslegung des Drehschwingungsdämpfers müssen daher im Einklang mit der Auslegung des Motorraumes und anderen räumlichen Einschränkungen, des Fahrzeuges sein. Letztlich muß der Drehschwingungsdämpfer in geeigneter Weise den spezifischen Oberschwingungsfrequenzbereich abdecken, der notwendig ist, um den unerwünschten Schwingungen der rotierenden Antriebswelle entgegenzuwirken.
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In den meisten Auslegungen von Antriebssträngen und Motorräumen ist es wünschenswert, die Größe der überwiegenden Zahl von Bestandteilen, einschließlich des Drehschwingungsdämpfers, zu verringern, gleichzeitig aber der erforderlichen Leistung und dem Drehmomentbereich zu genügen. Es ist daher wichtig, einen so kleinen Drehschwingungsdämpfer zu haben, wie dies praktisch machbar ist, während aber gleichzeitig der korrekte schwingungstilgende Frequenzbereich gegeben tat.
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Aus der
DE 43 35 766 A1 ist ein Schwingungstilger zur Verwendung auf dem Außenumfang einer um eine Achse rotierenden und zwei Verdichtungen verbindenden Welle bekannt. Der Schwingungstilger umfasst an den Außenumfang der Welle andrückbare Halbschalen, die durch in Umfangsrichtung verformbare Federelemente aus Gummi mit zwei kreissegmentartig ausgebildeten Trägheitsmassen verbunden sind. Die Trägheitsmassen sind durch Gelenkelemente aufklappbar verbunden und durch zumindest ein Verschlusselement in rinförmiger Form arretierbar.
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Aus der
US 5 660 256 ist ein Schwingungstilger mit einem zylindrischen Masseglied bekannt, das mit Preßsitz auf die Außenfläche einer Welle montiert wird. Der Schwingungstilger hat über den Umfang verteilt mehrere längliche Verbindungselemente, welche sich von einer inneren Oberfläche des Masseglieds nach radial innen erstrecken, so dass des Masseglied mit radialem Abstand gegenüber der Außenfläche der Welle gehalten ist.
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Aus der
US 5 056 763 ist ein Schwingungsdämpfer für eine Welle bekannt, der mehrere Masseglieder aufweist. Radial innen sind die Masseglieder mit einem im Querschnitt C-förmigen elastischen Element verbunden, das auf die Welle aufgeschoben werden kann.
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Das
US-Patent Nr. 5 056 763 von Hamada u. a. offenbart einen Drehschwingungsdämpfer. Dieser Drehschwingungsdämpfer nach Hamada umfaßt zwei ein Paar bildende ringförmige Befestigungsglieder, die in einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind. Der Drehschwingungsdämpfer nach Hamada wird auf die rotierende Antriebswelle aufgebracht und von ihr gestützt. Ein Masseglied ist zwischen dem Paar ringförmiger Befestigungsglieder angeordnet. Zwei ein Paar bildende Verbindungsglieder werden bereitgestellt, um die Enden der Befestigungsglieder mit den Enden des Massegliedes zu verbinden. Es wird angemerkt, dass die Konstruktion des Drehschwingungsdämpfers nach Hamada einzelne Metallklammern erfordert, die auf beiden Seiten und über die ringförmigen Befestigungsglieder zusätzlich aufzubringen sind, um den Drehschwingungsdämpfer an der rotierenden Antriebswelle zu befestigen. Darüber hinaus sind die ringförmigen Befestigungsglieder von dem Masseglied nicht nur in vertikaler sondern auch in horizontaler Richtung beabstandet, wodurch die Gesamtgröße des Drehschwingungsdämpfers zunimmt.
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Das
US-Patent Nr. 5 660 256 von Gallmeyer u. a. wandet sich den vorgenannten Problemen zu, indem es einen Drehschwingungsdämpfer zum Absorbieren von Schwingungen in einer rotierenden Antriebswelle vorschlägt. Der Drehschwingungsdämpfer umfaßt dabei ein Masseglied mit einer Innenoberfläche und einer Außenoberfläche. Eine Mehrzahl von länglichen Verbindungsgliedern erstreckt sich von der Innenoberfläche des Massegliedes jeweils radial nach innen, wodurch eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Befestigungsflächen definiert wird, die direkt mit der Welle in Kontakt stehen. Wie offenbart, ist das Masseglied zylinderförmig ausgebildet und wird über eine Preßpassung direkt auf dem Außenumfang der drehbaren Antriebswelle montiert.
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Während das vorgenannte Patent von Gallmeyer das Problem der unerwünschten Schwingungen in einer rotierenden Antriebswelle angeht und löst, macht die einteilige Konstruktion mit Preßsitz es erforderlich, dass die Montage zum Zeitpunkt des Zusammenbaus der aufnehmenden Antriebswelle und vor dem Einbau in ein Fahrzeug erfolgt. In einigen Fällen kann diese Anforderung zusätzlichen und unerwünschten Arbeits- und Zeitaufwand verursachen.
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Folglich ist ein Bedarf für einen verbesserten Drehschwingungsdämpfer entstanden, der nach dem Zusammenbau und Einbau der aufnehmenden Antriebswelle montiert werden kann.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungsdämpfer vorzuschlagen, der auf einer drehenden Antriebswelle nach deren Zusammenbau und Einbau in ein Fahrzeug befestigbar ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Drehschwingungsdämpfer zum Absorbieren von Schwingungen in einer rotierenden Antriebswelle bereitgestellt, wobei der Drehschwingungsdämpfer eine Anordnung von Massegliedern umfaßt, die eine Mehrzahl von Massegliedern einschließt, wobei jedes Masseglied einzeln in eine Ummantelung aus einem elastischen Werkstoff eingeformt ist und eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche aufweist, und wobei jedes Masseglied erste und zweite Eingriffsmittel aufweist, die jeweils in passende Eingriffsmittel eines anderen Masseglieds eingreifen können. Der Dämpfer schließt auch eine Mehrzahl an länglichen Verbindungsgliedern ein, die sich von der Innenoberfläche des Massegliedes radial nach innen erstrecken, wodurch eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Befestigungsoberflächen definiert wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Masseglieder im zusammengebauten Zustand so auf der drehbaren Antriebswelle befestigbar, dass jede der Mehrzahl der zueinander beabstandeten Befestigungsoberflächen die rotierende Antriebswelle berührt. Die Anordnung von Massegliedern ist ebenfalls von der rotierenden Antriebswelle beabstandet und wird von den Verbindungsgliedern gestützt, um es den Massegliedern zu ermöglichen, in Resonanz zu schwingen. Die Verbindungsglieder werden dadurch einer Druckverformung zwischen den Massegliedern und der rotierenden Antriebswelle ausgesetzt.
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Eine Wirkung der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie einen Drehschwingungsdämpfer bereitstellt, der in seiner Konfiguration kompakt ist, während er gleichzeitig bei Drehung einen inhärenten Oberschwingungsbereich erzeugt, um die unerwünschten Schwingungen zu dämpfen, die durch die rotierende Antriebswelle erzeugt werden.
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Eine weitere Wirkung der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen Drehschwingungsdämpfer vorschlägt, der Veranderungen im Oberschwingungsfrequenzbereich durch Hinzufügen oder Weglassen einer bestimmten vorbestimmten Anzahl von sich radial erstreckenden Verbindungsgliedern ermöglicht.
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Darüber hinaus gelingt es der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, der Veränderungen im Oberschwingungsfrequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers durch Modifizierungen der Seitenlänge der Verbindungsglieder ermöglicht.
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Nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, bei dem die rechteckigen Verbindungsglieder gleichmäßig voneinander entlang der Innenoberfläche der zylinderformigen Massegliedes beabstandet sind.
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Nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Drehschwingungsdämpfer vorgeschlagen, bei dem die Verbindungsglieder aus der integralen elastischen Materialummantelung gebildet werden, die die Gesamtheit der Innen- und Außenoberflächen der teilzylinderförmigen Masseglieder bedeckt.
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Darüber hinaus sieht eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor, einen Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, bei dem die Masseglieder Einlegeteile darstellen und integral mit den Verbindungsgliedern geformt sind.
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Die vorgenannten Ziele sowie weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Berücksichtigung der begleitenden Zeichnungen offenkundig.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Querschnitt der Drehschwingungsdämpferanordnung nach der vorliegenden Erfindung, die eine mögliche Konfiguration der Verbindungsglieder darstellt;
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2 ist ein Querschnitt durch die Drehschwingungsdämpferanordnung nach 1 in einem nicht zusammengebauten Zustand;
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3 ist ein Querschnitt der Eingriffsmittel nach der vorliegenden Erfindung im Ausschnitt;
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4 ist ein Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpferanordnung entlang der Linie 4-4 nach 1;
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5A ist eine Teilansicht eines alternativen Eingriffsabschnitts nach der vorliegenden Erfindung;
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5B ist eine Teilansicht eines weiteren alternativen Eingriffsabschnitts nach der vorliegenden Erfindung;
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5C ist eine Teilansicht eines weiteren alternativen Eingriffsabschnitts nach der vorliegenden Erfindung;
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6 ist perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Gehäuse zeigt, das an der Außenoberfläche der Anordnung von Massegliedern nach 1 befestigt ist; und
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7 ist eine Seitenansicht der in 6 dargestellten alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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In den 1, 2 und 4 der Zeichnungen wird im allgemeinen ein Drehschwingungsdämpfer 10 nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Drehschwingungsdämpfer 10 schließt eine Anordnung von Massegliedern 12 ein, die eine Mehrzahl von Massegliedern umfaßt, die jeweils eine Außenoberfläche 14 und eine Innenoberfläche 16 aufweisen. Die Masseglieder 12 der Anordnung können aus verschiedenen Metallen oder Legierungen oder anderen Materialien hergestellt werden, die eine ausreichende Dichte aufweisen, um die erforderlichen Schwingungsfrequenzen für das Dämpfen der schädlichen Schwingungen der rotierenden Antriebswelle bereitzustellen. Die Anordnung von Massegliedern 12 der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist aus einem kohlenstoffarmen Stahl hergestellt.
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Jedes Masseglied der Anordnung 12 umfaßt darüber hinaus Eingriffsmittel 18 wie z. B. ineinanderpassende Federn 20 und Nuten 22, um alle einzelnen Massegliedteilstücke lösbar aneinander zu befestigen, um die Anordnung 12 zu bilden. Selbstverständlich können jegliche geeignete Eingriffsmittel in Abhängigkeit von der Anwendung benutzt werden, vorausgesetzt, dass das Ziel, den Dämpfer nach dem Zusammenbau und Einbau der Antriebswelle montieren zu können, erreicht wird. Diese Variationen sind berücksichtigt und werden deshalb als innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.
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1 zeigt eine Mehrzahl von länglichen Verbindungsgliedern 24. Jedes längliche Verbindungsglied 24 erstreckt sich von der Innenoberfläche 16 der Masseglieder 12 im wesentlichen radial nach innen zur Mitteldrehachse 26 der rotierenden Antriebswelle 28. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die länglichen Verbindungsglieder 24 eine im allgemeinen rechteckige Querschnittsform auf. Selbstverständlich wurde in der vorliegenden Erfindung bedacht, dass die länglichen Verbindungsglieder, abhängig von der Anwendung, jede geeignete Querschnittsform aufweisen können und, ohne Beschränkung darauf, beispielsweise Kegelstumpfform, verkehrte Kegelstumpfform oder Kreisform oder eine sonstige Form haben können, die eine Verbindungsoberfläche zwischen der rotierenden Antriebswelle 28 und den länglichen Verbindungsgliedern 24 bereitstellt.
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Jedes längliche Verbindungsglied 24 schließt eine Befestigungsfläche 30 ein, die der zentralen Drehachse 26 zugewandt ist. Auf diese Weise wird die Anordnung von Massegliedern 12 im eingebauten Zustand von der rotierenden Antriebswelle 28 beabstandet und gleichzeitig von der Mehrzahl der Verbindungsglieder 24 durch den Kontakt mit der Mehrzahl der anliegenden Befestigungsflächen 30 gestützt.
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Es wurde in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darüber hinaus berücksichtigt, dass die länglichen Verbindungsglieder 24 gleichmäßig über den Umfang der Innenoberfläche der zylinderförmigen Masse voneinander beabstandet sind. Jedes längliche Verbindungsglied 24 ist aus einem elastomeren Werkstoff hergestellt, der imstande ist, Druckkräfte verschiedener Größe zu absorbieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde ferner bedacht, dass die teilzylinderförmigen Masseglieder 12 mit einem elastomeren Material, z. B. Gummi, ummantelt sein können, und dass die länglichen Verbindungsglieder 24 mit der Ummantelung und den teilzylinderförmigen Massegliedern 12 integral verbunden sein können. Die zylinderförmigen Masseglieder 12 können auch während des Formverfahrens eingeformte Einlegeteile sein, so dass die Ummantelung und die Verbindungsglieder jeweils als ein zusammenhängender Körper integral mit den zylinderförmigen Massegliedern 12 verbunden sind.
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In 4 ist ein Spannband 34 erkennbar, das die zusammengesetzte Anordnung aus in elastischem Material eingeformten Massegliedern 12 umschließt, um diese auf der rotierenden Welle zu sichern. Das Spannband 34 liegt in einer Umfangsnut 36 ein, die in das elastische Material eingeformt ist, das die Ummantelung 38 der einzelnen teilzylindrischen Masseglieder 12 bildet. Aus dem elastischen Material sind die Verbindungsglieder 24 einstückig ausgeformt.
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Die vorstehende Beschreibung ist nur ein Beispiel für die entsprechende Beziehung zwischen einem Drehschwingungsdämpfer und einer rotierenden Antriebswelle und viele verschiedene Kombinationen von Drehschwingungsdämpfern und drehbaren Antriebswellen sind möglich. Die Größe der verwendeten Gleichlaufdrehgelenke hat ebenfalls einen Einfluß auf die Größe des Dämpfers 10 und seiner Masseglieder 12. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung Veränderungen im Frequenzbereich des Drehschwingungsdämpfers 10 nicht nur durch Veränderungen der Größe und des Gewichts der Masseglieder 12 ermöglicht, sondern auch durch Veränderungen bei der Härte und Zusammensetzung des Gummis, der Anzahl der Verbindungsglieder 24, die auf der Innenoberfläche 16 der Masseglieder 12 angeordnet sind, der Seitenlänge der Verbindungsglieder 24 und der Ausdehnung der Befestigungsoberfläche 30. Dies eröffnet einen größeren Verwendungsbereich für den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer in vielen verschiedenen Anwendungen von rotierenden Antriebswellen, ohne entscheidende Veränderungen beim Herstellungsverfahren des Drehschwingungsdämpfers erforderlich zu machen.
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Im Einsatz, wenn sich die rotierende Antriebswelle 28 nach der vorliegenden Erfindung dreht, können unerwünschte Schwingungen in der rotierenden Antriebswelle erzeugt werden. Das Masseglied 12 eines Drehschwingungsdämpfers 10 beginnt dabei durch die Drehung der Antriebswelle 28 mitzuschwingen. Die Eigenfrequenz des Massegliedes 12 wird auf die Frequenzen der unerwünschten Schwingungen eingestellt und die Einstellung der Eigenfrequenz wird, wie oben dargelegt, durchgeführt.
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6 zeigt eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 32 ist vorgesehen, das an der Außenoberfläche 14 der Anordnung von Massegliedern 12 befestigbar ist und sie umgibt. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform umgibt das Gehäuse 32 im wesentlichen die gesamte Außenoberfläche 14. Wiederum versteht es sich, dass auch jedes geeignete andere Gehäuse verwendet werden kann, welches die Oberfläche 14 weniger vollständig umgibt. Dieses Gehäuse 32 kann zusätzlich beispielsweise einen geschlossenen Ring, ein Gitter, etc. umfassen. Das Gehäuse 32 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, einschließlich Metall, Gummi, Kunststoff, usw., ohne jedoch auf diese Werkstoffe beschränkt zu sein. Wie in der alternativen Ausführungsform von 6 zu sehen ist, sind keine Verbindungsglieder 24 vorhanden. Dementsprechend berührt die Innenoberfläche 16 im zusammengebauten Zustand die Antriebswelle 28 direkt. Selbstverständlich ist das Weglassen der Verbindungsglieder 24 abhängig von der Anwendung und wird keinesfalls erforderlich durch das Hinzufügen oder das Weglassen des Gehäuses 32.
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In den 5A–5C werden verschiedene Eingriffsmittel 18 gezeigt, darunter vorstehende Federn 20, die im Querschnitt halbkreisförmig, rechteckig oder dreieckig sein oder eine beliebige andere geeignete Form aufweisen können. Selbstverständlich ist dann jeweils eine aufnehmende Nut 22 erforderlich, die die gleiche oder eine andere geeignete Form hat.
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Wie in 1 gezeigt, befindet sich die Anordnung von Massegliedern 12 vor der Befestigung auf einer Antriebswelle 28 in einem geschlossenen oder zusammengebauten Zustand. Die Anordnung von Massegliedern 12 wird in 2 in einem offenen oder nicht zusammengebauten Zustand dargestellt. Die Befestigungsglieder 24 werden natürlich durch die Kraft der Antriebswelle 28 zusammengedrückt, wenn die Anordnung von Massegliedern 12 um die Antriebswelle 28 herum zusammengesetzt und montiert wird. Erfindungsgemäß ist ein bevorzugter Bereich von 0,25 bis 2,0 mm Überdeckung wünschenswert, um den richtigen Preßsitz für den Dämpfer 10 auf der Welle 28 zu erhalten. Die Befestigungsoberflächen 30 berühren direkt die rotierende Antriebswelle 28 und liegen so an ihr an, dass der Drehschwingungsdämpfer 10 dementsprechend mit der rotierenden Antriebswelle ohne Verwendung von Klemmen verbunden ist. Dies ist besonders bei der Herstellung und dem Zusammenbau nützlich und sonders bei der Herstellung und dem Zusammenbau nützlich und stellt eine entscheidende Kostenersparnis dar.
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In den 1–3 ist zu sehen, dass die Verbindungsglieder 24 im allgemeinen eine rechteckige Form aufweisen. Die Verbindungsglieder 24 erstrecken sich vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, entlang zumindest 25% der Innenoberfläche der zylinderförmigen Masseglieder 12.
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Obwohl verschiedene Ausführungen der Erfindung dargestellt und beschrieben werden, besteht nicht die Absicht, dass diese Ausführungen alle möglichen Formen der Erfindung wiedergeben. Vielmehr dienen die in der Beschreibung verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Begrenzung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehschwingungsdämpfer
- 12
- Masseglied
- 14
- Außenoberfläche
- 16
- Innenoberfläche
- 18
- Eingriffsmittel
- 20
- Feder
- 22
- Nut
- 24
- Verbindungsglied
- 26
- Mitteldrehachse
- 28
- rotierende Antriebswelle
- 30
- Befestigungsfläche
- 32
- Gehäuse
- 34
- Umfangsnut
- 36
- Spannband
- 38
- Ummantelung
