DE10119878B4

DE10119878B4 - Torsionsschwingunsdämpfer

Info

Publication number: DE10119878B4
Application number: DE10119878A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Mende; Ingo Schulz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-05-17
Filing date: 2001-04-24
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2021-04-25
Also published as: DE10119878A1; FR2809150A1

Abstract

Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil, die entgegen der Wirkung von zwischen diesen wirksamen Energiespeichern zueinander verdrehbar sind, wobei die Energiespeicher wenigstens eine Druckfeder und wenigstens ein Federelement mit zumindest einem als Biegebalken ausgebildeten Bereich umfassen, weiterhin die Druckfeder und das Federelement wenigstens in eine der beiden Relativverdrehrichtungen zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil zwischen diesen Teilen in Reihe geschaltet sind, wobei das Federelement einen Bereich besitzt, über den es verschwenkbar gegenüber dem Eingangsteil oder Ausgangsteil gelagert ist, wobei ausgehend von diesem Bereich das Federelement wenigstens einen Ausleger aufweist, an dem sich die Druckfeder abstützen kann, wobei der als Biegebalken ausgebildete Bereich des Federelementes einen von der Schwenklagerung des Federelementes entfernten Abschnitt besitzt, welcher gegenüber dem Teil, auf dem das Federelement verschwenkbar gelagert ist, abgestützt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere zur Verwendung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen Brennkraftmaschine und Getriebe, mit wenigstens einem Eingangsteil und wenigstens einem Ausgangsteil, zwischen denen in Umfangsrichtung wirksame, eine Relativverdrehung ermöglichende und Druckfedern umfassende Kraftspeicher großer Länge vorgesehen sind, die auf einem verhältnismäßig großen Durchmesser angeordnet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung Schwungräder, die aus wenigstens zwei relativ zueinander verdrehbar gelagerte und über Dreh- beziehungsweise Torsionsschwingungen dämpfende Mittel miteinander gekoppelte Massen bestehen.
Torsionsschwingungsdämpfer der oben genannten Art sind beispielsweise durch die DE 39 09 892 A1 , die DE 41 17 571 A1 und die DE 41 17 579 A1 bekannt geworden. Derartige Torsionsschwingungsdämpfer haben sich in der Praxis bewährt. Bei manchen Fahrzeugtypen können jedoch aufgrund der Motor-, Antriebsstrang- und Karosserieauslegung bei bestimmten Drehzahlen beziehungsweise innerhalb bestimmter Drehzahlbereiche störende Geräusche, wie insbesondere sogenannte Brummer, auftreten. Diese Geräusche treten oft im Schubbetrieb, bei dem der Motor über die Antriebsräder angetrieben wird, auf.
Um derartige Geräusche zu unterdrücken wurde durch die DE 44 33 467 A1 bereits der Einsatz eines Federelementes vorgeschlagen, dessen Federcharakteristik nur unwesentlich durch die auf dieses einwirkende Fliehkraft beeinflusst wird, wobei dieses Federelement insbesondere bei Schubbeanspruchung des zwischen einer Brennkraftmaschine und Getriebe eingesetzten Torsionsschwingungsdämpfers zur Wirkung kommen soll, und zwar in Reihe geschaltet mit einer Schraubenfeder.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, Torsionsschwingungsdämpfer zu schaffen, die in Bezug auf die vorbekannten bezüglich der Dämpfungskapazität und der Lebensdauer verbessert sind, so dass in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschinen beziehungsweise des Kraftfahrzeuges eine einwandfreie Filtrierung unerwünschter Torsionsschwingungen im Antriebsstrang gewährleistet ist, und somit störende Geräusche weitgehend vermieden werden können. Weiterhin soll ein gemäß der Erfindung ausgestalteter Torsionsschwingungsdämpfer in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erzielt, dass die zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil des Torsionsschwingungsdämpfers wirksamen Energiespeicher wenigstens eine Druckfeder und wenigstens ein Federelement mit zumindest einem als Biegebalken ausgebildeten Bereich umfassen, wobei die Druckfeder und das Federelement wenigstens in eine der beiden möglichen Relativverdrehrichtungen zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil zwischen diesen Teilen in Reihe geschaltet sind und das Federelement hierfür einen Bereich besitzt, über den es verschwenkbar gegenüber dem Eingangsteil oder Ausgangsteil gelagert ist und weiterhin das Federelement ausgehend von diesem zur Lagerung dienenden Bereich wenigstens einen Ausleger aufweist, an dem sich die Druckfeder abstützen kann.
Erfindungsgemäß besitzt der als Biegebalken ausgebildete Bereich des Federelementes einen von dem Bereich für die Schwenklagerung des Federelementes entfernten Abschnitt, welcher gegenüber dem Teil, auf dem das Federelement verschwenkbar gelagert ist, abgestützt ist. Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn diese Abstützung starr ausgebildet ist, für die weitaus meisten Fälle ist es jedoch zweckmäßig, wenn dieser Abschnitt derart beweglich geführt ist, dass beim Verschwenken des wenigstens einen Auslegers der als Biegebalken wirksame Bereich federnd beziehungsweise elastisch verformt wird. Das Federelement besitzt also einen als Biegefeder wirksamen länglichen Bereich.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung des Federelementes kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass die bei rotierendem Torsionsschwingungsdämpfer auf das Federelement einwirkende Fliehkraft die Federeigenschaften beziehungsweise die Federung zumindest des als Biegebalken ausgebildeten Bereiches des Federelementes nicht beziehungsweise nur unwesentlich beeinträchtigt. Die Federrate und/oder die Elastizität und/oder der Federweg dieses Federelementes soll also durch die auf dieses einwirkende Fliehkraftbeanspruchung nur unwesentlich beeinflusst werden.
Das Federelement ist dabei in vorteilhafter Weise derart ausgebildet und im Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet, dass gewährleistet werden kann, dass auch bei höheren Drehzahlen zwischen Dämpfereingangsteil und -ausgangsteil über einen bestimmten Verdrehwinkel eine Resonanzerscheinungen beziehungsweise störende Geräusche unterdrückende Verdrehelastizität vorhanden ist. In besonders vorteilhafter Weise kann das wenigstens eine Federelement derart im Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet sein, dass dieses lediglich im Schubbetrieb wirksam ist. Zweckmäßig kann es sein, wenn jedem Energiespeicher ein mit diesem in Reihe geschaltetes, bezüglich seiner Federungseigenschaften praktisch fliehkraftunabhängiges Federelement zugeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Federelement muss also nicht auf den Leerlaufbereich der Brennkraftmaschine ausgelegt sein, sondern ist insbesondere im Lastbereich des Torsionsschwingungsdämpfers wirksam. Bei dem eingangs genannten Stand der Technik, dessen Offenbarungsinhalt bezüglich der möglichen konstruktiven Ausgestaltungen, insbesondere Anordnung und Auslegung der langen Energiespeicher, als in die vorliegende Anmeldung integriert zu betrachten ist, können bei bestimmten Fahrzeugen Probleme bezüglich der Schwingungsisolation zwischen Brennkraftmaschine und Antriebsstrang auftreten. Diese Probleme sind oft darauf zurückzuführen, dass die Dämpfungswirkung des zwischen Dämpfereingangsteil und Dämpferausgangsteil vorgesehenen drehelastischen Dämpfers dynamisch beeinflusst wird und zwar weil infolge der auf die langen Energiespeicher einwirkenden Fliehkräfte eine zur Federwirkung der Energiespeicher parallel geschaltete Reibung erzeugt wird. Diese Reibung wirkt sich zwischen Dämpfereingangsteil und -ausgangsteil derart aus, als hätten die Energiespeicher eine höhere Federrate. Mit zunehmender Drehzahl kann die erwähnte Reibungsdämpfung derart hoch werden, dass die Energiespeicher sich zumindest nicht mehr voll entspannen können, das bedeutet also, sie können ihre bei nicht-rotierender Einrichtung vorhandene entspannte Länge nicht einnehmen und bleiben somit verspannt. Diese durch die Fliehkraft beziehungsweise die Energiespeicher verursachte Erhöhung der Verdrehsteifigkeit zwischen Ausgangsteil und Eingangsteil kann dazu führen, dass bei manchen dynamischen Fahrbedingungen der Isolationsgrad des Torsionsschwingungsdämpfers nicht mehr ausreicht, so dass Resonanzüberhöhungen auftreten können. Diese können bei verschiedenen Drehzahlen beziehungsweise in verschiedenen Drehzahlbereichen vorhanden sein, wobei in den meisten Fällen derartige Resonanzerscheinungen innerhalb eines Drehzahlbereiches zwischen 1.800 bis 3.500 U/min. auftreten. Durch die erfindungsgemäße Auslegung des Torsionsschwingungsdämpfers können derartige Resonanzerscheinungen praktisch vermieden werden, da durch das erfindungsgemäße Federelement ein federnder Übergangsbereich bei Beaufschlagung der Energiespeicher gewährleistet werden kann. Die durch das wenigstens eine Federelement erzeugte Verdrehsteifigkeit zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil des Torsionsschwingungsdämpfers ist also geringer als der in dem bestimmten Drehzahlbereich, in dem Resonanzerscheinungen auftreten, von den Energiespeichern erzeugte Verdrehwiderstand. So kann zum Beispiel der im kritischen Drehzahlbereich von den Energiespeichern erzeugte Verdrehwiderstand in der Größenordnung von 120 Nm/° liegen, wohingegen das Federelement einen Verdrehwiderstand in der Größenordnung von 30 Nm/° zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil erzeugen kann.
Je nach Anwendungsfall kann es zweckmäßig sein, wenn das wenigstens eine Federelement eine Verdrehsteifigkeit zwischen 10 Nm/° und 50 Nm/°, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 20 Nm/° und 40 Nm/° zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil des Torsionsschwingungsdämpfers erzeugt. Das wenigstens eine Federelement kann dabei in vorteilhafter Weise, zumindest in Schubrichtung, einen Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil in der Größenordnung von 1° bis 5°, vorzugsweise 2° bis 4°, ermöglichen. Unter Schubrichtung ist diejenige Richtung zu verstehen, bei der der Torsionsschwingungsdämpfer vom Getriebe her mit einem Drehmoment beaufschlagt wird und somit der Motor über die Antriebsräder angetrieben wird.
In besonders vorteilhafter Weise kann der Torsionsschwingungsdämpfer derart ausgebildet sein, dass unterhalb eines bestimmten Drehzahlniveaus der Brennkraftmaschine das durch die langen Energiespeicher zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil erzeugte Verdrehwiderstandsmoment geringer ist als das durch das wenigstens eine Federelement aufbringbare. Insbesondere im Leerlaufbereich sollen die langen Energiespeicher des Weitwinkeldämpfers einen geringeren Verdrehwiderstand als das wenigstens eine Federelement zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil erzeugen.
Bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine, zum Beispiel ab 1.800 U/min., kann das durch die langen Energiespeicher erzeugte Verdrehwiderstandsmoment zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil größer werden als das von dem wenigstens einen praktisch fliehkraftunabhängigen Federelement erzeugten.
Eine für die Funktion und den Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann dadurch gewährleistet werden, dass das Eingangs- oder Ausgangsteil des Torsionsschwingungsdämpfers einen kreisringartigen beziehungsweise torusförmigen Kanal bildet, in dem die Energiespeicher mit großer Länge, also mit einem großen Längen-Durchmesserverhältnis, aufgenommen sind. Das Längen-Durchmesserverhältnis kann dabei in der Größenordnung zwischen 5 und 15 liegen. Derartig ausgebildete Torsionsschwingungsdämpfer sind durch den eingangs angeführten Stand der Technik bekannt geworden. Weiterhin sind derartige Energiespeicher beziehungsweise Dämpfer durch die DE-OS 37 21 711 und DE-OS 37 21 712 vorgeschlagen worden. Der Offenbarungsinhalt der beiden zuletzt genannten Schutzrechte soll ebenfalls als in die vorliegende Anmeldung integriert betrachtet werden. Bezüglich der Auslegung, der Abstützung und der Wirkung der langen Federn wird also auf den vorerwähnten Stand der Technik verwiesen.
Die Energiespeicher können jeweils durch wenigstens eine Schraubenfeder mit großer Länge gebildet sein. Für manche Anwendungsfälle kann es jedoch auch zweckmäßig sein, wenn die einzelnen Energiespeicher durch mehrere hintereinander, also in Reihe, angeordnete beziehungsweise wirksame kürzere Federn gebildet sind. Zwischen den einzelnen kürzeren Federn können dabei Abstützelemente vorgesehen werden, die zum Beispiel keilartig ausgebildet sein können. Die Schraubenfedern können in dem sie aufnehmenden Kanal derart angeordnet sein, dass sie sich unmittelbar über ihre einzelnen Windungen abstützen, wobei die Energiespeicher zumindest im wesentlichen auf den Krümmungsradius des Kanales vorgeformt sein können. Bei Verwendung kurzer Federn zur Bildung eines langen Energiespeichers kann es zweckmäßig sein, wenn diese kurzen Federn, über ihre Länge betrachtet, gerade ausgeführt sind und deren Endbereiche über Führungselemente, wie zum Beispiel Führungsschuhe, positioniert sind. Die Führungselemente können dabei derart ausgebildet sein, dass diese an der radial äußeren Begrenzungsfläche des die Energiespeicher aufnehmenden Kanales, zumindest unter Fliehkrafteinwirkung, anliegen und somit die Endbereich der kurzen Kraftspeicher radial abstützen.
Anhand der 1 bis 5 sei die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1, einen partiellen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgestaltete Schwingungsdämpfungseinrichtung,
2, einen Schnitt gemäß der Linie II-II der 1, wobei einige Bauteile nicht dargestellt wurden, um das gemäß der Erfindung ausgestaltete Federelement besser darstellen zu können,
2a, eine Ausgestaltungsvariante eines Federelementes,
3, eine der 2 entsprechende Ansicht, wobei jedoch das Federelement im verspannten Zustand dargestellt ist,
4, eine im wesentlichen der 2 entsprechende Ansicht, in welcher ein Flansch zur Beaufschlagung der Federn des Drehschwingungsdämpfers sowie eine andere Ausgestaltung eines gemäß der Erfindung wirksamen Federelementes dargestellt sind und
5, eine Ansicht des Federelementes gemäß dem Pfeil V der 4.
Die in den 1 bis 3 dargestellte Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 umfasst einen Drehschwingungsdämpfer 2, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen zwei Schwungradelementen 3, 4 angeordnet ist. Die beiden Schwungradelemente 3, 4 sind über eine Lagerung 5 relativ zueinander verdrehbar, zentrisch positioniert. Das Schwungradelement 3 ist beispielsweise mit der Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine verbindbar, wohingegen das Schwungradelement 4 mit einer Getriebeeingangswelle koppelbar sein kann, beispielsweise über eine auf dem Schwungradelement 4 montierte Reibungskupplung.
Bezüglich der Lagerausbildung, des prinzipiellen Aufbaus der einzelnen Schwungradelemente, deren Verbindungsmöglichkeiten mit der Brennkraftmaschine und der Getriebeeingangswelle sowie deren Funktionsweise, wird ausdrücklich auf die DE-OS 39 09 892 , die DE-OS 41 17 571 und DE-OS 41 17 579 sowie den darin diesbezüglich angeführten Stand der Technik verwiesen, so dass bezüglich dieser Punkte eine ausführliche Beschreibung in der vorliegenden Anmeldung nicht erforderlich ist und somit die diesbezüglichen Offenbarungen des Standes der Technik als in die vorliegende Anmeldung integriert, zu betrachten sind.
Der Drehschwingungsdämpfer 2 umfasst bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei als Schraubenfedern ausgebildete Energiespeicher 6, die hier jeweils einstückig ausgebildet sind. Anstatt einstückige, in Umfangsrichtung längliche Schraubenfedern 6 zu verwenden, können zur Bildung von Energiespeichern auch mehrere hintereinander geschaltete Federelemente verwendet werden, wie dies beispielsweise durch die DE-OS 41 28 868 und die DE-OS 43 01 311 angeregt wurde.
Bei Verwendung von langen Schraubenfedern 6 können diese entsprechend ihrer Anordnung in der Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 bereits vor der Montage vorgekrümmt sein. Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Energiespeicher 6 in einem ringförmigen beziehungsweise torusartigen Raum 7 aufgenommen, der in vorteilhafter Weise, zumindest teilweise mit einem viskosem Medium, wie zum Beispiel Fett, gefüllt sein kann. Der Raum 7 ist häuptsächlich durch zwei Gehäuseteile 8, 9 gebildet, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Blechformteile hergestellt und schalenartig ausgebildet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile 8, 9 mittels einer sich über den gesamten Umfang erstreckenden Schweißverbindung 10 dicht verbunden.
Der ringförmige beziehungsweise torusartige Raum 7 ist – in Umfangsrichtung betrachtet – unterteilt in einzelne Aufnahmen, in denen die Energiespeicher 6 enthalten sind. Die einzelnen Aufnahmen sind – in Umfangsrichtung betrachtet – voneinander getrennt durch Beaufschlagungsbereiche 11, 12, welche bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch in die als Blechformteile ausgebildeten Gehäuseteile 8, 9 eingebrachte Anformungen, zum Beispiel taschenförmige Anprägungen, gebildet sind. Die mit dem zweiten Schwungradelement 4 verbundenen Beaufschlagungsbereiche 13 für die Energiespeicher 6 sind von einem scheiben- beziehungsweise ringartigen Bauteil 14 getragen, das hier radial innen über Nietverbindungen 15 mit dem zweiten Schwungradelement 4 verbunden ist. Die Beaufschlagungsbereiche 13 sind durch an der äußeren Kontur des scheibenartigen Bauteils 14 angeformte radiale Ausleger beziehungsweise Arme gebildet. Die Arme 13 sind bei nicht beanspruchter Schwingungdämpfungseinrichtung 1 axial zwischen den sich axial gegenüberliegenden Beaufschlagungsbereichen 11, 12 des ersten Schwungradelementes 3 angeordnet.
Bei einer Relativverdrehung zwischen den beiden Schwungradelementen 3, 4 in Schub- oder Zugrichtung werden die Energiespeicher 6 zwischen den mit diesen zusammenwirkenden Beaufschlagungsbereichen 11, 12, 13 zumindest nach einem bestimmten Verdrehwinkel aus der in 2 dargestellten Ruhestellung beziehungsweise neutralen Stellung des Drehschwingungsdämpfers 2 komprimiert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Energiespeicher 6 bei Zugbetrieb an einem 16 ihrer Enden 16, 17 durch die Arme 13 beaufschlagt beziehungsweise abgestützt, wobei das andere 17 ihrer Enden 16, 17 durch die Beaufschlagungsbereiche 11, 12 beansprucht wird. Zugbetrieb bedeutet, dass der Motor ein Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug abgibt, also der Motor das Kraftfahrzeug antreibt.
Bei Schubbetrieb wird das Ende 17 wenigstens eines Energiespeichers 6 zunächst nicht durch einen Arm 13 beaufschlagt, da zwischen dem entsprechenden Ende 17 des Energiespeichers 6 und den zugeordneten Abstützbereichen 18 eines Armes 13 eine zusätzliche Federung, die durch ein Federelement 19 aufgebracht wird, vorgesehen ist. Die Federwirkung des Federelementes 19 ist mit der Federwirkung des zugeordneten Energiespeichers 6 in Reihe geschaltet.
Vorzugsweise sind die Energiespeicher 6 und die Arme 13 – über den Umfang der Einrichtung betrachtet – zumindest annähernd rotationssymmetrisch angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Energiespeicher 6 vorgesehen, die sich annähernd über die Hälfte des Umfanges der Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 erstrecken. Das scheibenförmige Bauteil 14 besitzt zwei diametral gegenüberliegende Arme 13.
Das Federelement 19 ist seitlich vom scheibenförmigen Bauteil 14 und zwar hier auf der dem Gehäuseteil 8 beziehungsweise dem Antriebsmotor zugekehrten Seite des Bauteils 14 vorgesehen.
Das Federelement 19 besitzt einen Bereich 20, über den es verschwenkbar um eine Drehachse 21 gelagert ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Drehachse durch Niete 22 gebildet, die einen ringförmigen Bereich 23 besitzen, der sich in beziehungsweise durch eine entsprechend angepasste Ausnehmung 24 des Federelementes 19 erstreckt. Zur axialen Sicherung des Federelementes 19 besitzt der Niet 22 einen verbreiterten Bereich beziehungsweise Kopf 22a. Gemäß der Erfindung ist also das Federelement 19 über eine Drehlagerung verschwenkbar gegenüber einem Bauteil.
Das Federelement 19 besitzt einen Arm 25, der in Bezug auf die Rotationsachse 26 der Schwingungsdämfungseinrichtung 1 im wesentlichen radial verläuft und zumindest einen Abschnitt 27 aufweist, der bei nicht drehmomentbeaufschlagter Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 gegenüber den Abstützbereichen 18 eines Armes 13 umfangsmäßig hervorsteht, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Verdrehbereich 28. Um zu verhindern, dass ein Arm 25 bei Beaufschlagung in Umfangsrichtung axial beziehungsweise seitlich gegenüber dem Bauteil 14 ausknicken beziehungsweise ausweichen kann, ist es zweckmäßig, wenn ein solcher Arm 25 eine Seitenführung beziehungsweise eine axiale Abstützung besitzt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies dadurch gewährleistet, dass der Arm 25 einen zungenförmigen Abschnitt 29 besitzt, der sich axial durch eine Ausnehmung 30 eines Auslegers 13 erstreckt, um diesen mit einem Bereich 31 radial zu hintergreifen. In vorteilhafter Weise könnte jedoch ein Arm 25 auch einen umgebördelten Bereich besitzen, der beispielsweise an einem Ausleger 13 derart geführt ist, dass ein axiales Ausknicken dieses Armes 25 verhindert wird.
Das Federelement 19 besitzt weiterhin wenigstens einen als Biegebalken beziehungsweise Biegefeder ausgebildeten Bereich 32. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt ein Federelement 19 zwei als Biegefeder ausgebildete Bereiche 32, die gegenüber einer durch die Drehachse 21 des Federelementes 19 verlaufenden Ebene 26a zumindest annähernd symmetrisch beziehungsweise spiegelbildlich ausgestaltet sind.
Die als Biegefeder wirksamen Bereiche 32 sind gekrümmt beziehungsweise bumerangähnlich ausgebildet und besitzen einen der Drehachse 21 abgewandten Endbereich 33, der zumindest bei Verdrehung des Federelementes 19 um die Achse 21 am Bauteil 14 abgestützt ist, wodurch eine elastische beziehungsweise federnde Verformung der Bereiche 32 erfolgt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Endbereiche 33 über eine Kulissenführung beziehungsweise Kurvenbahnführung 34 mit dem Bauteil 14 gekoppelt. Hierfür besitzt das scheibenförmige Bauteil 14 entsprechend ausgebildete längliche Ausnehmungen 35 in welche entsprechend angepasste Stifte beziehungsweise Bolzen 36 axial eingreifen, welche mit den Endbereichen 33 verbunden sind. Durch entsprechende Ausgestaltung der durch die Ausnehmungen 35 gebildeten Kurvenbahnen, kann die Federwirkung eines Federelementes 19 beeinflusst beziehungsweise an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Bei der geometrischen Ausgestaltung der Bereiche 32 sind insbesondere die in diesen entstehenden Spannungen zu berücksichtigen.
In vorteilhafter Weise kann die Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 zwei Federelemente 19 besitzen, die im wesentlichen sich diametral gegenüberliegend angeordnet sind.
Die Größe des Versatzes 28 in Umfangsrichtung kann je nach Einsatzfall unterschiedlich groß sein, wobei bei Verwendung wenigstens zweier Federelemente 19 diese auch einen unterschiedlich großen Versatz 28 aufweisen können, so dass deren Wirkung nacheinander beziehungsweise stufenweise überbrückt, beziehungsweise ausgeschaltet wird. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn der Versatz 28 einen Verdrehwinkel der Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 in der Größenordnung zwischen 1° und 6° vorzugsweise in der Größenordnung von 2° bis 3° ermöglicht, bevor sich die Energiespeicher 6 zumindest bei Schubbetrieb an den Abstützbereichen 18 der Arme 13 abstützen können. Bei entsprechender Beaufschlagung der Arme 25 durch die Energiespeicher 6 weichen diese Arme 25 in Umfangsrichtung zurück, wodurch zumindest die als Biegefedern ausgebildeten Bereiche elastisch verformt werden. Für manche Anwendungszwecke kann es auch vorteilhaft sein, wenn die Arme 25 derart ausgestaltet sind, dass auch diese eine gewisse Elastizität aufweisen. Zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Arme 25 wesentlich steifer ausgebildet sind als die Bereiche 32.
Die von allen in der Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 vorgesehenen Energiespeichern 6 erzeugte Drehmomentrate beziehungsweise Verdrehsteifigkeitsrate kann zumindest bei Beginn der Kompression der Energiespeicher 6 in der Größenordnung zwischen 1 und 8 Nm/° liegen vorzugsweise in der Größenordnung von 2 und 4 Nm/°. Die von allen Federelementen 19 zwischen den beiden Schwungradelementen 3 und 4 erzeugte Drehmomentrate beziehungsweise Verdrehsteifigkeitsrate kann in der Größenordnung zwischen 10 und 60 Nm/°, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 20 und 40 Nm/° liegen. Für viele Anwendungsfälle ist es zweckmäßig, wenn diese Verdrehsteifigkeit pro Winkelgrad in der Größenordnung von 30 Nm/° liegt. Die von den Federelementen 19 erzeugte Verdrehsteifigkeit pro Winkelgrad ist also wesentlich größer als die nur von den Energiespeichern 6 erzeugte. Das Verhältnis kann in der Größenordnung zwischen 10 und 40 liegen. Die in Zusammenhang mit den Energiespeichern 6 und den Federelementen 19 genannten Werte entsprechen einer statischen Messung, also einer Messung bei der die Schwingungsdämpfereinrichtung 1 nicht rotiert beziehungsweise nur mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl angetrieben wird.
Aufgrund der Ausbildung und Anordnung der Federelemente 19 ist deren Federcharakteristik und/oder Federungsvermögen im wesentlichen unabhängig von der auf sie einfließenden Fliehkraft. Dieses Verhalten ist auch auf die verhältnismäßig kleine Masse eines Federelementes 19 zurückzuführen. Durch die spezielle Ausgestaltung der Federelemente 19 wird also gewährleistet, dass unabhängig von der auf die Bereiche 32 einwirkenden Fliehkraft, diese stets federn können also praktisch nicht durch die Fliehkraft in ihrer Federung beziehungsweise Verformbarkeit beeinträchtigt werden.
Die durch Schraubenfedern 6 gebildeten Energiespeicher stützen sich unter Fliehkrafteinwirkung an einer dieser axial übergreifenden Wandung 37 ab, dadurch wird der Reibeingriff zwischen den einzelnen Windungen der Federn 6 und der entsprechenden Abstützfläche 37a mit zunehmender Drehzahl größer. Dies führt dazu, dass bei Überschreitung einer bestimmten Drehzahl die Federrate beziehungsweise Rückstellkraft der Energiespeicher 6 nicht mehr ausreicht, um diesen Reibungseingriff zu überwinden, so dass mit zunehmender Drehzahl und nach einer entsprechenden Beaufschlagung der Federn 6, diese eine immer kürzer werdende Länge einnehmen. Die Federn 6 bleiben also aufgrund des erwähnten Reibungseingriffes verspannt wodurch diese also bezüglich ihrer Dämpfungswirkung härter werden, da der durch die Federn 6 erzeugte resultierende Verdrehwiderstand durch den von diesen selbst erzeugten Reibungseingriff erheblich beeinflusst wird. Dieser durch die Energiespeicher beziehungsweise die Federn 6 erzeugte Anstieg des Verdrehwiderstandes zwischen den beiden Schwungradelementen 3 und 4 bewirkt, dass zumindest bei manchen Drehzahlen beziehungsweise in manchen Drehzahlbereichen der Brennkraftmaschine, insbesondere beim Übergang von Zugbetrieb auf Schubbetrieb störende Geräusche erzeugt werden. Durch die erfindungsgemäß ausgestalteten und angeordneten Federelemente 19 wird gewährleistet, dass zumindest annähernd über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine stets eine ausreichend kleine Verdrehsteifigkeit beziehungsweise Verdrehelastizität zwischen den beiden Schwungradelementen 3 und 4 vorhanden ist, so dass die erwähnten Geräusche unterdrückt werden können. Es ist anzunehmen, dass derartige Geräusche auch auf Resonanzerscheinungen zurückzuführen sind.
In 3 ist der verspannte Zustand eines Federelementes 19 dargestellt, bei dem der Arm 25 um den aus 2 ersichtlichen Verdrehbereich 28 um die Drehachse 21 verschwenkt wurde.
In Abänderung der Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 können die Endbereiche 33 eines Federelementes 19 auch örtlich fest gegenüber dem Bauteil 14 beziehungsweise dem zweiten Schwungradelement 4 vorgesehen werden.
Diese örtliche Festlegung kann dabei derart erfolgen, dass die Endbereiche 33, ähnlich wie der Bereich 20 um eine Drehachse verschwenkbar sind. Diese örtliche Festlegung der Endbereiche 33 kann jedoch auch starr erfolgen, zum Beispiel durch Vernietung.
In 2a ist eine Ausführungsvariante für die Führung beziehungsweise Abstützung eines Endbereiches 33a eines als Biegefeder 32a ausgebildeten Bereiches eines Federelementes 19a dargestellt. Die Führung eines Endbereiches 33a erfolgt hier über einen länglichen Ausschnitt 35a, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine gabelförmige Ausgestaltung des Endbereiches 33a ergibt. Der gabelförmige Endbereich 33a umgreift in vorteilhafter Weise einen axialen Vorsprung der beispielsweise durch einen Bolzen gebildet sein kann, welcher am Bauteil 14 beziehungsweise am zweiten Schwungradelement 4 fixiert ist. Die Anlenkung des Endbereiches 33a erfolgt also nicht starr, sondern es ist sowohl eine Drehbewegung als auch eine Längsbewegung beziehungsweise Verschiebebewegung des Bereiches 33a möglich.
Bei einer Ausgestaltung des Federelementes 119 gemäß den 4, 5 besitzt dieses zwei sich gegenüber der Rotationsachse 126 gegenüberliegende Arme 125, welche die gleiche Funktion wie die Arme 25 gemäß den 1 bis 3 besitzen. Das Federelement 119 besitzt zwei Lagerstellen 120, 120a, um die die Arme 125 verschwenkbar beziehungsweise begrenzt verdrehbar sind.
Zwischen den Lagerstellen 120, 120a ist zumindest ein als Biegefeder ausgebildeter, länglicher Bereich 132 vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei derartige Bereiche 132 vorhanden, die hier eine ringförmige Gestalt bilden und gegenüber der Rotationsachse 126 symmetrisch angeordnet sind. Die beiden Lagerstellen 120, 120a sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel diametral gegenüberliegend angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzen die als Biegefeder wirksamen Bereiche 132 zwischen den Lagerstellen 120, 120a keine weitere Abstützung beziehungsweise Verbindung mit einem anderen Bauteil, insbesondere keine Verbindung mit dem flanschartigen Bauteil 114 beziehungsweise mit dem dieses Bauteil aufnehmenden anderen Schwungradelement 4. Die Bereiche 132 übernehmen die gleiche Funktion wie die Bereiche 32 gemäß den 1 bis 3, das heißt also, dass bei einer Verschwenkung der Arme 125 um die Lagerstellen 120, 120a diese Bereiche 132 federnd beziehungsweise elastisch verformt werden, und somit sich einer Verdrehung der in 1 dargestellten beiden Schwungradelemente 3, 4 widersetzen und zwar vorzugsweise bei Schubbetrieb.
Für manche Anwendungsfälle kann es zweckmäßig sein, wenn zumindest einer der Arme 25 beziehungsweise 125 derart ausgebildet ist, dass dieser bei Zugbetrieb der Schwingungsdämpfungseinrichtung 1 um einen bestimmten Winkel verlagert wird, so dass das entsprechende Federelement 19, 119 auch bei Zugbetrieb wirksam ist. Der wenigstens eine Arm 25, 125 kann auch derart ausgebildet sein, dass dieser sowohl bei Zugbetrieb als auch bei Schubbetrieb der entsprechenden Schwingungsdämpfereinrichtung wirksam ist, oder aber nur bei Zugbetrieb oder nur bei Schubbetrieb. Auch kann es zweckmäßig sein, mehrere Arme 25 beziehungsweise 125 vorzusehen, deren Wirkungsweise verschieden sein kann, also zum Beispiel ein Arm für Schubbetrieb und ein Arm für Zugbetrieb oder aber ein Arm für Zug- und Schubbetrieb und ein Arm lediglich für Schubbetrieb oder Zugbetrieb. Bei mehr als zwei Armen sind auch andere Kombinationen möglich.
Das Federelement 119 gemäß den 4 und 5 kann auch derart abgewandelt werden, dass die als Biegefedern wirksamen Bereiche 132, ähnlich wie dies in Zusammenhang mit den Federelementen 19, 19a beschrieben wurde, geführt beziehungsweise abgestützt werden. Dies kann beispielsweise in den mittleren Abschnitten 133, 133a der als Biegefeder wirksamen Bereiche 132 erfolgen und zwar in ähnlicher Weise wie dies in Zusammenhang mit den Bereichen 33 gemäß 1 bis 3 und 33a gemäß 2a beschrieben wurde. Für manche Anwendungsfälle kann es auch zweckmäßig sein, wenn die Abschnitte 133, 133a eine feste, also starre Verbindung aufweisen mit dem anderen Schwungradelement 4 beziehungsweise dem flanschartigen Bauteil 114. Wie aus 4 ersichtlich ist, besitzen die Arme 113 einen Absatz beziehungsweise Rücksprung 140 zur Aufnahme der axial gerichteten Flügel 141 der Arme 125. An diesen Flügeln 141 stützen sich Energiespeicher ab und zwar in ähnlicher Weise wie dies in Verbindung mit den Energiespeichern 6 gemäß den 1 bis 3 in Zusammenhang mit den Abschnitten 27 beschrieben wurde.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombination zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.

Claims

Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil, die entgegen der Wirkung von zwischen diesen wirksamen Energiespeichern zueinander verdrehbar sind, wobei die Energiespeicher wenigstens eine Druckfeder und wenigstens ein Federelement mit zumindest einem als Biegebalken ausgebildeten Bereich umfassen, weiterhin die Druckfeder und das Federelement wenigstens in eine der beiden Relativverdrehrichtungen zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil zwischen diesen Teilen in Reihe geschaltet sind, wobei das Federelement einen Bereich besitzt, über den es verschwenkbar gegenüber dem Eingangsteil oder Ausgangsteil gelagert ist, wobei ausgehend von diesem Bereich das Federelement wenigstens einen Ausleger aufweist, an dem sich die Druckfeder abstützen kann, wobei der als Biegebalken ausgebildete Bereich des Federelementes einen von der Schwenklagerung des Federelementes entfernten Abschnitt besitzt, welcher gegenüber dem Teil, auf dem das Federelement verschwenkbar gelagert ist, abgestützt ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verschwenkung des Federelementes um seine Schwenklagerung der als Biegebalken ausgebildete Bereich federnd verformt wird.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil und/oder das Ausgangsteil ein scheibenförmiges Bauteil aufweist, welches wenigstens eine Aufnahme für die wenigstens eine Druckfeder sowie Beaufschlagungsbereiche für die Druckfederenden besitzt, wobei der wenigstens eine Ausleger des Federlementes derart ausgebildet ist, dass dieser Beaufschlagungsbereiche für die Druckfeder bildet, welche – zumindest im nicht beanspruchten Zustand des Torsionsschwingungsdämpfers – gegenüber den, dem gleichen Federende zugeordneten Beaufschlagungsbereichen des scheibenfömigen Bauteils derart winkelmäßig versetzt sind, dass sie bei einer Relativverdrehung zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil über diesen winkelmäßigen Versatz zunächst alleine von der zugeordneten Druckfeder beaufschlagt werden.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federungseigenschaften des Federelementes durch die bei Rotation des Torsionsschwingungsdämpfers auf dieses einwirkende Fliehkraft praktisch nicht beeinflusst wird.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder durch wenigstens eine Schraubenfeder mit einem Längen/Außendurchmesserverhältnis von mindestens 5 gebildet ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder durch mehrere hintereinander angeordnete kurze Federn gebildet ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement nur bei Schubbeanspruchung des Torsionsschwingungsdämpfers wirksam ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch das wenigstens eine Federelement bewirkte Verdrehsteifigkeit zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil in der Größenordnung von 10 Nm/° bis 60 Nm/° liegt, vorzugsweise in der Größenordnung zwischen 20 Nm/° und 40 Nm/° liegt.
Torsionsschwingungsdämpfer nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Federelement zumindest in Schubrichtung über einen Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil in der Größenordnung von 1,5°–6° vorzugsweise von 2° bis 4° ermöglicht.