DE10017801B4

DE10017801B4 - Torsionsschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE10017801B4
Application number: DE10017801A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bechmann Dietrich; Dipl.-Ing. Meyer Andre; Dipl.-Ing. Edgar (FH) Reinhart; Dr.-Ing. Sasse Christoph; Dipl.-Ing. Schramm Friedrich; Dipl.-Ing. Erwin (FH) Wack; Dipl.-Ing. Sudau Jörg
Original assignee: ZF Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: DE10017801A1; US20010032767A1; US6585091B2

Abstract

Torsionsschwingungsdämpfer zum Eingliedern in den Drehmomentübertragungsweg zwischen zwei Komponenten (36, 26; 28 32) oder Baugruppen, umfassend wenigstens zwei scheibenartige Dämpferelemente (60, 62, 64), wobei jedes Dämpferelement (60, 62, 64) einen radial äußeren Kopplungsbereich (70) und einen radial inneren Kopplungsbereich (72) sowie wenigstens einen sich zwischen dem radial äußeren Kopplungsbereich (70) und dem radial inneren Kopplungsbereich (72) erstreckenden und zum Ermöglichen einer Relativumfangsbewegung zwischen dem radial äußeren Kopplungsbereich (70) und dem radial inneren Kopplungsbereich (72) wenigstens bereichsweise elastisch verformbaren Verformungsbereich (74, 76) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Kopplungsbereich (70) oder der radial innere Kopplungsbereich (72) von einem Dämpferelement (62; 64) zur Kopplung mit einer ersten (36; 32) der beiden Komponenten (36, 26; 28, 32) oder Baugruppen vorgesehen ist, dass der radial äußere Kopplungsbereich (70) oder der radial innere Kopplungsbereich (72) eines anderen Dämpferelementes (60; 62) zur Kopplung mit der zweiten (26; 28) der beiden Komponenten (36, 26; 28,...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer zum Eingliedern in den Drehmomentübertragungsweg zwischen zwei Komponenten oder Baugruppen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Durch die DE 40 08 219 A1 ist ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer in Form eines Mehrmassenschwungrades bekannt, bei welchem eine Primärschwungmasse als erste Komponente oder Baugruppe und eine Sekundärschwungmasse durch und eine zweite Komponente oder Baugruppe gebildet wird. Die erforderliche Elastizität zwischen den beiden Schwungmassen – also Primär- und Sekundärschwungmasse – sind scheibenartige Dämpferelemente vorgesehen, von denen jedes über einen radial äußeren Kopplungsbereich, einen radial inneren Kopplungsbereich sowie wenigstens einen sich zwischen diesen beiden Kopplungsbereichen erstreckenden und zum Ermöglichen einer Relativumfangsbewegung zwischen dem radial äußeren Kopplungsbereich und dem radial inneren Kopplunbsbereich wenigstens bereichsweise elastisch verformbaren Verformungsbereich aufweist.
Sämtliche scheibenartigen Dämpferelemente sind, da jeweils am gleichen radial äußeren Kopplungsbereich und jeweils am gleichen radial inneren Kopplungsbereich aufgenommen, parallel zueinander wirksam, so dass aufgrund eines vergleichsweise geringen Federweges die zwischen den beiden Schwungmassen verfügbare Relativdrehauslenkweite begrenzt ist. Es ist daher von einer entsprechend ungünstigen Entkopplungsgüte auszugehen.
Auch andere bekannte druckschriftliche Veröffentlichungen zeigen scheibenartige Dämpferelemente zwischen mehreren Komponenten oder Baugruppen, wobei die scheibenartigen Dämpferelemente parallel zueinander wirksam sind. Bei der DE 38 09 008 A1 sowie der US 5,147,246 A sind die scheibenartigen Dämpferelemente jeweils einer Kupplungsscheibe zugeordnet, während bei der US 4,795,012 A die scheibenartigen Dämpferelemente zwischen einer Welle und einer Schwungmasse wirksam ist, bei der US 1,008,379 A dagegen zwischen zwei Wellen oder zwei Enden einer Welle.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Torsionsschwingungsdämpfer zum Eingliedern in den Drehmomentübertragungsweg zwischen zwei Komponenten oder Baugruppen bereitzustellen, an welchem bei Verwendung einer Mehrzahl scheibenartiger Dämpferelemente eine erhebliche Entkopplungsgüte realisierbar ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Torsionsschwingungsdämpfer entsprechend Anspruch 1.
Es ist vorgesehen, dass bei wenigstens einem der Dämpferelemente der radial außere Kopplungsbereich oder/und der radial innere Kopplungsbereich mit einem radial äußeren Kopplungsbereich beziehungsweise einem radial inneren Kopplungsbereich von wenigstens einem weiteren Dämpferelement gekoppelt oder koppelbar ist. Dies bedeutet letztendlich, dass wenigstens zwei Dämpferelemente zueinander seriell geschaltet sind, woraus ein deutlich längerer Federweg resultiert.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der radial äußere Kopplungsbereich oder der radial innere Kopplungsbereich von einem Dämpferelement zur Kopplung mit einer ersten der beiden Komponenten oder Baugruppen vorgesehen ist, dass der radial äußere Kopplungsbereich oder der radial innere Kopplungsbereich eines anderen Dämpferelementes zur Kopplung mit der zweiten der beiden Komponenten oder Baugruppen vorgesehen ist, und dass die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes und des anderen Dämpferelementes miteinander verbunden sind. Dabei können die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes und des anderen Dämpferelementes im Wesentlichen direkt miteinander verbunden sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes und des anderen Dämpferelementes über wenigstens ein weiteres Dämpferelement miteinander verbunden sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer kann weiter vorgesehen sein, dass wenigstens zwei der Dämpferelemente aus unterschiedlichen Material gebildet sind oder/und mit unterschiedlichen Materialabmessungen hergestellt sind oder/und unterschiedliche Dämpfungsfederkonstanten bereitstellen oder/und in zueinander entgegengesetzter Einbaulage vorgesehen sind.
Weiter ist es möglich, dass die Dämpferelemente aneinander anliegend angeordnet sind Zum Erhalt der gewünschten Elastizität kann vorgesehen sein, dass die Dämpferelemente aus Federstahlmaterial gebildet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden 3 und 4 der Zeichnung detailliert beschrieben. Die 1 und 2 dienen dagegen lediglich zur grundsätzlichen Erläuterung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, wobei dieser zwar über einen Torsionsschwingungsdämpfer mit scheibenartigen Dämpferelementen verfügt, nicht aber über einen erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer. Es zeigt:
1 eine Teil-Längsschnittansicht eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, in dem ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen ist;
2 eine Axialansicht des in 1 eingesetzten Torsionsschwingungsdämpfers;
3 eine Teil-Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers;
4 eine Ansicht, in welcher eine alternative Ausgestaltungsart eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers dargestellt ist.
In 1, die lediglich den Stand der Technik darstellt, ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler allgemein mit 10 bezeichnet. Der Drehmomentwandler 10 umfasst eine Gehäuseanordnung 12, die wiederum einen Gehäusedeckel 14 und eine mit diesem im radial äußeren Bereich durch Verschweißen o. dgl. verbundene Pumpenradschale 16 umfasst. Der Gehäusedeckel 14 ist über eine Kopplungsanordnung 18 mit einer nicht dargestellten Antriebswelle drehfest verbunden oder verbindbar, und die Pumpenradschale 16 ist in ihrem radial inneren Bereich integral mit einer Pumpenradnabe 20 ausgebildet. Ferner trägt die Pumpenradschale 16 in ihrem radial äußeren Bereich eine Mehrzahl von Pumpenradschaufeln 22, wobei letztendlich die Pumpenradschale 16 mit der daran integral ausgebildeten Pumpenradnabe 20 und den Pumpenradschaufeln 22 ein allgemein mit 24 bezeichnetes Pumpenrad bildet. Im Innenraum des Drehmomentwandlers 10 ist ferner ein Turbinenrad 26 vorgesehen. Dieses umfasst eine Turbinenradschale 28, die in ihrem radial äußeren Bereich eine Mehrzahl von Turbinenradschaufeln 30 trägt und die in ihrem radial inneren Bereich mit einer allgemein mit 32 bezeichneten Turbinenradnabe fest verbunden ist. Die Turbinenradnabe 32 kann mit einer Abtriebswelle, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle zur gemeinsamen Drehung gekoppelt werden.
Axial zwischen dem Turbinenrad 26 und dem Pumpenrad 24 liegt ein allgemein mit 52 bezeichnetes Leitrad. Das Leitrad 52 trägt an seinem radial äußeren Bereich eine Mehrzahl von Leitradschaufeln 54 und ist über eine Freilaufanordnung 56 auf einem nicht dargestellten, zur Pumpenradnabe 20 beispielsweise koaxial verlaufenden Stützelement, beispielsweise Stützwelle, getragen. Durch die Freilaufanordnung 56 ist sichergestellt, dass das Leitrad 52 mit den daran getragenen Leitradschaufeln 54 lediglich in einer Drehrichtung frei drehbar, gegen Drehung in der anderen Drehrichtung jedoch blockiert ist.
Der hydrodynamische Drehmomentwandler 10 umfasst ferner eine allgemein mit 34 bezeichnete Überbrückungskupplungsanordnung. Diese weist einen Kupplungskolben 36 auf, der in seinem radial inneren Bereich axial beweglich auf der nicht dargestellten Abtriebswelle geführt ist und der in seinem radial äußeren Bereich unter Zwischenlagerung eines Reibbelags 38 o. dgl. gegen eine Gegenreibfläche 40 des Gehäusedeckels 14 pressbar ist. Des Weiteren ist der Kupplungskolben 36 über einen Torsionsschwingungsdämpfer 42 mit dem Turbinenrad 26 bzw. einem daran festgelegten Mitnahmeelement 44 fest gekoppelt.
In der in 1 dargestellten Ausgestaltungsform weist der Torsionsschwingungsdämpfer 42 eine Mehrzahl von scheibenartigen Dämpferelementen 60, 62, 64 auf. Diese drei scheibenartigen Dämpferelemente 60, 62, 64 sind in Axialansicht in 2 dargestellt. Man erkennt, dass der die scheibenartigen Dämpferelemente 60, 62, 64 umfassende Torsionsschwingungsdämpfer 42 bezüglich der Drehachse A ringartig ausgebildet ist und einen äußeren durchgehenden Ringbereich 66 sowie einen inneren durchgehenden Ringbereich 68 umfasst. Zwischen diesen beiden Ringbereichen 66, 68, welche, wie im Folgenden beschrieben, jeweilige Kopplungsbereiche 70, 72 bilden, erstrecken sich jeweilige Verformungsabschnitte 74, 76. Im radial äußeren Endbereich 78, 80 schließen diese Verformungsabschnitte 74, 76 an den radial äußeren Ringbereich 66, d. h. den radial äußeren Kopplungsbereich 70 an, und in ihrem radial inneren Endbereich 82, 84 schließen diese Verformungsbereiche 74, 76 an den radial inneren Ringbereich 68, d. h. den radial inneren Kopplungsbereich 72 an. Man erkennt, dass also diese Verformungsbereiche 74, 76, welche sich sowohl in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung erstrecken, eine spiralartige Konfiguration aufweisen und zueinander in Umfangsrichtung um 180° versetzt vorgesehen sind.
Die einzelnen Dämpferelemente 60, 62, 64 sind beispielsweise durch Stanzen aus Federstahlmaterial hergestellt, so dass durch elastische Verformung der Verformungsbereiche 74, 76 eine Relativdrehung zwischen dem radial äußeren Ringbereich 66 und dem radial inneren Ringbereich 68 in begrenztem Drehwinkelbereich möglich ist. Dies wird auch durch die erkennbare Konfiguration der Verformungsbereiche 74, 76 unterstützt, die in ihren jeweiligen Endbereichen 82, 84 beziehungsweise 78, 80 dicker sind, d. h. eine größere Breite aufweisen, als in der zwischenliegenden mittleren Bereichen 86, 88.
In den Kopplungsbereichen 70, 72 weisen die Dämpferelemente 60, 62, 64 jeweilige Verzahnungs- oder Vorsprungskonfigurationen 90 beziehungsweise 92 auf. In entsprechender Weise ist im radial äußeren Bereich am Kupplungskolben 38 eine sich im Wesentlichen axial erstreckende Vorsprungs oder Verzahnungskonfiguration 94 ausgebildet, ebenso wie an einem Mitnahmeelement 96, das mit der Turbinenradschale 28 beispielsweise durch Verschweißung fest verbunden ist, eine sich im Wesentlichen axial erstreckende Vorsprungs- oder Verzahnungskonfiguration 98 vorgesehen ist. Beim axialen Zusammensetzen greifen die Vorsprungs- oder Verzahnungskonfigurationen 90 und 94 in Umfangsrichtung im Wesentlichen spielfrei ineinander ein, und es greifen die Verzahnungskonfigurationen oder Vorsprungskonfigurationen 98 und 92 in Umfangsrichtung im Wesentlichen verdrehspielfrei ein. Auf diese Art und Weise stellen die Dämpferelemente 60, 62, 64, d. h. letztendlich der Torsionsschwingungsdämpfer 42, eine Drehmomentübertragungsverbindung zwischen dem Kupplungskolben 38 und dem Turbinenrad 28 her, bei welcher jedoch eine bestimmte Bewegungselastizität zum Ermöglichen einer einer Relativ-Umfangsbewegung zwischen dem Kupplungskolben 36 und dem Turbinenrad 26 zugelassen ist.
Die erfindungsgemäße Verkopplung der einzelnen Dämpferelemente ist in 3 dargestellt. Bei der Ausgestaltungsart gemäß 3 ist eine serielle Schaltung der einzelnen Dämpferelemente 60, 62, 64 vorgesehen. Man erkennt, dass bei dem beispielsweise ganz links liegenden Dämpferelement 64, also beispielsweise demjenigen Dämpferelement, das dem Kupplungskolben 36 am nächsten liegt, zwar am radial äußeren Ringbereich 66, d. h. am radial äußeren Kopplungsbereich 70, eine Verzahnungs- oder Vorsprungskonfiguration 90 vorgesehen ist, jedoch nicht am radial inneren Ringbereich 68, d. h. am radial inneren Kopplungsbereich 72. Dieser ist nunmehr beispielsweise durch eine Nietverbindung 110 oder dergleichen mit dem radial inneren Kopplungsbereich 72 des unmittelbar folgenden Dämpferelements 62 fest verbunden. An diesem radial inneren Kopplungsbereich 72 des Dämpferelements 62 ist dann keine Verzahnungskonfiguration oder dergleichen vorgesehen. Entsprechendes gilt auch für den radial äußeren Kopplungsbereich 70 des Dämpferelements 62. Auch dieser ist über eine Nietverbindung 110 oder dergleichen fast mit dem radial äußeren Kopplungsbereich 70 des Dämpferelements 60 verbunden. Die beiden Dämpferelemente 62 und 60 weisen in ihren radial äußeren Kopplungsbereichen 70 ebenfalls keine Verzahnungs- oder Vorsprungskonfiguration auf. Der radial innere Kopplungsbereich 72 des ganz rechts liegenden, also beispielsweise dem Turbinenrad 26 am nähesten liegenden Dämpferelements 60, weist nunmehr jedoch die nach radial innen weisende oder vorspringende Verzahnungskonfiguration 92 auf, die zur drehfesten Verbindung mit dem Mitnahmeelement 96 ausgebildet ist.
Durch eine derartige serielle Schaltung der einzelnen Dämpferelemente 60, 62, 64 wird letztendlich ein sehr elastischer Dämpfer bereitgestellt, der durch das Addieren der Feder oder Verdrehwege aller drei Dämpferelemente 60, 62, 64 einen relativ großen Dämpfungsweg bereitstellt.
Es ist möglich, die Dämpferelemente 60, 62, 64 mit unterschiedlichem Dämpfungsverhalten auszugestalten, um beispielsweise ein mehrstufiges Dämpfungsverhalten zu erzielen. So könnten beispielsweise die beiden Dämpferelemente 60, 62, 64 mit größerer Steifigkeit, d. h. größerer Federkonstante ausgebildet sein, als das Dämpferelement 62. Im Drehmomentübertragungsbetrieb wird dann zunächst das Dämpferelement 62 verformt werden, und erst dann, wenn dessen zulässiger oder möglicher Verformungsweg aufgebraucht ist, werden die steiferen Dämpferelemente 60, 62, 64 im Wesentlichen verformt werden. Auch ist es bei einer derartigen Anordnung möglich, die verschiedenen Dämpferelemente in zueinander entgegengesetzter Einbaulage vorzusehen, um in beiden möglichen Richtungen der Drehmomentübertragung ein gleiches Dämpfungsverhalten bereitstellen zu können.
Eine Abwandlung des erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers ist in 4 dargestellt. Man erkennt, dass hier der Torsionsschwingungsdämpfer 42 im Drehmomentübertragungsweg zwischen der Turbinenradschale 28 und der Turbinenradnabe 32 liegt. Der Kupplungskolben 36 ist mit der Turbinenradschale über ein Mitnahmeelement 97 drehfest gekoppelt. Hier ist die Turbinenradschale 28 mit ihrem radial inneren Bereich beispielsweise unter Zwischenlagerung eines Gleitlagerungsmaterials 120 drehbar auf einem radial äußeren Lagerbereich 122 eines Flanschabschnittes 124 der Turbinenradnabe 32 gelagert. Am Lagerabschnitt 122 ist ein Radialvorsprung 126 vorgesehen, welcher eine Fixierung der Turbinenradschale 28 in einer Richtung axial auf das Pumpenrad 24 zu vorsieht. Radial innen ist an der Turbinenradschale 28 ein zylindrischer Abschnitt 128 vorgesehen, der entweder durch eine Mehrzahl von sich axial erstreckenden Vorsprüngen 130 gebildet ist oder der wenigstens in seinem axialen Endbereich derartige Vorsprünge 130 aufweist. Von dem flanschartigen Abschnitt 124 der Turbinenradnabe 32 sind ebenfalls mehrere näherungsweise in Achsrichtung sich erstreckende Vorsprünge 132 abgebogen. Diese Vorsprünge 130, 132 bilden jeweilige Kopplungsformationen, über welche die Turbinenradschale 28 bzw. die Turbinenradnabe 32 an jeweilige Kopplungsbereiche 72 der beiden hier vorgesehenen Dämpferelemente 60, 62 drehfest angekoppelt sind. Die Dämpferelemente 60, 62 sind in ihren radial äußeren Kopplungsbereichen 70 miteinander drehfest verbunden, beispielsweise durch Vernietung o. dgl.
Auch hier ist also ein Torsionsschwingungsdämpfer 42 vorgesehen, bei dem die Dämpferelemente 60, 62 zueinander in Serie geschaltet sind, so dass ein relativ großer Verdrehweg bereitgestellt ist.
Auch bei einer derartigen Konfiguration könnten mehr als zwei Dämpferelemente 60, 62 bereitgestellt werden, die dann seriell miteinander gekoppelt sind, beispielsweise vier oder sechs derartige Dämpferelemente, oder es könnten auch jeweilige Pakete von Dämpferelementen zueinander seriell geschaltet werden.
Das Zusammensetzen des Torsionsschwingungsdämpfers 42 aus mehreren scheibenartigen Dämpferelementen ermöglicht es, einen derartigen Torsionsschwingungsdämpfer auch zur Übertragung relativ großer Drehmomente auszugestalten, wobei gleichwohl eine Herstellung in stanztechnischer Art und Weise mit relativ dünnen einzelnen Blechmaterialien möglich ist. Weiter kann durch den Einsatz einer Mehrzahl von Dämpferelementen in einfacher Weise ein gestuftes Dämpferverhalten bereitgestellt werden und es lässt sich insbesondere dann, wenn ein weiches oder elastisches Dämpfungsverhalten vorzusehen ist, ein relativ großer Federweg erzielen.

Claims

Torsionsschwingungsdämpfer zum Eingliedern in den Drehmomentübertragungsweg zwischen zwei Komponenten (36, 26; 28 32) oder Baugruppen, umfassend wenigstens zwei scheibenartige Dämpferelemente (60, 62, 64), wobei jedes Dämpferelement (60, 62, 64) einen radial äußeren Kopplungsbereich (70) und einen radial inneren Kopplungsbereich (72) sowie wenigstens einen sich zwischen dem radial äußeren Kopplungsbereich (70) und dem radial inneren Kopplungsbereich (72) erstreckenden und zum Ermöglichen einer Relativumfangsbewegung zwischen dem radial äußeren Kopplungsbereich (70) und dem radial inneren Kopplungsbereich (72) wenigstens bereichsweise elastisch verformbaren Verformungsbereich (74, 76) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der radial äußere Kopplungsbereich (70) oder der radial innere Kopplungsbereich (72) von einem Dämpferelement (62; 64) zur Kopplung mit einer ersten (36; 32) der beiden Komponenten (36, 26; 28, 32) oder Baugruppen vorgesehen ist, dass der radial äußere Kopplungsbereich (70) oder der radial innere Kopplungsbereich (72) eines anderen Dämpferelementes (60; 62) zur Kopplung mit der zweiten (26; 28) der beiden Komponenten (36, 26; 28, 32) oder Baugruppen vorgesehen ist, und dass die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes (62; 64) und des anderen Dämpferelementes (60; 62) miteinander verbunden sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes (62) und des anderen Dämpferelementes (60) im Wesentlichen direkt miteinander verbunden sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils anderen Kopplungsbereiche des einen Dämpferelementes (64) und des anderen Dämpferelementes (60) über wenigstens ein weiteres Dämpferelement (62) miteinander verbunden sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Dämpferelemente (60, 62, 64) aus unterschiedlichem Material gebildet sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Dämpferelemente (60, 62, 64) mit unterschiedlichen Materialabmessungen hergestellt sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Dämpferelemente (60, 62, 64) unterschiedliche Dämpfungsfederkonstanten bereitstellen.