DE10162162B4

DE10162162B4 - Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad

Info

Publication number: DE10162162B4
Application number: DE10162162.0A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing.(FH) Zottmann Michael; Dipl.-Ing. Kleifges Jürgen; Dipl.-Ing.(FH) Schierling Bernhard; Dipl.-Ing.(FH) Manger Alexander
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: US6962533B2; FR2833670B1; FR2833670A1; DE10162162A1; US20030114228A1

Abstract

Drehschwingungsdämpfer mit einer Primär- (1) und einer Sekundärseite (2), wobei – die Sekundärseite (2) relativ zur Primärseite (1) um eine Drehachse (3) verdrehbar ist, – ab einer Verdrehung in einer Drehrichtung (x) um einen Vorgrundwinkel eine Vorgrundfederanordnung (9) eine Vorgrundrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – ab einer Verdrehung in der Drehrichtung (x) um einen Vorzusatzwinkel eine Vorzusatzfederanordnung (8) zusätzlich eine Vorzusatzrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – der Vorzusatzwinkel größer als der Vorgrundwinkel ist, – die Federanordnungen (8, 9) Führungselemente (11, 12, 13) aufweisen, an denen sich Federelemente (10) abstützen, – die Führungselemente (11, 12, 13) zumindest äußere Führungselemente (12, 13) umfassen, die sich an Abstützstellen (4, 5) der Primärseite (1) und/oder an Mitnahmeelementen (6, 7) der Sekundärseite (2) abstützen, – ein Teil (12) der äußeren Führungselemente (12, 13) zu den Mitnahmeelementen (6, 7) hin Absätze (14) aufweist, zwischen denen eine Nut (15) verläuft, – die Nut (15) so breit ausgebildet ist, dass die Mitnahmeelemente (6, 7) in die Nut (15) eintauchen können, – die jeweils über eine Nut (15) verfügenden äußeren Führungselemente (12) an beiden umfangsseitigen Enden der gleichen Federanordnung (8) angeordnet sind, so dass die Vorzusatzfederanordnung (8) relativ zur Drehachse (3) in einem anderen Winkelbereich (I) angeordnet ist als die Vorgrundfederanordnung (9), dadurch gekennzeichnet, dass – die äußeren Führungselemente (12, 13) Führungselementlängen (l2) aufweisen, wobei die Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorgrundfederanordnung (9) gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorzusatzfederanordnung (8) ist, und ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, gemäß mit einer Primär- und einer Sekundärseite, wobei

- die Sekundärseite relativ zur Primärseite um eine Drehachse verdrehbar ist,
– ab einer Verdrehung in einer Drehrichtung um einen Vorgrundwinkel eine Vorgrundfederanordnung eine Vorgrundrückstellkraft auf die Sekundärseite ausübt,
– ab einer Verdrehung in der Drehrichtung um einen Vorzusatzwinkel eine Vorzusatzfederanordnung zusätzlich eine Vorzusatzrückstellkraft auf die Sekundärseite ausübt,
– der Vorzusatzwinkel größer als der Vorgrundwinkel ist,
– die Federanordnungen Führungselemente aufweisen, an denen sich Federelemente abstützen,
– zumindest äußere Führungselemente vorgesehen sind, die sich an Abstützstellen der Primärseite und/oder an Mitnahmeelementen der Sekundärseite abstützen,
– ein Teil der äußeren Führungselemente zu den Mitnahmeelementen hin Absätze aufweist, zwischen denen eine Nut verläuft, und
– die Nut so breit ausgebildet ist, dass die Mitnahmeelemente in die Nut eintauchen können.

Drehschwingungsdämpfer werden insbesondere zwischen einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe eingesetzt, um von der Verbrennungskraftmaschine verursachte Drehschwingungen vom Getriebe fernzuhalten. Bei einer Lastrichtungsumkehr von Schub auf Zug verursachen konventionelle Drehschwingungsdämpfer in der Verbrennungskraftmaschine einen Ruck, der von einer Überwachungssensorik der Verbrennungskraftmaschine fälschlicherweise als Fehlzündung interpretiert werden kann. Um den Ruck bei einer Lastrichtungsumkehr so klein wie möglich zu halten, werden die obenstehend beschriebenen Drehschwingungsdämpfer verwendet. Ein derartiger Drehschwingungsdämpfer mit sogenannter asymmetrischer Ansteuerung ist z. B. aus der DE 199 58 814 A1 bekannt.
Bei Langzeitversuchen hat sich heraus gestellt, dass es bei diesen Drehschwingungsdämpfern zu Ermüdungsbrüchen der Federanordnungen kommen kann, die zu einem Ausfall des Drehschwingungsdämpfers führen.
Durch die DE 41 28 868 A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem zum Schutz der Federanordnungen gegen Ermüdungsbrüche Drehwinkelbegrenzungen vorgesehen sind, welche eine Verformung von Federelementen der Federanordnungen begrenzen. Hierzu sind Führungselemente vorgesehen, an denen sich die Federelemente jeweils abstützen. Die Führungselemente verfügen über Umfangsvorsprünge, die ab einer bestimmten Relativdrehwinkelauslenkung zweier Schwungmassen des Drehschwingungsdämpfers aneinander in Anlage gelangen.
Maßnahmen zur Realisierung einer asymmetrischen Ansteuerung sind an diesem Drehschwingungsdämpfer allerdings nicht vorgesehen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer derart weiterzubilden, dass er bei asymmetrischer Ansteuerbarkeit seiner Federanordnungen eine größere Lebensdauer aufweist.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei Verdrehen in der Drehrichtung um einen Vorgrenzwinkel die Vorgrundfederanordnung und die Vorzusatzfederanordnung gemeinsam auf Anschlag gehen.
Ermüdungsbrüche sind darauf zurück zu führen, dass bei Überlast des Drehschwingungsdämpfers im Stand der Technik nur eine der Federanordnungen auf Anschlag geht, während die andere Federanordnung noch eine weitere Verdrehung der Sekundärseite relativ zur Primärseite zuließe. Die Federanordnung, die auf Anschlag geht, wird daher im Stand der Technik erheblich stärker belastet als die andere Federanordnung, so dass sie auch eher bricht.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung hingegen erfolgt auch bei Überlast eine Lastverteilung auf beide Federanordnungen, so dass die Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers erhöht werden kann.
Die Federanordnungen weisen üblicherweise Federelemente und Führungselemente auf, an denen sich die Federelemente abstützen. Äußere Führungselemente stützen sich an Abstützstellen der Primärseite und/oder an Mitnahmeelementen der Sekundärseite ab.
Wenn bei Verdrehen um den Vorgrenzwinkel benachbarte Führungselemente der Vorgrundfederanordnung und benachbarte Führungselemente der Vorzusatzfederanordnung einander kontaktieren, ist das gemeinsame Aufanschlaggehen der Federanordnung bei Erreichen des Vorgrenzwinkels auf besonders einfache Weise realisierbar. Darüber hinaus können in diesem Fall die Federelemente derart ausgebildet sein, dass sich einzelne Windungen der (Schrauben-)Federelemente nicht berühren.
In der Regel ist der Vorzusatzwinkel nur geringfügig größer als der Vorgrundwinkel. Die Vorgrundfederanordnung und die Vorzusatzfederanordnung können daher im wesentlichen den gleichen wirksamen Verdrehwinkel aufweisen, wenn die Abstützstellen an der Primärseite um einen Abstützstellenwinkel und die Mitnahmeelemente an der Sekundärseite um einen Mitnahmeelementwinkel gegeneinander versetzt angeordnet sind, die Führungselemente wirksame Führungselementlängen aufweisen und die Summe der wirksamen Führungselementlängen der Vorgrundfederanordnung gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen der Vorzusatzfederanordnung ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
1 einen Teilschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer,
2 eine schematische Darstellung eines Schnittes längs der Linie II-II in 1,
3 einen Schnitt durch den Drehschwingungsdämpfer von 1 längs der Linie III-III in 1,
4 und 5 ein äußeres Führungselement und
6 bis 8 schematische Darstellungen des Drehschwingungsdämpfers von 3.
Gemäß den 1 und 2 weist ein Zweimassenschwungrad als Beispiel eines Drehschwingungsdämpfers eine Primärseite 1 und eine Sekundärseite 2 auf. Die Sekundärseite 2 ist relativ zur Primärseite 1 um eine Drehachse 3 verdrehbar.
Gemäß den 2 und 3 sind an der Primärseite 1 Abstützstellen 4, 5 angeordnet. Die Abstützstellen 4, 5 sind um einen Abstützstellenwinkel α von 180° gegeneinander versetzt. An der Sekundärseite 2 sind Mitnahmeelemente 6, 7 angeordnet die um einen Mitnahmeelementwinkel β gegeneinander versetzt sind. Auch der Mitnahmeelementwinkel β beträgt 180°. Der Abstützstellenwinkel α und der Mitnahmeelementwinkel β sind also gleich groß.
Federanordnungen 8, 9 weisen gemäß 3 Federelemente 10, innere Führungselemente 11 und äußere Führungselemente 12, 13 auf. Die Federelemente 10 stützen sich an den Führungselementen 11, 12, 13 ab. Über die äußeren Federelemente 12, 13 stützen sich die Federanordnungen 8, 9 ferner an den Abstützstellen 4, 5 und/oder an den Mitnahmeelementen 6, 7 ab.
Ersichtlich sind die Federanordnungen 8, 9 relativ zur Drehachse 3 in voneinander verschiedenen Winkelbereichen I, II angeordnet.
Die Führungselemente 11, 12, 13 bestehen vorzugsweise aus einem Basispolymer, Kohlefaser und einem von Kohlefaser verschiedenen Trockenschmierstoff. Als Basispolymer kann z. B. ein Thermoplast, insbesondere ein Polyamid, verwendet werden. Der Anteil an Kohlefaser liegt typischerweise zwischen 10 Gewichtsprozent und 50 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen 20 und 30 Gewichtsprozent. Der Anteil an von Kohlefaser verschiedenem Trockenschmierstoff liegt typisch zwischen 5 Gewichtsprozent und 15 Gewichtsprozent. Als Trockenschmierstoff kommen insbesondere Molybdändisulfid und Polytetrafluorethylen (Teflon) in Frage.
Die inneren Führungselemente 11 sind alle gleich ausgebildet. Insbesondere weisen sie somit wirksame innere Führungselementlängen l1 auf, die für alle inneren Führungselemente 11 gleich ist.
Auch die äußeren Führungselemente 12, 13 weisen wirksame äußere Führungselementlängen l2 auf. Die äußeren Führungselemente 12, 13 sind aber nicht alle gleich ausgebildet. Die beiden im Winkelbereich I angeordneten äußeren Führungselemente 12, also die äußeren Führungselemente 12 der linken Federanordnung 8 gemäß 3, sind nämlich ausgebildet, wie nachfolgend in Verbindung mit 4 und 5 beschrieben wird.
Gemäß den 4 und 5 weisen diese beiden äußeren Führungselemente 12 zu den Abstützstellen 4, 5 bzw. den Mitnahmeelementen 6, 7 hin Absätze 14 auf, zwischen denen eine Nut 15 verläuft. Die Nut 15 ist so breit ausgebildet, dass die Mitnahmeelemente 6, 7 in die Nut 15 eintauchen können. Die wirksame äußere Führungselementlänge l2 der Führungselemente 12 ist somit ab dem Grund der Nut 15 zu rechnen.
Die äußeren Führungselemente 13 der anderen Federanordnung 9 weisen keine derartige Nut 15 auf. Bei ihnen ist somit die wirksame äußere Führungselementlänge l2 ab den Absätzen 14 zu berechnen. Auch diese äußeren Führungselemente 13 sind aber derart dimensioniert, dass ihre äußere Führungselementlänge l2 gleich der äußeren Führungselementlänge l2 der anderen äußeren Führungselemente 12 ist. Die wirksamen Führungselementlängen l1, l2 der Führungselemente 11 bis 13 der Federanordnungen 8, 9 sind also paarweise gleich. Somit ist auch die Summen der wirksamen Führungselementlängen l1, l2 der einen Federanordnung 8 gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen l1, l2 der anderen Federanordnung 9.
Der oben stehend beschriebene Sachverhalt, insbesondere das Vorhandensein der Nuten 15 ist schematisch nochmals in 6 dargestellt. Die Nuten 15 der äußeren Führungselemente 12 sind dabei in 6 gestrichelt dargestellt.
Wie aus den 2, 3 und 6 erkennbar ist, sind die Mitnahmeelemente 6, 7 geringfügig kürzer dimensioniert als die Abstützstellen 4, 5. Die Sekundärseite 2 ist daher relativ zur Primärseite 1 in einer Drehrichtung x um einen kleinen Winkel γ, nachfolgend Vorgrundwinkel γ genannt, kraftfrei verdrehbar. Mit Erreichen des Vorgrundwinkels γ liegt das Mitnahmeelement 6 aber am oberen äußeren Führungselement 13 der rechten Federanordnung gemäß den 3 und 6 an. Bei einem weiteren Verdrehen in der Drehrichtung x übt somit die rechte Federanordnung 9 auf die Sekundärseite 2 eine Grundrückstellkraft aus.
Mit Erreichen eines geringfügig größeren Winkels δ, nachfolgend Vorzusatzwinkel δ genannt, erreicht das untere Mitnahmeelement 7 der Sekundärseite 2 den Grund der Nut 15 des unteren äußeren Führungselements 12 der linken Federanordnung 8. Bei einem weiteren Verdrehen in der Drehrichtung x wird somit nunmehr nicht nur die rechte Federanordnung 9, sondern auch die linke Federanordnung 8 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Somit wirkt ab einer Verdrehung in der Drehrichtung x um den Vorzusatzwinkel δ zusätzlich zur Vorgrundrückstellkraft eine Vorzusatzrückstellkraft auf die Sekundärseite 2.
Der Vorzusatzwinkel δ ist, wie bereits erwähnt, geringfügig größer als der Vorgrundwinkel γ. Typischerweise liegt der Vorgrundwinkel γ im Bereich zwischen einem und zwei Grad, der Vorzusatzwinkel δ im Bereich zwischen zwei und vier Grad. Stets ist aber der Vorzusatzwinkel δ größer als der Vorgrundwinkel γ.
Bei einem weiteren Verdrehen in der Drehrichtung x werden die Federelemente 10 komprimiert, bis die Sekundärseite 2 relativ zur Primärseite 1 um einen Vorgrenzwinkel ε verdreht ist. Dieser Winkel ε ist dadurch definiert, dass bei diesem Winkel ε benachbarte Führungselemente 11, 12 der linken Federanordnung 8 einander kontaktieren. Die linke Federanordnung 8 geht also bei Erreichen des Vorgrenzwinkels ε auf Anschlag.
Wie oben stehend erwähnt, ist die Summe der wirksamen Führungselementlängen l1, l2 der Führungselemente 11, 12 der linken Federanordnung 8 gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen l1, l2 der Führungselemente 11, 13 der rechten Federanordnung 9. Mit Erreichen des Vorgrenzwinkels ε kontaktieren also auch benachbarte Führungselemente 11, 13 der rechten Federanordnung 9 einander. Somit gehen beide Federanordnungen 8, 9 bei Erreichen des Vorgrenzwinkels ε gemeinsam auf Anschlag. Diese Stellung ist in 7 schematisch dargestellt.
Was oben stehend in Verbindung mit einer Verdrehung in der Drehrichtung x beschrieben wurde, gilt aufgrund des Vorhandenseins zweier äußerer Führungselemente 12 mit einer Nut 15 auch bei einem Verdrehen entgegen der Drehrichtung x. Aufgrund der konkreten Ausgestaltung sind dabei die Grund-, Zusatz- und Grenzwinkel γ, δ, ε betragsmäßig die gleichen wie bei einer Verdrehung in Drehrichtung. Prinzipiell könnten sie aber auch anders gewählt werden.
Bei der in Verbindung mit 6 beschriebenen Ausführungsform, nämlich dem Vorsehen von äußeren Führungselementen 12 mit einer Nut 15 sowohl am oberen als auch am unteren Ende der linken Federanordnung 8, wird unabhängig davon, ob die Sekundärseite 2 relativ zur Primärseite 1 in oder entgegen der Drehrichtung x verdreht wird, stets zuerst die rechte Federanordnung 9 ausgelenkt. Die linke Federanordnung 8 wird erst später ausgelenkt.
Es ist aber auch möglich, die beiden Führungselemente 12 mit Absätzen 14 und Nut 15 links und rechts des selben Mitnahmeelements 6, 7 anzuordnen. In 8 ist dies für eine Anordnung links und rechts des oberen Mitnahmeelements 6 dargestellt. In diesem Fall wird bei einer Verdrehung in der Drehrichtung x zuerst die linke Federanordnung 8 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Bei einer Verdrehung entgegen der Drehrichtung x entgegen wird zuerst die rechte Federanordnung 9 aus ihrer Ruhelage ausgelenkt. Diese Vorgehensweise ist völlig gleichwertig zu der vorstehend in Verbindung mit 6 und 7 beschriebenen Vorgehensweise.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit auf einfache Weise eine Verteilung der wirksamen Kräfte auf beide Federanordnungen 8, 9 gewährleistet, und zwar insbesondere auch bei Auftreten einer Überlast. Die Maximallast für eine der Federanordnungen 8, 9 ist somit praktisch halbiert. Die Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers als Ganzes erhöht sich dadurch deutlich.
Bezugszeichenliste

1: Primärseite
2: Sekundärseite
3: Drehachse
4, 5: Abstützstellen
6, 7: Mitnahmeelemente
8, 9: Federanordnungen
10: Federelemente
11: innere Führungselemente
12, 13: äußere Führungselemente
14: Absätze
15: Nuten
I, II: Winkelbereiche
l1, l2: Führungselementlängen
x: Drehrichtung
α–ε: Winkel

Claims

Drehschwingungsdämpfer mit einer Primär- (1) und einer Sekundärseite (2), wobei – die Sekundärseite (2) relativ zur Primärseite (1) um eine Drehachse (3) verdrehbar ist, – ab einer Verdrehung in einer Drehrichtung (x) um einen Vorgrundwinkel eine Vorgrundfederanordnung (9) eine Vorgrundrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – ab einer Verdrehung in der Drehrichtung (x) um einen Vorzusatzwinkel eine Vorzusatzfederanordnung (8) zusätzlich eine Vorzusatzrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – der Vorzusatzwinkel größer als der Vorgrundwinkel ist, – die Federanordnungen (8, 9) Führungselemente (11, 12, 13) aufweisen, an denen sich Federelemente (10) abstützen, – die Führungselemente (11, 12, 13) zumindest äußere Führungselemente (12, 13) umfassen, die sich an Abstützstellen (4, 5) der Primärseite (1) und/oder an Mitnahmeelementen (6, 7) der Sekundärseite (2) abstützen, – ein Teil (12) der äußeren Führungselemente (12, 13) zu den Mitnahmeelementen (6, 7) hin Absätze (14) aufweist, zwischen denen eine Nut (15) verläuft, – die Nut (15) so breit ausgebildet ist, dass die Mitnahmeelemente (6, 7) in die Nut (15) eintauchen können, – die jeweils über eine Nut (15) verfügenden äußeren Führungselemente (12) an beiden umfangsseitigen Enden der gleichen Federanordnung (8) angeordnet sind, so dass die Vorzusatzfederanordnung (8) relativ zur Drehachse (3) in einem anderen Winkelbereich (I) angeordnet ist als die Vorgrundfederanordnung (9), dadurch gekennzeichnet, dass – die äußeren Führungselemente (12, 13) Führungselementlängen (l2) aufweisen, wobei die Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorgrundfederanordnung (9) gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorzusatzfederanordnung (8) ist, und – bei Verdrehen in der Drehrichtung (x) um einen Vorgrenzwinkel (ε) die Vorgrundfederanordnung (8, 9) und die Vorzusatzfederanordnung (8, 9) gemeinsam auf Anschlag gehen, indem benachbarte Führungselemente (11, 13) der Vorgrundfederanordnung (9) und benachbarte Führungselemente (11, 12) der Vorzusatzfederanordnung (8) einander kontaktieren.
Drehschwingungsdämpfer mit einer Primär- (1) und einer Sekundärseite (2), wobei – die Sekundärseite (2) relativ zur Primärseite (1) um eine Drehachse (3) verdrehbar ist, – ab einer Verdrehung in einer Drehrichtung (x) um einen Vorgrundwinkel eine Vorgrundfederanordnung (9) eine Vorgrundrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – ab einer Verdrehung in der Drehrichtung (x) um einen Vorzusatzwinkel eine Vorzusatzfederanordnung (8) zusätzlich eine Vorzusatzrückstellkraft auf die Sekundärseite (2) ausübt, – der Vorzusatzwinkel größer als der Vorgrundwinkel ist, – die Federanordnungen (8, 9) Führungselemente (11, 12, 13) aufweisen, an denen sich Federelemente (10) abstützen, – die Führungselemente (11, 12, 13) zumindest äußere Führungselemente (12, 13) umfassen, die sich an Abstützstellen (4, 5) der Primärseite (1) und/oder an Mitnahmeelementen (6, 7) der Sekundärseite (2) abstützen, – ein Teil (12) der äußeren Führungselemente (12, 13) zu den Mitnahmeelementen (6, 7) hin Absätze (14) aufweist, zwischen denen eine Nut (15) verläuft, – die Nut (15) so breit ausgebildet ist, dass die Mitnahmeelemente (6, 7) in die Nut (15) eintauchen können, dadurch gekennzeichnet, dass – die jeweils über eine Nut (15) verfügenden äußeren Führungselemente (12) beidseits eines Mitnahmeelementes (6) angeordnet sind, – die äußeren Führungselemente (12, 13) Führungselementlängen (l2) aufweisen, wobei die Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorgrundfederanordnung (9) gleich der Summe der wirksamen Führungselementlängen (l1, l2) der Vorzusatzfederanordnung (8) ist, und – bei Verdrehen in der Drehrichtung (x) um einen Vorgrenzwinkel (ε) die Vorgrundfederanordnung (8, 9) und die Vorzusatzfederanordnung (8, 9) gemeinsam auf Anschlag gehen, indem benachbarte Führungselemente (11, 13) der Vorgrundfederanordnung (9) und benachbarte Führungselemente (11, 12) der Vorzusatzfederanordnung (8) einander kontaktieren.