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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer nach den oberbegriffsbildenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1, und sie ist insbesondere vorteilhaft
an einem Zweimassenschwungrad zwischen der Brennkraftmaschine und
dem Getriebe eines Kraftfahrzeuges realisierbar.
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Hintergrund der Erfindung
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Dem
Fachmann in der Kraftfahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, dass
ein Zweimassenschwungrad ein Torsionsschwingungsdämpfer ist, der
insbesondere in Personenkraftfahrzeugen zur Erhöhung des Fahrkomforts zwischen
die Brennkraftmaschine und das Getriebe geschaltet ist. Ein solches
Zweimassenschwungrad besteht im Wesentlichen aus einer direkt mit
der Antriebswelle der Brennkraftmaschine verbundenen scheibenförmigen Primärmasse und
aus einer koaxial zu dieser Primärmasse
angeordneten scheibenförmigen
Sekundärmasse,
die über
eine Kupplung mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist.
Beide Schwungmassen sind dabei durch mehrere zwischen diesen angeordnete
Dämpfungsmittel
in Form von üblicherweise zwei
einander gegenüberliegenden,
gebogenen Spiraldruckfedern miteinander gekoppelt und entgegen der
Wirkung dieser Dämpfungsmittel über eine
zwischen einem koaxialen Lagerflansch an der Primärmasse und
einem koaxialen Lagerflansch an der Sekundärmasse angeordnete reibungsmindernde
Lagerung relativ zueinander verdrehbar. Beim Betrieb des Kraftfahrzeugs
wird über
die drehende Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die Primärmasse aktiv angetrieben,
während über die
Dämpfungselemente die
ihrerseits die Getriebeeingangswelle antreibende Sekundärmasse mitgenommen
wird. Über
die Dämpfungselemente
werden dabei zum einen die aus Unwuchten der bewegten Massen im
Antriebsstrang resultierenden Ungleichmäßigkeiten und zum anderen die
aus den Kolbenbewegungen resultierenden Drehungleichförmigkeiten
der Brennkraftmaschine gedämpft.
Der während
der Fahrt auftretende maximale oszillierende Schwenk-Winkel zwischen
den Schwungmassen beträgt
dabei lediglich ca. ± 0,4°, so dass
die Lagerung während
des üblichen
Betriebs des Kraftfahrzeuges kaum dynamisch hinsichtlich Relativdrehzahl
beansprucht wird.
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Anders
verhält
es sich jedoch beim Anlassen des Fahrzeugs, wo es zu einem oszillierenden Schwenkwinkel
von ± 60° und somit
zu einer wesentlich stärkeren
Verdrehung zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
kommen kann. In diesem Fall ist zwischen den Schwungmassen ein Lagersystem
mit einem sehr geringen Reibungskoeffizienten von Vorteil, der grundsätzlich nur
mit Wälzlagern
erzielt kann. Infolgedessen wurden in der Vergangenheit für die reibungsmindernde
Lagerung zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
vor allem einreihige Rillenkugellager verwendet, die, wie beispielsweise
aus der
DE 41 17 584
A1 und
DE
42 14 655 A1 bekannt ist, mit einem ihrer Lagerringe drehfest
mit einem der Lagerflansche an der Primär- oder Sekundärmasse verbunden
und sind.
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Obwohl
mit derartigen Rillenkugellagern eine sehr gute Dämpfung der
zwischen der Brennkraftmaschine und dem Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges auftretenden
Schwingungen erzielbar ist, haben sich in der Praxis jedoch entscheidende
Nachteile herausgestellt. Diese bestehen zum einen darin, dass es sich
bei diesen Rillenkugellagern zumeist um Speziallager handelt, die
sich in der Herstellung aufgrund der Ausführung der Lager als Massivlager
und der Verwendung spezieller Kunststoffkappen zur Bereitstellung
eines vergrößerten Fettdepots
als sehr kostenaufwändig
erwiesen haben. Zum anderen hat sich deren zu geringe Standzeit
immer wieder als kritischer Punkt an Zweimassenschwungrädern erwiesen,
da es infolge ungünstiger
Betriebsverhältnisse häufig bereits
nach kurzer Betriebsdauer zum Ausfall der Lagerung kam. Die Ursache
solcher Ausfälle
ist dabei vor allem auf den im Betrieb des Kraftfahrzeuges begrenzten
Schwenkwinkel mit hoher Frequenz und geringer Amplitude zwischen
den Schwungmassen zurückzuführen, durch
den die Lagerkugeln eine der Frequenz der Drehschwingungen proportionale Drehsinnänderung
sowie eine nur sehr geringe Abwälzbewegung
erfahren. Darüber
hinaus treten diese hohen Beanspruchungen zwischen den Lagerkugeln und
deren Laufbahnen praktisch immer an der gleichen Stelle bzw. in
sehr kleinen Bereichen des Umfangs der Laufbahnen überlagert
von Wank- bzw. Schwenkbewegungen der Schwungmassen auf, so dass
die Lagerringe in diesen kleinen Bereichen häufig überbeansprucht werden und sich
die Lagerkugeln in die Laufbahnen einarbeiten. Dadurch kommt es
zum Herauslösen
von Teilchen aus der Oberfläche der
Laufbahnen und letztendlich zur Zerstörung der Wälzlagerung.
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Zur
Vermeidung dieser Nachteile wurde es deshalb durch die
DE 3 506 818 A1 vorgeschlagen, die
Wälzlagerung
zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
durch ein selbstnachstellendes doppelreihiges Schrägkugellager
mit einem geteilten Innenlagerring zu bilden, der unter der Wirkung
einer axialen Federkraft steht. Die durch diese Maßnahme erzielbare
Erhöhung
der Lebensdauer der Wälzlagerung
zwischen den beiden Schwungmassen ist dabei darauf zurückzuführen, dass
durch die Selbsteinstellung in der Wälzlagerung kein Spiel zwischen
den Lagerkugeln und deren Laufbahnen und somit keine ungedämpfte Relativbewegung
zwischen den Lagerkugeln mehr auftreten kann, die ein Aufschlagen
der Lagerkugeln auf den Laufbahnen und damit eine erhöhte Beanspruchung
des Wälzlagers
mit den bereits genannten Folgen verursacht.
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Unter
dem Gesichtspunkt, dass moderne Brennkraftmaschinen mit immer mehr Leistung
und Drehmoment konzipiert werden, die immer höhere Kupplungsund über die
Wälzlagerung
zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
von Zweimassenschwungrädern
zu übertragende
Ausrückkräfte bedingen,
hat es sich jedoch gezeigt, dass die hohen Beanspruchungen während des
Betriebs der Brennkraftmaschine auch nicht mehr mit solchen selbstnachstellenden
zweireihigen Schrägkugellagen
dauerhaft bewältigt
werden können
und die Lebensdauer der Schrägkugellager
vor allem von deren sicherer Schmiermittelversorgung abhängig ist.
Da für
die Wälzlagerung
in Zweimassenschwungrädern
konstruktionsbedingt keine Nachschmiermöglichkeiten vorgesehen sind,
ist somit die Lebensdauer solcher Schrägkugellager vor allem von der
Größe bzw.
möglichen
Gebrauchsdauer des vorhandenen Fettdepots innerhalb des Lagers stark
abhängig.
Die Größe des Fettdepots
wird dabei durch das freie Volumen des Zwischenraumes zwischen den
Lagerringen definiert, der sich jedoch bei allen Arten von Kugellagern naturgemäß durch
das Volumen der Lagerkugeln und des Lagerkäfigs erheblich reduziert. Das
zur Verfügung
stehendes Fettdepot zur Schmierung der bekannten Schrägkugellager
ist daher relativ klein ausgebildet ist und lässt sich durch die bereits
nahezu vollständige
Ausnutzung des zur Verfügung
stehenden Bauraumes für
die Wälzlagerung
auch nicht ohne aufwändige
konstruktive Änderungen
der Lagerumgebung und/oder der Lagerabmessungen erweitern.
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Aufgabe der Erfindung
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Ausgehend
von den dargelegten Nachteilen der Lösungen des bekannten Standes
der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zu Grunde, einen
Torsionsschwingungsdämpfer,
insbesondere ein Zweimassenschwungrad zwischen der Brennkraftmaschine
und dem Getriebe eines Kraftfahrzeuges, zu konzipieren, dessen Wälzlagerung
zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
kostengünstig
herstellbar sowie dazu geeignet ist, die wirkenden Axial- und Radialkräfte sicher
aufzunehmen und welche ohne konstruktive Änderungen der Lagerumgebung
und/oder der Lagerabmessungen ein solch großes Fettdepot aufweist, dass
sie sich gegenüber
bisher verwendeten Wälzlagern
durch geringeren Verschleiß und
erhöhte
Lebensdauer auszeichnet.
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Beschreibung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einem Torsionsschwingungsdämpfer nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart gelöst,
dass die Wälzlagerung
zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse
durch eine sowohl der Aufnahme radialer Betriebskräfte als
auch der Aufnahme axialer Betriebskräfte dienende zweireihige Kugelrollenlagereinheit
gebildet wird, deren Wälzkörper als
Kugelrollen mit jeweils zwei symmetrisch von einer Kugelgrundform
abgeflachten sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen ausgebildet
sind. Der Lagerflansch an der Primärmasse ist dabei zugleich als
mit eingeformten Innenlaufbahnen für beide Wälzkörperreihen versehener innerer
Lagerring der Kugelrollenlagereinheit ausgebildet, während der beidseitig
axial abgedichtete Zwischenraum zwischen dem Lagerflansch und einem
separaten äußeren Lagerring
das Fettdepot der Kugelrollenlagereinheit bildet, welches um das
jeweils von der Kugelgrundform reduzierte Volumen aller Wälzkörper vergrößert ausgebildet
ist.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
werden in den Unteransprüchen
beschrieben.
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Danach
ist es gemäß Anspruch
2 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfer
vorgesehen, dass die als Kugelrollen ausgebildeten und bevorzugt
in gesonderten Kunststofffensterkäfigen geführten Wälzkörper beider Wälzkörperreihen
der Kugelrollenlagereinheit bevorzugt jeweils eine Breite zwischen
ihren Seitenflächen von
etwa 60% bis 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform aufweisen
und durch ihre Form das Volumen des Fettdepots zwischen den Lagerringen
um etwa 20% bis 30% gegenüber
einem identisch dimensionierten Kugellager vergrößern. Die Breite der Laufbahnen
in den Lagerringen beträgt
dabei ebenfalls mindestens 60% bis 70% des Durchmessers der Kugelgrundform
der Kugelrollen, so dass deren Laufflächen unter der aufzunehmenden
Radial-/Axiallast einen einhundertprozentigen Linienkontakt zu den Laufbahnen
in den Lagerringen aufweisen. Die Ausbil dung der Kugelrollen und
der Laufbahnen mit einer derartigen Breite hat sich dabei in der
Praxis hinsichtlich der radialen und axialen Tragfähigkeit
des Lagers bewährt
und entspricht in etwa der Kontaktfläche, die auch die Kugeln herkömmlicher
Schrägkugellager
zu ihren Laufbahnen in den Lagerringen aufweisen. Darüber hinaus
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Laufflächen der Kugelrollen mit einem
logarithmischen Profil auszubilden, um somit eine Kantenpressung
der Kugelrollen an den Kanten ihrer Laufbahnen zu vermeiden und
gleichzeitig die Tragfähigkeit der
Kugelrollenlagereinheit weiter zu erhöhen.
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Als
bevorzugte erste Ausführungsform
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
wird es im Weiteren durch Anspruch 3 vorgeschlagen, dass die Kugelrollenlagereinheit bevorzugt
als zweireihiges vorgespanntes Schrägkugelrollenlager mit in X-Anordnung
gegeneinander angestellten Wälzkörperreihen
ausgebildet ist. Der äußere Lagerring
dieses Schrägkugelrollenlagers
ist dabei in kostengünstiger
Weise als Tiefziehteil aus einem Wälzlagerwerkstoff ausgebildet,
in den zumindest eine der Außenlaufbahnen
für die
beiden Wälzkörperreihen
eingeformt ist. Als tiefziehfähige
Wälzlagerwerkstoffe
haben sich dabei vor allem 100CR und C80 oder auch C45 modifiziert
als besonders vorteilhaft erwiesen, so dass der äußere Lagerring nach dem Tiefziehen
zur Ausbildung mit Wälzlagereigenschaften
noch entsprechend wärmebehandelt und
nachgearbeitet werden kann.
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Ein
weiteres Merkmal des derart hergestellten äußeren Lagerrings des Schrägkugelrollenlagers ist
es darüber
hinaus nach Anspruch 4, dass dieser an seiner zur Primärmasse weisenden
Axialseite einen im Profilquerschnitt U-förmigen und gegenüber der
Außenmantelfläche des
Lagerrings erhabenen Stützbord
aufweist, über
den axiale Betriebskräfte vom
Lagerflansch der Sekundärmasse
auf das Schrägkugelrollenlager übertragbar
sind. Dieser Stützbord
am äußeren Lagerring
wird gemäß Anspruch
5 in vorteilhafter Weise zugleich zur Abdichtung des Fettdepots
zwischen den Lagerringen an einer Axialseite des Lagers genutzt,
indem in das Innenprofil des Stützbordes
ein auf dem Lagerflansch der Primärmasse schleifender Doppellippendichtring eingepresst
wird. An der an deren Axialseite des Lagers erfolgt die Abdichtung
des Fettdepots bevorzugt durch eine auf den äußeren Lagerring aufgepresste L-profilförmige Ringkappe,
an die zwei ebenfalls auf dem Lagerflansch der Primärmasse schleifende Dichtlippen
anvulkanisiert sind.
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Ein
letztes Merkmal der ersten Ausführungsform
der Kugelrollenlagereinheit ist es gemäß Anspruch 6 schließlich noch,
dass die Außenlaufbahn für die zweite
Wälzkörperreihe
bevorzugt als separates Ringbauteil ausgebildet ist, das durch Einpressen in
den mit der Außenlaufbahn
der ersten Wälzkörperreihe
ausgebildeten äußeren Lagerring
in diesem befestigt ist. Diese separate Außenlaufbahn ist dabei in kostengünstiger
Weise als Fließpressteil
aus den gleichen Wälzlagerwerkstoffen
wie der äußere Lagerring
ausgebildet, bei dem aufgrund der aus den geringen Drehbewegungen
zwischen den Schwungmassen resultierenden geringen Genauigkeitsanforderungen
an die Kugelrollenlagereinheit nach der Wärmebehandlung auf eine Nachbearbeitung
verzichtet werden kann. Zur Einstellung der Vorspannung des Schrägkugelrollenlagers
sind darüber
hinaus zwischen der Rückseite
der separaten Außenlaufbahn
und dem Trägerring
des in den Stützbord eingepressten
Doppellippendichtrings Abstimmscheiben oder als Tellerfedern ausgebildete
Vorspannfedern eingelegt, deren Vorspannung beim abschließenden Umbördeln des
Stützbordes
fixiert wird.
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Eine
zweite Ausführungsform
des erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
sieht nach Anspruch 7 dagegen vor, dass die Kugelrollenlagereinheit
bevorzugt als kombiniertes Radial-Axial-Kugelrollenlager mit einer
schräg angestellten
Wälzkörperreihe
und einer senkrecht angestellten Wälzkörperreihe ausgebildet ist.
Der äußere Lagerring
dieses Radial-Axial-Kugelrollenlager ist
dabei ebenfalls als Tiefziehteil aus einem der genannten Wälzlagerwerkstoffe
ausgebildet, in den jedoch bei dieser Ausführungsform die Außenlaufbahnen
für beide
Wälzkörperreihen
eingeformt sind. Die Übertragung
axialer Betriebskräfte
vom Lagerflansch der Sekundärmasse
auf das Radial-Axial-Kugelrollenlager erfolgt hierbei nach Anspruch
8 ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform
durch einen im Profilquerschnitt L-förmigen und ge genüber der
Außenmantelfläche des äußeren Lagerrings
erhabenen Stützbord,
der an der zur Primärmasse
weisenden Axialseite des äußeren Lagerrings
angeformt ist. Die axialen Betriebskräfte werden dabei vor allem
durch die schräg
angestellte Wälzkörperreihe
und deren Laufbahnen im Lagerflansch an der Primärmasse und im äußeren Lagerring
aufgenommen, während die
senkrecht angestellte Wälzkörperreihe
vor allem der Übertragung
radialer Betriebskräfte
sowie zur Laufstabilisierung der Sekundärmasse dient. Als Abdichtung
des Fettdepots zwischen den Lagerringen hat sich bei dieser Ausführungsform
einerseits eine in das Innenprofil des Stützbordes am äußeren Lagerring
eingepresste armierte Doppellippendichtung und andererseits eine
auf den äußeren Lagerring
aufgepresste L-profilförmige
Dichtkappe mit einer anvulkanisierten Dichtlippe als besonders geeignet
erwiesen, wobei jedoch anstelle der genannten Dichtungsarten auch
andere geeignete Dichtungen möglich sind.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
zeichnet sich darüber
hinaus nach Anspruch 10 dadurch aus, dass die Kugelrollenlagereinheit
bevorzugt als einseitig wirkendes Tandem-Schrägkugelrollenlager ausgebildet
ist, bei dem durch stufenförmige
Anordnung der Innenlaufbahnen der Wälzkörperreihen im Lagerflansch
an der Primärmasse
die eine Wälzkörperreihe
einen größeren Teilkreisdurchmesser
und eine größere Wälzkörperanzahl
als die andere Wälzkörperreihe
aufweist.
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Bei
einer mit Anspruch 11 vorgeschlagenen ersten Variante ist es dabei
vorgesehen, dass der äußere Lagerring
des Tandem-Schrägkugelrollenlagers bevorzugt
als Fließpressteil
aus einem der genannten Wälzlagerwerkstoffe
ausgebildet ist, der im Wesentlichen eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist
und in dessen Innenseite die Außenlaufbahnen für beide
Wälzkörperreihen
stufenförmig
eingeformt sind. Ein derart hergestellter äußerer Lagerring hat vor allem
im Hinblick auf dessen Herstellungskosten den Vorteil, dass nach
dessen Wärmebehandlung mittels
partiellem Härten
auf eine weitere Endbearbeitung verzichtet werden kann, da auch
hier durch die geringen Drehbewegungen zwischen den Schwungmassen
nur geringe Genauigkeitsanforderungen an das Tandem-Schrägkugelrollenlager
gestellt werden. Nach Anspruch 12 erfolgt bei diesem Tandem-Schrägkugelrollenlager
die Übertragung
axialer Betriebskräfte
von der Sekundärmasse
durch einen an den Lagerflansch der Sekundärmasse angeformten Ringbund,
der an der gegenüberliegenden Axialseite
des äußeren Lagerrings
anliegt. Zur Abdichtung des Fettdepots zwischen den Lagerringen ist
bei dieser Variante einerseits ein Doppellippendichtring in den äußeren Lagerring
eingepresst und andererseits eine L-profilförmige Dichtkappe mit einer
anvulkanisierten Dichtlippe auf den äußeren Lagerring aufgepresst,
wobei jedoch auch hier andere geeignete Dichtungen denkbar sind.
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Bei
der mit Anspruch 14 vorgeschlagenen zweiten Variante ist es dagegen
vorgesehen, dass der äußere Lagerring
des Tandem-Schrägkugelrollenlagers
bevorzugt als Tiefziehteil aus einem aus den genannten Wälzlagerwerkstoffen
bestehenden Stahlblech hergestellt wird, in den die Außenlaufbahnen
für beide
Wälzkörperreihen
ebenfalls stufenförmig
eingeformt sind, der aber durch das verwendete Material eine dementsprechend
stufenförmige
Außenmantelfläche aufweist.
Zur Übertragung
axialer Betriebskräfte
von der Sekundärmasse
auf das Tandem-Schrägkugelrollenlager
ist nach Anspruch 15 der Lagerflansch der Sekundärmasse deshalb mit einem an
die stufenförmige
Ausbildung des äußeren Lagerrings
angepassten Querschnittsprofil ausgebildet, das an den Außenkonturen
des äußeren Lagerrings
anliegt. Die Abdichtung des Fettdepots zwischen den Lagerringen
erfolgt bei dieser Variante gemäß Anspruch
16 einerseits bevorzugt durch eine Spaltdichtung, die zwischen einem
in den äußeren Lagerring
eingepressten U-Profilring und dem Lagerflansch an der Primärmasse gebildet
wird und andererseits bevorzugt durch eine auf den äußeren Lagerring
aufgepresste L-profilförmige
Dichtkappe, an deren freiem Schenkel eine auf dem Lagerflansch der Primärmasse schleifende
Dichtlippe anvulkanisiert ist.
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Ein
gemeinsames Merkmal der beiden vorgenannten Varianten des Tandem-Schrägkugelrollenlagers
ist es nach Anspruch 17 darüber
hinaus noch, dass zwischen den beiden Wälzkörperreihen eine in den äußeren Lagerring
eingepresste Winkelscheibe angeordnet ist, die das Fettdepot zwischen den
Lagerringen in zwei Kammern unterteilt. Die Anordnung einer solchen
ebenfalls kos tengünstig
durch Tiefziehen herstellbaren Winkelscheibe hat dabei den Vorteil,
dass damit ein fliehkraftbedingtes Abwandern von Schmierfett aus
der radial tiefer angeordneten Kammer mit der teilkreiskleineren
Wälzkörperreihe
in die radial höher
angeordnete Kammer mit der teilkreisgrößeren Wälzkörperreihe verhindert und somit
auch eine ausreichende Schmierung der teilkreiskleineren Wälzkörperreihe
eines solchen Tandem-Schrägkugelrollenlagers über dessen
maximale Gebrauchsdauer sichergestellt wird.
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Durch
Anspruch 18 wird schließlich
noch eine vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
vorgeschlagen, bei der die Kugelrollenlagereinheit ebenfall als
einseitig wirkendes Tandem-Schrägkugelrollenlager
ausgebildet ist, bei dem jedoch durch niveaugleiche Anordnung der
Innenlaufbahnen der Wälzkörperreihen
im Lagerflansch an der Primärmasse
beide Wälzkörperreihen
den gleichen Teilkreisdurchmesser und die gleiche Wälzkörperanzahl
aufweisen. Ein besonderes Merkmal dieser Ausführungsform ist es dabei gemäß Anspruch
19, dass der äußere Lagerring des
Tandem-Schrägkugelrollenlagers
bevorzugt aus zwei gesonderten als Tiefziehteile aus einem der genannten
Wälzlagerwerkstoffe
ausgebildeten Teilringen besteht, die jeweils die Außenlaufbahnen
für beide
Wälzkörperreihen
bilden. Beide Teilringe des äußeren Lagerrings
weisen dabei im Wesentlichen radial niveaugleiche zylindrische Außenmantelflächen auf,
so dass bei dieser Ausführungsform
nach Anspruch 20 die Übertragung
axialer Betriebskräfte
von der Sekundärmasse
auf das Tandem-Schrägkugelrollenlager
wieder durch einen an den Lagerflansch der Sekundärmasse angeformten
Ringbund erfolgen kann, der an der gegenüberliegenden Axialseite eines
Teilrings des äußeren Lagerrings
anliegt. Als Abdichtung des Fettdepots zwischen den Lagerringen hat
sich bei dieser Ausführungsform
einerseits eine Labyrinthdichtung, die zwischen einem auf den einen Teilring
des äußeren Lagerrings
aufgepressten U-Profilring
und einer Umlaufnut im Lagerflansch an der Primärmasse gebildet wird, und andererseits eine
auf den anderen Teilring des äußeren Lagerrings
aufgepresste L-profilförmige
Dichtkappe mit zwei anvulkanisierten Dichtlippen als besonders vorteilhaft
erwiesen, die jedoch auch hier durch andere geeignete Dichtungen
ersetzt werden können.
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Zusammenfassend
weist der erfindungsgemäß ausgebildete
Torsionsschwingungsdämpfer
somit in allen beschriebenen Ausführungsformen gegenüber den
aus dem Stand der Technik bekannten Torsionsschwingungsdämpfern den
Vorteil auf, dass dessen Lagerung zwischen der Primärmasse und der
Sekundärmasse
durch den Einsatz einer weitestgehend spanlos herstellbaren zweireihigen
Kugelrollenlagereinheit sowohl kostengünstig herstellbar als auch
dazu geeignet ist, die wirkenden Axial- und Radialkräfte sicher
aufzunehmen. Dabei weist die verwendete Kugelrollenlagereinheit
ohne konstruktive Änderungen
der Lagerumgebung und/oder der Lagerabmessungen durch die als Kugelrollen
ausgebildeten Wälzkörper ein
gegenüber
bisher verwendeten Kugellagern vergrößertes Fettdepot auf, so dass
sich die Wälzlagerung
insgesamt durch einen geringeren Verschleiß und erhöhte Lebensdauer auszeichnet.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdämpfers
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Teilansicht eines Querschnittes durch ein Zweimassenschwungrad mit
erfindungsgemäß ausgebildeter
Wälzlagerung
zwischen der Primärmasse
und der Sekundärmasse;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Querschnittes durch eine erste Ausführungsform der für die Wälzlagerung
verwendeten zweireihigen Kugelrollenlagereinheit gemäß Einzelheit
X in 1;
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3 eine
vergrößerte Darstellung
des Querschnittes durch eine zweite Ausführungsform der für die Wälzlagerung
verwendeten zweireihigen Kugelrollenlagereinheit;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
des Querschnittes durch eine erste Variante einer dritten Ausführungsform
der für
die Wälzlagerung
verwendeten zweireihigen Kugelrollenlagereinheit;
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5 eine
vergrößerte Darstellung
des Querschnittes durch eine zweite Variante der dritten Ausführungsform
der für
die Wälzlagerung
verwendeten zweireihigen Kugelrollenlagereinheit;
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6 eine
vergrößerte Darstellung
des Querschnittes durch eine vierte Ausführungsform der für die Wälzlagerung
verwendeten zweireihigen Kugelrollenlagereinheit.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Aus 1 geht
deutlich ein an sich bekanntes Zweimassenschwungrad 1 hervor,
welches im Wesentlichen aus einer über Verbindungsschrauben 3 direkt
mit der Antriebswelle 2 der Brennkraftmaschine verbundenen
scheibenförmigen
Primärmasse 4 und
aus einer koaxial zu dieser Primärmasse 4 angeordneten
scheibenförmigen
Sekundärmasse 8 besteht,
die ihrerseits über
die Reibbeläge 6 einer Kupplung 5 mit
der Eingangswelle 7 des Getriebes des Kraftfahrzeuges verbunden
ist. Ferner ist aus 1 ersichtlich, dass die Primärmasse 4 und
die Sekundärmasse 8 durch
mehrere zwischen diesen angeordnete und als halbkreisförmig gebogene
Spiralfedern ausgebildete Dämpfungsmittel 9 miteinander
gekoppelt und entgegen der Wirkung dieser Dämpfungsmittel 9 über eine
zwischen einem koaxialen Lagerflansch 10 an der Primärmasse 4 und
einem koaxialen Lagerflansch 11 an der Sekundärmasse 8 angeordnete
Wälzlagerung 12 relativ
zueinander verdrehbar sind. Diese Anordnung bewirkt, dass beim Betrieb
des Kraftfahrzeuges die Antriebskraft der Brennkraftmaschine zunächst über die
drehende Antriebswelle 2 aktiv auf die Primärmasse 4 wirkt
und dann über
die Dämpfungsmittel 9 auf
die die Eingangswelle 7 des Getriebes treibende Sekundärmasse 8 übertragen
wird, wobei über
die Dämpfungsmittel 9 die
aus Unwuchten im Antriebsstrang resultie renden Ungleichmäßigkeiten
gedämpft
werden.
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Als
neues Merkmal dieses Zweimassenschwungrades 1 geht es darüber hinaus
aus 1 hervor, dass die Wälzlagerung 12 zwischen
der Primärmasse 4 und
der Sekundärmasse 8 erfindungsgemäß durch
eine zweireihige Kugelrollenlagereinheit 13 gebildet wird,
die sowohl der Aufnahme radialer Betriebskräfte als auch der Aufnahme axialer
Betriebskräfte
dient. Die in 2 gezeigte vergrößerte Darstellung
der Einzelheit X in 1 macht dabei ebenso wie die
Darstellungen der 3 bis 6 deutlich,
dass die Wälzkörper 14 dieser
Kugelrollenlagereinheit 13 als zwei Reihen 19, 20 nebeneinander
angeordneter Kugelrollen ausgebildet sind, die jeweils zwei symmetrisch
von einer Kugelgrundform abgeflachte sowie parallel zueinander angeordneten Seitenflächen 15, 16 aufweisen.
Der Lagerflansch 10 an der Primärmasse 4 ist dabei
zugleich als innerer Lagerring 21 der Kugelrollenlagereinheit 13 ausgebildet,
in den die Innenlaufbahnen 17, 18 für beide Wälzkörperreihen 19, 20 eingeformt
sind. Ein weiteres neues Merkmal des erfindungsgemäß ausgebildeten
Torsionsschwingungsdampfers ist es darüber hinaus, dass der beidseitig
axial abgedichtete Zwischenraum zwischen dem Lagerflansch 10 und
einem separaten äußeren Lagerring 22 das
Fettdepot 23 der Kugelrollenlagereinheit 13 bildet,
welches um das jeweils von der Kugelgrundform reduzierte Volumen
alter Wälzkörper 14 vergrößert ausgebildet
ist. Lediglich andeutungsweise ist diesbezüglich den 2 bis 6 entnehmbar,
dass die als Kugelrollen ausgebildeten und in gesonderten Kunststofffensterkäfigen 24, 25 geführten Wälzkörper 14 beider
Wälzkörperreihen 19, 20 der
Kugelrollenlagereinheit 13 bevorzugt jeweils eine Breite
zwischen ihren Seitenflächen 15, 16 von
etwa 60% bis 70% des Durchmessers ihrer Kugelgrundform aufweisen
und durch ihre Form das Volumen des Fettdepots 23 zwischen
den Lagerringen 21, 22 um etwa 20% bis 30% gegenüber einem
identisch dimensionierten Kugellager vergrößern.
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Die
in 2 dargestellte erste Ausführungsform der verwendeten
zweireihigen Kugelrollenlagereinheit 13 zeichnet sich vor
allem dadurch aus, dass sie als zweireihiges vorgespanntes Schrägkugelrollenlager 26 mit
in X-Anordnung gegeneinander angestellten Wälzkörperreihen 19, 20 ausgebildet
ist, dessen äußerer Lagerring 22 als
Tiefziehteil aus einem Wälzlagerwerkstoff
mit einer eingeformten Außenlaufbahn 27 für die äußere Wälzkörperreihe 19 ausgebildet
ist. Die Außenlaufbahn 28 für die innere Wälzkörperreihe 20 ist
dagegen als separates Ringbauteil ausgebildet, das mittels Schiebesitz
in den äußeren Lagerring 22 eingefügt ist.
Deutlich sichtbar weist dieser äußere Lagerring 22 darüber hinaus
an seiner zur Primärmasse 4 weisenden
Axialseite einen im Profilquerschnitt U-förmigen und gegenüber der
Außenmantelfläche des
Lagerrings 22 erhabenen Stützbord 29 auf, über den
axiale Betriebskräfte vom
Lagerflansch 11 der Sekundärmasse 8 auf das Schrägkugelrollenlager 26 übertragbar
sind. Die Abdichtung des Fettdepots 23 zwischen den Lagerringen 21, 22 erfolgt
bei dieser Ausführungsform
einerseits durch einen in das Innenprofil des Stützbordes 29 am äußeren Lagerring 22 eingepressten
Doppellippendichtring 30 und andererseits durch eine auf den äußeren Lagerring 22 aufgepresste
L-profilförmige
Ringkappe 31 mit zwei anvulkanisierten Dichtlippen 32.
Zur Einstellung der Vorspannung des Schrägkugelrollenlagers 26 sind
außerdem
zwischen der Rückseite
der separaten Außenlaufbahn 28 und dem
Doppellippendichtring 30 als Tellerfedern ausgebildete,
in der Zeichnung nur andeutungsweise erkennbare Vorspannfedern 33 eingelegt,
deren Vorspannung beim abschließenden
Umbördeln
des Stützbordes 29 fixiert
wird.
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Bei
der in 3 abgebildeten zweiten Ausführungsform ist dagegen vorgesehen,
dass die verwendete zweireihige Kugelrollenlagereinheit 13 durch
ein kombiniertes Radial-Axial-Kugelrollenlager 34 mit einer
schräg
angestellten Wälzkörperreihe 20 und
einer senkrecht angestellten Wälzkörperreihe 19 gebildet
wird, dessen äußerer Lagerring 22 als
Tiefziehteil aus einem Wälzlagerwerkstoff
mit eingeformten Außenlaufbahnen 27, 28 für beide
Wälzkörperreihen 19, 20 ausgebildet
ist. Auch bei dieser Ausführungsform
weist der äußere Lagerring 22 des
Radial-Axial-Kugelrollenlagers 34 deutlich sichtbar an
seiner zur Primärmasse 4 weisenden
Axialseite einen hier im Profilquerschnitt jedoch L-förmigen und
gegenüber
der Außenmantelfläche des
Lagerrings 22 erhabenen Stützbord 35 auf, über den
die Betriebskräfte
vom Lagerflansch 11 der Sekundärmasse 8 auf das Radial-Axial-Kugelrollenlager 34 übertragbar sind.
-
Die
axialen Betriebskräfte
werden dabei vor allem durch die schräg angestellte Wälzkörperreihe 20 und
deren Laufbahnen 18, 28 im Lagerflansch 10 an
der Primärmasse 4 und
im äußeren Lagerring 22 aufgenommen,
während
die senkrecht angestellte Wälzkörperreihe 19 vor
allem der Übertragung
radialer Betriebskräfte
sowie zur Laufstabilisierung der Sekundärmasse 8 dient. Zur
Abdichtung des Fettdepots 23 zwischen den Lagerringen 21, 22 weist
diese Ausführungsform
auf einer Seite eine in das Innenprofil des Stützbordes 35 am äußeren Lagerring 22 eingepresste
armierte Doppellippendichtung 36 auf, während die andere Seite durch
eine auf den äußeren Lagerring 22 aufgepresste
L-profilförmige
Dichtkappe 37 mit einer anvulkanisierten Dichtlippe 38 abgedichtet
wird.
-
Die 4 und 5 zeigen
desweiteren zwei Varianten einer dritten Ausführungsform der verwendeten
zweireihigen Kugelrollenlagereinheit 13, die sich von den
vorgenannten Ausführungsformen dadurch
unterscheidet, dass sie jeweils als einseitig wirkendes Tandem-Schrägkugelrollenlager 39 ausgebildet
ist, bei dem durch stufenförmige
Anordnung der Innenlaufbahnen 17, 18 der Wälzkörperreihen 19, 20 im
Lagerflansch 10 an der Primärmasse 4 die eine
Wälzkörperreihe 19 einen
größeren Teilkreisdurchmesser
und eine größere Wälzkörperanzahl
als die andere Wälzkörperreihe 20 aufweist.
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Bei
der in 4 dargestellten Variante ist der äußere Lagerring 22 des
Tandem-Schrägkugelrollenlagers 39 dabei
als Fließpressteil
aus einem Wälzlagerwerkstoff
ausgebildet, in dessen Innenmantelfläche die Außenlaufbahnen 27, 28 für beide
Wälzkörperreihen 19, 20 stufenförmig eingeformt
sind und der im Wesentlichen eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist.
Die Übertragung
axialer Betriebskräfte
von der Sekundärmasse 8 auf
das Tandem-Schrägkugel-rollenlager 39 erfolgt
deshalb über einen
an den Lagerflansch 11 der Sekundärmasse 8 angeformten
Ringbund 40, der, wie in der Zeichnung deutlich zu sehen
ist, an der gegenüberliegenden Axialseite
des äußeren Lagerrings 22 anliegt.
Die Abdichtung des Fettdepots 23 zwischen den Lagerringen 21, 22 erfolgt
hier einerseits durch einen in den äußeren Lagerring 22 eingepressten
Doppellippendichtring 41, während andererseits eine auf
den äuße ren Lagerring 22 aufgepresste
L-profilförmige Dichtkappe 42 mit
einer anvulkanisierten Dichtlippe 43 verwendet wird.
-
Im
Unterschied dazu ist der äußere Lagerring 22 des
Tandem-Schrägkugelrollenlagers 39 bei der
in 5 gezeigten Variante dagegen als Tiefziehteil
aus einem Wälzlagerwerkstoff
ausgebildet, das ebenfalls stufenförmig eingeformte Außenlaufbahnen 27, 28 für beide
Wälzkörperreihen 19, 20 aber eine
entsprechend stufenförmige
Außenmantelfläche aufweist.
Zur Übertragung
axialer Betriebskräfte
von der Sekundärmasse 8 auf
das Tandem-Schrägkugelrollenlager 39 weist
der Lagerflansch 11 der Sekundärmasse 8 deshalb ein
an die stufenförmige
Ausbildung des äußeren Lagerrings 22 angepasstes
Querschnittsprofil auf, das an den Außenkonturen des äußeren Lagerrings 22 anliegt.
Die Abdichtung des Fettdepots 23 zwischen den Lagerringen 21, 22 erfolgt
bei dieser Variante einerseits durch eine Spaltdichtung 45,
die zwischen einem in den äußeren Lagerring 22 eingepressten
U-Profilring 44 und dem Lagerflansch 10 an der
Primärmasse 4 gebildet
wird, und andererseits durch eine auf den äußeren Lagerring 22 aufgepresste
L-profilförmige
Dichtkappe 46, an deren freiem Schenkel eine auf dem Lagerflansch 10 der
Primärmasse 4 schleifende
Dichtlippe 47 anvulkanisiert ist.
-
Ein
gemeinsames Merkmal der beiden vorgenannten Varianten des Tandem-Schrägkugelrollenlagers 39 ist
es darüber
hinaus noch, dass zwischen den Wälzkörperreihen 19, 20 eine
zusätzliche Winkelscheibe 50 in
den äußeren Lagerring 22 eingepresst
ist, die das Fettdepot 23 deutlich sichtbar in zwei Kammern 48, 49 unterteilt.
Durch eine solche ebenfalls kostengünstig durch Tiefziehen herstellbare
Winkelscheibe 50 wird vermieden, dass aufgrund der wirkenden
Fliehkräfte
Schmierfett aus der radial tiefer angeordneten Kammer 48 mit
der teilkreiskleineren Wälzkörperreihe 19 in
die radial höher
angeordnete Kammer 49 mit der teilkreisgrößeren Wälzkörperreihe
abwandert und somit gegebenenfalls eine einseitige Mangelschmierung
verursacht.
-
Schließlich ist
in 6 noch eine vierte Ausführungsform abgebildet, bei
der die verwendete Kugelrollenlagereinheit 13 ebenfalls
als einseitig wirkendes Tandem-Schrägkugelrollenlager 51 ausgebildet
ist, bei dem aber durch niveaugleiche Anordnung der Innenlaufbahnen 17, 18 der
Wälzkörperreihen 19, 20 im
Lagerflansch 10 an der Primärmasse 4 beide Wälzkörperreihen 19, 20 den
gleichen Teilkreisdurchmesser und die gleiche Wälzkörperanzahl aufweisen. Ein besonderes
Merkmal dieser Ausführungsform
ist es, der äußere Lagerring
des Tandem-Schrägkugelrollenlagers 51 bevorzugt
aus zwei gesonderten Teilringen 52, 53 besteht,
die als Tiefziehteile aus einem Wälzlagerwerkstoff mit im Wesentlichen
zylindrischer Außenmantelfläche ausgebildet
sind und jeweils die Außenlaufbahnen 27, 28 für beide
Wälzkörperreihen 19, 20 bilden. Ähnlich wie bei
der ersten Variante der beschriebenen dritten Ausführungsform
erfolgt auch hier die Übertragung axialer
Betriebskräfte
von der Sekundärmasse 8 auf das
Tandem-Schrägkugelrollenlager 51 durch
einen an den Lagerflansch 11 der Sekundärmasse 8 angeformten
Ringbund 54, der an der gegenüberliegenden Axialseite des
Teilrings 52 des äußeren Lagerrings 22 anliegt.
Zur Abdichtung des Fettdepots 23 zwischen den Lagerringen 21, 52, 53 ist
bei dieser Ausführungsform
jedoch einerseits eine Labyrinthdichtung 56 vorgesehen,
die zwischen einem auf den Teilring 52 des äußeren Lagerrings 22 aufgepressten U-Profilring 55 und
einer nicht näher
bezeichneten einer Umlaufnut im Lagerflansch 10 an der
Primärmasse 4 gebildet
wird, während
andererseits wiederum eine auf den Teilring 53 des äußeren Lagerrings 22 aufgepresste
L-profilförmige
Dichtkappe 57 verwendet wird, an die zwei am Lagerflansch 10 der
Primärmasse 4 schleifende
Dichtlippen 58 anvulkanisiert sind.
-
- 1
- Zweimassenschwungrad
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Verbindungsschrauben
- 4
- Primärmasse
- 5
- Kupplung
- 6
- Reibbeläge
- 7
- Eingangswelle
- 8
- Sekundärmasse
- 9
- Dämpfungsmittel
- 10
- Lagerflansch
- 11
- Lagerflansch
- 12
- Wälzlagerung
- 13
- Kugelrollenlagereinheit
- 14
- Wälzkörper
- 15
- Seitenflächen
- 16
- Seitenflächen
- 17
- Innenlaufbahn
- 18
- Innenlaufbahn
- 19
- Wälzkörperreihe
- 20
- Wälzkörperreihe
- 21
- innerer
Lagerring
- 22
- äußerer Lagerring
- 23
- Fettdepot
- 24
- Kunststofffensterkäfig
- 25
- Kunststofffensterkäfig
- 26
- Schrägkugelrollenlager
- 27
- Außenlaufbahn
- 28
- Außenlaufbahn
- 29
- Stützbord
- 30
- Doppellippendichtring
- 31
- Ringkappe
- 32
- Dichtlippen
- 33
- Vorspannfeder
- 34
- Radial-Axial-Kugelrollenlager
- 35
- Stützbord
- 36
- Doppellippendichtung
- 37
- Dichtkappe
- 38
- Dichtlippe
- 39
- Tandem-Schrägkugelrollenlager
- 40
- Ringbund
- 41
- Doppellippendichtring
- 42
- Dichtkappe
- 43
- Dichtlippe
- 44
- U-Profilring
- 45
- Spaltdichtung
- 46
- Dichtkappe
- 47
- Dichtlippe
- 48
- Kammer
- 49
- Kammer
- 50
- Winkelscheibe
- 51
- Tandem-Schrägkugelrollenlager
- 52
- Teilring
- 53
- Teilring
- 54
- Ringbund
- 55
- U-Profilring
- 56
- Labyrinthdichtung
- 57
- Dichtkappe
- 58
- Dichtlippe