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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen,
insbesondere einen mehrstufigen Drehschwingungsdämpfer,
umfassend zumindest zwei koaxial angeordnete und zumindest jeweils
einen Eingangsteil und einen Ausgangsteil aufweisende und auf unterschiedlichen
Durchmessern angeordnete Dämpferanordnungen – eine
erste in radialer Richtung äußere Dämpferanordnung,
die als Reihendämpfer, umfassend zumindest zwei in Reihe
geschaltete und über einen Zwischenflansch gekoppelte Dämpfer
ausgebildet ist und eine zweite in radialer Richtung innere Dämpferanordnung.
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Vorrichtungen
zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere in Form von
mehrstufigen Drehschwingungsdämpfern beziehungsweise Torsionsschwingungsdämpfern,
sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der
Technik vorbekannt. Diese fungieren bei Anordnung in einem Antriebsstrang
in Kraftflussrichtung betrachtet zwischen einem Antrieb und einem
Abtrieb und Kopplung mit den, diese bildenden Anschlusselementen
als elastische Kupplung. Die Vorrichtung überträgt
Drehmoment und kompensiert gleichzeitig bei Leistungsübertragung
auftretende Schwingungen. Denkbar ist auch eine Ausführung
als Tilger. In diesem Fall erfolgt über die Vorrichtung
zwischen den benachbarten Anschlusselementen keine Drehmomentübertragung, sondern
es werden über die einzelnen Komponenten lediglich Drehmomentstöße
abgebaut. Derartige Vorrichtungen zur Dämpfung von Schwingungen
basieren je nach Dämpfungsart auf unterschiedlichen Funktionsprinzipien.
Bekannt sind neben rein mechanischen Dämpferlösungen
auch hydraulische oder kombiniert mechanisch- hydraulische Dämpferlösungen.
Mechanische Dämpfer umfassen einen ein- oder mehrteiligen,
je nach Kraftflussrichtung als Eingangsteil oder Ausgangsteil der
Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen fungierenden
Drehteil, insbesondere einen Primärteil und einen Sekundärteil,
die koaxial zueinander angeordnet sind und in Umfangsrichtung relativ
zueinander begrenzt verdrehbar sind. Die Kopplung zwischen dem Eingangsteil
und dem Ausgangsteil erfolgt über Mittel zur Drehmomentübertragung
und Mittel zur Dämpfung von Schwingungen, die in der Regel
von Federeinheiten gebildet werden, umfassend zumindest ein Federelement
in Form einer Druckfeder. Über die Größe
des Verdrehwinkels zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil und die
Federkraft können die Schwingungen kompensiert und abgebaut
werden.
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Aus
der Druckschrift
DE
30 47 039 A1 ist eine Ausführung einer zweistufigen
Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen zur Übertragung
von Drehmoment zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb vorbekannt,
welche zwei in Reihe geschaltete Dämpferanordnungen umfasst.
Um eine größere Relativbewegung zwischen den treibenden
und getriebenen Elementen der Vorrichtung zur Dämpfung
von Schwingungen zu ermöglichen, wurde die Vorrichtung
zweistufig ausgeführt. Diese weist dabei zwei konzentrische
Kreise von Dämpfungsfedern auf, die in einem Gehäuse
angeordnet sind und von Antriebszungen angetrieben werden, die an
einem Antriebselement montiert sind, beispielsweise einer Kolbenplatte
für eine Sperrkupplung. Schwimmende Elemente separieren
dabei die Federn in den inneren und äußeren Federkreisen
in zwei oder mehreren Federgruppen. Dabei arbeiten die zwei oder
mehreren Federgruppen in jedem Kreis parallel zueinander, während
die Federn in jeder einzelnen Gruppe in Reihe wirken. Im Kraftfluss
erfolgt damit die Leistungsübertragung in Reihe. Der innen
liegende Dämpfer ist frei von einem Verdrehspiel, das heißt
immer wirksam.
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Aus
der Druckschrift
US
2004/0216979 A1 ist eine Ausführung einer Vorrichtung
zur Dämpfung von Schwingungen, umfassend zumindest zwei Dämpferanordnungen,
vorbekannt, die parallel geschaltet sind, wobei beide Dämpferanordnungen
immer wirksam sind. Die Dämpferanordnung für die kleineren
Verdrehwinkel ist hier auf einem radial inneren Durchmesser angeordnet,
während das größere Verdrehspiel über
die zweite Dämpferanordnung auf einem radial äußeren
Durchmesser realisiert wird. Die radial innere Dämpferanordnung
ist als Reihendämpfer ausgeführt, umfassend über
einen einteiligen Flansch separierte und hintereinander geschaltete
Federelemente.
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Aus
der Druckschrift
US 2004/0185940 ist eine
als Reihen-Parallel-Dämpfer ausgeführte Vorrichtung
zur Dämpfung von Schwingungen vorbekannt, umfassend ein
erstes Drehelement und ein zweites Drehelement, die relativ zueinander
begrenzt in Unfangsrichtung verdrehbar sind. Ferner umfasst die
Vorrichtung ein Paar von ersten, in einer Drehrichtung ausgerichteten
und in Reihe geschalteten elastischen Elementen, die über
einen schwimmenden Zwischenflansch gekoppelt sind, und ein weiteres
zweites elastisches Element, das parallel zu den ersten elastischen
Elementen geschaltet ist, wobei das zweite elastische Element derart
ausgelegt ist, in der Drehrichtung zusammengedrückt zu
werden, nachdem das Paar von ersten elastischen Elementen aufgrund
einer relativen Drehung des ersten Drehelementes und des zweiten
Drehelementes auf einen ersten Winkel zusammengedrückt
wurde. Dem zweiten elastischen Element ist dazu ein Freiwinkel zugeordnet,
der im schwimmenden Flansch integriert ist. Die Anordnung von ersten
und zweiten elastischen Elementen erfolgt zur Verringerung des radialen
Bauraumes auf einem Durchmesser oder in radialer Richtung hinsichtlich der
sich durch die Erstreckung der Federelemente theoretisch ergebenden ringförmigen
Bereiche einander überlappend. Die Kopplung zwischen den
ersten elastischen Elementen erfolgt über einen schwimmenden
Flansch.
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Die
Separierung der Federeinheiten in Reihendämpferanordnungen,
welche die radial äußere Dämpferstufe
bilden, erfolgt im Allgemeinen durch einen schwimmenden Flansch.
Dieser ist als ringförmiges Element mit am Innenumfang
ausgebildeten Vorsprüngen vorgesehen, der eine Anlagefläche
im mittigen Bereich für die Federeinheiten bildet. Der
Zwischenflansch erweist sich jedoch unter Belastungen häufig
als spannungs- und verformungskritisch.
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Eine
Ausführung einer Reihen-Dämpfervorrichtung ist
aus der Druckschrift
US 3,138
011 vorbekannt. Der dort beschriebene Dämpfer
weist zwei auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnete Dämpferstufen
auf, wobei die erste als Reihendämpfer mit auf einem Durchmesser
angeordneten Mitteln zur Drehmomentübertragung und Dämpfungskopplung
ausgeführt ist. Die Vorrichtung umfasst ferner zwei Seitenplatten
und ein dazwischen angeordneter, als Abtriebsflansch fungierender
Ringflansch und zwischen Ringflansch und Seitenplatten schwimmend
angeordnete und mit Durchbrüchen für Federelemente
versehene Scheiben, welche die Federeinheiten der einzelnen Dämpfer
des Reihendämpfers separieren.
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Allen
vorgenannten Ausführungen gemeinsam ist die Erzielung einer
Federkennlinie im Hinblick auf ein gewünschtes Verhalten
in einem bestimmten Betriebsbereich.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
Dämpfung von Schwingungen mit über einen Zwischenflansch
separierte Dämpfer einer Reihendämpferanordnung
zu schaffen, bei welcher der Zwischenflansch durch eine spannungsarme
Ausführung charakterisiert sein soll. Die erfindungsgemäße
Lösung soll sich dabei durch einen geringen konstruktiven
und fertigungstechnischen Aufwand auszeichnen und ferner zur Integration
in Kraftübertragungsvorrichtungen für den Einsatz in
Antriebssträngen geeignet sein, wobei die Vorrichtung zur
Dämpfung von Schwingungen möglichst in radialer
und axialer Richtung klein bauen soll.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale
des Anspruches 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind
in den Unteransprüchen beschrieben.
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Eine
Vorrichtung zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere
mehrstufiger Dämpfer umfasst zumindest zwei koaxial angeordnete
und zumindest jeweils einen Eingangsteil und einen Ausgangsteil
aufweisende und auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnete Dämpferanordnungen – eine
erste in radialer Richtung äußere Dämpferanordnung,
die als Reihendämpfer, umfassend zumindest zwei in Reihe
geschaltete und über einen Zwischenflansch gekoppelte Dämpfer
ausgebildet ist und eine zweite in radialer Richtung innere Dämpferanordnung.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch
charakterisiert, dass der Zwischenflansch aus wenigstens zwei in
axialer Richtung beabstandet angeordneten und beidseitig des Ausgangsteils
der ersten Dämpferanordnung sich zumindest bis in den Bereich
des Außenumfanges des Ausgangsteils der ersten Dämpferanordnung
erstreckenden ringscheibenförmigen Elementen besteht, umfassend
jeweils sich in Umfangsrichtung erstreckende Öffnungen.
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Die
erfindungsgemäße zumindest zweiteilige Ausführung
des Zwischenflansches in Form von ringscheibenförmigen
Elementen mit im Bereich des Innenumfanges geschlossenem Rand bietet
gegenüber der einteiligen offenen Ausführung den
Vorteil niedriger Spannungen unter Last und einer geringeren Materialdicke,
welche eine Reduzierung des Massenträgheitsmomentes zur
Folge hat. Diese Reduzierung trägt zur Verschiebung der
Resonanz des Zwischenflansches in drehzahlunkritischere Bereiche
bei. Verbleibende Schwingungen auf niedrigerem Energieniveau können
gemäß einer Weiterentwicklung durch eine zusätzliche
Reibeinrichtung gedämpft werden. Diese kann durch elastische
Elemente erzeugt werden, die zwischen den ringscheibenförmigen
Elementen angeordnet sind und diese in axialer Richtung gegen die
Seitenscheiben drücken.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung ist die Vorrichtung
zur Dämpfung von Schwingungen als Reihen-Parallel-Dämpfer
ausgeführt, umfassend zwei parallel geschaltete Dämpferstufen,
die auf unterschiedlichen Durchmessern angeordnet sind, wobei die
zweite mit Verdrehspiel ausgeführt ist. Die Anordnung der
ersten Dämpferanordnung erfolgt erfindungsgemäß auf
einem Durchmesser in radialer Richtung, der größer
ist als der Durchmesser der Anordnung der zweiten Däpferanordnung.
Ausgangsteil der ersten Dämpferanordnung und Ausgangsteil
der zweiten Dämpferanordnung bilden eine bauliche Einheit.
Diese Lösung ermöglicht es zum einen, eine sehr
kompakte kombinierte Dämpfungsanordnung zu schaffen, bei
welcher der Schwingungsdämpfer durch eine möglichst
niedrige Federrate in einem möglichst großen Verdrehwinkelbereich
mit niedriger Reibung charakterisiert ist. Die Herstellung ist aufgrund
der Funktionskonzentration in einzelnen Bauteilen relativ einfach
und mit geringen Kosten verbunden.
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Die
zweite Dämpferanordnung ist dabei möglichst in
geringem Abstand zur Rotationsachse angeordnet. Beide Dämpferanordnungen
sind koaxial zueinander angeordnet und können in axialer
Richtung mit Versatz oder aber vorzugsweise in einer Ebene angeordnet
werden. Im letztgenannten Fall baut die Dämpferanordnung
in Form des mehrstufigen Dämpfers, bei welchem die Dämpferkennlinie aufgrund
der separaten Ausgestaltung der einzelnen Dämpferanordnung
variabel eingestellt werden kann, in axialer Richtung und auch radialer
Richtung relativ klein.
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Aufgrund
der Anordnung der ersten Dämpferanordnung in radialer Richtung
außen können über diese große
Verdrehwinkel realisiert werden, wobei die erste Dämpferanordnung
in diesem Verdrehwinkelbereich wirksam ist und somit eine Dämpfung auch
bei höheren Momenten realisiert werden kann. In einer besonders
vorteilhaften Ausführung umfasst die erste Dämpferanordnung
zumindest zwei in Reihe geschaltete Dämpfer, einen ersten
und einen zweiten Dämpfer, wobei jeweils das Ausgangsteil
eines Dämpfers den Eingangsteil des anderen Dämpfers
bildet oder aber drehfest mit diesem gekoppelt ist. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung wird dabei der Reihendämpfer
auf einem gemeinsamen Durchmesser realisiert, das heißt,
die zwei einzelnen Dämpfer sind auf einem gemeinsamen Durchmesser
angeordnet und frei von Versatz in radialer Richtung. In diesem
Fall können die radialen Abmessungen für den Gesamtdämpfer
gering gehalten werden. Jede der einzelnen Dämpferanordnungen
umfasst in Kraftflussrichtung betrachtet einen als Eingangsteil
fungierenden Primärteil und einen als Ausgangsteil fungierenden
Sekundärteil. Die Funktion ist je nach Kraftflussrichtung
und Änderung dieser austauschbar, das heißt wechselt.
Dabei können die Eingangs- und Ausgangsteile einteilig
oder mehrteilig ausgebildet werden. Vorzugsweise werden jeweils einteilige
Ausführungen in Scheibenform gewählt. Diese sind über
die Mittel zur Drehmomentübertragung und Mittel zur Dämpfungskopplung
miteinander gekoppelt. Die Mittel zur Drehmomentübertragung und
zur Dämpfungskopplung werden von elastischen Elementen,
insbesondere Federeinheiten, gebildet. Dabei sind die einzelnen
Federeinheiten als Einzelfeder ausgeführt oder aber können
auch als hintereinander geschaltete Federeinheiten vorliegen. Die
einzelne Dämpferanordnung fungiert dabei jeweils als elastische
Kupplung, die Drehmoment überträgt und gleichzeitig
Schwingungen kompensiert. Die erste Dämpferanordnung umfasst
zumindest sowohl einen Eingangsteil als auch einen Ausgangsteil.
Das gleiche gilt für die zweite Dämpferanordnung,
wobei jedoch der Eingangsteil der ersten und der zweiten Dämpferanordnung
miteinander gekoppelt beziehungsweise parallel geschaltet sind,
so dass hier eine Momentenaufteilung über die beiden Dämpferanordnungen
erfolgen kann.
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Zur
Realisierung der Parallelschaltung bilden Eingangs- und Ausgangsteile
der einzelnen Dämpferanordnungen eine bauliche Einheit,
d. h. können beispielsweise miteinander drehfest gekoppelt
sein. In diesem Fall sind die einzelnen Eingangs- und Ausgangsteile
als separate Elemente ausgeführt, die funktional lediglich über
die Verbindung miteinander gekoppelt sind. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausführung wird jedoch eine integrale
Bauweise angestrebt, das heißt, Eingangsteil und Ausgangsteil der
ersten und zweiten Dämpferanordnung sind jeweils einteilig
ausgeführt, das heißt, die den Eingangsteil beziehungsweise
Ausgangsteil bildenden Elemente der ersten Dämpferanordnung
sind gleichzeitig als Eingangsteil beziehungsweise Ausgangsteil
der zweiten Dämpferanordnung ausgeführt.
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Jeder
der einzelnen Dämpfer einer Reihendämpferanordnung
der ersten Dämpferstufe weist dazu vorzugsweise identisch
dimensionierte Mittel zur Drehmomentübertragung und/oder
Mittel zur Dämpfungskopplung auf. Dadurch ist es möglich,
bei entsprechender Integration im Gesamtsystem hier auch eine Verdrehwinkelrichtungsunabhängigkeit
zu realisieren und in jedem Fall das Drehmoment über den
Ausgang der ersten Dämpferanordnung in Kombination mit
dem über die zweite Dämpferanordnung geleiteten
Moment zu einem anzutreibenden Element in einem Antriebsstrang zu
leiten.
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Gemäß einer
weiteren Ausführung ist es auch denkbar, die einzelnen
Dämpfer der ersten Dämpferanordnung auf unterschiedlichen
Durchmessern anzuordnen. In diesem Fall können theoretisch
auch die Übertragungselemente unterschiedlich ausgelegt
werden.
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Die
einzelnen Dämpfer der als Reihendämpfer ausgeführten
ersten Dämpferanordnung sind über die zwei- oder
mehrteilige Zwischenflanschausführung, die je nach Anbindung
als Mitnehmerscheibe oder als schwimmender Flansch ausgeführt
sein kann, miteinander gekoppelt.
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Das
Verdrehspiel der zweiten Dämpferanordnung ist durch einen
vordefinierten, einen Freiwinkel beschreibenden Verdrehwinkel zwischen
Eingangsteil und Ausgangsteil der zweiten Dämpferanordnung
charakterisiert, in welchem die zweite Dämpferanordnung
nicht wirksam ist. Der Verdrehwinkel ist im Ausgangsteil integriert.
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Die
Vorrichtung ist als mechanischer Reibdämpfer ausgeführt.
Diese umfasst im einfachsten Fall zumindest zwei in axialer Richtung
angeordnete und drehfest miteinander gekoppelte Seitenscheiben,
die als Mitnehmerscheiben oder als Ausgangsteil fungieren können.
Die Seitenscheiben umfassen dabei in Umfangsrichtung ausgebildete Öffnungen zur
Aufnahme und Ausbildung von einander entgegengesetzt ausgebildeten
Anschlagflächen für die Federelemente der einzelnen
Dämpferanordnungen und der Dämpfer der ersten
Dämpferanordnung. Dabei sind die Anschlagflächen
in Umfangsrichtung bildenden Ausnehmungen beziehungsweise Durchgangsöffnungen
derart zueinander angeordnet, dass für die zweite Dämpferanordnung
ein Freiwinkel, das heißt ein Verdrehbereich zwischen Eingangs-
und Ausgangsteil realisierbar ist, der keinerlei Wirkung im Hinblick
auf die zweite Dämpfervorrichtung zeigt, das heißt,
die zweite Dämpfervorrichtung erst dann wirksam wird, wenn
ein bestimmter vordefinierter Verdrehwinkel zwischen Eingangsteil
und Ausgangsteil erzielt wird.
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In
Analogie gilt diese Aussage auch für den zwischen den beiden
Seitenscheiben angeordneten Flansch, insbesondere das scheibenförmige
Element in Form des Flansches, der gleichzeitig den Ausgangsteil
der ersten und der zweiten Dämpferanordnung bildet.
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Je
nach Zuordnung und Kopplung beziehungsweise Anbindung in einer Kraftübertragungseinheit
können die unterschiedlichen Elemente jeweils als Eingangsteil
fungieren. Dies hängt davon ab, welche der Elemente mit
der Antriebsanordnung gekoppelt werden und welche mit der Abtriebsseite
in Kraftflussrichtung betrachtet. Gemäß einer
ersten Ausführung kann der Antrieb über Seitenscheiben realisiert
werden. In diesem Fall sind diese drehfest mit einem antreibenden
Element, beispielsweise in einer Kraftübertragungsvorrichtung
einer Überbrückungskupplung oder einer Antriebsmaschine
wenigstens mittelbar gekoppelt. Die Leistungsübertragung
erfolgt dann in der ersten Dämpferanordnung auf den Zwischenflansch
und von diesem auf den Flansch, welcher das Ausgangsteil der Vorrichtung sowie
den Ausgangsteil der zweiten Dämpferanordnung bildet.
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Gemäß einer
weiteren zweiten Ausführung ist es auch denkbar, die Leistung über
den Abtriebsflansch einzuleiten. In diesem Fall erfolgt die Leistungsübertragung
auf die Seitenscheiben der ersten und zweiten Dämpferanordnung,
die als Ausgangsteil fungieren.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die
beschriebenen Ausführungen beschränkt. Konstruktive
Details liegen im Ermessen des zuständigen Fachmannes.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist nachfolgend
anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes
dargestellt:
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1a verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung
von Schwingungen in Form eines Reihen-Parallel-Dämpfers
in einer Ansicht von Rechts;
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1a und 1c verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung zwei Axialschnitte gemäß A-A
und B-B gemäß 1a einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung
von Schwingungen;
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1d verdeutlicht
eine Ansicht gemäß 1a frei
von den axialen Seitenscheiben;
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2 verdeutlicht
einen Zwischenflansch und einen Abtriebsflansch in einer Perspektivansicht.
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Die 1a bis 1d verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das
Grundprinzip einer erfindungsgemäß ausgeführten
Vorrichtung 1 zur Dämpfung von Schwingungen, insbesondere
in Form eines Drehschwingungsdämpfers beziehungsweise Torsionsschwingungsdämpfers
in mehreren Ansichten. 1a verdeutlicht in schematisiert
vereinfachter Darstellung den Grundaufbau und das Grundprinzip einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Dämpfung
von Schwingungen in Form eines Reihen-Parallel-Dämpfers
in einer Ansicht vom Rechts. Die 1b und 1c verdeutlichen
in schematisiert vereinfachter Darstellung zwei Axialschnitte gemäß A-A
und B-B gemäß 1a und 1d verdeutlicht
eine Ansicht gemäß 1a frei von
den axialen Seitenscheiben. Die nachfolgenden Erläuterungen
beziehen sich dabei auf alle Figuren. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung 1 zur Dämpfung von Schwingungen ist
als mehrstufiger Reihen-Parallel-Dämpfer 2 ausgeführt.
Die Vorrichtung 1 zur Dämpfung von Schwingungen
umfasst funktional zwei Dämpferstufen 3, 4,
die jeweils von einer Dämpferanordnung – einer
ersten Dämpferanordnung 5 und einer zweiten Dämpferanordnung 7 – gebildet werden
und parallel geschaltet sind. Parallel geschaltet bedeutet dabei,
dass beide Dämpferanordnungen 5 und 7 im
Kraftfluss parallel angeordnet sind. Der Kraftfluss erfolgt parallel
beziehungsweise über beide Dämpferanordnungen 5 und 7.
Die erste Dämpferanordnung 5 ist dabei in radialer
Richtung betrachtet außen angeordnet und als Reihendämpfer
ausgeführt, das heißt, umfasst zumindest zwei
in Reihe geschaltete Dämpfer 6.1 und 6.2.
In Reihe geschaltet bedeutet dabei, dass die Leistungsübertragung
im Kraftfluss in Reihe erfolgt, insbesondere beide Dämpfer 6.1 und 6.2 in
der Dämpferstufe 3 nacheinander durchlaufen werden,
wobei die Richtung in Abhängigkeit von der Krafteinleitungsrichtung
bestimmt wird. Beide sind auf einem Durchmesser d3 ange ordnet,
der größer ist als der Durchmesser d4 der
zweiten radial inneren Dämpferstufe 4. Beide Dämpfer 6.1 und 6.2 sind über
einen Zwischenflansch 23 miteinander gekoppelt. Der Zwischenflansch 23 ist
erfindungsgemäß nicht einteilig sondern mehrteilig
ausgeführt. Dieser umfasst zwei schwimmende ringscheibenförmige
Elemente 23.1, 23.2, die in axialer Richtung nebeneinander
beabstandet angeordnet sind. Diese erstrecken sich in radialer Richtung
mit ihrem Innendurchmesser bis in einen Bereich der bis in den Bereich
des Außenumfanges des Ausgangsteils der ersten Dämpferanordnung 5 hineinreicht.
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Jede
der Dämpferstufen 3 und 4 ist dabei in unterschiedlichen
Betriebsbereichen wirksam. Insbesondere ist die Dämpferanordnung 7 der
zweiten Dämpferstufe 4 derart ausgeführt,
dass diese erst nach einem vordefinierten Verdrehwinkel F, welcher auch
als Freiwinkel bezeichnet wird, wirksam wird. Beide Dämpferanordnungen 5 und 7 sind
parallel angeordnet und zu einem zweistufigen Reihen-Parallel-Dämpfer
zusammengefasst. Jede der einzelnen Dämpferanordnungen 5 und 7 umfasst
ein- oder mehrteilig ausgeführte und in Kraftflussrichtung
betrachtet als Eingangsteile und Ausgangsteile fungierende Drehelemente,
die über Mittel zur Drehmomentübertragung und/oder
Mittel zur Dämpfungskopplung miteinander gekoppelt sind.
Vorzugsweise werden beim Einsatz mechanischer Dämpfungskonzepte
die Mittel zur Drehmomentübertragung und die Mittel zur
Dämpfungskopplung von den gleichen Baueinheiten gebildet,
vorzugsweise von Federeinheiten. Dabei sind die Eingangs- und Ausgangsteile der
einzelnen Dämpferanordnungen 5, 7 und
der einzelnen Dämpfer 6.1, 6.2 der Dämpferanordnung 5 jeweils
koaxial zueinander angeordnet und in Umfangsrichtung begrenzt gegeneinander
verdrehbar. Der Begriff Ein- und Ausgangsteil bezieht sich dabei in
Kraftflussrichtung betrachtet auf den Kraftfluss bei Anordnung in
einem Antriebsstrang von einem treibenden zu einem getriebenen Bauteil.
Die Funktionen als Ein- und Ausgangsteil können dabei unterschiedlichen
Bauteilen in unterschiedlichen Betriebszuständen zugeordnet
sein, das heißt beim Einsatz in Fahrzeugen in Antriebssträngen
im Traktionsbetrieb fungieren Elemente, die mit einer Antriebsmaschine koppelbar
sind, als Eingangsteil, während im Schubbetrieb eine Umkehr
der Funktion erfolgt, indem das im Traktionsbetrieb als Ausgangsteil
fungierende Element nunmehr als Eingangsteil fungiert.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst im Kraftfluss betrachtet einen Eingangsteil
E und einen Ausgangsteil A. Der Eingangsteil E wird dabei von einem
Element der Dämpferanordnung 5 und der Dämpferanordnung 7 als
bauliche Einheit gebildet oder aber die Eingangsteile der Dämpferanordnungen 5 und 7 sind drehfest
miteinander verbunden. Die Dämpferanordnung 5 umfasst
einen Eingangsteil 8 und einen Ausgangsteil 10.
Die Dämpferanordnung 7 umfasst einen Eingangsteil 11 und
ein Ausgangsteil 12. Dabei werden die Eingangsteile 8 und 11 vor zugsweise
direkt vom Eingangsteil E gebildet und die Ausgangsteile 10, 12 vom
Ausgangsteil A. In der ersten Dämpferanordnung 5 sind
zwei Dämpfer in Reihe geschaltet, der Dämpfer 6.1 und
der Dämpfer 6.2. Dabei wird der Eingang 8 der
ersten Dämpferanordnung, der drehfest mit dem Eingang E
der Gesamteinheit verbunden ist oder vorzugsweise von diesem direkt
gebildet wird, vom Eingangsteil 13 des ersten Dämpfers 6.1 gebildet.
Der erste Dämpfer 6.1 umfasst ferner einen Ausgangsteil 14,
der gleichzeitig den Eingangsteil 15 des zweiten Dämpfers 6.2 der
beiden in Reihe geschalteten Dämpfer der Dämpferanordnung 5 bildet,
hier den Zwischenflansch 23, insbesondere die beiden ringscheibenförmigen
Elemente 23.1, 23.2. Der zweite Dämpfer 6.2 umfasst
ferner einen Ausgangsteil 16, der den Ausgangsteil 10 der
Dämpferanordnung 5 bildet und der mit dem Ausgang
A drehfest verbunden ist oder diesen bildet. Der erste Dämpfer 6.1 umfasst
Mittel 17 zur Drehmomentübertragung zwischen dem
Eingangsteil 13 und dem Ausgangsteil 14 und Mittel 18 zur
Dämpfungskopplung. In Analogie umfasst der zweite Dämpfer 6.2 Mittel 20 zur
Drehmomentübertragung und Mittel 21 zur Dämpfungskopplung.
Diese Mittel 17, 18, 19, 20 in Form
von Federeinheiten 19, 22 sind in sich in Umfangsrichtung
erstreckenden Öffnungen 25 der ringscheibenförmigen
Elemente 23.1, 23.2 geführt. Gegenüber
anderen bekannten Reihendämpferlösungen ist der
radial außen angeordnete Zwischenflansch 23 nun
nicht mehr innen offen, d. h. die die Federeinheiten 19, 20 aufnehmenden Öffnungen,
die beidseitig von in Umfangsrichtung ausgerichteten Anschlagflächen
begrenzt werden, sind nicht randoffen sondern die einzelnen Elemente
des Zwischenflansches 23 sind im Bereich ihres Innenumfanges 28 mit
einem geschlossenen umlaufenden Rand ausgeführt, wodurch
eine erheblich höhere Festigkeit der Flanscheinheit 23 aus
den beiden ringscheibenförmigen Elementen 23.1, 23.2 erzielt
wird. Der Innenumfang 28 der ringscheibenförmigen
Elemente 23.1, 23.2 ist durch einen Durchmesser
beschreibbar, der kleiner als der Außendurchmesser des
Ausgangsteils 10 der ersten Dämpferanordnung ist.
D. h. die ringscheibenförmigen Elemente 23.1, 23.2 liegen beidseitig
am Ausgangsteil 10 an beziehungsweise umschließen
dieses im Bereich seines Außenumfanges.
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Die
zweite Dämpferanordnung 7 umfasst zumindest einen
Dämpfer, bei welchem der Eingangsteil 11 und der
Ausgangsteil 12 über Mittel 34 zur Drehmomentübertragung
und Mittel 35 zur Dämpfungskopplung miteinander
gekoppelt sind. Der Kraftfluss erfolgt zwischen dem Eingangsteil
E und dem Ausgangsteil A der Vorrichtung je nach Drehrichtung in
der ersten Dämpfungsanordnung 5 über den
Dämpfer 6.1 und den Dämpfer 6.2 beziehungsweise
umgekehrt und gleichzeitig nach Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels
zwischen Eingangsteil E und Ausgangsteil A die Dämpferanordnung 7.
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In
den Ansichten gemäß der 1a und 1d sind
insbesondere die Anordnung der Flansche 23, 24 in
der Neutralstellung, d. h. frei von Drehmoment dargestellt.
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Die
Anordnung der ersten Dämpferstufe 3 erfolgt in
radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse R der Vorrichtung 1 auf
einem größeren Durchmesser d3 als
die zweite weitere Dämpferstufe 4 auf d4. Damit erfolgt die Anordnung der ersten Dämpferanordnung 5 radial
außen, während die Anordnung der zweiten Dämpferanordnung 7 innerhalb der
Erstreckung des Innendurchmessers der ersten Dämpferanordnung 5 und
damit auf einem kleineren Durchmesser d4 erfolgt.
Der Eingangsteil E der Vorrichtung 1 und damit die Eingangsteile 8, 10 der Dämpferanordnungen 5, 7 werden
von zwei nebeneinander beabstandet angeordneten und koaxial zueinander
ausgebildeten Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 gebildet,
die drehfest miteinander gekoppelt sind. Zwischen den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 ist
der Ausgangsteil 10 angeordnet, der drehfest mit dem Ausgangsteil 12 der
Dämpferanordnung 7 verbunden ist oder aber mit
diesem vorzugsweise eine bauliche Einheit in Form eines Bauteils,
hier des Flansches 24 und gleichzeitig den Ausgang A bildet.
Die erste Dämpferanordnung 5 besteht aus den zwei
Dämpfern 6.1 und 6.2. Der Eingangsteil 13 des
ersten Dämpfers 6.1 wird dabei von den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 gebildet.
Dies gilt in Analogie auch für den Eingangsteil 11 der
zweiten Dämpferanordnung 7, wobei der Eingangsteil 11 hier
ebenfalls von den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 gebildet
wird. Der erste Dämpfer 6.1 umfasst Mittel 17 zur
Drehmomentübertragung zwischen dem Eingangsteil 13 und dem
Ausgangsteil 14 und Mittel 18 zur Dämpfungskopplung,
wobei hier die Mittel 17 und die Mittel 18 von
einer Baueinheit, insbesondere einer Federeinheit 19, umfassend
zumindest ein Federelement in Form einer Druckfeder gebildet werden.
In Analogie umfasst auch der zweite Dämpfer 6.2 Mittel 20 zur Drehmomentübertragung
und Mittel 21 zur Dämpfungskopplung, wobei diese
von einer weiteren Federeinheit 22 gebildet werden. Der
Eingangsteil 13 wird, wie bereits ausgeführt,
von den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 gebildet,
der Ausgangsteil 14 von einem so genannten schwimmenden
Zwischenflansch 23 aus den beiden ringscheibenförmigen
Elementen 23.1, 23.2, die frei von einer Kopplung
miteinander sind und frei von einer eigenen Lagerung oder drehfesten
Anbindung an ein Anschlusselement. Der Zwischenflansch 23 bildet
den Eingangsteil 15 des zweiten Dämpfers 6.2.
Der Ausgangsteil 16 des zweiten Dämpfers 6.2 und
damit der Ausgangsteil 10 beziehungsweise A der Vorrichtung 1 wird
von einem Flansch 24 gebildet. Die Mittel 17 und 18 beziehungsweise
die einzelnen Federeinheiten 19 des ersten Dämpfers 6.1 stützen
sich in den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2, dem
Flansch 24 oder dem Zwischenflansch 23 ab, während
die Federeinheiten 22 des zweiten Dämpfers 6.2 sich
ebenfalls an den Mitnehmerscheiben 9.1, 9.2 oder
dem Zwischenflansch 23 und dem Flansch 24 in Umfangsrichtung
abstützen können.
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Der
Zwischenflansch 23 beziehungsweise die diesen bildenden
ringscheibenförmigen Elemente 23.1, 23.2 sind
als schwimmender Flansch ausgebildet, das heißt, dieser
besitzt keine eigene Lagerung und wird lediglich durch die Federeinheiten 19, 22 und
die Anordnung des Flansches 24 beziehungsweise der Seitenscheiben 9.1 und 9.2 zwischen
den Federeinheiten 19, 22 gehalten. Die Öffnungen 25 im Zwischenflansch 23 beziehungsweise
den einzelnen ringscheibenförmigen Elementen 23.1, 23.2 bilden
in Umfangsrichtung ausgerichtete und einander entgegengesetzt gerichtet
Anschlagflächen 26 und 27 für die
Federeinheiten 19 beziehungsweise 22 der Dämpfer 6.1 und 6.2.
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Der
in 1d in einer Seitenansicht ersichtliche Flansch 24 bildet
hier den Ausgangsteil 10, 12 sowohl der ersten
als auch der zweiten Dämpferanordnung 5, 7 und
damit auch den Ausgangsteil A der gesamten Vorrichtung 1 zur
Dämpfung von Schwingungen. Dieser ist dazu als scheibenförmiges
Element ausgebildet. Der Flansch 24, welcher den Ausgangsteil 10 beziehungsweise 12 der
Dämpferanordnungen 5, 7 bildet, ist als
radial innerer Flansch ausgeführt und weist an seinem Außenumfang 29 in
radialer Richtung nach außen, das heißt sich von
der Rotationsachse R weg erstreckende und in Umfangsrichtung im
gleichmäßigen Abstand zueinander angeordnete Vorsprünge 30 auf,
wobei zwei einander benachbarte Vorsprünge 30 sich
in Umfangsrichtung erstreckende randoffene Aussparungen beschreiben,
in welchen die beiden Federeinheiten 19 und 22 der
einzelnen Dämpfer 6.1 und 6.2 angeordnet
werden und sich an den einander gegenüberliegenden Seitenflächen 31 und 32 einer
derartigen Aussparung am Flansch 24 abstützen.
Der Flansch 24 beinhaltet auf seinem Durchmesser d4 ferner Ausnehmungen 33 in Form
von sich in Umfangsrichtung erstreckenden Öffnungen, welche
Abstützflächen 37.1, 37.2 für
die Federeinheiten 36 der Mittel 34 zur Drehmomentübertragung
beziehungsweise 35 zur Dämpfungskopplung bilden.
Die Abstützflächen 37.1, 37.2 sind
in Umfangsrichtung einander gegenüberliegend angeordnet.
Diese Abstützflächen 37.1, 37.2 werden
jedoch erst nach einem bestimmten Verdrehwinkel F wirksam. Die Federeinheiten 36 stützen
sich an den Seitenscheiben 9.1 und 9.2 und dem
Flansch 24 ab.
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Die 1a verdeutlicht
in schematisiert vereinfachter Darstellung eine Seitenansicht auf
die Seitenscheiben in Form der Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 der
Vorrichtung 1. Erkennbar ist hier ebenfalls eine scheibenförmige
Ausgestaltung in Form einer Ringscheibe mit in Umfangsrichtung ausgebildeten Öffnungen 41 zur
Aufnahme der Federeinheiten 19 und 22 der Dämpfer 6.1 und 6.2 und
Abstützungen in Umfangsrichtung und radialer Richtung.
In Analogie dazu weisen die Mitnehmerscheiben Öffnungen 42 für
die zweite Dämpferanordnung 7 auf, die auf einem
kleineren Durchmesser angeordnet sind und die Federeinheiten 36 aufnehmen.
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Bei
dieser Ausführung wird in Kraftflussrichtung beim Einsatz
in Antriebssträngen und Fahrzeugen im normalen Traktionsbetrieb
von der Antriebsmaschine zu einer nachgeordneten Leistungsübertragungseinheit
betrachtet über die Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2,
welche drehfest miteinander gekoppelt sind, ein Moment in die Dämpferanordnung 5 eingeleitet,
wobei gemäß 1d je
nach Drehrichtung die Federeinheiten 19 oder 22 beaufschlagt
werden, die wiederum auf den Zwischenflansch 23, insbesondere
den Vorsprung 25 über die Anschlagflächen 26 beziehungsweise 27 wirken
und aufgrund der dadurch bedingten Kopplung die Drehmomentübertragung
bei gleichzeitiger Dämpfungskopplung über den
Zwischenflansch 23 auf die weitere Federeinheit, hier beispielsweise
die Federeinheit 22, und von dieser auf den Flansch 24,
der den Ausgangsteil A bildet, bewirken. Erfolgt eine Relativverdrehung zwischen
den Mitnehmerscheiben 9.1, 9.2 und dem Flansch 24 in
Größe des Freiwinkels F, wird auch die zweite
Dämpferstufe 4 wirksam. Nach Erreichen dieses
Freiwinkels F erfolgt die Leistungsübertragung zusätzlich über
die zweite Dämpferstufe 4 ebenfalls auf den als
Ausgangsteil A der Gesamtvorrichtung fungierenden Ausgang 12 der
zweiten Dämpferstufe 4. Die einzelnen Federeinheiten 19, 22, 36 sind
hier beispielsweise in Form von so genannten Druckfedern ausgeführt
beziehungsweise als Spiralfedern. Andere Ausführungen elastischer
Elemente sind theoretisch ebenfalls denkbar.
-
Die
Ausbildung der drehfesten Kopplung zwischen den Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 der Dämpferanordnung 5 kann
unterschiedlich erfolgen. Im dargestellten Fall sind Befestigungselemente 38 vorgesehen,
vorzugsweise in Form von Nieten. Diese können radial außerhalb
der radialen Erstreckung der Federeinheiten 19, 22 der
Dämpferstufe 3 und zwischen Zwischenflanschelementen 23.1, 23.2 und Flansch 24 liegen,
wie in der 1d dargestellt. Ferner kann
die Anordnung radial außerhalb des Außendurchmessers
des Zwischenflansches 23 erfolgen. Die drehfeste Kopplung
kann gleichzeitig einen Anschlag in Umfangsrichtung und damit eine
Verdrehwinkelbegrenzung für den Zwischenflansch 23 beziehungsweise
den Flansch 24 bilden.
-
Eine
zusätzliche drehfeste Kopplung der Mitnehmerscheiben für
die zweite Dämpferstufe und damit die Dämpferanordnung 7 kann
aufgrund der einteiligen Ausführung der Eingangsteile 8 und 10 der beiden
Dämpferstufen 3, 4 entfallen.
-
Die
Ausführungen gemäß der 1a und 1d verdeutlichen
ferner eine Anordnung der einzelnen Dämpferstufen 3 und 4 in
einer axialen Ebene, was insbesondere durch die Ausgestaltung des als
Ausgangsteil A der Vorrichtung 1 fungierenden Ausgangsteiles 10 bezie hungsweise 12 der
beiden Dämpferanordnungen 5 und 7 realisiert
wird. Dieses ist, wie bereits ausgeführt, im einfachsten
Fall als scheibenförmiges Element ausgebildet.
-
Andere
Ausführungen mit Versatz sind ebenfalls denkbar. In diesem
Fall ist jedoch zumindest der Flansch 24 entsprechend auszuformen
sowie die Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2. Die in
der 1 dargestellte Ausführung
stellt jedoch eine besonders vorteilhafte Ausbildung im Hinblick
auf die Bauraumerfordernisse dar. Dies gilt in Analogie auch für
die Anordnung der beiden Dämpfer 6.1 und 6.2 in
radialer Richtung sowie in axialer Richtung zueinander. Diese sind
in radialer Richtung vorzugsweise frei von Versatz auf einem gemeinsamen
Durchmesser d3 angeordnet und in Axialrichtung
ebenfalls in einer Ebene. Dadurch kann die Reihen-Parallel-Dämpferanordnung
durch einen hohen Grad an Funktionskonzentration bei gleichzeitig
minimalem Bauraum realisiert werden.
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Die
Vorsprünge 30 am Außenumfang 29 des Flansches 24 weisen
ferner Anschlagflächen 39.1, 39.2 auf,
die mit entsprechend am Innenumfang 28 des Zwischenflansches 23 ausgebildeten
und in Umfangsrichtung entgegengesetzt zu den Anschlagflächen 39.1, 39.2 ausgerichteten
Anschlagflächen 40.1, 40.2 zusammenwirken.
Diese bilden einen Blockschutz für die Federeinheiten 19, 22 in
der ersten Dämpferstufe 3. Die Anschlagflächen 39.1, 39.2, 40.1, 40.2 sind
daher derart angeordnet, dass diese lediglich eine Verdrehwinkelbegrenzung
zwischen Zwischenflansch 23 und Flansch 24 bei
einem bestimmten vordefinierten Federweg bilden.
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Bei
der in der 1 dargestellten Ausführung
fungieren beim Einsatz in einer Kraftübertragungsvorrichtung
in Antriebssträngen für Fahrzeuge, wie bereits
ausgeführt, die Mitnehmerscheiben 9.1 und 9.2 als
Eingangsteil E und der Flansch 24 als Ausgangsteil A. Wird
der Kraftfluss umgedreht, wird dem Flansch 24 die Funktion
des Eingangsteiles E zugeteilt während die Mitnehmerscheiben 9.1, 9.2 dann
als Ausgangsteil A fungieren. Ist eine derartige Vorrichtung in
einem Antriebsstrang in beiden Kraftflussrichtungen jeweils hinsichtlich
des Ein- und Ausgangsteiles mit entsprechenden antreibenden und anzutreibenden
Elementen gekoppelt, wird immer Drehmoment mit dieser Vorrichtung
gleichzeitig übertragen. Ist in einem Funktionszustand,
beispielsweise im Schubbetrieb, keine Kopplung mit einem der das
Ein- oder Ausgangsteil E, A bildenden Elemente vorhanden, fungiert
die Vorrichtung 1 als Tilger, das heißt kompensiert
Schwingungen und überträgt jedoch kein Drehmoment
wie eine elastische Kupplung.
-
Die 1 verdeutlicht eine besonders kompakte
und für den Einsatz in Kraftübertragungsvorrichtungen
für Fahrzeuge, umfassend eine hydrodynamische Komponente
und eine Überbrückungseinrichtung für
die hydrodynamische Komponente geeignete Vorrichtung, die in Reihe
zur hydrodynamischen Komponente als auch zur Überbrückungseinrichtung
angeordnet ist.
-
Die 2 verdeutlicht
in einer Perspektivansicht die Ausbildung des Zwischenflansche 23 und des
Flansches 24 in Einbaulage. Erkennbar sind die beiden ringscheibenförmigen
Elemente 23.1, 23.2, welche beabstandet zueinander
angeordnet sind und der dazwischen sich erstreckende Flansch 24.
Das einzelnen ringscheibenförmige Elemente 23.1, 23.2 muss
im Querschnitt betrachtet nicht plan ausgeführt sein, sondern
kann, insbesondere im Umschließungsbereich am Außenumfang 29 des
Flansches 24 leicht gekröpft ausgeführt
sein.
-
Die
erfindungsgemäße Ausführung gemäß 1 und 2 ist durch
einen hohen Grad an Funktionskonzentration, eine hohe Kompaktheit
sowie gleichzeitig eine geringe Bauteilanzahl charakterisiert. Ferner
ist es mit dieser Ausführung möglich, einen Torsionsschwingungsdämpfer
mit möglichst niedriger Federrate zu gestalten, der einen
möglichst großen Verdrehwinkel mit niedriger Reibung
aufweist. Dies wird auch dadurch realisiert, dass vorzugsweise die
Reihendämpferanordnung auf dem größeren
Durchmesser angeordnet ist.
-
- 1
- Vorrichtung
zur Dämpfung von Schwingungen
- 2
- mehrstufiger
Reihen-/Paralleldämpfer
- 3
- erste
Dämpferstufe
- 4
- zweite
Dämpferstufe
- 5
- Dämpferanordnung
- 6.1,
6.2
- Dämpfer
- 7
- Dämpferanordnung
- 8
- Eingangsteil
- 9.1,
9.2
- Mitnehmerscheibe
- 10
- Ausgangsteil
- 11
- Eingangsteil
- 12
- Ausgangsteil
- 13
- Eingangsteil
- 14
- Ausgangsteil
- 15
- Eingangsteil
- 16
- Ausgangsteil
- 17
- Mittel
zur Drehmomentübertragung
- 18
- Mittel
zur Dämpfungskopplung
- 19
- Federeinheit
- 20
- Mittel
zur Drehmomentübertragung
- 21
- Mittel
zur Dämpfungskopplung
- 22
- Federeinheit
- 23
- Zwischenflansch
- 23.1,
23.2
- ringscheibenförmiges
Element
- 24
- Flansch
- 25
- Öffnung
- 26
- Anschlagfläche
- 27
- Anschlagfläche
- 28
- Innenumfang
- 29
- Außenumfang
- 30
- Vorsprung
- 31
- Seitenfläche
- 32
- Seitenfläche
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Mittel
zur Drehmomentübertragung
- 35
- Mittel
zur Dämpfungskopplung
- 36
- Federeinheit
- 37.1,
37.2
- Anschlagflächen
- 38
- Befestigungselement
- 39.1,
39.2
- Anschlagfläche
- 40.1,
40.2
- Anschlagfläche
- 41
- Öffnung
- 42
- Öffnung
- 43
- elastisches
Element
- R
- Rotationsachse
- M
- Moment
- α
- Verdrehwinkel
- F
- Freiwinkel
- d
- Durchmesser
- E
- Eingangsteil
- A
- Ausgangsteil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3047039
A1 [0003]
- - US 2004/0216979 A1 [0004]
- - US 2004/0185940 [0005]
- - US 3138011 [0007]