DE102014210683A1

DE102014210683A1 - Drehschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102014210683A1
Application number: DE102014210683.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sasse; Erwin Wack; Jörg Sudau
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17
Also published as: WO2015185271A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, umfassend ein Massenelement, welches um eine Drehachse drehbar ist und ein relativ dazu drehbare Pendelmassenanordnung, die umfänglich verteilt elastische Elemente, insbesondere Federn, aufweist, die in Abhängigkeit einer Drehzahl der Pendelmassenanordnung in Umfangsrichtung in ihrer Erstreckung veränderbar sind, und mit dem Massenelement verbunden sind, wobei zumindest ein Reibmittel und/oder Formschlussmittel für die elastischen Elemente angeordnet ist, derart, dass diese eine Steifigkeit der elastischen Elemente in Abhängigkeit der Drehzahl beeinflussen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, umfassend ein Massenelement, welches um eine Drehachse drehbar ist und eine relativ dazu drehbare Pendelmassenanordnung, die umfänglich verteilt elastische Elemente, insbesondere Federn, aufweist, die in Abhängigkeit einer Drehzahl der Pendelmassenanordnung in Umfangsrichtung in ihrer Erstreckung veränderbar sind, und mit dem Massenelement verbunden sind.
Ein derartiger Drehschwingungsdämpfer ist beispielsweise aus der DE 10 2010 053 542 A1 bekannt geworden. Dieser umfasst ein um die Drehachse drehbares Schwungrad zur Übertragung eines von einem Kraftfahrzeugmotor erzeugbaren Drehmoments und eine zum Schwungrad in Umfangsrichtung relativ bewegliche Pendelmasse. Mit der Pendelmasse und dem Schwungrad ist ein Pendelarm verbunden, der sich radial nach innen erstreckt. Der Pendelarm ist dabei um einen Pendelpunkt in Umfangsrichtung elastisch pendelbar, wobei der Pendelpunkt in radialer Richtung veränderbar ist. Durch den in radialer Richtung veränderbaren Pendelpunkt kann die an der Pendelmasse eingreifende effektive Pendellänge verändert werden, so dass die Pendelmasse mit einer veränderlichen Frequenz schwingen und dadurch unterschiedliche Frequenzen dämpfen kann.
In der WO 2006/034210 A2 ist ein mechanisches Federelement gezeigt, welches mittels eines in die Feder einschiebbaren Elementes eine Beeinflussung der effektiven Parameter der Feder, wie beispielsweise deren effektive Länge, ermöglicht.
Weitere bekannte Drehschwingungsdämpfer verwenden mehrere hintereinander geschaltete Festfrequenztilger, um nicht nur bei einer bestimmten Drehzahl, sondern bei einer oder weiteren Drehzahlen eine ausreichende Dämpfung von Drehschwingungen zur Verfügung zu stellen. Dabei ist beispielsweise ein erster Festfrequenztilger ist mit einem zweiten Festfrequenztilger und weiter mit einem dritten Festfrequenztilger in Reihe geschaltet. Der dritte Festfrequenztilger ist mit einer Tilgermasse verbunden. Ein Erregermoment, welches auf den ersten Festfrequenztilger mit der zugehörigen Federsteifigkeit c₁ wirkt, wird bei einer bestimmten Drehzahl n₁ optimal gedämpft. der zweite Festfrequenztilger dämpft bei einer höheren Drehzahl n₂ und der dritte Festfrequenztilger bei einer höheren Drehzahl n₃ besonders gut, d.h. die jeweiligen Festfrequenztilger sind auf n₁, n₂ und n₃ abgestimmt. Üblicherweise wird die zu erzeugende Federsteifigkeit des dritten Festfrequenztilgers, i.e. c₃, so aufgebaut, dass dieser eine definierte c-Rate konstant und möglichst reibungsfrei erzeugt. Dabei ist die Federsteifigkeit c₃ so abgestimmt, dass der dritte Festfrequenztilger in Verbindung mit der Tilgermasse in einem bestimmten Drehzahlband eine tilgende Wirkung auf die eingehende Drehungleichförmigkeit hat.
Unterhalb der Abstimmdrehzahl lässt jedoch die Dämpfung bzw. Tilgerwirkung schnell nach; der dritte Festfrequenztilger kann sogar verstärkend wirken. Oberhalb der Tilgerdrehzahl schwächt sich die Tilgerwirkung langsam ab und es ist nur noch eine Entkopplung, d.h. die beiden ersten Festfrequenztilger mit Federsteifigkeiten c₁ und c₂ wirksam. Somit besteht das Problem, dass eine abschwächende Tilgerwirkung bei ansteigenden Drehzahlen besteht. Zur Lösung des Problems ist vorgeschlagen worden, sehr große Massen zu verwenden. Dies erfordert jedoch einen hohen Bauraum und verursacht ebenfalls hohe Kosten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Drehschwingungsdämpfer zur Verfügung zu stellen, welcher eine verbesserte Abstimmung über einen großen Drehzahlbereich ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehschwingungsdämpfer zur Verfügung zu stellen, welcher einfach herzustellen ist und einfach in bestehende Drehmomentwege integrierbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Drehschwingungsdämpfer zur Verfügung zu stellen, welcher eine einfache Handhabung und Wartung ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es schließlich, einen alternativen Drehschwingungsdämpfer zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben mit einem Drehschwingungsdämpfer, umfassend ein Massenelement, welches um eine Drehachse drehbar ist und eine relativ dazu drehbare Pendelmassenanordnung, die umfänglich verteilt elastische Elemente, insbesondere Federn, aufweist, die in Abhängigkeit einer Drehzahl der Pendelmassenanordnung in Umfangsrichtung in ihrer Erstreckung veränderbar sind, und mit dem Massenelement verbunden sind, dadurch, dass zumindest ein Reibmittel und/oder Formschlussmittel für die elastischen Elemente angeordnet ist, derart, dass diese eine Steifigkeit der elastischen Elemente in Abhängigkeit der Drehzahl beeinflussen.
Die vorliegende Erfindung löst die Aufgaben ebenfalls bei einer Drehmomentübertragungsanordnung, insbesondere in Form eines Anfahrelements für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise in Form eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–15.
Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit der Drehschwingungsdämpfer auf konstruktiv einfache Weise derart ausgestaltet werden kann, und seine Steifigkeit in Abhängigkeit der Drehzahl beeinflusst werden kann, insbesondere er seine Steifigkeit mit ansteigender Drehzahl erhöht und somit immer eine für eine jeweilige Drehzahl optimale Drehschwingungsdämpfungsabstimmung erhält. Die über die Drehzahl sich verändernden, insbesondere wachsenden Reibkräfte bzw. wirkenden Formschlusskräfte werden eingesetzt, um über die Drehzahl eine Steifigkeit des Drehschwingungsdämpfers zu ändern. Mittels der Reibmittel und/oder Formschlussmittel können die elastischen Elemente beispielsweise hinsichtlich ihrer Freistellung deutlich reduziert werden. Hierdurch bleibt eine statisch gemessene Steifigkeit zwar unverändert, jedoch ändert sich ein dynamischer Steifigkeitswert, der sich aus der statischen Steifigkeit und Drehzahlreibung bzw. Formschluss ergibt.
Unter einer Welle ist nachfolgend nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile oder Elemente miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Elemente verdrehfest miteinander verbinden.
Zwei Elemente werden insbesondere als miteinander verbunden bezeichnet, wenn zwischen den Elementen eine feste, insbesondere verdrehfeste Verbindung, besteht. Insbesondere drehen solche verbundenen Elemente mit der gleichen Drehzahl.
Zwei Elemente werden im Weiteren als koppelbar oder verbindbar bezeichnet, wenn zwischen diesen Elementen eine lösbare Verbindung besteht. Insbesondere drehen solche Elemente mit der gleichen Drehzahl, wenn die Verbindung besteht.
Die verschiedenen Bauteile und Elemente der genannten Erfindung können dabei über eine Welle bzw. ein Verbindungselement, aber auch direkt, beispielsweise mittels einer Schweiß-, Press- oder einer sonstigen Verbindung miteinander verbunden sein.
Unter einer Kupplung ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen, ein Schaltelement zu verstehen, welches, je nach Betätigungszustand, eine Relativbewegung zwischen zwei Bauteilen zulässt oder eine Verbindung zur Übertragung eines Drehmoments darstellt. Unter einer Relativbewegung ist beispielsweise eine Rotation zweier Bauteile zu verstehen, wobei die Drehzahl des ersten Bauteils und die Drehzahl des zweiten Bauteils voneinander abweichen. Darüber hinaus ist auch die Rotation nur eines der beiden Bauteile denkbar, während das andere Bauteil still steht oder in entgegengesetzter Richtung rotiert.
Im Folgenden ist unter einer nicht betätigten Kupplung eine geöffnete Kupplung zu verstehen. Dies bedeutet, dass eine Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen möglich ist. Bei betätigter bzw. geschlossener Kupplung rotieren die beiden Bauteile dementsprechend mit gleicher Drehzahl in dieselbe Richtung.
Unter dem Begriff „Bindbarkeit“ ist vorzugsweise in der Beschreibung, insbesondere in den Ansprüchen zu verstehen, dass bei unterschiedlicher geometrischer Lage die gleiche Anbindung bzw. Bindung von Schnittstellen gewährleistet ist, ohne dass sich einzelne Verbindungselemente oder Wellen kreuzen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zweckmäßigerweise sind die Reib- und/oder Formschlussmittel ausgebildet, um von außen auf die elastischen Elemente zur Beeinflussung deren Steifigkeit zu wirken. Auf diese Weise wird zum einen die Flexibilität hinsichtlich verschiedener möglicher Materialien und Ausführungsformen der elastischen Elemente wesentlich erhöht, zum anderen ist eine solche Beeinflussung von außen auch auf besonders einfache Weise möglich, da die elastischen Elemente von außen einfacher zugänglicher sind als von innen.
Vorteilhafterweise sind die Reibmittel ausgebildet, eine Beweglichkeit der elastischen Elemente aktiv und/oder passiv zu begrenzen. Wird die Beweglichkeit der Elemente aktiv begrenzt, ist dies zwar mit höherem Aufwand im Vergleich zu einer passiven Begrenzung verbunden, jedoch kann auf wechselnde Einflüsse auf den Drehschwingungsdämpfer schneller und flexibler reagiert werden, d.h. die Beweglichkeit angepasst werden. Eine passive Begrenzung der elastischen Elemente durch die Begrenzungsmittel kann dafür äußerst kostengünstig und einfach bereitgestellt werden.
Zweckmäßigerweise sind die Reibmittel in Form von Radialbeschränkungsmitteln für die elastischen Elemente angeordnet, derart, dass die Radialbeschränkungsmittel zumindest teilweise eine Beweglichkeit der elastischen Elemente in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse begrenzen. Auf diese Weise ist eine besonders einfache insbesondere passive Beschränkung der radialen Beweglichkeit der elastischen Elemente möglich. Werden diese beispielsweise fliehkraftabhängig in radialer Richtung nach außen gedrückt, wirken die Radialbeschränkungsmittel derart, dass die elastischen Elemente sich nicht in diese Richtung auslenken bzw. weiter auslenken können. Die Steifigkeit der elastischen Elemente ändert sich durch diese Beschränkung in Abhängigkeit der auf sie wirkenden Fliehkraft.
Vorteilhafterweise sind die Radialbeschränkungsmittel in Form von Fenstern für die elastischen Elemente ausgebildet. Damit können auf einfache und zuverlässige Weise jedem elastischen Element ein entsprechendes Radialbeschränkungsmittel zugeordnet werden. Darüber hinaus sind Fenster für die elastischen Elemente einfach und kostengünstig herstellbar und integrierbar.
Zweckmäßigerweise weist zumindest eines der Fenster zumindest eine Absenkung, insbesondere eine mittige Absenkung auf, bezogen auf die Kontur eines Standardfensters, welches im Querschnitt senkrecht zur Drehachse eine bogenförmige, auf der radialen Außenseite eines elastischen Elements angeordnete Kontur aufweist. Mittels eines Fensters mit insbesondere mittiger Absenkung wird beispielsweise eine Feder durch Reibkräfte gehalten, kann aber noch immer frei in den Bereichen ohne die Absenkung mit ihren Windungen frei schwingen. Damit hat ein entsprechender Festfrequenztilger im Wesentlichen zwei unterschiedliche Steifigkeitsraten je nach Drehzahl mit ansonsten optimaler nahezu reibungsfreier Schwingfunktion. Bei einem Standardfenster für ein elastisches Element hingegen hat ein elastisches Element in Form einer Feder Luft auch unter Ausknickung bei hoher Drehzahl und weist somit eine äußerst niedrige Reibung mit der Begrenzung des jeweiligen Fensters auf.
Vorteilhafterweise sind die Formschlussmittel in einer Absenkung von einem oder mehreren Fenstern angeordnet. Mittels der Formschlussmittel, beispielsweise in Form von Zacken, also im Wesentlichen mit sinusförmigem Querschnitt, in der Absenkung kann ein elastisches Element, insbesondere wenn das elastische Element in Form einer Feder angeordnet ist und die Formschlussmittel entsprechend der Windungen der Feder ausgebildet sind, die Feder in diesem Bereich nicht nur reibschlüssig halten, sondern auch entsprechend formschlüssig. Damit lässt sich die Steifigkeit eines elastischen Elements noch weiter gezielt erhöhen.
Zweckmäßigerweise sind die elastischen Elemente derart angeordnet, so dass sie jeweils nur von einer Seite bezogen auf die Umfangsrichtung mit Drehmoment beaufschlagbar sind. Damit lässt sich das entsprechende elastische Element mit den zugeordneten Reib- und/oder Formschlussmitteln noch exakter bzw. genauer hinsichtlich des Verhältnisses von Drehzahl zu Steifigkeitsänderung dosieren.
Vorteilhafterweise sind ein oder mehrere Reibkrafterhöhungsmittel angeordnet, die ausgebildet sind, um in Abhängigkeit einer steigenden Drehzahl Reibkräfte zwischen einem oder mehreren der elastischen Elemente und den Reibmitteln zu verstärken. Damit lässt sich auf einfache Weise ein drehzahlabhängiger Reibeinfluss durch die Reibmittel auf die elastischen Elemente noch weiter erhöhen.
Zweckmäßigerweise sind die Reibkrafterhöhungsmittel in Form von einer oder mehreren in radialer Richtung auslenkbaren Massen ausgebildet, insbesondere wobei eine auslenkbare Masse in Form eines gestanzten Blechs ausgebildet ist. Damit wird auf einfache und besonders günstige Weise ein Reibkrafterhöhungsmittel zur Verfügung gestellt, was gleichzeitig fliehkraftabhängig wirkt.
Vorteilhafterweise sind eine oder mehrere der in radialer Richtung auslenkbaren Massen in einer oder mehreren Aussparungen in radialer Richtung unterhalb des jeweiligen elastischen Elementes angeordnet, vorzugsweise symmetrisch, insbesondere mittig, bezogen auf die Erstreckung des elastischen Elementes in Umfangsrichtung. Damit kann ein drehzahlabhängiger Reibeinfluss der Reibkrafterhöhungsmittel noch genauer eingestellt werden, was die Dämpfung von Drehschwingungen mittels des Drehschwingungsdämpfers noch weiter verbessert.
Zweckmäßigerweise sind die Formschlussmittel passiv, insbesondere fliehkraftabhängig, ausgebildet und weisen ein oder mehrere eigene elastische Elemente, insbesondere in Form einer oder mehrerer Federn und/oder Sperrkörpern, zur Wechselwirkung mit einem elastischen Element auf. Mittels passiver Formschlussmittel ist zum einen eine günstige fliehkraftabhängige Änderung der Steifigkeit der elastischen Elemente möglich. Zum anderen ist diese auch äußerst zuverlässig möglich, da die Sperrkörper das elastische Element zuverlässig zumindest teilweise hinsichtlich seiner Ausdehnung begrenzen bzw. halten.
Vorteilhafterweise sind die Radialbeschränkungsmittel asymmetrisch bezogen auf ihre Außenkontur im Querschnitt senkrecht zur Drehachse ausgebildet, insbesondere weisen diese zumindest einen kreisförmigen und einen linearen Verlauf auf. Damit lässt sich die Flexibilität hinsichtlich der Anpassung der Steifigkeit des Drehschwingungsdämpfers in Abhängigkeit der Drehzahl noch weiter verbessern. Ein kreisförmiger Verlauf ermöglicht zum Beispiel einem elastischen Element in Form einer Feder eine im Wesentlichen freie Ausdehnung in diesem Bereich, wohingegen ein linearer Verlauf die Feder hinsichtlich ihrer radialen Ausdehnung immer weiter beschränken kann, je stärker diese fliehkraftabhängig nach außen auf die Kontur eines Fensters drückt.
Zweckmäßigerweise weisen die Radialbeschränkungsmittel in Beaufschlagungsrichtung mit Drehmoment eine Außenkontur im Querschnitt senkrecht zur Drehachse auf, welche zunächst kreisförmig ausgebildet ist und dann linear abfällt. So kann sich beispielsweise ein elastisches Element in Form einer Feder bei steigender Drehzahl immer mehr an die Außenkontur anlegen bzw. anschmiegen und entsprechend eine höhere Steifigkeit bereitstellen.
Vorteilhafterweise ist pro Drehrichtung die gleiche Anzahl von elastischen Elementen, insbesondere mit entsprechenden Reib- und/oder Formschlussmitteln, angeordnet. Damit kann bei einer asymmetrischen Ansteuerung der elastischen Elemente, also lediglich von einer Richtung, eine Veränderung der Steifigkeit durch die elastischen Elemente mit den entsprechenden Reib- und/oder Formschlussmitteln noch genauer angepasst bzw. bereitgestellt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen, und aus dazugehöriger Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigen jeweils in schematischer Form
1a ein Dämpfungs-Charakteristik-Schaubild für eine Tilgeranordnung mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1b den schematischen Aufbau der Tilgeranordnung gemäß 1a;
2a ein Weg-Moment-Schaubild für einem Festfrequenztilger bei Dreh- zahl 0 pro Minute;
2b ein Schaubild mit drehzahlabhängiger Steifigkeit für einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ein Teil eines bereits bekannten Drehschwingungsdämpfers;
4 ein Teil eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 Teile eines Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
12 einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem Drehschwingungsdämpfers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1a zeigt ein Dämpfungs-Charakteristik-Schaubild für eine Tilgeranordnung mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1b zeigt den schematischen Aufbau der Tilgeranordnung gemäß 1a.
In 1a sind Drehungleichförmigkeitskurven 3 in Abhängigkeit einer Drehzahl 2 für die kombinierten Steifigkeiten c_1,2,3, c_2,3 und c₃ gezeigt, wobei die Steifigkeiten c₁, c₂, c₃ zu drei Festfrequenztilgern korrespondieren. Die Indizes zeigen somit, welche der jeweiligen Steifigkeiten der drei Tilger in Abhängigkeit der Drehzahl wirksam ist. Dabei ist die Kurve c_1,2,3 dann auf eine Drehzahl n₁ abgestimmt. Die Kurve c_2,3 des zweiten Festfrequenztilgers auf eine Drehzahl n₂ > n₁ abgestimmt und die Kurve c₃ auf eine Drehzahl n₃ > n₂ > n₁ abgestimmt, wobei c₃ > c_2,3 > c_1,2,3 ist. Die kombinierte Steifigkeit c_1,2,3 ist für die kleinste optimale Tilgerdrehzahl verantwortlich, die kombinierte Steifigkeit c_2,3 für die auf die erste Steifigkeit c_1,2,3 folgende Tilgerdrehzahl verantwortlich und die Steifigkeit c₃ auf die auf c_2,3 folgende Tilgerdrehzahl verantwortlich. Ein „Abschalten“ der ersten bzw. zweiten Steifigkeit c1, c2 erfolgt kontinuierlich bzw. schleichend über die Zunahme von Reibung, die drehzahlabhängig ist und die durch die Reibungsmomente M_R1 bzw. M_R2 als Funktion der Drehzahl n gemäß 1b dargestellt ist. Eine weitere Kurve DFT_adaptiv ist gezeigt, die einen wünschenwerten Verlauf zeigt. Hierbei lehnt sich die Kurve DFT_adaptiv an die Verläufe der drei anderen Kurven c₃, c_2,3, c_1,2,3, was einem wünschenwerten Verlauf, d.h. eine Dämpfung über einen großen Drehzahlbereich von n₁ bis n₃, entsprechen würde. Die in 1b gezeigten elastischen Elemente in Form von Federn können auch beispielsweise mittels Formschluss selektiv abgeschaltet werden. Für die jeweiligen Steifigkeiten c1, c2, c3 gilt folgender mathematischer Zusammenhang: c_1,2,3 = 1/(1/c₁ + 1/c₂ + 1/c₃) und c_2,3 = 1/(1/c₂ + 1/c₃) mit c₃ > c_2,3 > c_1,2,3
2a zeigt ein Weg-Moment-Schaubild für einen Festfrequenztilger bei Drehzahl 0 pro Minute.
In 2a ist auf der horizontalen Achse 4 der Weg bzw. Auslenkung gezeigt und auf der vertikalen Achse 5 ein Moment, was auf eine Feder wirkt. Bei einer Drehzahl von 0 pro Minute ist die Steifigkeit der Feder linear mit dem Weg, also deren Dehnung, ansteigend und entspricht der statischen Steifigkeit c_statisch.
2b zeigt ein Schaubild mit drehzahlabhängiger Steifigkeit für einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 2b ist nun zusätzlich zur statischen Steifigkeit c_statisch auch die entsprechende Steifigkeit in Abhängigkeit der Drehzahl gezeigt. Die neue Steifigkeit c_neu ist dabei eine Funktion der Drehzahl. Gezeigt sind für verschiedene Auslenkungswinkel ϕ₁ und ϕ₂ deren Differenz den Arbeitsbereich des Festfrequenztilgers wiedergibt. Wie in 2b zu sehen ist, wird ein Reibkegel aufgespannt, der durch die beiden Grenzwinkel ϕ₁, ϕ₂ des Festfrequenztilgers bei höherer Drehzahl immer größer wird, so dass die Steifigkeit anwächst. c_neu läuft dabei oberhalb von c_statisch.
3 zeigt ein Teil eines bereits bekannten Drehschwingungsdämpfers.
In 3 ist ein Standardfenster gezeigt. Das Standardfenster 11 ist im Querschnitt im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Eine Außenkontur 11a des Fensters 11 ist bogen- oder kreisförmig ausgebildet, so dass die Feder genügend Freiraum 12 hat, um auch unter Auslenkung bei einer hohen Drehzahl um die Drehachse D, sich in diesen auszulenken. Dadurch ist die Reibung der Feder 10, die sich im nicht ausgelenkten Zustand im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Drehachse D erstreckt, also im Wesentlichen gerade, erheblich reduziert; die Feder kann sich somit im Wesentlichen frei bewegen.
In 4 ist nun anstelle des Standardfensters 11 ein Fenster 11 mit weniger Freistellung gezeigt. Im Wesentlichen ist das Fenster 11 nun mit seiner Außenkontur 11a nicht mehr bogenförmig bzw. kreisförmig ausgebildet, sondern im Wesentlichen rechteckförmig im Querschnitt bzw. insgesamt quaderförmig. Das Fenster 11 bietet somit weniger Freistellung für die ausgelenkte Feder 10a In einem bereits wenig ausgelenkten Zustand stößt diese bei Drehung um die Drehachse D ab einer bestimmten Drehzahl aufgrund der Fliehkräfte gegen die Außenkontur 11a des Fensters 11. Dies hängt im Wesentlichen von dem verbleibenden Freiraum 12 für die Feder 10, 10a ab. Danach reibt die Feder 10a an der Außenkontur 11a des Fensters 11 und auf diese Weise wird die dynamische Steifigkeitsrate bzw. c-Rate entsprechend verändert.
In 5 ist ein weiteres Fenster 11 gezeigt. Die Außenkontur 11a des Fensters 11 ist dabei im Wesentlichen ausgebildet wie die Außenkontur 11a des Standardfensters 11 gemäß 3. Im Unterschied zum Standardfenster 11 gemäß 3 weist das Fenster 11 gemäß 5 eine Absenkung 13 im Wesentlichen in der Mitte entlang der Erstreckung in Umfangsrichtung der Außenkontur 11a des Fensters 11 auf. Das Federfenster 11 hat somit zwei Freistellungsräume und eine mittige Absenkung 13. Dadurch wird die ausgelenkte Feder 10a mittig durch Reibkräfte gehalten, kann aber in den Freiräumen rechts und links der Absenkung 13 immer noch frei schwingen. Auf diese Weise kann ein Drehschwingungsdämpfer verschiedene Steifigkeitsraten bzw. c-Raten je nach Drehzahl zur Verfügung stellen mit ansonsten optimaler nahezu reibungsfreier Schwingungsfunktion.
In 6 ist im Wesentlichen ein Fenster 11 gemäß 5 gezeigt. Im Unterschied zum Fenster 11 gemäß 5 sind beim Fenster 11 gemäß 6 in der mittigen Absenkung 13 zusätzliche Formschlussmittel 13a angeordnet. Diese Formschlussmittel 13a weisen im Bereich der Absenkung 13 im Wesentlichen sinusförmigen Verlauf in entlang der Aussenkontur 11a des Federfensters 11 auf, sind also im Wesentlichen in Form von abgerundeten Zacken angeordnet, die die Feder 10, 10a nicht nur reibschlüssig, sondern auch formschlüssig halten können.
In 7 ist eine asymmetrische Form eines Fensters 11 gezeigt. Dessen Außenkontur 11a weist zunächst von links nach rechts einen konvexen bogenförmigen Verlauf auf und dann einen linear abfallenden Verlauf. Dabei wird die Feder 10 von links nach rechts (Beaufschlagungsrichtung A) belastet. Somit legt sich die Feder 10 bei steigender Drehzahl bei Drehung im Uhrzeigersinn immer mehr an die Außenkontur 11a an, so dass sich die Steifigkeit entsprechend erhöht.
In 8 ist eine Nabenscheibe 960 gezeigt, die drei radiale Vorsprünge 20 aufweist. An den Vorsprüngen 20 sind jeweils links und rechts Federfenster 11 mit Federn 10 angeordnet. Bei Drehung der Nabenscheibe 960 im Uhrzeigersinn werden somit nur die jeweils rechts in Umfangsrichtung von den Vorsprüngen 20 gezeigten Federn 10 belastet, also jeweils nur die Hälfte der angeordneten Federn. Bei Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn der Nabenscheibe 960 werden entsprechend die jeweils andere Hälfte der Federn 10 belastet. Damit ist eine noch „feinfühligere“, also genauere Anpassung der Steifigkeit der jeweiligen Federn 10 und damit des Drehschwingungsdämpfers insgesamt möglich. Die jeweiligen Federfenster 11 werden somit jeweils nur von einer Seite A von der Nabenscheibe 960 angesteuert.
In 9 ist eine weitere Ausführungsform eines Federfensters 11 gezeigt. Das Federfenster 11 entspricht dabei mit seiner Außenkontur 11a einem Standardfenster. Im Unterschied zum Standardfenster ist unterhalb der Feder 10 mittig eine Masse 14 in einer Aussparung 14a angeordnet. Die Masse 14 kann dabei insbesondere als gestanztes Blech ausgeführt sein. Die Masse 14 kann dabei in das Massenelement M, beispielsweise eine Nabenscheibe 960, eingelegt werden und durch ggf. Abdeckbleche rechts und links in radialer Richtung geführt werden. Die Masse 14 dient dazu, den drehzahlabhängigen Reibeinfluss zwischen Feder 10 und Außenkontur 11a zu verstärken, indem sie einerseits von unten gegen die Feder 10 reibt und andererseits gleichzeitig die Feder 10 in radialer Richtung nach oben gegen die Außenkontur 11a des Fensters 11 drückt. Selbstverständlich ist die Ausführungsform der 9 auch mit den vorangegangenen Ausführungsformen beliebig kombinierbar.
In 10 ist ein elastisches Element 10 in Form einer Feder gezeigt. Die Feder 10 ist dabei mit einer Tilgermasse 15 verbunden. Weiter gezeigt ist ein Hebel 16 der Zähne 16a aufweist, die im Wesentlichen dem Windungsabstand der Feder 10 entsprechen. Mit dem Hebel 16 ist eine Federmassenanordnung 18 verbunden, so dass ein Verriegelungsmoment MV mittels der Federmassenanordnung 18 über einen Drehpunkt 17 des Hebels 16 auf die Feder 10, insbesondere fliehkraftabhängig, ausgeübt werden kann. Dies bewirkt, dass abhängig von der Drehzahl der Hebel 16 in die einzelnen Windungen der Feder 10 einrückt und somit Windung für Windung in Abhängigkeit der Drehzahl abschaltet. Dies hat zur Folge, dass die Federsteifigkeit der Feder 10 Schritt für Schritt ansteigt.
In 11 ist eine alternative Ausführungsform analog zur 10 gezeigt. Im Unterschied zur Ausführungsform der 10 sind in der Ausführungsform der 11 nun pro Windung jeweils eine Zugfeder 20a, 20b, 20c, die in radialer Richtung an dem Massenelement M, insbesondere in Form einer Nabenscheibe 960, angeordnet sind und die auf ihrer der Feder 10 zugewandten Seite jeweils nebeneinanderliegende, gleich ausgerichtete im Wesentlichen abgerundete, dreiecksförmige Sperrkörper 19a, 19b und 19c aufweisen, die in entsprechende Zwischenräume der Windungen der Feder 10 eingreifen können. Auch hier wird abhängig von der Drehzahl die einzelnen Sperrkörper 19a, 19b, 19c in die jeweiligen Federwindungen der Feder 10 eingerückt und so ein schrittweiser Anstieg der Federsteifigkeit ermöglicht.
In 12 ist eine als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildete Drehmomentübertragungsanordnung 100 dargestellt. Diese umfasst eine Gehäuseanordnung 120 mit einer antriebsseitig, also motorseitig, positionierten Gehäuseschale 140, einer abtriebsseitig, also beispielsweise getriebeseitig, positionierten Gehäuseschale 160 und einem diese beiden Gehäuseschalen 140, 160 in ihrem radial äußeren Bereich verbindenden ringartigen Verbindungsteil 180. Die Gehäuseschale 160 bildet mit an einer Innenseite derselben getragenen Pumpenradschaufeln 200 ein allgemein mit 220 bezeichnetes und mit der Gehäuseanordnung 120 um eine Drehachse AA drehbares Pumpenrad.
Weiterhin ist in einem Innenraum 240 der Gehäuseanordnung 120 eine allgemein mit 400 bezeichnete Drehmomentübertragungsbaugruppe angeordnet. Diese umfasst eine im Wesentlichen axial nebeneinander liegende Torsionsschwingungsdämpferanordnung 420 und eine als Festfrequenztilger ausgebildete Auslenkungsmasseneinheit 440. Die Torsionsschwingungsdämpferanordnung 420 umfasst zwei Torsionsschwingungsdämpfer 460, 480, die radial ineinander geschachtelt sind und einander axial überlappen, also im Wesentlichen im gleichen axialen Bereich der Drehmomentübertragungsanordnung 100 in deren Innenraum 240 liegen. Die Auslenkungsmasseneinheit 440 umfasst eine Auslenkungsmassenanordnung 930, die Deckscheibenelemente 880, 900 umfasst. Diese und/oder der dazwischen liegende Auslenkungsmassenträger 840 weisen Federfenster 11, auf, in welchen elastische Elemente einer Federanordnung 920, bereitgestellt beispielsweise durch in Umfangsrichtung aufeinander folgend angeordnete Federn 10, hier in 12 in Form von Schraubendruckfedern, angeordnet sind und sich in Umfangsrichtung abstützen können. Der Auslenkungsmassenträger 840 weist neben einem Verbindungsbolzen 860 und einem Verbindungselement 820 als wesentliches Element eine Nabenscheibe 960 auf, die die Federn 10 entsprechend der Ansteuerrichtung A mit Kraft auf Grund von Torsionsschwingungen beaufschlagt. Eine um 90 Grad gedrehte Ansicht ist in 8 dargestellt. Die Federanordnung 920 stellt somit eine Auslenkungsmassen-Kopplungsanordnung 950 bereit, über welche die Auslenkungsmassenanordnung 930 an den Auslenkungsmassenträger 840 angekoppelt ist. Entgegen der Rückstellungswirkung der Schraubendruckfedern 10 wird eine Relativbewegung zwischen dem Auslenkungsmassenträger 840 und der Auslenkungsmassenanordnung 930 ermöglicht.
Die Federanordnung 920, insbesondere die Schraubendruckfedern oder sonstige Federelemente 10 derselben, sind dabei vorzugsweise so gestaltet, dass die Federn 10 in ihren Umfangsendbereichen bezüglich des Auslenkungsmassenträgers 840 einerseits und der Auslenkungsmassenanordnung 930 andererseits abgestützt sind. Mittels der in den vorangegangenen Figuren gezeigten verschiedenen Ausbildungen der Fenster 11 für die elastischen Elemente 10 kann nun gezielt aufgrund der Reib- und/oder Formschlusseffekte eine Wirkung im Schwingungsverhalten der Auslenkungsmassenanordnung 930 erzielt werden. Dies kann sowohl für gerade elastische Elemente 10, die sich im Wesentlichen geradlinig erstreckend eingebaut sind, oder auch durch bereits vorgekrümmten Einbau von elastischen Elementen 10 dementsprechend erzielt werden, indem die Fenster 11 entsprechend angepasst werden.
Zusammenfassend bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass die Flexibilität hinsichtlich des Dämpfungsverhaltens des Drehschwingungsdämpfers erhöht wird. Darüber hinaus kann die Abstimmung bezüglich des Dämpfungsverhaltens des Drehschwingungsdämpfers genauer eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine verbesserte Dämpfung über einen größeren Drehschwingungsfrequenzbereich erzielt werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Insbesondere sind Elemente und/oder Merkmale, die in einer Figur dargestellt sind, auch mit Elementen und/oder Merkmalen einer anderen Figur kombinierbar und/oder modifizierbar. So können beispielsweise in einem Drehschwingungsdämpfer die Federfenster der 5 und die Federfenster der 7 gemeinsam angeordnet sein, beispielsweise in Umfangsrichtung abwechselnd.
Bezugszeichenliste

c1, c2, c3: Federkonstante/Steifigkeit
1: Drehschwingungsdämpfer
2: Drehzahl
3: Drehungleichförmigkeit
M_R: Reibungsmoment
4: Weg
5: Winkel
10: Feder
10a: Feder ausgelenkt
11: Fenster
11a: Außenkontur Fenster
D: Drehachse
13: Absenkung
13a: wellenförmiges Profil
A: Ansteuerungsrichtung
14: Masse
14a: Aussparung
15: Pendelmassenanordnung
16: Hebel
16a: Zähne
17: Drehpunkt Hebel
18: Feder-Masse-Anordnung-Hebel
19a, 19b, 19c: Sperrkörper
20a, 20b, 20c: Zugfedern
100: Drehmomentübertragungsanordnung
120: Gehäuseanordnung
140, 160: Gehäuseschalen
180: Verbindungsteil
200: Pumpenradschaufeln
220: Pumpenrad
240: Innenraum
400: Drehmomentübertragungsbaugruppe
420: Torsionsschwingungsdämpferanordnung
440: Auslenkungsmasseneinheit
460, 480: Torsionsschwingungsdämpfer
820: Verbindungselement
840: Auslenkungsmassenträger
860: Verbindungsbolzen
880, 900: Deckscheibenelement
920: Federanordnung
930: Auslenkungsmassenanordnung
940: Schraubendruckfedern
950: Auslenkungsmassenkopplungsanordnung
960: Nabenscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010053542 A1 [0002]
WO 2006/034210 A2 [0003]

Claims

Drehschwingungsdämpfer (1), umfassend ein Massenelement (M, 960), welches um eine Drehachse (D) drehbar ist und ein relativ dazu drehbare Pendelmassenanordnung (15), die umfänglich verteilt elastische Elemente (10), insbesondere Federn, aufweist, die in Abhängigkeit einer Drehzahl der Pendelmassenanordnung (15) in Umfangsrichtung in ihrer Erstreckung veränderbar sind, und mit dem Massenelement (M, 960) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Reibmittel (11, 11a, 13) und/oder Formschlussmittel (13a, 16, 16a, 19a-c, 20a-c) für die elastischen Elemente (10) angeordnet ist, derart, dass diese eine Steifigkeit der elastischen Elemente (10) in Abhängigkeit der Drehzahl beeinflussen.
Drehschwingungsdämpfer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reib- und/oder Formschlussmittel (13a, 16, 16a, 19a-c, 20a-c) ausgebildet sind, um von außen auf die elastischen Elemente (10) zur Beeinflussung deren Steifigkeit zu wirken.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmittel (11, 11a, 13) ausgebildet sind, eine Beweglichkeit der elastischen Elemente (10) aktiv und/oder passiv zu begrenzen.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibmittel (11, 11a, 13) in Form von Radialbeschränkungsmitteln (11, 11a, 13) für die elastischen Elemente (10) angeordnet sind, derart dass die Radialbeschränkungsmittel (11a, 13) zumindest teilweise eine Beweglichkeit der elastischen Elemente (10) in radialer Richtung bezogen auf die Drehachse (D) begrenzen.
Drehschwingungsdämpfer gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbeschränkungsmittel (11, 11a, 13) in Form von Fenstern (11, 11a, 13) für die elastischen Elemente ausgebildet sind.
Drehschwingungsdämpfer gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Fenster (11, 11a, 13) zumindest eine Absenkung (13), insbesondere eine mittige Absenkung (13), aufweist bezogen auf die Kontur eines Standardfensters, welches im Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) eine bogenförmige auf der radialen Außenseite eines elastischen Elements (10) angeordnete Kontur aufweist.
Drehschwingungsdämpfer gemäß den Ansprüchen 5–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussmittel (13a, 16, 16a, 19a-c, 20a-c) in einer Absenkung (13) von einem oder mehreren Fenstern angeordnet sind.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Elemente (D) derart angeordnet sind, sodass sie jeweils nur von einer Seite (A) bezogen auf die Umfangsrichtung mit Drehmoment beaufschlagbar sind.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Reibkrafterhöhungsmittel (14) angeordnet sind, die ausgebildet sind, um in Abhängigkeit einer steigenden Drehzahl Reibkräfte zwischen einem oder mehreren der elastischen Elemente (10) und den Reibmitteln (11, 11a, 13) zu verstärken.
Drehschwingungsdämpfer gemäß Anspruch 9, dass die Reibkrafterhöhungsmittel in Form von einer oder mehreren in radialer Richtung auslenkbaren Massen (14) ausgebildet sind, insbesondere wobei eine auslenkbare Masse (14) in Form eines gestanzten Blechs ausgebildet ist.
Drehschwingungsdämpfer gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der in radialer Richtung auslenkbaren Massen (14) in einer oder mehreren Aussparungen (14a) in radialer Richtung unterhalb des jeweiligen elastischen Elementes (10) angeordnet sind, vorzugsweise symmetrisch, insbesondere mittig, bezogen auf die Erstreckung des elastischen Elementes (10) in Umfangsrichtung.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–11, dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlussmittel (13a, 16, 16a, 19a-c, 20a-c) passiv, insbesondere fliehkraftabhängig, ausgebildet sind und ein oder mehrere eigene elastische Elemente (20a-c), insbesondere in Form von einer oder mehrerer Federn und/oder Sperrkörpern (19a-c) zur Wechselwirkung mit einem elastischen Element (10) aufweisen.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbeschränkungsmittel (11, 11a, 13) asymmetrisch bezogen auf ihre Außenkontur im Querschnitt senkrecht zur Drehachse (D) ausgebildet sind, insbesondere zumindest einen kreisförmigen und einen linearen Verlauf aufweisen.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialbeschränkungsmittel (11, 11a, 13) in Beaufschlagungsrichtung (A) mit Drehmoment eine Außenkontur aufweisen, welche zunächst kreisförmig ausgebildet ist und dann linear abfällt.
Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass pro Drehrichtung die gleiche Anzahl von elastischen Elementen (10) insbesondere mit entsprechenden Reib- (11, 11a, 13) und/oder Formschlussmitteln (13a, 16, 16a, 19a-c, 20a-c) angeordnet ist.
Drehmomentübertragungsanordnung, insbesondere in Form eines Anfahrelements für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise in Form eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, mit einem Drehschwingungsdämpfer gemäß einem der Ansprüche 1–15.