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Die
Erfindung betrifft einen Drehdämpfer
zur Dämpfung
einer Drehbewegung, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer
Gurtwelle in einem Sicherheitsgurt-Aufroller für Kraftfahrzeuge.
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Die
Dämpfung
von Drehbewegungen in Sicherheitsgurt-Aufrollern in Kraftfahrzeugen
ist seit langem ein Problem. Zahlreiche der bekannten Dämpfer besitzen
die Eigenschaft, daß sie
lediglich Drehbewegungen um einen Gesamt-Drehwinkel von kleiner
als 360° dämpfen.
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Aus
der
DE 24 47 244 A1 ist
ein Drehdämpfer
bekannt, der innerhalb eines mit einem Dämpfungs-Medium gefüllten Gehäuses eine
Statoreinheit und eine Rotoreinheit aufweist. Die Statoreinheit
ist mit dem Gehäuse
drehfest verbunden. Die Rotoreinheit wird von einer mit einem zu
dämpfenden
Drehmoment beaufschlagbaren Welle durchdrungen und weist einen radialen
Beschauflungs-Abschnitt auf. Auf beiden Seiten des Beschauflungs-Abschnitts sind radiale
Kanäle
vorgesehen, die als Konvektions-Elemente wirken. Durch die Statoreinheit
und die Rotoreinheit werden innerhalb des Gehäuses zwei Teil-Arbeitsräume gebildet,
die miteinander in Strömungsverbindung
stehen. Die Dämpfungswirkung dieses
Drehdämpfers
ist ungenügend.
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Die
GB 1 425 691 A offenbart
einen Drehdämpfer,
der innerhalb eines Gehäuses
einen Rotor aufweist. Das Gehäuse
ist mit einem Dämpfungs-Medium gefüllt. Der
Rotor umfasst eine Grundplatte, von welcher sich zwei, voneinander
beabstandet angeordnete Ringstege erstrecken. In den Zwischenraum
zwischen den Ringstegen ragt eine mit Öffnungen versehene, zylindrische
Trennwand, die mit dem Gehäuse-Boden
verbunden ist.
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Ein
aus der
GB 1 021 103
A bekannter Drehdämpfer
umfasst eine in einem ortsfesten Gehäuse drehbar gelagerte Welle,
die mit einer Wickelrolle in Verbindung steht. Von der Gehäuse-Wand
erstrecken sich Trenn-Lamellen nach innen, wodurch in dem Gehäuse mehrere
Teil-Arbeitsräume
geschaffen werden. Auf der Welle sind zahlreiche Flügelräder vorgesehen,
wobei ein Flügelrad
zwischen zwei benachbarten Trenn-Lamellen angeordnet ist. Das Gehäuse ist
mit einem Dämpfungs-Medium
gefüllt.
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In
der
EP 0 763 671 A2 ist
ein Drehdämpfer zur
Dämpfung
einer Drehbewegung zwischen einem antreibbaren Rotor und einem stationären Körper bekannt.
Der stationäre
Körper
weist einen Ringraum auf, der durch eine äußere Umfangswand und eine innere
Trennwand gebildet ist. Die Trennwand weist radiale Öffnungen
auf. In den Ringraum ragen mit dem Motor verbundene Ring-Segmente,
zwischen welchen jeweils eine Öffnung
vorliegt. Die Trennwand unterteilt einen Arbeitsraum in einen ersten Teil-Arbeitsraum und einen
zweiten Teil-Arbeitsraum.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst einfachen Drehdämpfer zu
schaffen, der eine Drehbewegung um einen beliebigen Drehwinkel möglichst
gleichmäßig dämpft.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Der
Kern der Erfindung besteht darin, in einem Gehäuse zwei konzentrisch zueinander
angeordnete Arbeitsräume
vorzusehen, die eine hochviskose Flüssigkeit aufnehmen und durch
Verbindungs-Öffnungen
miteinander verbunden sind. Durch Konvektions-Elemente, die mit
einer drehbar gelagerten Welle verbunden sind, wird das zu dämpfende
Drehmoment in eine Bewegung des Dämpfungs-Mediums umgewandelt.
Von besonderer Bedeutung für
die Dämpfung
sind hierbei auftretende Scherungen.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Zusätzliche
Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
von drei Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnungen. Es zeigen
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1 einen
Querschnitt durch einen Drehdämpfer
gemäß einem
ersten Ausfihrungsbeispiel,
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2 eine
Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie
II-II in 1,
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3 eine
Querschnittsdarstellung eines Drehdämpfers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
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4 eine
Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie
IV-IV in 3,
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5 eine
Querschnittsdarstellung eines Drehdämpfers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
und
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6 eine
Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie
VI-VI in 5.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ein
erstes Ausfihrungsbeispiel eines Drehdämpfers 1 beschrieben.
Der Drehdämpfer 1 dient
insbesondere zur Dämpfung
der Drehbewegung einer Gurtwelle in einem Sicherheitsgurt-Aufroller
in einem Kraftfahrzeug. Der Drehdämpfer 1 weist ein
Gehäuse 2 auf,
das aus einer Bodenplatte 3 und einer damit verbundenen,
von dieser abstehenden, ringzylindrischen Gehäusewand 4 besteht.
Die Gehäusewand 4 weist
an ihrem oberen Ende einen nach innen vorspringenden, ringförmigen Haltesteg 5 auf,
der einen ringförmigen,
in dem Gehäuse 2 angeordneten
Deckel 6 nach außen
festlegt. In dem Deckel 6 und der Bodenplatte 3 sind
mittig Bohrungen 7 vorgesehen, in denen eine Welle 8 um
eine Drehachse 9 drehbar gelagert ist. Zu diesem Zweck
ist in dem Deckel 6 eine Lager-/Dichtungs-Einheiten 10 vorgesehen,
gegenüber
der die Welle 8 drehbar gelagert ist und die den Innenraum 12 des
Gehäuses 2 nach außen abdichten.
Die Welle 8 ist gegenüber
der Bodenplatte 3 durch eine Dichtung 11a abgedichtet
und durch ein Lager 11b gelagert. Die Welle 8 ist
mit einem ringförmigen
Deckel 11c fest verbunden. Die Bodenplatte 3 weist
im Randbereich Bohrungen 13 auf, durch die der Drehdämpfer 1 festlegbar,
insbesondere in einem Kraftfahrzeug befestigbar ist.
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Auf
der Welle 8 ist in dem Innenraum 12 ein im Querschnitt
im wesentlichen quadratischer Tragkörper 14 mit abgerundeten
Ecken 15 mittig befestigt. Die Stirnfläche des Tragkörpers 14 verläuft senkrecht zur
Drehachse 9. An dem in 1 unteren
Ende des Tragkörpers 14 ist
eine sich radial nach außen
erstreckende, ringförmige
Tragplatte 16 befestigt. Die Tragplatte 16 ist über ein
gehäuseinnenseitig
an der Bodenplatte 3 befestigtes, ringförmiges Lager 17 gegenüber der
Bodenplatte 3 drehbar gelagert. Auf der Tragplatte 16 sind über den
Umfang gleichmäßig verteilte,
als Konvektions-Elemente ausgebildete Schaufeln 18 vorgesehen,
die sich von der Tragplatte 16 nach oben erstrecken. Die
Schaufeln 18 sind wie Turbinenschaufeln in eine Drehrichtung 19 gekrümmt. Die
voreilende Kante 20 am Tragkörper 14 einer Schaufel 18 schließt mit der äußeren voreilenden
Kante 21 derselben Schaufel 18 einen Winkel a ein,
für den
gilt: a ≈ 23°, wobei für das Verhältnis der radialen
Abstände
der Kanten 21 und 20, R2 und
R, gilt: R2/R1 ≈ 2,2. Über den
Umfang verteilt sind acht Schaufeln 18 vorgesehen. Es ist
selbstverständlich möglich, eine
andere Zahl von Schaufeln vorzusehen. Es ist auch möglich, die
Krümmung
der Schaufeln 18 und somit den Winkel a und das Verhältnis R2/R1 zu verändern. An
der Innenseite der Gehäusewand 4 ist
eine sich ungefähr über zwei
Drittel der Höhe
des Innenraumes 12 erstreckende, ringzylindrische Wand 22 befestigt,
an deren in 1 oberem Ende ein nach innen
vorspringender, ringförmiger Steg 23 befestigt
ist, von dessen innerem Ende in Richtung auf die Tragplatte 16 eine
ringförmige Trennwand 24 vorspringt.
Die Trennwand 24 weist gleichmäßig über den Umfang verteilt 12 Verbindungs-Öffnungen 25 mit
einem in radialer Richtung rechteckigen Querschnitt auf. Es ist
auch möglich, eine
andere Zahl von Verbindungs-Öffnungen 25 vorzusehen.
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Der
in radialer Richtung nach innen durch den Tragkörper 14, in radialer
Richtung nach außen durch
die Wand 22, nach oben durch den Steg 23 und nach
unten durch die Tragplatte 16 begrenzte Arbeitsraum 26 wird
durch die Trennwand 24 in einen inneren, ersten Teil-Arbeitsraum 27 zwischen
dem Tragkörper 14 und
der Innenseite der Trennwand 24 und einen äußeren, zweiten
Teil-Arbeitsraum 28 zwischen der Außenseite der Trennwand 24 und
der Wand 22 unterteilt. In angularer Richtung wird der Teil-Arbeitsraum 27 durch
die innenliegenden Schaufel-Abschnitte 29 unterteilt. Der
Teil-Arbeitsraum 28 wird in angularer Richtung durch die
außenliegenden Schaufel-Abschnitte 30 unterteilt.
Der erste Teil-Arbeitsraum 27 setzt sich somit aus über den
Umfang verteilten Kammern 31 zwischen benachbarten Schaufel-Abschnitten 29 zusammen.
Der zweite Teil- Arbeitsraum 28 setzt
sich aus durch benachbarte Schaufel-Abschnitte 30 begrenzte
Kammern 32 zusammen. Der Arbeitsraum 26 und der
Rest des Innenraumes 12 sind mit einer als Dämpfungs-Medium ausgebildeten
hochviskosen Flüssigkeit 33 gefüllt, wobei
hier insbesondere ein Silikon verwendet wird. Die benachbart zu
der Trennwand 24 angeordneten vorderen Scherkanten 34 und 35 sind
um einen Winkel b gegeneinander versetzt, wobei für b ungefähr gilt:
b ≈ 9°. Es können auch
andere Winkel b verwendet werden.
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Die
Wand 25 und der Steg 23 sind nach oben durch einen
Sicherungsring 36 festgelegt, der in einer Ringnut 37 in
der Gehäusewand 4 festgelegt
ist. Auf dem Tragkörper 14 ist
ein den ersten Teil-Arbeitsraum 27 nach oben verschließender Ring 38 angeordnet,
der über
einen Sicherungsring 39, der in einer Ringnut 40 in
der Welle 8 festgelegt ist, befestigt ist. Unterhalb der
Wand 22 ist eine ringförmig
in die Bodenplatte 3 eingelegte Verdrehsicherung 47 vorgesehen,
die sicherstellt, daß die
Einheit aus Wand 22, Steg 23 und Trennwand 24 ortsfest
bleibt, wenn die Tragplatte 16 in Drehung versetzt wird.
Die Welle 8 weist im Bereich der Bohrung 7 eine
Innen-Vierkant-Ausnehmung 48 auf,
die mit der Gurtwelle des Sicherheitsgurt-Aufrollers bei einem Unfall in drehmomentübertragenderweise
verbindbar ist.
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Im
folgenden wird die Funktionsweise des Drehdämpfers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
beschrieben. Beispielsweise bei einem Aufprall wird auf den Sicherheitsgurt
eines Kraftfahrzeuges ein starker Zug ausgeübt, der die Gurtwelle 8 in
eine Drehbewegung versetzt. Durch die Drehbewegung der Welle 8 in
oder entgegen der Drehrichtung 19 wird die Tragplatte 16 mit
den Schaufeln 18 in eine Drehbewegung versetzt. Durch das
Vorbeilaufen der Scherkanten 34 und 35 an den
Verbindungs-Öffnungen 25 tritt
eine Scherung der hochviskosen Flüssigkeit 33 auf, wodurch
eine Dämpfung
erzeugt wird. Darüber
hinaus wird die Flüssigkeit 33 in
radial benachbarten und miteinander verbundenen Kammern 31 und 32 verschieden
in radialer Richtung beschleunigt, da die wirkenden Zentrifugalkräfte vom
Abstand von der Drehachse 9 abhängen. Hierdurch entsteht eine
ebenfalls dämpfende,
nicht genau definierte Strömung
durch die Verbindungs-Öffnungen 25. Durch
den Versatz der Scherkanten 34 und 35 um den Winkel
b wird erreicht, daß der
dämpfende Schereffekt
der äußeren Schaufel-Abschnitte 30 versetzt
zu dem Schereffekt der inneren Schaufel-Abschnitte 29 auftritt. Hierdurch
wird eine möglichst gleichmäßige Dämpfung erzielt.
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Vorteilhaft
an dem Drehdämpfer 1 ist,
daß Drehbewegungen
unabhängig
von dem Gesamt-Drehwinkel gedämpft
werden können.
Darüber hinaus
ist eine außerordentlich
kompakte Ausbildung des Drehdämpfers 1 möglich. Die
bevorzugte Dämpfungsrichtung
ist für
Drehungen in die Drehrichtung 19 gegeben. Der Dämpfer 1 besitzt
jedoch auch eine Dämpfungswirkung
bei Drehungen entgegen der Drehrichtung 19. Aufgrund der
Eigenschaften der hochviskosen Flüssigkeit 33, insbesondere
eines Silikons, ist das Dämpfungsverhalten
bei einer schnellen Bewegung der Welle 8 größer als
bei einer langsamen Umdrehung der Welle 8. Das Dämpfungsdrehmoment
des Drehdämpfers 1 ist
als Funktion des Lagewinkels der Welle 8 im wesentlichen
konstant. Das Dämpfungsdrehmoment
als Funktion der Winkelgeschwindigkeit der Welle 8 jedoch
steigt an. Dies ist besonders bei der Verwendung des Drehdämpfers 1 an
der Gurtwelle eines Sicherheitsgurt-Aufrollers wichtig, um der Unfallschwere
entsprechen zu können.
Das Dämnpfungs-Medium 33 kann
unter Vorspannung gesetzt werden. Hierfür wird der Deckel 6 definiert
auf das Dämpfungs-Medium 33 gedrückt und über die
Umholung 5 am oberen Ende des Gehäuses 2 arretiert.
Bei einer erhöhten
Vorspannung des Dämpfungs-Mediums 33 ergibt
sich auch eine erhöhte
Dämpfkraft
des Dämpfers 1.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch
funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen
mit einem hochgesetzten Strich. Der wesentliche Unterschied gegenüber der
ersten Ausführungsform
besteht darin, daß die
Verbindungs-Öffnungen 25' als radial
nach außen
verlaufende Bohrungen 41 ausgebildet sind. Das Einbringen
von Bohrungen 41 in die Trennwand 24' ist einfacher
als die Erzeugung von Verbindungs-Öffnungen 25 mit rechteckigem
Querschnitt. Ansonsten entspricht die Funktionsweise der des Drehdämpfers 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 5 und 6 eine
dritte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Teile erhalten
dieselben Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel, auf dessen
Beschreibung hiermit verwiesen wird. Konstruktiv unterschiedliche,
jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeigen
mit zwei hochgesetzten Strichen. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem
ersten Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß zwischen
der Trennwand 24" und
der Wand 22 eine weitere ringförmige Trennwand 42 mit
entsprechenden Verbindungs-Öffnungen 25 vorgesehen
ist. Hierdurch entsteht ein dritter Teil-Arbeitsraum 43 zwischen
der Trennwand 42 und der Wand 22. Die Schaufeln 18 bestehen
von innen nach außen
aus den Schaufel-Abschnitten 29, 30 und 44,
wobei wie beim ersten Ausführungsbeispiel durch
die gekrümmte
Anordnung der Schaufeln 18 die Scherkanten 34 und 35 gegeneinander
versetzt sind. Das gleiche gilt für die benachbarten Scherkanten 45 und 46,
die an die Trennwand 42 angrenzen. Die Verbindungs-Öffnungen 25 in
den Trennwänden 24'' und 42 fluchten miteinander
in radialer Richtung. Es ist auch möglich, die Verbindungs-Öffnungen 25 in
den Trennwänden 24'' und 42 gegeneinander
versetzt vorzusehen.
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Der
Vorteil des Drehdämpfers 1'' gemäß der dritten Ausführungsform
besteht darin, daß durch
die Verdoppelung der Verbindungs-Öffnungen 25 die dort
auftretenden, dämpfenden
Schereffekte erhöht werden
und somit die Dämpfungswirkung
erhöht wird.
Darüber
hinaus erfolgt durch die größere Zahl gegeneinander
versetzter Scherkanten 34, 35 und 45, 46 eine
noch gleichmäßigere Dämpfung.