DE19618864A1 - Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Ausgleichsschwungmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

In der DE 36 43 272 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer beschrieben, der eine Schwungmasse als antriebsseitiges Übertragungselement und eine relativ hierzu drehbare, auf einer Getriebewelle drehfest angeordnete Kupplungsscheibe als abtriebsseitiges Übertragungselement aufweist, wobei die letztgenannte An­ steuermittel für elastische Elemente einer Dämpfungseinrichtung aufweist. Die Kupplungsscheibe ist über eine Schaltkupplung mit einer Ausgleichsschwung­ masse verbunden, die gegenüber der eigentlichen Schwungmasse frei drehbar gelagert ist und aufgrund ihrer Massenträgheit bei Einleitung einer Torsions­ schwingung ein Widerstandsmoment aufbaut.

Die Ausgleichsschwungmasse ist mit federnd gelagerten Ausgleichsgewichten versehen, die fliehkraftabhängig eine Auslenkung aus ihrer Ruhestellung erfahren.

Damit ist die Ausgleichsschwungmasse zwar drehzahlabhängig wirksam, jedoch ist sie aufgrund einer Federverbindung mit einem der Übertragungselemente le­ diglich in durch die Federn bestimmten Frequenzbereichen mit ausreichender Wir­ kung funktionsfähig, kann aber in anderen Frequenzbereichen versagen.

In der DE 43 03 303 C1 ist der Ausrückerbereich eines Torsionsschwingungs­ dämpfers, der mit einer Ausgleichsschwungmasse versehen ist, gezeigt. Die Ausgleichsschwungmasse weist eine Schaltkupplung auf, die mit dem Ausrücker in Wirkverbindung steht, so daß beim Ausrücken die Ausgleichsschwungmasse von der Abtriebsseite abgekuppelt wird. Dies ist von Vorteil, weil die Dreh­ zahlangleichung der Getriebewelle an die entsprechende Drehzahl, die dem einzu­ legenden Gang entspricht, durch die Getriebesynchronisation rasch erfolgen und dazu eine möglichst geringe abtriebsseitige Trägheitsmasse realisiert sein sollte. Nachteilig beim Torsionsschwingungsdämpfer gemäß der PS ist allerdings, daß er, lediglich bei einer durch Federelemente der Ausgleichsschwungmasse be­ stimmten Eigenfrequenz wirksam ist.

Durch die US-PS 5 295 411 ist eine Schwungmasse bekannt, die in einer Mehr­ zahl kreisförmiger Aussparungen jeweils eine kreisförmige Ausgleichsschwung­ masse aufnimmt, wobei der Durchmesser der letztgenannten kleiner als derjenige der Aussparung ist. Eine derartige Schwungmasse wird üblicherweise als "Salomon-Tilger" bezeichnet und hat den Vorteil, daß die Ausgleichsschwung­ massen hinsichtlich ihrer Auslenkgeschwindigkeit von Drehzahländerungen an der Schwungmasse abhängig sind, die Schwungmasse mithin also drehzahlabhängig wirksam ist. Mit einer derartigen Schwungmasse lassen sich Torsionsschwingun­ gen einer bestimmten Ordnung, bei Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern vor­ zugsweise der zweiten Ordnung, bei bestimmten Amplitudengrößen hervorragend um einen bestimmten Betrag verringern, jedoch fehlt die Möglichkeit, auf Schwingungen anderer Ordnungen einzuwirken.

In der DE 36 30 398 C2 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem an­ triebsseitgen Übertragungselement und einem relativ hierzu drehbaren ab­ triebsseitigen Übertragungselement beschrieben, wobei jedem dieser Übertra­ gungselemente eine Schwungmasse zugeordnet ist. Derartige Torsionsschwin­ gungsdämpfer sind dazu geeignet, einen kompletten Frequenzbereich zu filtern, das heißt Amplituden unterschiedlicher Ordnung zu dämpfen, jedoch sind beson­ ders störende Amplituden einer bestimmten Ordnung nicht derart wirkungsvoll unterdrückbar, wie dies oftmals erforderlich wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsschwingungsdämpfer so weiterzubilden, daß die von einem Antrieb, wie beispielsweise einer Brennkraft­ maschine, gelieferten Schwingungen soweit als möglich ausfilterbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die spezielle Ausgestaltung eines Torsionsschwingungsdämpfers mit zu­ mindest einer Ausgleichsschwungmasse entsteht eine Gesamteinrichtung, bei welcher die Vorteile des als Filter für einen kompletten Frequenzbereich wirksa­ men Torsionsschwingungsdämpfers mit dem Vorteil von Ausgleichsschwung­ massen, einer Schwingung bestimmter Ordnung entgegenzuwirken, kombinierbar ist. Aufgrund der Ausbildung des Übertragungselementes mit wenigstens einer Aussparung, die zumindest in ihrem Kontaktbereich mit der wenigstens einen Ausgleichsschwungmasse eine Führungsbahn aufweist, auf welcher die Aus­ gleichsschwungmasse, die eine Krümmung aufweist, bei Einleitung einer Torsi­ onsschwingung eine Abwälzbewegung ausführen kann, enthält dieses Übertra­ gungselement einen sogenannten "Salomon-Tilger", bei dem eine erhöhte Aus­ lenkgeschwindigkeit am Übertragungselement stets auch eine erhöhte Auslenk­ geschwindigkeit der Ausgleichsschwungmasse aus ihrer Ruhelage zur Folge hat. Die Ausgleichsschwungmasse ist hierbei derart dimensionierbar, daß sie bei Schwingungen einer bestimmten Ordnung wirksam ist, und zwar derart, daß die Amplitudengröße dieser Schwingung um einen bestimmten Betrag verringert wird.

Weiterhin wird das Dämpfungsverhalten dieses "Salamon-Tilgers" von geometri­ schen Verhältnissen, wie beispielsweise der jeweiligen Biegung der Führungsbahn in Bezug zur Krümmung der Ausgleichsschwungmasse im Kontaktbereich mit der Führungsbahn sowie vom Schwingwinkel der Ausgleichsschwungmasse be­ stimmt.

Besonders einfach ist der Salomon-Tilger auslegbar, wenn sowohl die Führungs­ bahn an der Aussparung des Übertragungselementes als auch die Krümmung an der Ausgleichsschwungmasse jeweils zumindest im gegenseitigen Kontaktbereich kreisförmig ausgebildet sind, wobei die Führungsbahn zur Gewährleistung einer Bewegung der Ausgleichsschwungmasse mit einem größeren Radius als die Ausgleichsschwungmasse ausgebildet ist.

Die letztgenannte konstruktive Maßnahme kann zur Folge haben, daß sich, wenn bei Stillstand des Torsionsschwingungsdämpfers keine Fliehkraft mehr auf die Ausgleichsschwungmasse wirksam ist, diese unter der Wirkung der Schwerkraft nach unten an das andere Ende der Aussparung fällt. Beim Wiederanlauf des Torsionsschwingungsdämpfers wird die Ausgleichsschwungmasse nach radial außen beschleunigt, bis sie dort im entsprechenden Bereich der Führungsbahn aufprallt. Dieses Problem wird dadurch beseitigt, daß der Führungsbahn an­ spruchsgemäß eine Wegbegrenzung zugeordnet ist, die beim Stillsetzen des Tor­ sionsschwingungsdämpfers ein Herunterfallen der Ausgleichsschwungmasse un­ ter der Wirkung der Gewichtskraft verhindert.

Durch Anordnung des erfindungsgemäßen Salomon-Tilgers in einem Torsions­ schwingungsdämpfer, bei dem jedem Übertragungselement eine eigene Schwungmasse zugeordnet ist, wird die Fähigkeit des Salomon-Tilgers, Amplitu­ den einer bestimmten Ordnung zu dämpfen, mit einem hervorragenden Filter kombiniert, so daß eine besonders gute Entkopplungsgüte entsteht.

In einem weiteren Anspruch wird die Kombination des Salomon-Tilgers mit einer konventionellen Kupplung, die lediglich eine Schwungmasse aufweist, gezeigt, wobei eine vorteilhafte konstruktive Lösung aufgezeigt ist, um die Ausgleichs­ schwungmasse durch eine zusätzliche Schaltkupplung vom abtriebsseitigen Über­ tragungselement zu lösen, sobald die Reibungskupplung ausgerückt wird.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine hälftige Darstellung der Schwungmassen­ vorrichtung mit einer als Hohlrad wirksamen Nabenscheibe und einem Planetenrad, wobei in der abtriebsseitigen Schwungmasse eine Ausspa­ rung zur Aufnahme einer Ausgleichsschwungmasse kreisförmigen Quer­ schnitts vorgesehen ist;

Fig. 2 wie Fig. 1, aber mit einer Ausgleichsschwungmasse mit im wesentli­ chen halbkreisförmigen Querschnitts;

Fig. 3 wie Fig. 1, aber mit einer in Radialrichtung begrenzten Aussparung;

Fig. 4 wie Fig. 1, aber mit Aufnahme der Ausgleichsschwungmasse in der Na­ benscheibe;

Fig. 5 einen Torsionsschwingungsdämpfer mit nur einer Schwungmasse mit einem Gehäuse zur Aufnahme der Ausgleichsschwungmasse.

Der in Fig. 1 gezeigte Torsionsschwingungsdämpfer weist ein antriebsseitiges Übertragungselement 1 auf, das mit einer Schwungmasse 2 mit einem nach ra­ dial außen laufenden Primärflansch 3 ausgebildet ist, der im Umfangsbereich ei­ nen Axialrand 4 aufweist, auf welchen ein mit einem nicht gezeigten Anlasserrit­ zel in Eingriff stehender Zahnkranz 5 aufgesetzt ist. Der Axialrand 4 trägt eine Dichtplatte 6, die nach radial innen ragt. Diese begrenzt zusammen mit dem Axialrand 4 und dem Primärflansch 3 einen Fettraum 8, in den im radial äußeren Bereich in Umfangsrichtung verlaufende elastische Elemente 10 einer Dämpfungseinrichtung 11 angeordnet sind. Die elastischen Elemente 10 sind einerends durch Ansteuerelemente 12 am Primärflansch 3 beaufschlagbar, während sie sich anderenends an nach radial außen ragenden Fingern 14 einer Nabenschei­ be 15 abstützen, die als Hohlrad 17 eines Planetengetriebes wirksam ist und an ihrem radial inneren Ende eine Sekundärnabe 16 zur Aufnahme einer Lagerung 18 aufweist. Die letztgenannte trägt ihrerseits eine Primärnabe 20 des Primärflan­ sches 3. In Axialrichtung gesehen, erstreckt sich die Primärnabe 20, ausgehend vom Primärflansch 3 in Richtung zur Nabenscheibe 15, während die Sekundärna­ be 16 vom letztgenannten in Richtung zum Primärflansch 3 verläuft.

Durch die Lagerung 18 ist die Nabenscheibe 15 drehbar auf der antriebsseitigen Schwungmasse 2 angeordnet, und über Niete 22 mit einer zweiten Schwung­ masse 23 verbunden, die zusammen mit der Nabenscheibe 15 als abtriebsseiti­ ges Übertragungselement 24 wirksam ist. Radial dicht außerhalb der Lagerung 18 ist die Nabenscheibe 15 mit einer Montageöffnung 26 versehen, durch welche Befestigungsmittel 27 einschiebbar sind. Die Befestigungsmittel halten mit ihrem Kopf 28 eine Dichtung 30, durch welche der Fettraum 8 nach radial innen ab­ dichtbar ist. Über die Befestigungsmittel 27 ist der Torsionsschwingungsdämpfer an einer nicht gezeigten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigbar.

Der Primärflansch 3 weist zumindest einen in Richtung zur Nabenscheibe 15 vor­ springenden Lageransatz 31 auf, auf dem jeweils über ein Nadellager 32 ein Pla­ netenrad 33 angeordnet ist, das über seine Verzahnung 35 mit dem Hohlrad 17 in Eingriff steht.

In der zweiten Schwungmasse 23 ist an deren der ersten Schwungmasse 2 zu­ gewandten Seite eine Aussparung 38 vorgesehen, die, wie die seitlich neben Fig. 1 dargestellte Ansicht gemäß der Linie A-A zeigt, mit dem Radius R kreisförmig ausgebildet ist und eine Ausgleichsschwungmasse 40 aufnimmt, die durch eine Walze kreisförmigen Querschnittes mit Radius r gebildet wird. Bei Betrieb des Torsionsschwingungsdämpfers wird unter der Wirkung der Fliehkraft, die auf­ grund einer Drehung um die Achse 41 auftritt, die Ausgleichsschwungmasse 40 in die in Fig. 1 gezeigte Position gebracht, wo die Einleitung einer Torsions­ schwingung, welche die Beschleunigung oder Verzögerung der zweiten Schwungmasse 23 zur Folge hat, eine Auslenkung der Ausgleichsschwung­ masse 40 aus ihrer gezeigten Ruhestellung im Uhrzeigersinn oder entgegenge­ setzt zu diesem zur Folge hat. Der Außenumfang der Aussparung 38 wirkt hier­ bei als Führungsbahn 42 für die Ausgleichsschwungmasse, während diese auf­ grund ihres kreisförmigen Querschnittes entlang ihres gesamten Umfangs mit einer Krümmung 44 ausgebildet ist, und entlang eines Kontaktbereichs 45 auf der Führungsbahn 42 abrollen kann. Durch die Ausgleichsschwungmasse 40 wird das Trägheitsmoment der zweiten Schwungmasse 23 scheinbar erhöht, da bei der Abrollbewegung der Ausgleichsschwungmasse 40 mit ihrer Krümmung 44 auf der Führungsbahn 42 eine Übersetzung wirksam wird. Aufgrund der Aus­ gleichsschwungmasse 40 in der Aussparung 38 der Schwungmasse 23 ist die letztgenannte als "Salomon-Tilger" wirksam, auf dessen Auslenkgeschwindigkeit beispielsweise die Bemessung des Radius r der Ausgleichsschwungmasse 40 ge­ genüber dem Radius R der Aussparung 38, die Winkelauslenkweite zwischen Ausgleichsschwungmasse 40 und zweiter Schwungmasse 23 sowie die Aus­ lenkbeschleunigung der zweiten Schwungmasse 23 infolge einer eingeleiteten Torsionsschwingung Einfluß nimmt. Der Salomon-Tilger ist gemäß der allgemei­ nen Differentialgleichung +f (R, r, a) Ω² ψ = 0 wirksam, wobei a den Abstand des Kontaktbereichs 45 von Ausgleichsschwungmasse 40 und Führungsbahn 42 der zweiten Schwungmasse 23 gegenüber der Drehachse 41 des Torsions­ schwingungsdämpfers abzüglich des Radius r der Krümmung 44 der Aus­ gleichsschwungmasse 40 und Ω die Anregungsdrehzahl an der zweiten Schwungmasse 23 angibt. Die Auslenkgeschwindigkeit ω der Ausgleichs­ schwungmasse ist hierbei eine Funktion der Wurzel aus R, r und a, multipliziert mit Ω, wobei diese Wurzel die Ordnung n der durch den Salomon-Tilger zu dämp­ fenden Amplitude repräsentiert.

Fig. 2 zeigt eine Ausgleichsschwungmasse 40 mit im wesentlichen halbkreis­ förmigem Querschnitt, wobei der Kontaktbereich 45 zwischen der Führungs­ bahn 42 und der Krümmung 44 von der Winkelausdehnung der letztgenannten abhängig ist. Ansonsten entspricht die Ausführung des Torsionsschwingungs­ dämpfers der Fig. 2 demjenigen nach Fig. 1.

Bei Stillstand der zuvor beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer wird die Ausgleichsschwungmasse 40 unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fal­ len, und beim Betrieb aufgrund von Fliehkraftwirkung wieder nach außen be­ schleunigt, wo die Ausgleichsschwungmasse 40 auf die Führungsbahn 42 prallt. Dies wird bei der Ausführung der Aussparung 38 gemäß Fig. 3 verhindert, da bei Stillstand des Torsionsschwingungsdämpfers ein Fallen der Ausgleichs­ schwungmasse 40 nach unten verhindert wird, und zwar durch die als Wegbe­ grenzung 47 wirksame radial innere Kante 48 der Aussparung 38.

Fig. 4 zeigt eine nochmals andere Ausführung, wobei die Ausgleichsschwung­ masse 40 in einer Aussparung 50 des Hohlrades 17 angeordnet ist. Da dieses Hohlrad 17 wegen seiner Einstückigkeit mit der Nabenscheibe 15 fest mit der zweiten Schwungmasse 23 verbunden ist, wird durch den anderen Unterbrin­ gungsort der Ausgleichsschwungmasse 40 gegenüber den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen keine Änderung des Funktionsverhaltens des Torsions­ schwingungsdämpfers bewirkt.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torsions­ schwingungsdämpfers, der lediglich eine einzelne Schwungmasse 52 als an­ triebsseitiges Übertragungselement 1 aufweist. Diese weist in ihrem radial mittle­ ren Bereich einen Raum 53 auf, in welchem ein Gehäuse 56 für die Ausgleichs­ schwungmasse 40 über eine Lagerung 54 drehbar gegenüber der Schwung­ masse 53 gelagert ist. Das Gehäuse 56 weist im radial inneren Bereich einen Träger 55 für einen Reibbelag 57 auf, über den das Gehäuse 56 je nach axialer Position einer als abtriebsseitiges Übertragungselement 24 wirksamen Kupp­ lungsscheibe 60 in kraftschlüssiger Verbindung zu dieser steht oder von dersel­ ben gelöst ist, das heißt, in Abhängigkeit davon, ob die Reibungskupplung 62 ein- oder ausgerückt ist. In eingerücktem Zustand wird die Kupplungsscheibe 60 und hierbei insbesondere das in Fig. 5 linke Deckblech 59 derselben durch die Anpreßfeder 64 der Reibungskupplung 62 in Anlage am Reibbelag 57 des Ge­ häuses 56 gehalten, so daß dieses drehfest an die Kupplungsscheibe 60 und damit an die nicht gezeigte Getriebewelle angeschlossen ist. Daraus folgt, daß die Ausgleichsschwungmasse 40 während des Betriebs der Reibungskupplung an die Getriebewelle bewegungsmäßig gekoppelt ist, während, nachdem nach Aus­ rücken die kraftschlüssige Verbindung des Gehäuses 56 gegenüber der Kupp­ lungsscheibe 60 aufgehoben wird, die Verbindung zwischen der Ausgleichs­ schwungmasse 40 und der Getriebewelle gelöst ist. Hintergrund hierbei ist, daß zur Schonung von Synchronisiereinrichtungen im Getriebe die an der Getriebewel­ le hängende Masse möglichst gering sein soll. Aufgrund des an dem Träger 55 ausgebildeten Reibbelags 57 ist demnach der Ausgleichsschwungmasse 40 eine Schaltkupplung 65 zugeordnet.

Claims (6)

1. Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Übertragungsele­ ment und einem relativ hierzu drehbaren abtriebsseitigen Übertragungsele­ ment, von denen zumindest eines Ansteuermittel für elastische Elemente ei­ ner Dämpfungseinrichtung aufweist, und von denen wenigstens einem zu­ mindest eine Ausgleichsschwungmasse zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Übertragungselemente (1, 24) wenigstens eine Aus­ sparung (38) zur Aufnahme der zumindest einen Ausgleichsschwung­ masse (40) aufweist, die wenigstens in ihrem Kontaktbereich (45) mit einer Führungsbahn (42) der Aussparung (38) mit einer Krümmung (44) für eine bei Einleitung einer Torsionsschwingung erfolgende Abwälzbewegung der Ausgleichsschwungmasse (40) entlang der Führungsbahn (42) versehen ist.

2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Führungsbahn (42) an der Aussparung (38) des Übertragung­ selementes (1, 24) als auch die Krümmung (44) an der Ausgleichsschwung­ masse (40) jeweils zumindest im gegenseitigen Kontaktbereich (45) kreis­ förmig ausgebildet ist.

3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (42) in ihrem Kontaktbereich (45) mit der Ausgleichs­ schwungmasse (40) mit einem gegenüber deren Krümmung (44) erheblich größeren Radius ausgebildet ist.

4. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsbahn (42) senkrecht zur Bewegungsrichtung der Aus­ gleichsschwungmasse (40) eine Wegbegrenzung (47) für die Ausgleichs­ schwungmasse (40) zur Begrenzung einer Ablösebewegung von der Füh­ rungsbahn (42) zugeordnet ist.

5. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer dem antriebsseitigen Übertragungselement zugeordneten ersten Schwung­ masse und einer dem abtriebsseitigen Übertragungselement zugeordneten zweiten Schwungmasse, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schwungmasse (23) die Aussparung (38) zur Aufnahme der Ausgleichsschwungmasse (40) aufweist.

6. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Schwungmasse als antriebsseitigem Übertragungselement und einer Kupp­ lungsscheibe als abtriebsseitigem Übertragungselement, wobei am letztge­ nannten die Ausgleichsschwungmasse derart aufgenommen ist, daß sie durch eine Schaltkupplung beim Ausrücken von der Abtriebsseite lösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Schwungmasse (52) ein mit der Aussparung (38) für die Aus­ gleichsschwungmasse (40) versehenes Gehäuse (56) drehbar angeordnet ist, das über die Schaltkupplung (65) mit der Kupplungsscheibe (60) lösbar ver­ bunden ist.