DE202004021437U1

DE202004021437U1 - Drehschwingungsdämpfer

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Publication number: DE202004021437U1
Application number: DE202004021437U
Authority: DE
Original assignee: Metaldyne International Deutschland GmbH
Current assignee: Metaldyne International Deutschland GmbH
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2014-12-16

Abstract

Drehschwingungsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (3) und einer Mehrzahl von in dem Gehäuse (3) angeordneten Sekundärmassen (4), die ringförmig ausgestaltet sind und die sich in einer Kammer (5) des Gehäuses um eine Drehachse des Drehschwingungsdämpfers herum erstrecken, wobei
• die Sekundärmassen (4) über eine in der Kammer (5) angeordnete viskose Flüssigkeit mit dem Gehäuse (3) in Kontakt sind,
• zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen (4) zumindest ein Abstandshalter (11) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen beziehungsweise Torsionsschwingungen, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors (z. B. Drehschwingungen einer Kurbelwelle oder Nockenwelle des Verbrennungsmotors).
Es sind so genannte Gummi-Drehschwingungsdämpfer mit einer drehstarr mit dem zu dämpfenden System (z. B. Kurbelwelle, Nockenwelle) verbundenen Primärmasse (Nabe) und einer mittels eines Gummifederelements elastisch mit der Primärmasse verbundenen Sekundärmasse (Dämpfermasse) bekannt. Gummidämpfer wurden bisher als ausreichend z. B. für gewöhnliche 4-Zylinder PKW-Motoren erachtet. Mit zunehmender Leistung solcher Motoren entsteht insbesondere bei Dieselmotoren Bedarf für leistungsfähigere Schwingungsdämpfer ohne zusätzlichen Bauraumbedarf.
Eine Alternative zum Gummidämpfer bildet der so genannte Viskositätsdämpfer, bei dem die Sekundärmasse (seismische Masse) in einem Gehäuse der Primärmasse frei drehbar gelagert ist. Ein Spalt zwischen dem Gehäuse und der Sekundärmasse ist mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt (z. B. Silikonöl). Die durch Drehschwingungen induzierte Scherströmung dissipiert mechanische Leistung, dadurch erhält der Viskositätsdämpfer eine hohe Dämpfungswirkung, die einen Einsatz selbst an Großmotoren ermöglicht. Bei Verwendung von Silikonöl verwendet man zudem die nicht-newtonschen Effekte der Flüssigkeit, die zu einer Federankopplung der Sekundärseite führen, so dass der Schwingungsdämpfer zusätzlich auf die Torsionseigenfrequenz der Kurbelwelle abgestimmt werden kann, was zu einem insgesamt besseren Wirkungsgrad des Schwingungsdämpfers führt. Die Herstellungskosten von Viskositätsdämpfern sind jedoch in der Regel deutlich höher als bei Gummidämpfern. Auch liegen die erreichbaren Frequenzbereiche für optimale Dämpfungswirkung in der Regel unterhalb der erforderlichen Werte für PKW-Motoren. Außerdem ist das Bauvolumen solcher Dämpfer in der Regel größer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungsdämpfer anzugeben, der bei geringem Bauvolumen und hoher Dämpfungswirkung auf hohe Eigenfrequenzen abgestimmt werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es folgende Möglichkeiten gibt, Viskositätsdämpfer auf hohe Eigenfrequenzen abzustimmen:

– Das Massenträgheitsmoment der Sekundärmasse kann gegenüber bekannten Lösungen verkleinert werden. Dadurch wird jedoch die Dämpfungswirkung reduziert.
– Es kann eine viskose Flüssigkeit mit sehr hoher kinematischer Viskosität (z. B. 2 m²/s und mehr) verwendet werden. Dadurch können die Spalte zwischen der Sekundärmasse und dem Gehäuse nur noch langsam oder mit hohem Druck gefüllt werden.
– Es können sehr enge Spaltbreiten der Spalte zwischen der Sekundärmasse und dem Gehäuse gewählt werden. Dies stellt jedoch Anforderungen an eine präzise Fertigung des Schwingungsdämpfers. Die sehr engen Spalte haben zudem den Nachteil, dass die Scherrate ansteigt und damit die Lebensdauer der viskosen Flüssigkeit (z. B. Silikonöl) sinkt.
– Die wirksame Oberfläche für die Übertragung von Scherkräften zwischen der Sekundärmasse und dem Gehäuse kann vergrößert werden. In der Regel bedeutet dies jedoch, dass bei guter Wirksamkeit des Dämpfers ein erhöhtes Bauvolumen benötigt wird.

Mit einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung wird der im letzten Gliederungspunkt genannte Weg beschritten, wobei jedoch ein geringes Bauvolumen erreicht wird. Hierzu wird eine Mehrzahl von Sekundärmassen (vorzugsweise zumindest drei oder vier) verwendet, die in dem Gehäuse angeordnet sind und jeweils über die viskose Flüssigkeit schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt sind.
Es wird vorgeschlagen, zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen oder jeweils zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen zumindest einen Abstandshalter anzuordnen, der drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Insbesondere kann eine Vielzahl (z. B. drei oder vier) der Sekundärmassen in axialer Richtung hintereinander angeordnet sein, sodass die Ringe sich in Umfangsrichtung parallel zueinander erstrecken. Mit diesem Aufbau erzielt man eine Erhöhung der Spaltzahl je nach Anzahl von Sekundärmassen (Schwungringen) und Abstandshalter (z. B. Trennwände). Insbesondere kann jeder Abstandshalter als axiale Abstützung für die beiden angrenzenden Sekundärmassen dienen.
Unter einer drehfesten Verbindung wird eine Verbindung verstanden, die während des Betriebs des Drehschwingungsdämpfers keine relative Drehbewegung der miteinander verbundenen Teile um die Drehachse erlaubt. Unter einer Sekundärmasse wird insbesondere der Schwungring mit allen etwaig drehfest daran angebrachten Teilen verstanden.
Die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen und der zumindest eine dazwischen angeordnete Abstandshalter sind derart ausgestaltet und angeordnet, dass die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen während eines Betriebes des Drehschwingungsdämpfers einander nicht berühren können. Anders ausgedrückt können die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen ungehindert voneinander ihre Drehbewegungen um die Drehachse ausführen, d. h. sie können sich unabhängig voneinander frei bewegen. Dabei sind die einzelnen Sekundärmassen über die viskose Flüssigkeit schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt, d. h. sie kontaktieren über die viskose Flüssigkeit das Gehäuse. Eine indirekte Kopplung (über das Gehäuse) besteht daher auch zwischen den Sekundärmassen. Weiterhin können z. B. Lager vorgesehen sein, über die die Sekundärmassen sich in radialer Richtung an dem Gehäuse abstützen. Insgesamt können die Sekundärmassen und das Gehäuse daher ein Dämpfungssystem zur Dämpfung von Drehschwingungen (Torsionsschwingungen) bilden. Alternativ kann auf andere Weise (z. B. durch eine spezielle Ausgestaltung von Gleitlagern, siehe unten, oder durch eine Kombination eines Abstandshalters mit Gleitlagern) erreicht werden, dass die Sekundärmassen sich nicht berühren können. Die im Folgenden beschriebenen Ausgestaltungen eines Drehschwingungsdämpfers können daher auch ohne einen Abstandshalter realisiert werden, der so ausgestaltet ist, dass die Sekundärmassen sich nicht berühren können.
DE 196 21 460 C1 beschreibt ein Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung. Das Bauteil hat eine Arbeitskammer, die von einem Dämpfergehäuse gebildet wird. Bei einer konkreten Ausgestaltung des Dämpfers gemäß der DE 196 21 460 C1 wird die Sekundärmasse (Dämpfungsmasse) durch vier radial nach außen gerichtete scheibenförmige Innenlamellen gebildet, welche abwechselnd zwischen Außenlamellen angeordnet sind und drehbar in der Arbeitskammer des Dämpfergehäuses gelagert sind. Dazu ist radial innenseitig in der Kammer eine einzige Gleitlagerung für alle Innenlamellen vorgesehen. Die Innenlamellen (Sekundärmassen) sind radial innenseitig mit axialen Abstandshaltern versehen.
Gegenüber dem aus der DE 196 21 460 C1 bekannten Drehschwingungsdämpfer bestehen bei der Erfindung zumindest zwei wesentliche Vorteile. Bei dem Dämpfer gemäß der DE 196 21 460 C1 sind die Innenlamellen mit Abstandshaltern versehen, sodass es zu Berührungen der Lamellen kommen kann oder permanent dazu kommt. Im Ergebnis handelt es sich daher nicht um einzelne Lamellen, sondern um ein gemeinsames Lamellenpaket, das wie ein einzelner Schwungring wirkt.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer handelt es sich dagegen um zumindest zwei vollständig voneinander unabhängig bewegliche Sekundärmassen, also um separate, einzelne Sekundärmassen, die einander bei der Drehbewegung nicht berühren können. Daher können die Dämpfungseigenschaften auf einfache Weise durch geeignete Wahl der einzelnen Massen, Wahl der Spaltbreite zwischen den Sekundärmassen und dem Gehäuse (bzw. drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Teilen) und Wahl der Eigenschaften der viskosen Flüssigkeit eingestellt werden.
Dabei können die Sekundärmassen alle eine gleich große Masse haben oder es können Sekundärmassen mit unterschiedlicher Masse verwendet werden. Beispielsweise ist die Kammer in radialer Richtung unterschiedlich lang und werden dementsprechend an verschiedenen axialen Positionen Sekundärmassen mit unterschiedlichen axialen Abmessungen verwendet. Dabei können die einzelnen Sekundärmassen über ihre Erstreckung in radialer Richtung eine konstante Breite (die Breite wird in axialer Richtung gemessen), eine sich kontinuierlich verändernde Breite und/oder eine sich sprungartig verändernde Breite (z. B. ein in einem radialen Querschnitt L-förmiges Profil) aufweisen. Wenn mehr als zwei der Sekundärmassen vorgesehen sind und jeweils zumindest ein Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Sekundärmassen vorgesehen ist, können die Abstandshalter entsprechend den unterschiedlichen Sekundärmassen unterschiedliche Abmessungen aufweisen und/oder unterschiedlich geformt sein. Es ist auch möglich, dass die Kammer konstante Innenabmessungen in radialer Richtung hat und dass die in axialer Richtung gemessene Breite der Sekundärmassen sich unterscheidet. Dabei kann die Spaltgeometrie verschiedener Spalte, die zwischen den Sekundärmassen einerseits und drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Teilen andererseits bestehen, identisch ausgeführt sein oder zumindest eine gleiche Spaltbreite haben. Aufgrund der unterschiedlichen Massenträgheitsmomente der einzelnen Sekundärmassen ergeben sich dennoch unterschiedliche Anstimmfrequenzen.
Ferner können Breiten (Spaltbreiten) der Spalte, die zwischen jeweils einer der Sekundärmassen und der Kammerwand und/oder zwischen jeweils einer der Sekundärmassen und einer Trennwand zur Unterteilung der Kammer vorgesehen sind und die mit viskoser Flüssigkeit versehen sind unterschiedlich breit gewählt sein. Über die Spalte und über die Trennwand sind die Sekundärmassen also in unterschiedlicher Weise schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt. Insbesondere ist der Abstandshalter derart ausgestaltet und angeordnet, dass die Spaltbreiten der Spalte zwischen den Sekundärmassen und der Trennwand unterschiedlich groß sind.
Durch die Wahl unterschiedlicher Massen und/oder durch die Wahl unterschiedlicher Spaltbreiten kann derselbe Dämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen (insbesondere Schwingungen bei Eigenfrequenzen des Verbrennungsmotors) in unterschiedlichen Frequenzbereichen und/oder über einen größeren Frequenzbereich eingesetzt werden: Es ergeben sich unterschiedliche Abstimmfrequenzen der einzelnen Sekundärmassen, die wiederum zu einer Verbreiterung der Dämpferwirksamkeit im Frequenzbereich führen. Derartige Abstimmungen können mit dem aus der DE 196 21 460 C1 bekannten Drehschwingungsdämpfer nicht erzielt werden, da die einzelnen Sekundärmassen über mitdrehende Abstandshalter einander kontaktieren.
Auch können die einzelnen Massen des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers bei gleicher Größe der Gehäuse-Kammer kleiner als die schwingungsfähige Gesamtmasse des vorbekannten Drehschwingungsdämpfers sein. Dadurch lassen sich andere Frequenzabstimmungen erreichen.
Außerdem wird die Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers erheblich verlängert, da eine direkte Berührung der nebeneinander angeordneten Sekundärmassen ausgeschlossen ist und daher mechanische Abnutzung durch Relativbewegung der Sekundärmassen verhindert wird.
Insbesondere wird ein Drehschwingungsdämpfer mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl von in dem Gehäuse angeordneten Sekundärmassen vorgeschlagen, die ringförmig ausgestaltet sind und die sich in einer Kammer des Gehäuses um eine Drehachse des Drehschwingungsdämpfers herum erstrecken. Dabei sind die Sekundärmassen über eine in der Kammer angeordnete viskose Flüssigkeit schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt, ist zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen jeweils zumindest ein Abstandshalter angeordnet, ist der Abstandshalter drehfest mit dem Gehäuse verbunden und sind die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen und der zumindest eine Abstandshalter derart ausgestaltet und angeordnet, dass die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen während eines Betriebes des Drehschwingungsdämpfers einander nicht berühren können.
Insbesondere handelt es sich bei dem Drehschwingungsdämpfer um einen Viskositätsdämpfer der eingangs genannten Art, bei dem die Sekundärmassen beliebige Drehstellungen relativ zu dem Gehäuse einnehmen können.
Insbesondere wenn der Drehschwingungsdämpfer mit einer Welle (z. B. der Kurbelwelle oder der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors) verbunden ist, ist die Drehachse des Drehschwingungsdämpfers identisch mit der Drehachse der Welle.
Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfers mehr als zwei nebeneinander liegende Sekundärmassen auf, zwischen denen jeweils zumindest ein Abstandshalter in der oben genannten Weise angeordnet ist. Dabei kann der zumindest eine Abstandshalter insbesondere eines oder mehrere der im Folgenden genannten Merkmale aufweisen. Diese Merkmale können jedoch auch lediglich bei einem der Abstandshalter bzw. bei einem Drehschwingungsdämpfer mit lediglich zwei Sekundärmassen vorhanden sein.
Insbesondere kann der Abstandshalter als Trennwand zur Trennung von Bereichen der Kammer ausgestaltet sein. Die Trennwand und die Sekundärmassen sind insbesondere derart angeordnet, dass auf beiden Seiten der Trennwand jeweils ein Spalt zwischen der Sekundärmasse und der Trennwand verbleibt, der mit der viskosen Flüssigkeit gefüllt ist. Somit erfüllt der Abstandshalter einerseits die Funktion, eine Berührung der beiden Sekundärmassen zu verhindern und stellt andererseits die Oberfläche bereit, über die die Sekundärmassen schwingungstechnisch bzw. dämpfungstechnisch (über die viskose Flüssigkeit) an das Gehäuse angekoppelt sind. In diesem Fall und in anderen Fällen kann insbesondere lediglich ein einziger (vorzugsweise einstückiger) Abstandshalter zwischen den zwei nebeneinander liegenden Sekundärmassen oder jeweils zwischen zwei nebeneinander liegenden Sekundärmassen vorgesehen sein. Ein einziger Abstandshalter zwischen zwei der Sekundärmassen erleichtert den Zusammenbau des Dämpfers. Der Abstandshalter kann insbesondere in axialer Richtung dünn ausgeführt sein, sodass er auch als Lamelle bezeichnet werden kann. Vorzugsweise ist jeweils zwischen zwei benachbarten Sekundärmassen ein einziger als Trennwand ausgestalteter Abstandshalter vorgesehen.
Bei anderen Ausgestaltungen des Dämpfers kann die Trennwand jedoch anders ausgestaltet sein, beispielsweise zweiteilig. Z. B. wird ein äußerer Teil der Trennwand drehfest in radialer Richtung außenseitig an der Gehäusewand fixiert und wird ein innerer Teil der Trennwand drehfest in radialer Richtung innenseitig an der Gehäusewand fixiert.
Der als Trennwand ausgestaltete Abstandshalter kann einen in radialer Richtung innen liegenden Rand der Kammer mit einem in radialer Richtung außen liegenden Rand der Kammer verbinden. Um die Montage zu erleichtern, endet der Abstandshalter jedoch an seinem in radialer Richtung innen liegenden Rand oder an seinem in radialer Richtung außen liegenden Rand in einem Abstand zu der Wand der Kammer.
In einer besonderen Ausgestaltung des Dämpfers kann der Abstandshalter zumindest eine Durchtrittsöffnung aufweisen, durch die die viskose Flüssigkeit hindurch treten kann, wobei der Abstandshalter einen in sich geschlossen umlaufenden Rand der Öffnung bildet, d. h. die Öffnung ist nicht am Außenrand des Abstandshalters vorgesehen. Insbesondere wenn der Abstandshalter die genannte Trennwand darstellt, erleichtert dies die Befüllung der Kammer mit der viskosen Flüssigkeit. Dies erlaubt es, Spalte zwischen den Sekundärmassen und dem Abstandshalter und/oder zwischen einzelnen Sekundärmassen und der Gehäuse-Innenwand eng (d. h. mit geringer Breite) auszugestalten und dennoch die viskose Flüssigkeit in kurzer Zeit und/oder bei geringem Fülldruck in die Kammer einzubringen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn (wie bevorzugt) zumindest eine der zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen eine zweite Durchtrittsöffnung aufweist, durch die viskose Flüssigkeit hindurch treten kann. Dabei weist vorzugsweise zumindest ein Teil der zweiten Durchtrittsöffnung denselben Abstand zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers auf wie die Durchtrittsöffnung des Abstandshalters. Der Abstand wird insbesondere jeweils von der Mitte der Durchtrittsöffnungen zur Drehachse gemessen. Insbesondere können auch die Außenabmessungen der ersten und zweiten Durchtrittsöffnung gleich groß sein, sodass es eine Drehstellung gibt, in der die erste und zweite Durchtrittsöffnung miteinander fluchten.
In bevorzugter Ausgestaltung des Drehschwingungsdämpfers ist den zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen jeweils ein Gleitlager zugeordnet, durch das die Sekundärmasse während einer Drehbewegung um die Drehachse gelagert ist. Die Gleitlager können aus einem an sich für diese Zwecke bekannten Material (insbesondere aus Kunststoff, z. B. Polyamid oder Polytetrafluorethylen) gefertigt sein und/oder werden beispielsweise an die zugeordnete Sekundärmasse angespritzt oder angegossen oder werden lose zwischen das Gehäuse und die Sekundärmasse in die Kammer eingelegt. Wenn das Gleitlager separat von der Sekundärmasse hergestellt wurde, können die Sekundärmasse und das Gleitlager auch zunächst zusammen montiert werden und dann gemeinsam in die Kammer eingebracht werden.
Vorzugsweise weist zumindest eines der Gleitlager eine nutartige, in Umfangsrichtung verlaufende Aufnahme auf, in der die zugeordnete Sekundärmasse an ihrem in radialer Richtung innen liegenden Ende aufgenommen ist. Dadurch wird das Ende der Sekundärmasse von dem Gleitlager umfasst. Diese dient zur Abstützung der Sekundärmasse in axialer Richtung an dem Abstandshalter, sodass die Oberflächen der Sekundärmassen sich nicht berühren. Z. B. können die Gleitlager, die den zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen zugeordnet sind, an in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten des Abstandshalters an diesen angrenzen. Dabei können die Gleitlager den Abstandshalter berühren und/oder es kann sich eine dünne Schicht der viskosen Flüssigkeit zwischen dem jeweiligen Gleitlager und dem Abstandshalter befinden. Somit kann jede der Sekundärmassen (Schwungringe) eine eigene axiale und radiale Lagerung haben und sich im Dämpfer völlig unabhängig von den anderen Schwungringen bewegen.
Im Folgenden beschriebene Merkmale betreffen insbesondere die Ausgestaltung der in radialer Richtung innen liegenden Innenwand der Kammer. Dabei wird auch eine Verzahnung zwischen dem Abstandshalter und der Innenwand der Kammer beschrieben, die bei einer anderen Ausgestaltung entsprechend an der in radialer Richtung außen liegenden Innenwand der Kammer vorgesehen sein kann. Die Fixierung des oder der Abstandshalter in Umfangsrichtung kann in beiden Fällen alternativ auf andere Weise, beispielsweise durch Anschweißen oder Anschrauben realisiert werden.
Vorzugsweise stützt sich das Gleitlager innen an zumindest einem Bereich des Gehäuses ab, wobei der Bereich eine Oberfläche mit zylindrischem Verlauf aufweist, wobei der zylindrische Verlauf einer Zylinderfläche entspricht, die koaxial zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers angeordnet ist.
Der Abstandshalter kann ringförmig ausgestaltet sein und in axialer Richtung relativ zu dem Gehäuse beweglich ausgestaltet sein, wobei ein in radialer Richtung nach innen hervorstehender Bereich des Abstandshalters in eine entsprechend geformte Einbuchtung des Gehäuses eingreift und/oder ein in radialer Richtung nach außen hervorstehender Bereich des Gehäuses in eine entsprechend geformte Ausnehmung des Abstandshalters hineinragt. Diese Ausgestaltung wird in dieser Beschreibung als Verzahnung bezeichnet, auch wenn die Ausbuchtungen keine Zähne sind, insbesondere keine Zähne mit scharfen Kanten. Bevorzugt wird, dass der hervorstehende Bereich in Umfangsrichtung stetig (und somit nicht scharfkantig) in einen zylindrischen Bereich übergeht, der sich koaxial zu der Drehachse erstreckt. Dies ermöglicht es, dass der Bereich der Kammer-Innenwand, an dem sich das oder die Gleitlager abstützen, das gleiche Profil in Umfangsrichtung aufweist wie der Bereich, an dem der Abstandshalter mit der Innenwand verzahnt ist. Die Verzahnung ist daher so ausgebildet, dass durch Schwingbewegungen der Sekundärmassen (Schwungringe) in Umfangsrichtung kein Abrieb an Kanten der Verzahnung entsteht.
Vorzugsweise weist jede der Sekundärmassen zumindest ein (insbesondere eine Mehrzahl) daran angebrachtes Führungselement auf. Das oder die Führungselemente ragen in axialer Richtung über die ansonsten im Wesentlichen ebene Oberfläche der Sekundärmasse hinaus, sodass sie die Drehbewegung der Sekundärmasse um die Drehachse auf einer Bahn führen können, auf der die Oberfläche der Sekundärmasse einen Abstand zu der benachbarten Gehäuse-Innenwand bzw. zu dem benachbarten Abstandshalter beibehält. Dabei kann dasselbe Führungselement sich in axialer Richtung durch eine Durchgangsöffnung in der Sekundärmasse hindurch erstrecken und auf beiden Seiten der Sekundärmasse über das Niveau von deren Oberfläche hinausragen. Diese Ausführungsform gewährleistet einen verschleißfreien und dauerhaften Betrieb des Drehschwingungsdämpfers.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Führungselement aus einem Kunststoff gefertigt, der einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat. Insbesondere kann das zumindest eine Führungselemente aus demselben Material gefertigt sein und in demselben Arbeitsgang gefertigt sein wie ein Gleitlager, das der Sekundärmasse zugeordnet ist.
Zum Umfang der Erfindung gehört auch die Verwendung des Drehschwingungsdämpfers in einer der beschriebenen Ausgestaltungen, wobei der Drehschwingungsdämpfer z. B. drehfest an einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle oder Nockenwelle einer Brennkraftmaschine montiert ist. Der Drehschwingungsdämpfer kann daher optional zur Übertragung von Drehmomenten von der Welle verwendet werden und hierzu beispielsweise an seinem Außenumfang eine Profilierung zur Aufnahme von Riemen, Gurten, Zähnen oder dergleichen Kraftübertragungselementen aufweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele beschränkt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigen:
1 einen axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuses ohne Deckelteil,
3 einen axialen Querschnitt durch eine Schwungmasse (Sekundärmasse) eines Drehschwingungsdämpfers,
4 einen vergrößerten Ausschnitt des mit IV bezeichneten Bereichs der Darstellung von 3,
5 einen radialen Querschnitt durch einen Abstandshalter,
6 einen radialen Querschnitt durch die in 3 dargestellte Schwungmasse und
7 eine schematische Darstellung eine Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Schwungmassen.
Der in 1 dargestellte Drehschwingungsdämpfer weist eine Nabe 1 auf, z. B. um den Drehschwingungsdämpfer an einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors drehfest anbringen zu können. Die Nabe 1 ist z. B. aus Gusseisen gefertigt und wird im Endbereich der Kurbelwelle drehfest angebracht. Sie bildet eine Primärmasse des Drehschwingungsdämpfers.
Die gesamte in 1 dargestellte Anordnung, d. h. der Drehschwingungsdämpfer, und ihre Einzelteile sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Drehachse 6 des Dämpfers.
Die Nabe 1 bildet die innere Innenwand 2 eines Gehäuses 3 zur Aufnahme von Sekundärmassen 4 (Schwungmassen). In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Drehschwingungsdämpfer drei scheibenförmige Sekundärmassen 4a, 4b, 4c auf, die in einer einzigen durchgehenden Kammer 5 des Gehäuses 3 angeordnet sind. Das Gehäuse 3 wird durch ein im gezeigten Querschnitt abgewinkeltes Teil 8, das sich in radialer Richtung von der Nabe 1 ausgehend nach außen erstreckt und auch die äußere Innenwand 9 bildet, und durch ein ringscheibenförmiges Deckelteil 10 vervollständigt, sodass alle Wände der Kammer 5 gebildet sind.
An der radial nach außen weisenden Oberfläche des Gehäuses 3 weist das Teil 8 ein Poly-V-Profil 7 (Profil mit mehreren annähernd V-förmigen Nuten) zur Aufnahme zumindest eines entsprechend geformten Riemens zum Antreiben von Hilfs- und/oder Komforteinrichtungen (z. B. Kühlflüssigkeitspumpe, Lichtmaschine und Kompressor für Klimaanlage) auf. Der Drehschwingungsdämpfer gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch als separater Dämpfer, ohne Einsatz als Antriebsmittel verwendet werden. Die profilierte Gestaltung kann daher (nicht nur bei dieser Ausführungsform) entfallen.
In die offene, noch nicht mit dem Deckelteil 10 verschlossene Kammer 5 werden zunächst die Sekundärmassen 4 und weitere Teile, auf die noch näher eingegangen wird, eingebracht. Dann wird die Kammer 5 mit dem Deckelteil 10 verschlossen (beispielsweise verschweißt), sodass der in 1 dargestellte Zustand erreicht wird. Anschließend wird die Kammer 5 durch eine oder mehrere Füllöffnungen 18 mit einer viskosen Flüssigkeit, insbesondere einer viskoelastischen Flüssigkeit (z. B. Silikonöl oder eine andere Flüssigkeit) gefüllt. Die viskose Flüssigkeit bewirkt somit eine Kraft-Kopplung der Sekundärmassen 4 einerseits und des Gehäuses 3 andererseits, die die Drehschwingungen der Welle wirksam dämpft. Anschließend wird die Füllöffnung bzw. werden die Füllöffnungen verschlossen.
Insbesondere werden die einzubringenden Teile lediglich nacheinander in axialer Richtung in die Kammer 5 eingeschoben und nicht zusätzlich in axialer Richtung an der Gehäusewand fixiert. In Umfangsrichtung besteht eine Fixierung durch eine Verzahnung. Ihre Abmessungen in axialer Richtung sind vorzugsweise so gewählt, dass die Teile ein geringes Spiel in axialer Richtung erlauben, sich im Wesentlichen jedoch gegenseitig an der Gehäusewand abstützen.
Zwischen jeweils zwei der Sekundärmassen 4 ist ein scheibenförmiger und ringförmiger Abstandshalter 11a, 11b angeordnet, sodass die Kammer 5 in diesem Ausführungsbeispiel insgesamt in 3 Teil-Hohlräume unterteilt ist. In jedem der Teil-Hohlräume kann sich eine der Sekundärmassen 4 frei (d. h. in beliebige Drehstellungen) gegenüber dem Gehäuse 3 um die Drehachse 6 drehen. Einer der Abstandshalter 11 ist in 5 dargestellt. Er weist in seinem Innenbereich eine annähernd kreisförmige, koaxial zu der Drehachse 6 angeordnete zentrale Öffnung auf. Der Rand der zentralen Öffnung weist entlang einer gedachten zylindrischen Fläche verlaufende Bereiche 12 auf, im Beispiel sechs Stück. Zwischen jeweils zwei dieser Bereiche 12 weist der Rand der zentralen Öffnung jeweils einen nach innen vorspringenden Bereiche 13 auf. Die Nabe 1 ist komplementär geformt, wie aus 2 erkennbar ist, sodass insgesamt eine Verzahnung gebildet ist. Die Nabe 1 weist also an ihrer nach außen weisenden Umfangs-Oberfläche in entsprechenden Winkelabständen entsprechend geformte Ausnehmungen 14 auf. Bei der Montage wird der Abstandshalter 11 in axialer Richtung auf die Nabe 1 geschoben, sodass die vorspringenden Bereiche 13 in die Ausnehmungen 14 eingreifen. Weiterhin weist die Nabe 1 den Bereichen 12 entsprechende, entlang einer zylindrischen Fläche verlaufende Bereiche 15 auf. Bei der Montage kann der Abstandshalter 11 prinzipiell in axialer Richtung in jede beliebige Relativstellung zu der Nabe 1 gebracht werden. Seine axiale Position wird lediglich durch die weiteren in der Kammer 5 angeordneten Teile bestimmt.
Der Abstandshalter 11 weist eine Mehrzahl von in axialer Richtung verlaufenden Durchgangsbohrungen 17a, 17b auf, die in gleichem radialen Abstand zu der Drehachse 6 bzw. zu der Rotationsachse des Abstandshalters 11 angeordnet sind. In dem Ausführungsbeispielen sind zwei der Durchgangsbohrungen 17 vorgesehen, die 180 Grad Abstand zueinander angeordnet sind. Die Durchgangsbohrungen 17 dienen dazu, die viskose Flüssigkeit beim Befüllen der Kammer 5 schnell und auf einfache Weise in alle Bereiche (Teil-Hohlräume) einfüllen zu können. Insbesondere soll die Luft schnell und zuverlässig aus der Kammer 5 entweichen können.
3 zeigt eine der Sekundärmassen 4 mit einem Lager 15. Wie aus 1 erkennbar ist, ist jeder der Sekundärmassen 4a, 4b, 4c ein separates Lager 15a, 15b, 15c zugeordnet. Das Lager bildet mit seinem Außenumfang einen Kreisring und weist an dem Außenumfang eine in radialer Richtung nach außen offene Nut bzw. Aufnahme zum Aufnehmen des in radialer Richtung innen liegenden Endes 16 der zugeordneten Sekundärmassen 4 auf (siehe 4). Das Lager 15 wird beispielsweise aus einem Kunststoff gefertigt und vor dem Einbringen der Sekundärmasse 4 in die Kammer 5 an die Sekundärmasse 4 angespritzt, sodass das einstückige Lager 15 als Gleitlager entsteht.
Die Sekundärmassen 4 weisen ebenfalls zwei in radialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrungen 19a, 19b auf, die in gleichem radialen Abstand zu der Drehachse 6 angeordnet sind und außerdem in dem gleichen radialen Abstand zu der Drehachse 6 angeordnet sind wie die Durchgangsbohrungen 17 des Abstandshalters 11. Bei der Montage des Drehschwingungsdämpfers kann (beispielsweise durch einen einzigen in den zueinander fluchtend Durchgangsbohrungen 17, 19 angeordneten Gegenstand) gewährleistet werden, dass die Durchgangsbohrungen 17a, 19a bzw. 17b, 19b der stapelartig in axialer Richtung hintereinander angeordneten Sekundärmassen 4 mit den dazwischen angeordneten Abstandshalter 11 eine in axialer Richtung geradlinig durchgehende Öffnung zum Befüllen bilden. Auf diese Weise wird das Befüllen beschleunigt.
Ferner weisen die Sekundärmassen 4 weitere in axialer Richtung verlaufende Durchgangsbohrungen (z. B. sechs in konstanten Winkelabständen zueinander angeordnete Durchgangsbohrungen 21a-21f, 6) auf, in denen jeweils ein Führungselement aufgenommen ist. 6 zeigt die Durchgangsbohrungen 21 ohne Führungselemente. Die Schnittdarstellung gemäß 3 zeigt zwei der Führungselemente 22a, 22b. Die Durchgangsbohrungen 21 sind vorzugsweise in radialer Richtung näher an dem außen liegenden Rand der Sekundärmasse 4 angeordnet als die Durchgangsbohrungen 19 zum Befüllen. Bevorzugtermaßen weist jede der Sekundärmassen eine Mehrzahl der daran angebrachten Führungselemente auf, insbesondere zumindest zwei in Drehrichtung voneinander beabstandete Führungselemente mit gleichen Winkelabständen. Die Führungselemente ragen in axialer Richtung beidseitig über die ansonsten im Wesentlichen ebenen Oberflächen der Sekundärmasse hinaus, sodass sie die Drehbewegung der Sekundärmasse um die Drehachse auf einer Bahn führen können, auf der die Oberfläche der Sekundärmasse einen Abstand zu der Gehäuse-Innenwand bzw. zu dem Abstandshalter beibehält. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbreitert sich das jeweilige Führungselemente außerhalb der Durchgangsbohrungen 21 an beiden Seiten der Sekundärmasse, sodass das Führungselement nicht aus der Durchgangsbohrung 21 herausfallen kann bzw. auf andere Weise entweichen kann.
7 zeigt schematisch eine Anordnung mit zwei nebeneinander liegenden Sekundärmassen 4a, 4b, beispielsweise zwei der Sekundärmassen aus dem anhand von 1 bis 6 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ist wiederum eine axiale Schnittdarstellung gezeigt, in diesem Fall jedoch nur eine Teildarstellung auf einer Seite der Drehachse. Zwischen den Sekundärmassen 4 ist wiederum ein Abstandshalter 11 angeordnet, der eine Trennwand in der Kammer darstellt. In der Teildarstellung ist nur eine der Kammerwände gezeigt, nämlich die in radialer Richtung außenseitig liegende Kammerwand 9. Den Sekundärmassen 4 ist wiederum jeweils ein separates Lager 15a, 15b zugeordnet. Dabei stoßen die Lager 15 in axialer Richtung beidseitig an den Abstandshalter 11 an, oder es verbleibt nur ein vernachlässigbar kleiner Spalt dazwischen.
Der Abstandshalter 11 ragt in der 7 in radialer Richtung weiter nach innen als die Lager 15. Dies liegt daran, dass ein Bereich gezeigt ist, in dem der Abstandshalter 11 zur Verzahnung mit der Nabe einen vorspringenden Bereich (z. B. einen der in 5 dargestellten Bereiche 13) aufweist.
Wiederum sind Führungselemente 22a in beiden dargestellten Sekundärmassen 4 vorgesehen, die beidseitig über das Niveau der Oberflächen der Sekundärmassen 4 hinausragen. Wie aus 7 erkennbar ist, ragen dabei die Führungselemente 22a etwa gleich weit über die Oberflächen der Sekundärmassen 4 hinaus wie die Lager 15a, 15b. Dadurch ist die Spaltbreite der Spalte 24, 25 auf einen Mindestwert festgelegt, der dem Abstand des am weitesten hervorstehenden Bereichs oder Stelle des Führungselemente 22a von der Oberfläche der Sekundärmasse 4 entspricht. Die Spaltbreiten sind auf jeweils einer Seite der Sekundärmasse vorzugsweise konstant über die gesamte Oberfläche.
Ferner ist aus 7 erkennbar, dass sowohl die Sekundärmassen 4 als auch der Abstandshalter 11 einen Abstand zu der in radialer Richtung außen liegenden Innenwand 9 des Gehäuses aufweisen bzw. das entsprechende Spalte 26, 27 verbleiben. Dies erleichtert die Montage, sowohl beim Einbringen der Sekundärmassen und des Abstandshalters in die Kammer als auch beim Befüllen der Kammer mit der viskosen Flüssigkeit. Auch die Spalte 26, 27 erlauben ein Hindurchtreten der Flüssigkeit und/oder ein Entweichen von Luft. Nach dem Befüllen weisen alle in 7 dargestellten Zwischenräume zwischen den Sekundärmassen 4 und dem Abstandshalter 11 untereinander und zu dem Gehäuse-Innenwänden viskose Flüssigkeit auf.
Die Spaltbreiten der Spalte 24, 25 betragen beispielsweise bei einem Drehschwingungsdämpfer für einen Vier-Zylinder-Dieselmotor eines Personenkraftwagens ca. 0,5 mm. In diesem Fall betragen die Spaltbreiten der Spalte 26, 27 vorzugsweise jeweils ca. 0,5 mm.

Claims

Drehschwingungsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors, mit einem Gehäuse (3) und einer Mehrzahl von in dem Gehäuse (3) angeordneten Sekundärmassen (4), die ringförmig ausgestaltet sind und die sich in einer Kammer (5) des Gehäuses um eine Drehachse des Drehschwingungsdämpfers herum erstrecken, wobei • die Sekundärmassen (4) über eine in der Kammer (5) angeordnete viskose Flüssigkeit mit dem Gehäuse (3) in Kontakt sind, • zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen (4) zumindest ein Abstandshalter (11) angeordnet ist.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, wobei der Abstandshalter (11) drehfest mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen und der zumindest eine Abstandshalter (11) derart ausgestaltet und angeordnet sind, dass die zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen (4) während eines Betriebes des Drehschwingungsdämpfers einander nicht berühren können.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalter (11) als Trennwand zur Trennung von Bereichen der Kammer (5) ausgestaltet ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen den zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen eine Trennwand zur Trennung von Bereichen der Kammer vorgesehen ist, wobei ein erster Spalt, der eine erste Spaltbreite aufweist und der zwischen der einen der Sekundärmassen und der Trennwand besteht, mit der viskosen Flüssigkeit versehen ist, wobei ein zweiter Spalt, der eine zweite Spaltbreite aufweist und der zwischen der anderen der Sekundärmassen und der Trennwand besteht, mit der viskosen Flüssigkeit versehen ist, sodass beide Sekundärmassen über die Trennwand schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt sind, und wobei der Abstandshalter derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die erste Spaltbreite und zweite Spaltbreite unterschiedlich groß sind.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalter (11) zumindest eine Durchtrittsöffnung (17) aufweist, durch die die viskose Flüssigkeit hindurch treten kann, und wobei der Abstandshalter (11) einen in sich geschlossen umlaufenden Rand der Öffnung bildet.
Drehschwingungsdämpfer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eine der zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen (4) eine zweite Durchtrittsöffnung (19) aufweist, durch die viskose Flüssigkeit hindurch treten kann, und wobei zumindest ein Teil der zweiten Durchtrittsöffnung (19) denselben Abstand zur Drehachse (6) des Drehschwingungsdämpfers aufweist wie die Durchtrittsöffnung des Abstandshalters.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei den zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen (4) jeweils ein Gleitlager (15) zugeordnet ist, durch das die Sekundärmasse (4) während einer Drehbewegung um die Drehachse gelagert ist.
Drehschwingungsdämpfer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zumindest eines der Gleitlager (15) eine nutartige, in Umfangsrichtung verlaufende Aufnahme aufweist, in der die zugeordnete Sekundärmasse (4) an ihrem in radialer Richtung innen liegenden Ende (16) aufgenommen ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die zugeordnete Sekundärmasse (4) an ihrem in radialer Richtung innen liegenden Ende in einer Aufnahme des Gleitlagers (15) aufgenommen ist, sodass die Sekundärmasse (4) während einer Drehbewegung um die Drehachse axial und radial gelagert ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei lediglich das in radialer Richtung innen liegende Ende der Sekundärmasse (4) von dem Gleitlager (15) umfasst ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager (15) die Sekundärmasse (4) in axialer Richtung gegen den Abstandshalter (11) abstützt.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleitlager (15), die den zwei nebeneinander gelegenen Sekundärmassen (4) zugeordnet sind, an in axialer Richtung gegenüberliegenden Seiten des Abstandshalters (11) an diesen angrenzen.
Drehschwingungsdämpfer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei sich das Gleitlager (15) innen an zumindest einem Bereich des Gehäuses (15) abstützt, wobei der Bereich eine Oberfläche mit zylindrischem Verlauf aufweist, wobei der zylindrische Verlauf einer Zylinderfläche entspricht, die koaxial zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers angeordnet ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstandshalter (11) ringförmig ausgestaltet ist und in axialer Richtung relativ zu dem Gehäuse (3) beweglich ausgestaltet ist, wobei ein in radialer Richtung nach innen hervorstehender Bereich (13) des Abstandshalters (11) in eine entsprechend geformte Einbuchtung (14) des Gehäuses eingreift und/oder ein in radialer Richtung nach außen hervorstehender Bereich des Gehäuses in eine entsprechend geformte Ausnehmung des Abstandshalters hineinragt.
Drehschwingungsdämpfer nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der hervorstehende Bereich in Umfangsrichtung stetig in einen zylindrischen Bereich übergeht, der sich koaxial zu der Drehachse erstreckt.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die beiden nebeneinander angeordneten Sekundärmassen eine unterschiedliche Masse aufweisen.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der Sekundärmassen (4) zumindest ein daran angebrachtes Führungselement (22) aufweist, das in axialer Richtung über die ansonsten im Wesentlichen ebene Oberfläche der Sekundärmasse (4) hinausragt, sodass sie die Drehbewegung der Sekundärmasse um die Drehachse auf einer Bahn geführt ist, auf der die Oberfläche der Sekundärmasse einen Abstand zu der benachbarten Gehäuse-Innenwand bzw. zu dem benachbarten Abstandshalter (4) beibehält.
Drehschwingungsdämpfer nach dem vorangehenden Anspruch, wobei dasselbe Führungselement (22) sich in axialer Richtung durch eine Durchgangsöffnung in der Sekundärmasse hindurch erstreckt und auf beiden Seiten der Sekundärmasse (4) über das Niveau von deren Oberfläche hinausragt.