DE4238683C1 - Drehzahladaptiver Drehschwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahladaptiven Drehschwingungs­ dämpfer, umfassend einen Schwung- und einen Nabenring, der relativ verdrehbar und durch gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, erste Federelemente aus einem elastomeren Werkstoff verbunden sind, wobei gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte, säulenförmig gestaltete zweite Federelemente aus einem elastome­ ren Werkstoff vorgesehen sind, die herstellungsbedingt ein in Umfangsrichtung vorstehendes Ende haben, das fliehkraftbedingt entlang einer Kurve nach außen verlagerbar und unter Erzeugung einer Parallelschaltung der ersten und der zweiten Federelemen­ te mit einer Anschlagfläche des relativ verdrehbaren Ringes in Eingriff bringbar sind.

Ein solcher Drehschwingungsdämpfer ist aus der DE-OS 35 35 286 bekannt. Der vorbekannte Drehschwingungsdämpfer weist einen Gummikörper auf, der an einer mit einer Antriebswelle verbun­ denen Nabe und einem Schwungring befestigt ist. Um die Dreh­ federsteifigkeit des Drehschwingungsdämpfers drehzahlabhängig zu variieren, sind am Schwungring in radialer Richtung federnde Schaltelemente befestigt, die unter reibungsbehafteter Vor­ spannung an der Mantelfläche der Nabe anliegen. Durch die bei Einleitung von Drehzahlen auftretenden Fliehkräfte werden die Schaltelemente radial nach außen bewegt, wodurch sie mit Armen, die an der Nabe befestigt sind, in Eingriff bringbar sind. Die Schaltelemente bilden dann zusätzliche Drehfedern, die parallel zu den Gummikörpern wirksam sind. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die Gebrauchseigenschaften des vorbekannten Drehschwingungsdämpfers während einer langen Gebrauchsdauer wenig befriedigend sind. Werden während der bestimmungsgemäßen Verwendung die auf der Nabe befestigten Arme mit den am Schwungring befestigten Schaltelementen in Eingriff gebracht, so wirken im Bereich der Befestigung der Schaltelemente und der Arme Scherkräfte, die zu einer vorzeitigen Zerstörung der Gummielemente führen können. Auch die Verspannung und damit die Drehschwingungsdämpfung der mit den Armen in Eingriff befind­ lichen, gummielastischen Schaltelemente in Umfangsrichtung ist, insbesondere bei stoßartiger Belastung und bei mittleren Drehzahlen wenig befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehschwin­ gungsdämpfer der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich verbesserte Gebrauchseigenschaften während einer längeren Gebrauchsdauer ergeben. Insbesondere sollen gebrauchs­ dauerverringende Scher- und Reibungsbeanspruchungen der Feder­ elemente vermieden werden. Bei hohen Drehzahlen soll die Drehfedersteifigkeit zwischen dem Naben- und Schwungring ver­ größert werden. Außerdem soll die Herstellbarkeit durch einen teilearmen Aufbau vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Auf vorteilhafte Aufgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Bei dem erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer ist es vorge­ sehen, daß die zweiten Federelemente an sich im wesentlichen radial nach außen erstreckenden Flächen des Nabenringes fest­ gelegt sind und daß die Anschlagflächen um die Kurve einen Abstand voneinander haben, der in radialer Richtung nach außen im wesentlichen gleichmäßig zunehmend bis auf den Wert Null verringert ist. Der Umfangsabstand, den die zweiten Feder­ elemente bei nicht drehendem Drehschwingungsdämpfer von den Anschlagflächen haben, reduziert sich hierdurch bei ansteigender Drehzahl gleichmäßig bis zu einer gegenseitigen Anlageberüh­ rung, ohne daß sich eine nennenswerte Reibungsbeanspruchung der zweiten Federelemente ergibt. Die Dauerhaltbarkeit wird hier­ durch verbessert. Von besonderer Bedeutung ist es diesbezüglich ebenfalls, daß die zweiten Federelemente bei Einleitung großer Drehzahlen in den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer an keiner Stelle der Einwirkung nennenswerter Scherbeanspruchungen ausgesetzt sind. Bei der Einleitung umfangsgerichteter Kräfte in die zweiten Federelemente werden diese lediglich auf Druck beansprucht. Für die Erzielung einer betriebssicheren Fest­ legung der zweiten Federelemente an dem Nabenring ist das von großem Vorteil. Die zweiten Federelemente können auf der der Kurve zugewandten Seite in einer sich parallel zu der Kurve erstreckenden, konvex gewölbten Fläche enden. Zweckmäßigerweise sollte diese Fläche unter Vermeidung einer sprunghaften Rich­ tungsänderung gleichmäßig in die radial nach außen und nach innen weisende Begrenzungsfläche der zweiten Federelemente übergehen, um das Auftreten von Druckspannungsspitzen während der bestimmungsgemäßen Verwendung zu vermeiden.

Die Kurve, auf der sich das vorstehende Ende der zweiten Feder­ elemente bei zunehmender Drehzahl bewegt und die zugehörige Anschlagfläche sollen hinsichtlich ihrer Dimensionierung so aufeinander abgestimmt sein, daß eine im gegenseitigen Schnittpunkt auf der Anschlagfläche errichtete Flächennormale die Haftfläche der zweiten Federelemente im wesentlichen mittig durchschneidet. Die zweiten Federelemente sind hierdurch beim Erreichen der Anschlagfläche im wesentlichen nur auf Druck beansprucht.

In den zweiten Federelementen kann im Bereich des vorspringen­ den Endes jeweils zumindest eine Trägheitsmasse eingebettet sein. In Abhängigkeit von der Größe der jeweils gewählten Trägheitsmasse ist es hierdurch möglich, den Drehschwingungs­ dämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen einer voneinander abweichenden Frequenz zu nutzen. An Stelle der zusätzlichen Trägheitsmasse besteht nach einer anderen Ausgestaltung auch die Möglichkeit, eine Aussparung innerhalb des zweiten Däm­ pfungselementes vorzusehen. Hierdurch wir die elastische Nachgiebigkeit vergrößert.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers läßt sich wesentlich vereinfachen, wenn die Anschlagflächen durch Flächen gebildet sind, die die ersten Federelemente in Umfangsrichtung begrenzen.

Um bei niedrigen Drehzahlen eine besonders gute Umfangsnachgie­ bigkeit des Drehschwingungsdämpfers zu erzielen, hat es sich als vorteilhaft bewährt, wenn der Nabenring auf der radial nach außen weisenden Seite zwischen den die zweiten Federelemente tragenden Flächen durch eine konkav angewölbte Grundfläche begrenzt ist. Die Grundfläche sollte dabei zweckmäßig einen Berührungsradius haben, der mit dem Wölbungsradius der der Grundfläche gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Trägheits­ ringes im wesentlichen übereinstimmt.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers läßt sich weiter vereinfachen, wenn die ersten und die zweiten Federelemente einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind. Sie können bedarfsweise auch aus voneinander abweichenden, elastomeren Werkstoffen bestehen.

Der Drehschwingungsdämpfer ist drehrichtungsunabhängig verwend­ bar, wenn für beide Drehrichtungen zweite Federelemente und Anschlagflächen vorgesehen sind. Zweckmäßigerweise sind in entgegengesetzter Umfangsrichtung vorstehenden zweite Feder­ elemente und Anschlagflächen paarweise zusammengefaßt und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt. Sie können bei einer solchen Ausführung beispielsweise an Vorsprüngen des Nabenrings festgelegt sein, die dem Schwungring zugewandte Führungsflächen haben. Radiale Relativverlagerungen des Nabenrings in bezug auf den Schwungring lassen sich hierdurch verhindern, was in bezug auf die Vermeidung vom Unwuchterscheinungen während der bestimmungsgemäßen Verwendung von großem Vorteil ist.

Zur Funktion des Drehschwingungsdämpfers ist folgendes auszu­ führen:

Die ersten und die zweiten Dämpfungselemente weisen während der Anlaufphase bei geringen Drehzahlen einen gegenseitigen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Abstand voneinander auf, der mit steigender Drehzahl des Drehschwingungsdämpfers und all­ mählicher Annäherung der zweiten Dämpfungselemente an die ersten Dämpfungselemente verringert wird. Bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen, wenn die Dämpfungselemente nicht in Eingriff befindlich sind, wird eine reibungsbehaftete Relativ­ bewegung der Federelemente an einem der angrenzenden Teile (Nabenring/Schwungring) verhindert. In diesem Betriebszustand wirkt nur eine relativ große Nachgiebigkeit der ersten Däm­ pfungselemente in Umfangsrichtung zwischen dem Schwungring und dem Nabenring. Die auftretenden Drehschwingungen werden durch die relativ weiche, federnde Nachgiebigkeit der ersten Däm­ pfungselemente bedämpft.

Mit steigender Drehzahl legen sich die zweiten Federelemente fliehkraftbedingt außenseitig und unverrückbar an die Ober­ fläche der zweiten Dämpfungselemente an und bewirken eine teilweise, funktionstechnische Abkopplung der ersten Dämpfungs­ elemente und eine damit verbundene Verhärtung der Federcharak­ teristik. Die erzielbare Dämpfungswirkung hängt von den insge­ samt vorhandenen Federelastizitäten der in funktionstechnischer Hinsicht wirksamen ersten Dämpfungselemente und der Masse des Schwungrings ab. Befinden sich die ersten und die zweiten Dämpfungselemente miteinander in Eingriff, ergibt sich eine relativ große Drehfedersteifigkeit um die bei hohen Drehzahlen auftretenden Drehschwingungen zu dämpfen. Die Gebrauchseigen­ schaften des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers bleiben während einer langen Gebrauchsdauer nahezu unverändert er­ halten.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen weiter verdeut­ licht.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungs­ gemäßen Drehschwingungsdämpfers im Stillstand oder bei geringen Drehzahlen, wenn sich die zweiten Dämpfungselemente in ihrer Ausgangsposition befinden.

In Fig. 2 ist der Drehschwingungsdämpfer aus Fig. 1 bei höchstmöglicher Drehzahl dargestellt, wobei die zweiten Däm­ pfungselemente mit den ersten Dämpfungselementen in Eingriff sind und eine Verhärtung der Drehfedersteifigkeit bewirken.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte, drehzahladaptive Dreh­ schwingungsdämpfer besteht im wesentlichen aus einem Naben­ ring 1 aus tiefgezogenem Blech, der von einem Schwungring 2 umschlossen und mit diesem durch ihre erste Federelemente 3 relativ verdrehbar verbunden ist. Der Nabenring 1 weist drei radial nach außen vorstehende Vorsprünge auf, die in Umfangs­ richtung beiderseits im Bereich des Außenumfangs durch sich im wesentlichen in radialer Richtung erstreckende Flächen 11 begrenzt sind. An den Flächen 11 sind säulenförmig in Umfangs­ richtung vorstehende, zweite Federelemente befestigt, die einstückig mit den ersten Federelementen ausgebildet sind und deren vorstehendes Ende in dem in Fig. 1 gezeigten, nicht drehenden Zustandes des Drehschwingungsdämpfers einen radialen Abstand von der Innenseite des Trägheitsringes 2 hat. Die vorstehenden Enden der zweiten Federelemente 4 sind fliehkraft­ bedingt mit zunehmender Drehzahl aus der in Fig. 1 gezeigten Position radial nach außen bewegbar entlang einer gedachten Kurve 10, die sie im Mittelpunkt der Fläche 11 im wesentliche kreisrundförmig umschließt.

Die ersten Federelemente 3 sind in Umfangsrichtung beiderseits durch Anschlagflächen 13 begrenzt, die in Umfangsrichtung einen Abstand von der Kurve 10 haben, der in radialer Richtung nach außen im wesentlichen gleichmäßig zunehmend auf den Wert Null verringert ist. Hierdurch gelangen die in Umfangsrichtung vorstehenden Enden in den zweiten Federelementen 4 bei hohen Drehzahlen in eine Anschlagberührung mit den Anschlag­ flächen 13, was dazu führt, daß sich die umfangsgerichteten Elastizitäten der ersten Federelemente 3 und der zweiten Federelemente 4 gegenseitig überlagern (Fig. 2). Der Dreh­ schwingungsdämpfer weist dadurch bei einer hohen Drehzahl eine andere Resonanzfrequenz auf als bei einer niedrigen Drehzahl.

Die zweiten Federelemente 4 weisen im Bereich ihres vor­ springenden Endes ein abgerundetes Profil auf, das unter Vermeidung einer sprunghaften Richtungsänderung gleichmäßig in die radial nach außen und nach innen weisenden Begrenzungs­ flächen übergeht. Die vorstehenden Enden der zweiten Feder­ elemente 4 vermögen sich hierdurch bei einem Anstieg bzw. Absinken der Drehzahl des Drehschwingungsdämpfers harmonisch an die Anschlagflächen 13 der ersten Federelemente 3 anzulegen bzw. von diesen zu lösen.

Die vorstehenden Enden der zweiten Federelemente 4 sind von sich parallel zur Rotationsachse des Drehschwingungsdämpfers erstreckenden, zylindrischen Ausnehmungen 8 durchdrungen. In die Ausnehmungen können bedarfsweise Trägheitsmassen einge­ lagert werden, um ein verändertes Ansprechverhalten zu er­ zielen.

Auf den in radialer Richtung nach außen weisenden Vorsprüngen des Nabenringes 1 sind Führungselemente 14 angebracht, die die Innenseite des Schwungrings 2 in Umfangsrichtung verschiebbar berühren. Hierdurch werden radiale Relativverlagerungen des Nabenrings 1 in bezug auf den Schwungring 2 verhindert, was dem Auftreten von Unwuchterscheinungen bei hohen Drehzahlen vor­ beugt. Die Führungselemente können bedarfsweise einstückig mit den ersten und den zweiten Federelementen aus Gummi erzeugt und auf adhäsive Weise mit dem Nabenring 1 verbunden sein.

Claims (10)

1. Drehzahladaptiver Drehschwingungsdämpfer, umfassend einen Schwung- und einen Nabenring, die relativ ver­ drehbar und durch gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilte 1. Federelemente aus einem elastomeren Werkstoff verbunden sind, wobei gleichmäßig in Um­ fangsrichtung verteilte, säulenförmig gestaltete 2. Federelemente aus einem elastomeren Werkstoff vorge­ sehen sind, die herstellungsbedingt ein in Umfangs­ richtung vorstehendes Ende haben, das fliehkraftbedingt entlang einer Kurve nach außen verlagerbar und unter Erzeugung einer Parallelschaltung der 1. und der 2. Federelemente mit einer Anschlagfläche des relativ verdrehbaren Ringes in Eingriff bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Federelemente (4) an sich im wesentlichen radial nach außen erstreckenden Flächen (11) des Nabenrings (1) festgelegt sind und daß die Anschlagflächen (13) und die Kurve (10) einen Abstand voneinander haben, der in radialer Richtung nach außen im wesentlichen gleichmäßig zunehmend auf den Wert Null verringert ist.

2. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweiten Federelemente (4) auf der der Anschlagfläche (13) zugewandten Seite in einer sich im wesentlichen parallel zu der Anschlagfläche (13) ersteckenden, konvex gewölbten Fläche (12) enden.

3. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fläche (12) unter Vermeidung einer sprunghaften Richtungsänderung in die radial nach außen und nach innen weisenden Begrenzungsflächen der zweiten Federelemente (4) übergehen.

4. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweiten Federelemente (4) im Bereich des vorspringenden Endes zumindest eine Träg­ heitsmasse (8) eingebettet ist.

5. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagflächen (13) durch Begrenzungsflächen der ersten Federelemente (3) ge­ bildet sind.

6. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenring (1) auf der radial nach außen weisenden Seite durch zwischen den Flächen (11) konkav eingewölbte Grundflächen begrenzt ist.

7. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Grundfläche einen Wölbungsradius aufweist, der mit dem Wölbungsradius der der Grund­ fläche gegenüberliegenden Begrenzungsfläche des Träg­ heitsrings (2) im wesentlichen übereinstimmt.

8. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Feder­ elemente einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind.

9. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einander entgegengesetzter Umfangsrichtung vorspringende, zweite Federelemente vorgesehen sind, die paarweise zusammengefaßt und gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind.

10. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Paare von den in entgegengesetzter Umfangsrichtung vorspringenden, zweiten Federelemen­ ten (4) an Vorsprüngen des Nabenrings (1) festgelegt sind, die in dem Schwungring (2) zugewandten Führungs­ flächen enden.