DE4444200A1 - Torsionsschwingungsdämpfer mit Getriebe - Google Patents
Torsionsschwingungsdämpfer mit GetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
In der DE 36 30 398 C2 ist ein Zweimassenschwungrad beschrieben, durch wel
ches auch größere Torsionsschwingungen, die bei Einleitung eines durch einen
Antrieb, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor auf ein antriebsseitiges
Übertragungselement des Zweimassenschwungrades eingeleiteten Drehmomen
tes mit übertragen werden, reduzierbar sind. Die Reduzierung erfolgt bei Übertra
gung der jeweiligen Torsionsschwingung vom antriebsseitigen zum abtriebsseiti
gen Übertragungselement über einen Federsatz, der durch eine Reibungsvorrich
tung unterstützt wird.
Im Gegensatz zu einem massiven Schwungrad sind die beiden Schwungmassen
eines Zweimassenschwungrades relativ leicht, so daß der großen primärseitigen
Masse, die sich aus dem Antrieb und der primärseitigen Schwungmasse zusam
mensetzt, lediglich eine kleine sekundärseitige Schwungmasse entgegenwirkt, die
sich getriebeseitig abstützt. Dadurch ist das Widerstandsmoment für den Antrieb,
das durch die Trägheit der Primärseite und einem durch die Wirkung der Federn,
der Reibung sowie der Trägheit der Sekundärschwungmasse gebildeten Reakti
onsmoment bestimmt ist relativ klein, so daß es Gleichlaufschwankungen des
Antriebs nur wenig zu glätten vermag. Die Gleichlaufschwankungen bewirken
Drehmomentschwankungen an der Motorfront, an der Nebenaggregate, wie bei
spielsweise ein Generator angeschlossen sind. Die Drehmomentschwankungen
können eine Schädigung dieser Aggregate bewirken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsschwingungsdämpfer so
auszubilden, daß dieser bei massearmer Ausbildung Gleichlaufschwankungen des
Antriebs bestmöglich entgegenwirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Durch Einbau eines Getriebes in den Torsionsschwingungsdämpfer ist das bei
Einleitung einer Torsionsschwingung mit derselben verknüpfte Moment teilbar,
und zwar vorzugsweise in einen ersten Teil, der versucht, das abtriebsseitige
Übertragungselement in Richtung des antriebsseitigen Übertragungselementes zu
beschleunigen und in einen in vorbestimmbarer Richtung wirkenden zweiten Teil.
Die beiden Teilmomente liegen an einander entgegengesetzten Seiten der Feder
einrichtung an, die anspruchsgemäß eine Federkonstante aufweist, die an einem
Verformungsmoment, das sich durch das maximal vom Antrieb einleitbare Mo
ment, vergrößert um den getriebebedingten Übersetzungsfaktor ergibt, ausgerich
tet ist. Da die beiden auf die Federeinrichtung einwirkenden Teilemomente in
Summe dem antriebsseitigen Moment entsprechen, wird aufgrund der auf das
größere Verformungsmoment abgestimmten Federkonstante das Differenzmo
ment über die Federeinrichtung von dem anspruchsgemäßen Element des Ge
triebes auf das abtriebsseitige Übertragungselement geleitet, ohne daß es zu ei
ner stärkeren Verformung der Federeinrichtung kommt. Dadurch bedingt, führen
das Getriebeelement und das abtriebsseitige Übertragungselement sowie, bei
entsprechender Koppelung des Getriebeelementes mit dem antriebsseitigen Über
tragungselement, das letztgenannte und das abtriebsseitige Übertragungselement
eine nur geringe Relativdrehung gegeneinander aus. Hierdurch entsteht annä
hernd die Wirkung einer aus antriebsseitigem Übertragungselement, Getriebeele
ment und abtriebsseitigem Übertragungselement zusammengesetzte Gesamtma
sse, wodurch das Massenträgheitsmoment, das Gleichlaufschwankungen des
Antriebs entgegenwirkt, scheinbar erhöht ist gegenüber einem Torsionsschwin
gungsdämpfer, bei dem größere Relativbewegungen zwischen den einzelnen
Massen möglich sind. Dadurch ergeben sich geringe Drehmomentschwankungen
an der Motorfront.
Auf diese Weise ist die Belastung von an der Motorfront angeschlossenen Nebe
naggregaten soweit reduzierbar, daß zumindest annähernd die Gleichförmig
keitsgüte erreichbar ist, die bei Verwendung eines massiven Schwungrades vor
liegt, ohne aber dessen Nachteile, die hauptsächlich in der fehlenden Ausfilterung
von Schwingungen sehr tiefer Frequenz liegt, in Kauf nehmen zu müssen.
Anspruch 2 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsvariante für das Getriebe, bei wel
cher das als Zwischenmasse wirksame Element zum Aufbau eines dem an
triebsseitigen Moment entgegenwirkenden Teilmomentes vorgesehen ist.
Anspruch 3 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des Getriebes, da durch das
wenigstens eine Planetenrad auf besonders einfache Weise eine Umlenkung der
Wirkrichtung eines mit diesem in Eingriff stehenden weiteren Teils des Planeten
getriebes, wie beispielsweise eines Hohlrades, gegenüber dem antriebsseitigen
Teil, wie einem Sonnenrad, erzielbar ist. So kann beispielsweise das Hohlrad,
wenn dieses über einen Federsatz sowie über eine Reibvorrichtung mit einem als
abtriebsseitiges Übertragungselement wirksamen Planetenträger verbunden ist, in
entgegengesetzter Richtung wie das antriebsseitige Sonnenrad angetrieben wer
den.
Um den Vorteil des Planetengetriebes voll ausnutzen zu können, ist die Federein
richtung gemäß Anspruch 4 zwischen der Zwischenmasse und einem der Über
tragungselemente, vorzugsweise dem abtriebsseitigen anzuordnen, da auf diese
Weise die Zwischenmasse mit durch das Planetengetriebe vorgebbarer Überset
zung gegenüber dem antriebsseitigen Übertragungselement antreibbar ist. Die
Übersetzung ist gemäß Anspruch 5 vorteilhafterweise derart zu wählen, daß die
Zwischenmasse für eine Auslenkung aus ihrer Ruhelage ein möglichst großes
Moment erforderlich macht, wodurch der Eindruck großer Trägheit entsteht. Die
Zwischenmasse wirkt demnach infolge der getriebeseitigen Übersetzung wie eine
ansonsten wesentliche größere Masse und vermindert dadurch die Belastung der
Motorfront. Vorzugsweise wird die Übersetzung betragsmäßig größer 1 gewählt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einem auf ein antriebsseitiges
Übertragungselement rückgekoppelten Planetengetriebe im Schnitt.
In Fig. 1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer dargestellt, der an seiner linken
Seite eine Schwungmasse 1 aufweist, die zur Einleitung einer Antriebsbewegung
dient und im Umfangsbereich mit einem Zahnkranz 2 für ein nicht gezeigtes Star
territzel wirksam ist. Die Schwungmasse 1 ist als antriebsseitiges Übertragungse
lement 3 wirksam.
Die Schwungmasse 1 ist an einer Nabe 4, die auf einer nicht dargestellten Kur
belwelle einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, durch Nieten 5 gemeinsam mit
einem ebenfalls auf der Nabe 4 angeordneten Sonnenrad 7 eines Planetengetrie
bes 102 und einem Flansch 8 befestigt. Das Planetengetriebe 102 weist zwei
beiderseits des Sonnenrades 7 angeordnete Planetenträger 9 auf, von denen der
in Fig. 2 linke bis an den Flansch 8 nach radial innen reicht, während der rechte
Planetenträger mit seinem radial inneren Ende an einem ein Lager 60 gegen
Wärmeeinleitung schützenden Hitzeschild 61 jeweils L-förmigen Querschnittes
zur Anlage kommt, dessen nach radial innen bis zum inneren Lagerring greifender
Arm 62 eine Dichtfunktion gegenüber einer nachfolgend ausführlicher beschrie
benen, mit Fett zumindest teilweise befüllten Kammer 44 ausübt.
Die beiden Planetenträger 9 sind mit einer Mehrzahl von auf gleichen Durchmes
sern angeordneten Lagerungen, beispielsweise Nadellagern 1 8, auf denen jeweils
ein zwischen den beiden Planetenträgern 9 angeordnetes Planetenrad 20 gelagert
ist, versehen und in axialer Richtung durch Hülsen 103 in festem Abstand zuein
ander gehalten und werden durch in den Hülsen 103 angeordnete Nieten 21 fest
gegen die beiden Enden der jeweiligen Hülse 103 gezogen. Die Nieten 21 verbin
den weiterhin eine Scheibe 22 drehfest mit dem von der Primärschwungmasse 1
abgewandten Planetenträger 9, wobei eine an der Scheibe 22 angeformte Schul
ter 23 an der vom Planetenträger 9 abgewandten Seite am Hitzeschild 61 zur
Anlage kommt.
Die Planetenräder 20 sind einerseits mit dem Sonnenrad 7 in Eingriff und käm
men andererseits mit einem ebenfalls zwischen den beiden Planetenträgern 9 an
geordneten, als Zwischenmasse 50 wirksamen Hohlrad 24. Dieses weist radial
außerhalb seines Zahneingriffs mit den Planetenrädern 20 mit vorbestimmten
Winkelabständen zueinander ausgebildete, nicht gezeigte Ausnehmungen auf, in
denen jeweils eine Federeinrichtung 28 eingesetzt ist, die eine Mehrzahl von Fe
dern 30 aufweist, die untereinander in durch die DE 41 28 868 A1 bekannter
Weise durch Gleitschuhe 33 miteinander verbunden sind. Die Federeinrichtung 28
stützt sich einerends am Hohlrad 24, anderenends an den Planetenträgern 9 ab,
und zwar jeweils über nicht gezeigte Ansteuermittel.
Die Federeinrichtung 28 befindet sich in axialer Richtung zwischen den beiden
Planetenträgern 9, die im radiel äußeren Bereich untereinander sowie mit einem
Schwungrad 38 einer zweiten Schwungmasse 45 fest verbunden sind. Die Plane
tenträger 9 begrenzen die bereits genannte Kammer 44, die Teil der Schwung
masse 45 ist, die Zahnräder 7, 20 und 24 sowie die Federeinrichtung 28 auf
nimmt und mit pastenförmigem Medium zumindest teilweise gefüllt ist. Durch die
Planetenträger 9 wird eine Sicherung der Zahnräder 20 und 24 in axialer Rich
tung bewirkt. Die weitere Schwungmasse 45 dient als abtriebsseitiges Übertra
gungselement 46, das in nicht gezeigter Weise zur Aufnahme einer reib- oder
formschlüssigen Kupplung vorgesehen ist.
Das Planetengetriebe 102 ist als auf das antriebsseitige Übertragungselement 3
rückgekoppeltes Getriebe 100 wirksam, bei welchen die Planetenräder 20 als
Getriebeteil 101 wirksam sind, durch den die Drehrichtung des Hohlrades 24
gegenüber derjenigen des Sonnenrades 7 umkehrbar ist.
Der Torsionsschwingungsdämpfer arbeitet wie folgt:
Bei Einleitung eines Drehmomentes, dem bei Verwendung eines Verbrennungs motors als Antrieb Torsionsschwingungen überlagert sind, auf die antriebsseitige Schwungmasse 1 wird die hierdurch ausgelöste Bewegung auf das Sonnenrad 7 geleitet, das aufgrund seiner Verzahnung mit den Planetenrädern 20 dieselben antreibt. Während das Drehmoment über die Planetenräder 20 auf den Planeten träger 9 und damit auf das ausgangsseitige Übertragungselement 46 ohne eine Änderung der Drehrichtung weitergeleitet wird, sorgt der Torsionsschwingungs dämpfer für eine betragsmäßige Reduzierung der mit dem Drehmoment einge brachten Torsionsschwingungen. Hierbei wird, da der Planetenträger 9 aufgrund seiner Trägheit zunächst noch drehfest wirkt, die Bewegung des Sonnenrades 7 in eine Drehung der Planetenräder 20 um das jeweilige Nadellager 18 sowie in eine Bewegung der Nadellager 18 selbst und damit des Hohlrades 24 um die Drehachse 54 umgesetzt. Dadurch wird das der Torsionsschwingung zugeordne te Moment verzweigt, und zwar in ein erstes Teilmoment, das über die Planeten räder 20 auf die Planetenträger 9 gelangt und in ein zweites Teilmoment, das auf das als Zwischenmasse 50 wirksame Hohlrad 24 übertragen wird. Ist das der am Sonnenrad 7 eingeleiteten Torsionsschwingung zugeordnete Moment beispiels weise gemäß Fig. 1 im Uhrzeigersinn orientiert, dann bewirkt über die Drehung der Planetenräder 20 ein im Gegenuhrzeigersinn wirksames erstes Teilmoment eine Auslenkung des Hohlrades 24 aus seiner Ruhestellung im Gegenuhrzeiger sinn, während die Planetenträger 9 durch ein im Uhrzeigersinn wirksames zweites Teilmoment angetrieben werden. Beide Teilmomente bewirken Reaktionsmomen te, bestehend aus Feder-, Trägheits- und Reibmoment mit allerdings unterschied licher Richtung, welche sich in ihrer Wirkung teilweise kompensieren. Hierdurch kommt es zu einer relativ geringen Verformung der Federn 30 der Federeinrich tung 28 und damit zu kleinen Relativdrehungen zwischen der Zwischenmasse 50 und der abtriebsseitigen Schwungmasse 45 und damit auch zwischen der an triebs- und der abtriebsseitigen Schwungmasse. Damit wird das Massenträg heitsmoment für den Antrieb gegenüber einem Torsionsschwingungsdämpfer, bei dem die einzelnen Massen weniger steif miteinander verbunden sind, scheinbar erhöht, wodurch Gleichlaufschwankungen des Antriebs wirksam glättbar sind.
Bei Einleitung eines Drehmomentes, dem bei Verwendung eines Verbrennungs motors als Antrieb Torsionsschwingungen überlagert sind, auf die antriebsseitige Schwungmasse 1 wird die hierdurch ausgelöste Bewegung auf das Sonnenrad 7 geleitet, das aufgrund seiner Verzahnung mit den Planetenrädern 20 dieselben antreibt. Während das Drehmoment über die Planetenräder 20 auf den Planeten träger 9 und damit auf das ausgangsseitige Übertragungselement 46 ohne eine Änderung der Drehrichtung weitergeleitet wird, sorgt der Torsionsschwingungs dämpfer für eine betragsmäßige Reduzierung der mit dem Drehmoment einge brachten Torsionsschwingungen. Hierbei wird, da der Planetenträger 9 aufgrund seiner Trägheit zunächst noch drehfest wirkt, die Bewegung des Sonnenrades 7 in eine Drehung der Planetenräder 20 um das jeweilige Nadellager 18 sowie in eine Bewegung der Nadellager 18 selbst und damit des Hohlrades 24 um die Drehachse 54 umgesetzt. Dadurch wird das der Torsionsschwingung zugeordne te Moment verzweigt, und zwar in ein erstes Teilmoment, das über die Planeten räder 20 auf die Planetenträger 9 gelangt und in ein zweites Teilmoment, das auf das als Zwischenmasse 50 wirksame Hohlrad 24 übertragen wird. Ist das der am Sonnenrad 7 eingeleiteten Torsionsschwingung zugeordnete Moment beispiels weise gemäß Fig. 1 im Uhrzeigersinn orientiert, dann bewirkt über die Drehung der Planetenräder 20 ein im Gegenuhrzeigersinn wirksames erstes Teilmoment eine Auslenkung des Hohlrades 24 aus seiner Ruhestellung im Gegenuhrzeiger sinn, während die Planetenträger 9 durch ein im Uhrzeigersinn wirksames zweites Teilmoment angetrieben werden. Beide Teilmomente bewirken Reaktionsmomen te, bestehend aus Feder-, Trägheits- und Reibmoment mit allerdings unterschied licher Richtung, welche sich in ihrer Wirkung teilweise kompensieren. Hierdurch kommt es zu einer relativ geringen Verformung der Federn 30 der Federeinrich tung 28 und damit zu kleinen Relativdrehungen zwischen der Zwischenmasse 50 und der abtriebsseitigen Schwungmasse 45 und damit auch zwischen der an triebs- und der abtriebsseitigen Schwungmasse. Damit wird das Massenträg heitsmoment für den Antrieb gegenüber einem Torsionsschwingungsdämpfer, bei dem die einzelnen Massen weniger steif miteinander verbunden sind, scheinbar erhöht, wodurch Gleichlaufschwankungen des Antriebs wirksam glättbar sind.
Das Planetengetriebe 102 ist so ausgebildet, daß ein Teil eines mit einer Torsi
onsschwingung verknüpften Momentes auf das Hohlrad 24 und ein anderer Teil
auf die Planetenträger 9, die mit den abtriebsseitigen Übertragungselement 46
verbunden sind, geleitet wird, was vorzugsweise dadurch erzielbar ist, daß die
Übersetzung des Planetengetriebes betragsmäßig größer als 1 gewählt wird. Die
Rückwirkung des Hohlrades 24 auf das Sonnenrad 7 und damit auf das an
triebsseitige Übertragungselement 3 ist dadurch hoch.
Um das zuvor genannte vorteilhafte Übersetzungsverhältnis größer 1 zu errei
chen, darf die Federeinrichtung 28 nicht direkt zwischen die beiden Übertragung
selemente 3, 46 geschaltet sein, da ansonsten das als Zwischenmasse 50 wirk
same Hohlrad ohne Übersetzung angetrieben würde und demnach ein Teil des
durch die Rückkopplung des Getriebes 100 auf das antriebsseitige Übertragung
selement 3 gewonnenen Vorteils verschenkt würde. Vorzugsweise ist die Feder
einrichtung 28 dagegen zwischen die Zwischenmasse 50 und das abtriebsseitige
Übertragungselement 46 zu schalten, so daß das einer Torsionsschwingung zu
geordnete Moment nach Übertragung durch die Planetenräder 20 zuerst eine
Übersetzung erfährt, bevor es auf die Zwischenmasse 50 einerseits und auf das
abtriebsseitige Übertragungselement 46 andererseits übertragen wird.
Dieses Moment bewirkt eine Bewegung der Planetenträger 9 relativ zu dem Hohl
rad 24, wobei die sich an den nicht gezeigten Ansteuermitteln von Hohlrad 24
und Planetenträgern 9 abstützende Federeinrichtung 28 eine Verformung der Fe
dern 30 und, dadurch bedingt, eine Bewegung der Gleitschuhe 33 entlang ihrer
Führungsbahn hervorruft. Der Betrag des Verformungsweges der Federeinrich
tung 28 ist verständlicherweise von der Übersetzung des Planetengetriebes 102
und damit vom Verhältnis der Zähnezahlen von Sonnenrad 7 und Hohlrad 24 ab
hängig.
Da die Kammer 44 in der abtriebsseitigen Schwungmasse 45 mit pastenförmi
gem Medium gefüllt ist, wird bei der besagten Abrollbewegung der Planetenrä
der 20 zwischen Sonnenrad 7 und Hohlrad 24 sowie bei der Verformung der Fe
dereinrichtung 28 das pastenförmige Medium verdrängt, wobei dieses im Bereich
der Verzahnung beim Ineingrifftreten zweier Zähne in axialer Richtung nach au
ßen gepreßt wird, wo es auf die Innenseiten der Planetenträger 9 trifft und, be
dingt durch die Drehbewegung des Torsionsschwingungsdämpfers, nach radial
außen weggeführt wird. Bei Verformung der Federn 30 und der dadurch beding
ten Annäherung der Gleitschuhe 33 aneinander wird das pastenförmige Medium
ebenfalls in Richtung zu den Innenseiten der Planetenträger 9 herausgedrückt. Bei
zunehmender Auslenkgeschwindigkeit der Planetenträger 9 erhöht sich auch die
Verdrängungsgeschwindigkeit des pastenförmigen Mediums sowohl zwischen
den Verzahnungen als auch im Bereich der Federeinrichtung 28, wodurch aller
dings auch der Widerstand, den das Medium dieser Verdrängung entgegensetzt,
ansteigt. Hierdurch ist die durch das Medium hervorgerufene Dämpfung von der
jeweiligen Winkelgeschwindigkeit, mit der die Planetenträger 9 relativ zu dem
Hohlrad 24 bewegt werden, abhängig.
Claims (5)
1. Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere für Kupplungen von Kraftfahr
zeugen mit einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen Übertragungse
lement, von denen wenigstens eines Ansteuermittel für eine Federeinrichtung
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Übertragungsele
ment (3, 46) über die Federeinrichtung (28) mit wenigstens einem Ele
ment (7, 9, 24) eines ein einer Torsionsschwingung zugeordnetes, eingeleite
tes Moment in Teilmomente verzweigenden Getriebes (100) verbunden ist,
das zwischen dem antriebs- und dem abtriebsseitigen Übertragungsele
ment (3, 46) wirksam ist, wobei bei Einleitung dieses Momentes ein demsel
ben entsprechendes, aus der Summe der Teilmomente gebildetes Differenz
moment eine Verformung der Federeinrichtung (28) bewirkt, deren Federkon
stante auf ein Verformungsmoment ausgelegt ist, das dem um die Überset
zung vergrößerten antriebsseitigen Moment entspricht.
2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, bei dem jedem Übertragung
selement jeweils eine Schwungmasse zugeordnet ist, dadurch gekennzeich
net, daß das Element (Hohlrad 24) des Getriebes (100) als Zwischenma
sse (50) wirksam ist, deren Auslenkrichtung aus einer vorbestimmten Ruhe
lage bei Einleitung eines einer Torsionsschwingung zugeordneten Momentes
durch zumindest einen Getriebeteil (101) gegenüber der Wirkrichtung des
eingeleiteten Momentes umkehrbar ist.
3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich
net, daß das Getriebe (100) als Planetengetriebe (102) ausgebildet ist, bei
dem wenigstens ein Planetenrad (20) als Getriebeteil (101) vorgesehen ist,
durch welchen das als Zwischenmasse (50) wirksame Hohlrad (24) in einer
Richtung um die Drehachse des Planetengetriebes (102) antreibbar ist, die
der Drehrichtung des antriebsseitigen Übertragungselementes (3) entgegen
gesetzt ist.
4. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein jeweils nicht als Zwischenmasse (50) wirksames Ele
ment (7, 9, 24) des Getriebes (100) mit dem antriebs- oder abtriebsseitigen
Übertragungselement (3, 46) ohne Relativbewegung ist, während das jeweils
als Zwischenmasse (50) vorgesehene Element (7, 9, 24) über die Federeinrich
tung (28) zu einer Relativbewegung gegenüber den Übertragungselemen
ten (3, 46) befähigt ist.
5. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Zwischenmasse (50) gegenüber dem antriebsseitigen Übertra
gungselement (3) mit einer Übersetzung antreibbar ist, durch welche das zum
Auslenken der Zwischenmasse (50) aus ihrer Ruhelage benötigte Moment
gegenüber einem Zustand ohne Übersetzung vergrößert ist.
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