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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).
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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.
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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.
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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.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehschwingungsdämpfer anzugeben, der
bei geringem Bauvolumen und hoher Dämpfungswirkung auf hohe Eigenfrequenzen
abgestimmt werden kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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. In Einzelnen zeigen:
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1 einen
axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer besonders bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Gehäuses ohne Deckelteil,
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3 einen
axialen Querschnitt durch eine Schwungmasse (Sekundärmasse)
eines Drehschwingungsdämpfers,
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4 einen
vergrößerten Ausschnitt
des mit IV bezeichneten Bereichs der Darstellung von 3,
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5 einen
radialen Querschnitt durch einen Abstandshalter,
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6 einen
radialen Querschnitt durch die in 3 dargestellte
Schwungmasse und
-
7 eine
schematische Darstellung eine Anordnung mit zwei nebeneinander angeordneten Schwungmassen.
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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.
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Die
gesamte in 1 dargestellte Anordnung, d.
h. der Drehschwingungsdämpfer,
und ihre Einzelteile sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu
der Drehachse 6 des Dämpfers.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.