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Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehschwingungsdämpfer, umfassend ein Außengehäuse, ein zu dem Außengehäuse konzentrisches Innenteil, eine Vielzahl von zwischen dem Außengehäuse und dem Innenteil ausgebildeten Kammern, die mit einem Dämpfungsmedium gefüllt und untereinander durch Überströmkanäle verbunden sind, und eine Vielzahl von Blattfedern, die in den Kammern angeordnet sind und das Außengehäuse und das Innenteil drehelastisch miteinander verbinden.
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Die Drehmomentübertragung zwischen dem Innenteil und dem Außengehäuse erfolgt elastisch über die Blattfedern. Bei einer Relativverdrehung zwischen dem Innenteil und dem Außengehäuse wird durch die Verdrängung des Dämpfungsmediums zwischen dem Außengehäuse und dem Innenteil ein Dämpfungseffekt bewirkt.
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Derartige Drehschwingungsdämpfer werden vor allem in großen Zwei- und Viertakt-Dieselmotoren sowie Gasmotoren eingesetzt, um Torsionsschwingungen im Antriebsstrang zu bekämpfen. Der Drehschwingungsdämpfer, der Außendurchmesser bis zu drei Meter erreichen kann, wird beispielsweise an die Kurbelwelle des Motors angeflanscht. Drehschwingungsdämpfer der eingangs genannten Art können jedoch auch an anderen drehenden Bauteilen wie beispielsweise Nockenwellen, Zwischen- und Antriebswellen sowie Getrieben zum Einsatz kommen. Entsprechende Drehschwingungsdämpfer sind beispielsweise aus der
DE 24 44 787 A1 und der
EP 0 955 484 B1 bekannt.
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In der Praxis gestaltet sich die Herstellung der Blattfedern schwierig, da deren Biegeverhalten auf den Einsatzzweck des jeweiligen Dämpfers abgestimmt werden muss. Dies erfordert in der Regel eine mechanische Bearbeitung, um beispielsweise eine keilförmige Verjüngung der Blattfedern in Richtung des Innenteils zu erzeugen, wie dies in der
EP 0 955 484 B1 beschrieben wird. Materialbedingt führt eine solche Bearbeitung zu einem Verzug des Bauteils, der nach dem Entfernen aus seiner Aufspannung als Durchbiegung zutage tritt. Diese Durchbiegung ist schwer prognostizierbar und muss mit hohem Aufwand beseitigt werden, da die Verwendung verzogener Blattfedern die Kennlinie des Dämpfers insbesondere um die Ausgangslage bei unbelastetem Dämpfer beeinträchtigen würde.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Herstellungsaufwand eines Drehschwingungsdämpfers der eingangs genannten Art unter Beibehaltung kompakter Außenabmessungen zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfer umfasst ein Außengehäuse, ein zu dem Außengehäuse konzentrisches Innenteil, eine Vielzahl von zwischen dem Außengehäuse und dem Innenteil ausgebildeten Kammern, die mit einem Dämpfungsmedium gefüllt und untereinander durch Überströmkanäle verbunden sind, und eine Vielzahl von durch Materialabtrag bearbeitete Blattfedern, die in den Kammern angeordnet sind und das Außengehäuse und das Innenteil drehelastisch miteinander verbinden. Er zeichnet sich dadurch aus, dass die Blattfedern unterschiedliche, durch den Materialabtrag bedingte Durchbiegungen aufweisen und jeweils zwei Blattfedern mit im Wesentlichen gleicher Durchbiegung in einer Kammer angeordnet sind.
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Die Erfindung ermöglicht auf überraschend einfache Art und Weise die Verwendung von Blattfedern, welche bearbeitungsbedingte Durchbiegungen aufweisen. Das bisher erforderliche aufwändige Geraderichten der Blattfedern kann damit entfallen. Zudem lassen sich noch Blattfedern verwenden, die bei herkömmlicher Bauweise Ausschuss wären. Hierdurch ergibt sich eine erhebliche Fertigungserleichterung ohne jegliche Beeinträchtigung der Funktion des Dämpfers.
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In vorteilhafter Ausgestaltung erzeugen Blattfedern mit gleichartigen Durchbiegungen durch einen spiegelbildlichen Einbau in ersten Kammern eine höhere Vorspannung während durch entgegengesetzten spiegelbildlichen Einbau von Blattfedern in benachbarten zweiten Kammern eine geringere Vorspannung der Blattfedern erzeugt wird. Über den gesamten Dämpfer hinweg gesehen gleichen sich somit die unterschiedlichen Vorspannungen der Blattfedern auf ein Maß aus, als wenn lediglich Blattfedern ohne Verzug eingebaut worden wären. Hierdurch ergibt sich ein sehr homogener Verlauf der Dämpferelastizität in Abhängigkeit der Relativverdrehung zwischen dem Innenteil und dem Außengehäuse.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind jeweils zwei Blattfedern mit im Wesentlichen gleicher Durchbiegung in einer an dem Innenteil ausgebildeten Nut in Umfangsrichtung des Innenteils abgestützt.
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Vorzugsweise sind dabei die Blattfedern bis zu ihrer Anlagekante am Außengehäuse voneinander beabstandet, so dass diese untereinander reibungsfrei einfedern können.
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Die Blattfedern können zunächst recht einfach in herkömmlicher Art und Weise durch Materialabtrag bearbeitet werden. Durch eine anschließende Vermessung der Durchbiegung werden geeignete Blattfederanordnungen mit gleich großer und gleichgerichteter Durchbiegung gebildet. Anschließend werden die selektierten Anordnungen zu einem Dämpfer zusammengebaut.
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Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Dieser umfasst ein Außengehäuse, ein zu dem Außengehäuse konzentrisches Innenteil, eine Vielzahl von zwischen dem Außengehäuse und dem Innenteil ausgebildeten Kammern, die mit einem Dämpfungsmedium gefüllt und untereinander durch Überströmkanäle verbunden sind, und eine Vielzahl von Blattfedern, die in den Kammern angeordnet sind und das Außengehäuse und das Innenteil drehelastisch miteinander verbinden, und zeichnet sich dadurch am, dass die Blattfedern bearbeitungsbedingte Durchbiegungen aufweisen und jeweils zwei Blattfedern mit im wesentlichen gleicher Durchbiegung parallel in einer Kammer angeordnet sind.
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Auch hier kommen, wie bei der oben vorgeschlagenen Lösung, Blattfedern mit bearbeitungsbedingten Durchbiegungen zum Einsatz. Durch die parallele Anordnung von Blattfedern mit im Wesentlichen gleicher Durchbiegung wird eine unkontrollierte Vorspannung in den Blattfedernpaaren vermieden und damit ein kontinuierlicher Verlauf der Dämpferelastizität um eine Ausgangsstellung bei unbelastetem Dämpfer gewährleistet. Zwar ergibt sich hierdurch ein den Durchbiegungen entsprechender Drehwinkelversatz zwischen der Festlegung der Blattfedern am Außengehäuse und dem Innenteil. Dies beeinträchtigt jedoch in keiner Weise den Kennlinienverlauf des Dämpfers.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind jeweils zwei Blattfedern mit im Wesentlichen gleicher Durchbiegung in einer an dem Innenteil ausgebildeten Nut in Umfangsrichtung des Innenteils abgestützt. Dies gestattet eine schwellende Belastung der Federn und damit eine höhere Materialausnutzung im Vergleich zu einer Wechselbelastung. Falls der geforderte Auslenkungsweg der einzelnen Blattfedern sehr hoch sein sollte, können eine oder mehrere Distanzbeilagen zwischen den Federn eines Blattfederpaares den Weg der Spitzen der Blattfedern erhöhen.
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Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Die Blattfedern sind hierbei individuell derart modifiziert, dass die Breite der Blattfedern am außengehäuseseitigen Ende, die Breite der Blattfedern an innenteilseitigen Ende und/oder der Abstand der innengehäuseseitigen Enden eines Blattfederpaares derart angepasst ist, dass sich sowohl von der spannungsmäßigen Ausnutzung der Federn ein Optimum (Parameter u und t) als auch ein Optimum im Auslenkungsweg s der Blattfederspitzen ergibt. Hierdurch wird eine raumoptimierte Bauweise erreicht, bei der ein Maximum an Massenträgheitsmoment des Außengehäuses pro Volumenverbrauch erreicht werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Patentansprüchen angegeben.
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Es ist beispielsweise denkbar, durch eine individuelle Modifizierung der Abstützung am Außengehäuse und/oder am Innenteil zu gewährleisten, dass bei unbelastetem Dämpfer alle Blattfedern des Dämpfers in gleicher Weise belastet sind, d. h. die gleiche Vorspannung aufweisen oder aber zumindest gerade an einer Nutflanke spielfrei anliegen.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Längsschnittansicht eines Drehschwingungsdämpfers nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 eine Schnittansicht des Drehschwingungsdämpfers nach 1, und in
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3 eine Schnittansicht eines Drehschwingungsdämpfers zur Veranschaulichung von drei weiteren Ausführungsbeispielen.
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Die 1 und 2 zeigen einen Drehschwingungsdämpfer 10, der an ein drehendes Bauteil wie beispielsweise eine Kurbelwelle ankoppelbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 10 umfasst ein sich um die Längsachse A erstreckendes Außengehäuse 11 sowie ein zu dem Außengehäuse 11 konzentrisches Innenteil 12. Das Außengehäuse 11 und das Innenteil 12 begrenzen eine Vielzahl von separaten Kammern 13, die mit einem Dämpfungsmedium, beispielsweise druckbeaufschlagtem Öl befüllt sind Die Kammern 13 sind in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet und durch Überströmkanäle 14 untereinander verbunden. Die Überströmkanäle 14 werden durch Spalte zwischen Innenumfangsabschnitten des Außengehäuses 11 und Außenumfangsabschnitten des Innenteils 12 gebildet. In den Kammern 13 befinden sich drehmomentübertragende Blattfederanordnungen 15, die jeweils das Außengehäuse 11 und das Innenteil 12 drehelastisch miteinander verbinden, so dass das Außengehäuse 11 in einem gewissen Winkelbereich relativ zu dem Innenteil 12 verdrehbar ist. Bei einer solchen Relativverdrehung kommt es zu einer Verformung der Blattfederanordnungen 15 und einem Verdrängen von Dämpfungsmedium durch die Überströmkanäle 14, woraus ein Dämpfungseffekt resultiert.
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Die Blattfederanordnungen 15 sind in 2 näher dargestellt. Jede Blattfederanordnung 15 umfasst zwei Blattfedern 16 und 17, die mit einem Endabschnitt am Außengehäuse 11 festgelegt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Blattfedern 16 und 17 zwischen die Kammern 13 trennenden Zwischenstücken 18 gehalten und mittels eines Spannrings 19 fixiert. Die Blattfedern 16 und 17 erstrecken sich jeweils mit einem freien Ende in eine am Außenumfang des Innenteils 12 ausgebildete Nut 20, welche in Umfangsrichtung zwei einander gegenüberliegende Flanken ausbildet. In der in 2 dargestellten Mittelstellung bei unbelastetem Dämpfer stützen sich die Blattfedern 16 und 17 jeweils an einer der Flanken der Nut 20 mit einer definierten Vorspannkraft ab. In jedem Fall liegen die Blattfedern 16 und 17 in der Mittelstellung zumindest spielfrei an einer der Nutflanken an. Zwischen den freien Enden der Blattfedern 16 und 17 befindet sich ein Freiraum 21, so dass die Blattfedern 16 und 17 berührungsfrei einfedern können.
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Die Blattfedern 16 und 17 weisen jeweils eine bearbeitungsbedingte Durchbiegung auf, die im Vergleich zu verzugsfreien bzw. durchbiegungsfreien Blattfedern zu einer erhöhten oder erniedrigten Vorspannung des Federpaares 16, 17 in der Nut 20 führen. Erfindungsgemäß sind jeweils zwei Blattfedern 16 und 17 mit im Wesentlichen gleichsinniger Durchbiegung spiegelbildlich in einer Kammer 13 angeordnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist jede der Blattfedern 16 und 17 eines Blattfederpaares eine spanend bearbeitete Keilfläche 22 bzw. 23 auf, so dass sich die Blattfedern 16 und 17 von ihrer jeweiligen Anlagekante 24 sowie den korrespondierenden Anlagekanten 25 und 26 an dem Außengehäuse 11 bzw. den Zwischenstücken 18 in Richtung des Innenteils 12 verjüngen. Die Keilflächen 22 und 23 zeigen dabei zueinander. Es ist auch möglich, die Blattfedern 16 und 17 als Doppelkeile auszuführen.
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Die Blattfedern 16 und 17 erster Blattfederpaare weisen in Richtung des Innenteils 12 voneinander weggerichtete Durchbiegungen auf. 2 zeigt weiterhin zweite Blattfederpaare mit Blattfedern 16' und 17', die in Richtung ihres innenteilseitigen Endes zueinander gerichtete Durchbiegungen aufweisen und abwechselnd zu den ersten Blattfederpaaren 16, 17 angeordnet sind, so dass in einem Dämpfer 10 gleich viele erste und zweite Blattfederpaare 16, 17 und 16', 17' angeordnet sind. Bei den zweiten Blattfederpaaren 16', 17' befinden sich die Keilflächen 22' und 23' dann an voneinander wegweisenden Seiten. Um zu vermeiden, dass sich die freien Enden der Blattfedern 16' und 17' aufgrund der Durchbiegung berühren und im Betrieb aneinander reiben, sind die außengehäuseseitigen Enden der Blattfedern 16' und 17' durch ein oder mehrere Einlegestücke 27 voneinander beabstandet. Entsprechende Einlegestücke 27 können prinzipiell auch zwischen den Blattfedern 16 und 17 der ersten Blattfederpaare vorgesehen sein.
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Die Blattfedern 16 und 17 bzw. 16' und 17' erzeugen in Bezug auf ihre fertigungsbedingten Durchbiegungen höhere oder niedrigere Vorspannungen in den Nuten 20 und 20'. Blattfedern mit gleichartigen Durchbiegungen erzeugen durch einen spiegelbildlichen Einbau in einer Kammer zum Beispiel höhere Vorspannungen der Blattfedern 16 und 17 und durch entgegengesetzten spiegelbildlichen Einbau in der benachbarten Kammer eine geringere Vorspannung der Blattfedern 16', 17'. Über den gesamten Dämpfer gleichen sich die unterschiedlichen Vorspannungen der Blattfedern wieder auf dasselbe Maß aus, als wenn alle Blattfedern ohne Verzug eingebaut gewesen wären. Hierdurch ergibt sich ein sehr homogener Verlauf der Dämpferelastizitäten in Abhängigkeit der Relativverdrehung zwischen dem Innenteil 12 und dem Außengehäuse 11. Ein Geraderichten der Blattfedern 16 und 17 bzw. 16' und 17' ist nicht erforderlich.
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3 veranschaulicht drei weitere Ausführungsbeispiele eines Drehschwingungsdämpfers, dessen Aufbau in Bezug auf das Außengehäuse 111, das Innenteil 112, die Kammern 113 und die Überströmkanäle 114 sowie die Funktionen der Blattfederanordnungen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. Auch hier kommen Blattfedern 116 und 117 bzw. 216 und 217 zum Einsatz, welche bearbeitungsbedingte Durchbiegungen aufweisen. Allerdings sind bei diesen weiteren Ausführungsbeispielen jeweils zwei Blattfedern 116 und 117 bzw. 216 und 217 mit im Wesentlichen gleicher Durchbiegung parallel in einer Kammer 113 angeordnet, wobei deren gleichgerichtete Durchbiegungstendenz zu keiner Erhöhung oder Erniedrigung der gewünschten Vorspannung der Federpaare in den Nuten 120 und 220 führt.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 3 – Mitte sind jeweils zwei Blattfedern 116 und 117 in einer an dem Innenteil 112 ausgebildeten Nut 120 in Umfangsrichtung des Innenteils 112 abgestützt. Die Blattfedern 116 und 117 sind am Außengehäuse 111 mittels eines Spannring 119 festgelegt und verjüngen sich keilförmig in Richtung des Innenteils 112. Dabei weisen die bearbeiteten Keilflächen 122 und 123 in die gleiche Richtung. Alle Nuten 120 am Innenteil 112 weisen die gleiche Nutbreite auf. Zudem sind die Aufnahmen am Außengehäuse 111 für alle Blattfederanordnungen gleichartig. Um zu gewährleisten, dass sämtliche Blattfedern 116 bzw. 117 in optimaler Weise belastet werden, sind die Blattfedern 116 und 117 in Bezug auf die in 3 – Mitte dargestellten Abmessungen, nämlich die Breite u der Blattfedern an ihren außengehäuseseitigen Enden und die Breite t der Blattfedern an ihren innenteilseitigen Enden optimiert und dementsprechend bearbeitet. Die Einspannflächen der einzelnen Blattfedern 116 und 117 am Außengehäuse 111 mit der Einspannlänge e liegen hierbei parallel zueinander, was einen niedrigen Fertigungsaufwand und Materialeinsatz der einzelnen Blattfedern 116 und 117 ergibt.
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In Abwandlung des in 3 – Mitte dargestellten Ausführungsbeispiels ist es ferner möglich, den Abstand der außengehäuseseitigen Enden der Blattfedern durch die Anordnung von Einlegestücken 127 zu beeinflussen (3 – rechts). Über die Einspannlänge e der Blattfedern 116 und 117 am Außengehäuse 111 kann zudem eine optimale Ausnutzung der Federn eingestellt werden. Vorzugsweise ist die Einspannlänge e für alle Blattfederanordnungen am Dämpfer gleich und die Breite der Einlegstücke 127 wird so gewählt, dass sich die Federn 116 und 117 bei ihrer Auslenkung in der Nut 120 nicht berühren. Hierdurch kommt es zu einer schwellenden Belastung der Federn und somit zu einer höheren elastischen Ausnutzung des Dämpfers.
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In einer weiteren Ausführungsform (3 – links) werden die Parameter u und t sowie der freie Abstand s zwischen den innenteilseitigen Blattfederspitzen so optimiert, dass sich einerseits eine spannungsmäßig bestmögliche Ausnutzung der Federn 216, 217 ergibt, als auch die Breite der Nut 220, s + 2 × t, so gering wie möglich eingestellt wird. Hierdurch wird eine raumoptimierte Bauweise erreicht, bei der ein Maximum an Blattfedern 216 und 217 in einem Dämpfer 10 untergebracht werden kann, sowie ein Maximum an Massenträgheitsmoment des Außengehäuses 111 pro Volumenverbrauch erreicht werden kann. Allerdings wird hierdurch die Fertigung der Komponenten aufwändiger, da in der Regel keine Parallelität in der Einspannung der Federn am Außenteil 111 mehr gegeben ist und somit auch ein erhöhter Federmaterialeinsatz die Folge ist.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
