DE102009013082B4

DE102009013082B4 - Schwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang

Info

Publication number: DE102009013082B4
Application number: DE102009013082.9A
Authority: DE
Inventors: Martin Lehmann
Original assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2009-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2029-03-14
Also published as: DE102009013082A1

Abstract

Schwingungsdämpfer (2) für eine Antriebswelle (1) eines Antriebsstrangs mit einem ersten Wellenteil (6) und einem zweiten Wellenteil (7) sowie einem zwischen den Wellenteilen (6, 7) angeordneten elastisch verformbaren Dämpfungsteil (10), das jeweils drehschlüssig von den beiden Wellenteilen (6, 7) beaufschlagt wird,wobei das erste Wellenteil (6) eine Hülse (8) mit nach radial innen gerichteten Drehmitnahmen (11) für das Dämpfungsteil (10) und das zweite Wellenteil (7) ein Innenteil (9) mit nach radial außen gerichteten Drehmitnahmen (13) für das Dämpfungsteil (10) aufweisen und das Dämpfungsteil (10) radial zwischen Hülse (8) und Innenteil (9) angeordnet ist und Negativprofile (15, 16) aufweist, in die die Drehmitnahmen (11, 13) eingreifen,wobei ein Wellenteil (6, 7) gegeneinander einem anderen Wellenteil (6, 7) aus einer Wellenachse verschwenkbar und/oder axial verlagerbar ist,wobei an zumindest einem der Wellenteile (6, 7) ein Gleichlaufgelenk (34) fest angeordnet ist, wobei zwischen dem Gleichlaufgelenk (34) und dem Dämpfungsteil (10) eine Dichtscheibe (35) angeordnet ist, undwobei die Dichtscheibe (35) aus einem Bodenteil der Hülse (8) gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für eine Welle eines Antriebsstrangs mit einem ersten Wellenteil und einem zweiten Wellenteil sowie einem zwischen den Wellenteilen angeordneten elastisch verformbaren Dämpfungsteil, das jeweils drehschlüssig von den beiden Wellenteilen beaufschlagt wird.
Derartige Schwingungsdämpfer sind als sogenannte Hardy-Scheiben bekannt. Die DE 9313417 U1 zeigt hierzu einen entsprechenden Aufbau. Hierbei werden zwei radial erweiterte, jeweils an einem Wellenteil oder einem anderen die Drehung der Welle übertragenden Teil angeordnete Flanschteile über den Umfang abwechselnd mit einer elastischen, beispielsweise aus einem Gummi-/Stahlgeflechtverbund bestehenden Scheibe verbunden. Die elastische Scheibe dient dabei als Drehmomentdämpfer zum Auffangen von Drehmomentschlägen sowie zum Ausgleich eines geringen Winkelversatzes zwischen den den Flanschteilen zugeordneten Bauteilen. Um das erforderliche Drehmoment über eine derartige Dämpfereinheit übertragen zu können, muss infolge der auf die elastische Scheibe wirkenden Umfangskräfte der Durchmesser der elastischen Scheibe entsprechend dimensioniert werden, so dass gegenüber dem Durchmesser der Welle ein mehrfacher Durchmesser der Dämpfereinheit vorgesehen werden muss und im entsprechenden Bauraum berücksichtigt werden muss. Durch die hohe Flächenpressung an den Übergangsstellen zwischen den Flanschteilen und der elastischen Scheibe kommt es durch die erforderliche Walkarbeit zu einer unerwünschten Wärmeentwicklung und zu hohen Anforderungen an die Stabilität der elastischen Scheibe.
Die US 2005/0192103 A1 offenbart zwei Wellenteile mit einem Dämpfungselement. Einen mehrteiligen Zahnkranz mit steckbaren Zähnen offenbart die DE 298 06 632 U1 . Die DE 196 09 591 C2 offenbart eine Anordnung mit einer Dichtungskappe, welche einen Dichtring hält.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, einen Schwingungsdämpfer vorzuschlagen, der mit einem geringeren Bauraum auskommt.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Schwingungsdämpfer mit den Merkmalen des ersten Anspruchs. Durch die Anordnung des elastischen Dämpfungsteiles radial zwischen den beiden Wellenteilen mit einer zur Übertragung des Drehmoments axialen Länge können radial um ein Mehrfaches gegenüber dem Wellendurchmesser erweiterte Flansche, zwischen denen das elastische Dämpfungsteil angeordnet ist, entfallen. Da in den meisten Anwendungen die axiale Erstreckung einer Welle sowieso gegeben ist und daher nicht bauraumrelevant ist, kann durch den vorgeschlagenen, den Wellendurchmesser nur unwesentlich erweiternden Schwingungsdämpfer radialer Bauraum gespart werden. Infolge der besseren Führung der beiden Wellenteile zueinander wird Walkarbeit vermieden, so dass sich weniger Wärme entwickelt und daher ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird.
Durch die sogenannte Tube-in-Tube-Anordnung der Wellenteile mit dem Dämpferteil wird ein hohes Maß an Gleichlauf und Wuchtgüte erzielt. Die Teile sind aufeinander selbstzentrierend so dass eine Zentrierung während der Montage der Wellenteile aufeinander entfallen kann.
Das Dämpfungsteil kann aus Kunststoff, einer Gummimischung, die mit Fasern oder dergleichen verstärkt sein kann oder aus anderen elastischen Stoffen gebildet sein. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Dämpfungsteil aus mehreren, vorzugsweise zwei Materialsorten beispielsweise in einem Sandwichverfahren herzustellen. Hierbei können in bevorzugter Weise zwei Kunststoffe oder Gummimischungen mit unterschiedlicher Elastizität zu einem Dämpfungsteil kombiniert werden. Hierbei kann das Material mit geringerer Elastizität und daher höherer Steifigkeit die Kontaktfläche zu den Wellenteilen, die bevorzugt aus Metall hergestellt sind, bilden, während das elastischere und weniger steife Material Dämpfungszonen bildet und mit dem härteren Material in Kontakt tritt. Auf diese Weise kann das Dämpfungsteil über den Umfang verteilte und sich bezüglich ihrer Elastizität über den Umfang abwechselnde Zylindersegmente enthalten, die im Wesentlichen entlang dem Verlauf der Drehmitnahmen ausgerichtet sind, so dass die mit den Drehmitnahmen in Wirkeingriff tretenden, die Negativprofile aufweisenden Zylindersegmente jeweils aus Material mit höherer Steifigkeit gebildet werden und die dazwischen angeordneten Zylindersegmente aus Material mit höherer Elastizität gebildet sind. Auf diese Weise erfolgt eine Selbstzentrierung in besonders vorteilhafter Weise, indem die Teile mit geringerer Elastizität die Selbstzentrierung an der Hülse und gegenüber dem Innenteil bewirken und die Teile mit höherer Elastizität auf ihre Dämpfungseigenschaften ausgelegt werden können und daher keine Zentrierfunktion ausüben müssen.
Die Drehmitnahmen des ersten und zweiten Wellenteils können radial gegenüber diesen in Richtung des Dämpfungsteils erweiterte Profile sein, die zumindest teilweise einen Axialanteil aufweisen und mit diesem das Dämpfungsteil in Drehrichtung der Welle mitnehmen. Die Drehmomentmitnahmen des ersten Wellenteils können dabei über den Umfang mit Drehmitnahmen des zweiten Wellenteils abwechseln, so dass das Dämpfungsteil nicht durch sich radial gegenüberliegende Drehmitnahmen geschwächt wird. Es hat sich aus Gründen einer einfachen Herstellung der Wellenteile durch Umformung von Rohrteilen als vorteilhaft erwiesen, die über den Umfang verteilten Längsrippen umformend aus dem Rohrmaterial herzustellen und die im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Wellenteile verlaufen. Diese Längsrippen bilden mit den vorzugsweise als Längsnuten ausgestalteten Negativprofilen des Dämpfungsteils einen Formschluss in Drehrichtung der Welle, so dass bei in die Welle eingetragenen Schwingungsanteilen und daraus resultierenden Relativverdrehungen der beiden Wellenteile gegeneinander insbesondere die elastischen Bereiche des Dämpfungsteils in Drehrichtung komprimiert werden. Diese nehmen Energie durch Verformung auf und geben diese in Form von Wärme und/oder bei Abbau der Relativverdrehung wieder ab, so dass ein Dämpfungseffekt in Umfangsrichtung wie Drehrichtung bewirkt wird. Die Art und Ausgestaltung der Drehmitnahmen kann weitgehend frei vorgesehen werden, so können die Längsrippen beispielsweise einen rechteckigen oder gerundeten Querschnitt aufweisen.
Dabei erfolgt durch die Verwendung unterschiedlich elastischer Materialien bevorzugt eine Flächenpressung der Drehmitnahmen gegenüber dem härteren Material einerseits und eine Flächenpressung des härteren Materials gegenüber dem elastischeren Material. Die Flächenanteile zwischen den Drehmitnahmen und den Negativprofilen wird dabei entsprechend kleiner ausgelegt als die Flächenanteile der unterschiedlichen Materialien des Dämpfungsteils, so dass durch die Auswahl und Anordnung der verschiedenen Materialien eine geringe Flächenpressung an dem elastischen Material erzielt wird, während durch die Verwendung eines steiferen Materials zur Drehmomentübertragung von den Wellenteilen in das Dämpfungsteil eine höhere Flächenpressung eingestellt und daher kleinere Kontaktflächen erzielt werden können.
Der Schwingungsdämpfer kann in der Welle nahezu beliebig angeordnet werden, beispielsweise zwischen zwei Wellenabschnitten oder an einem Ende dieser. Mehrere Schwingungsdämpfer können axial beabstandet zueinander auf einer Welle und/oder in mehreren Wellen des Antriebsstrangs angeordnet sein. Zur drehschlüssigen Verbindung des Schwingungsdämpfers mit Wellenabschnitten und/oder Wellenanschlüssen an eine andere Welle können jeweils an der freien Stirnseite der Wellenteile Anschlussprofile vorgesehen sein, beispielsweise Verzahnungen, Gewinde und dergleichen. Dabei können die einzelnen Wellenteile fest oder trennbar miteinander verbunden werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn der Schwingungsdämpfer einen Winkelausgleich und/oder eine axiale Verschiebeeinheit aufweist. Ein Winkelausgleich kann beispielsweise mittels eines Kreuzgelenks oder dergleichen erfolgen, wobei sich ein Wellenteil gegenüber einem beispielsweise in der Rotationsachse wie Wellenachse verbleibenden Wellenteil um einen Knickwinkel verschwenken lässt. Als besonders vorteilhaft hat sich die erfindungsgemäße Kombination des Schwingungsdämpfers mit einem Gleichlaufgelenk erwiesen, wobei dieses an dem ersten oder zweiten Wellenteil drehfest aufgenommen ist, indem es beispielsweise mittels einer entsprechenden Profilierung, beispielsweise an den bereits zur Beaufschlagung des Dämpfungsteils vorgesehenen Drehmitnahmen, drehfest an diesem aufgenommen und gegen einen Axialanschlag axial fixiert, beispielsweise verbördelt wird. Dabei kann vorteilhaft sein, wenn das vorzugsweise geschmierte Gleichlaufgelenk gegenüber dem Dämpfungsteil gekapselt ist. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Gleichlaufgelenk und dem Dämpfungsteil eine Dichtscheibe angeordnet. Die Dichtscheibe ist erfindungsgemäß aus einem Bodenteil der Hülse gebildet, sodass kein zusätzlicher Teilebedarf entsteht. Durch die Verwendung eines Gleichlaufgelenks im Schwingungsdämpfer können große Beugungswinkel vorgesehen werden, die auf Dauer ohne Schädigung des Dämpferteils eingehalten werden können. Weiterhin wird selbst bei größeren Beugewinkeln ein sehr guter Gleichlauf erzielt. In ähnlicher Weise können nicht nur Kugelfestgelenke, sondern auch Gleichlaufgelenke mit Verschiebegelenken und/oder Verschiebeeinheiten als Rollenausgleich vorgesehen werden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Schwingungsdämpfer zusätzlich eine Axialdämpfung aufweisen, indem das Dämpfungselement axial zwischen den beiden Wellenteilen fixiert oder verspannt ist. Hierbei können Vorkehrungen getroffen werden, dass das Dämpfungselement axial elastische Anteile aufweist. Diese können bereits in Sandwich-Bauweise vorgesehen werden, die an einer oder beiden Stirnseiten und/oder dazwischen vorgesehen sein können, indem das Dämpfungselement in zwei oder mehrere Abschnitte geteilt wird oder entsprechend elastische Bereiche in diesem vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich können an dem Dämpfungsteil stirnseitig oder dazwischen eine oder mehrere axial elastische Dämpfungsscheiben vorgesehen werden, die von entsprechenden stirnseitigen Anschlagflächen der Wellenteile bei Axialbelastungen beaufschlagt werden. Der axiale Dämpfungsweg kann dabei begrenzt sein, indem die Wellenteile aufeinander auflaufen, um die axial elastisch wirksamen Bereiche vor Beschädigung bei Extrembelastung zu schützen.
Die Erfindung betrifft auch eine Antriebswelle, die beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs als Längswelle und/oder Seitenantriebswelle eingesetzt werden kann, wobei diese jeweils drehschlüssige Endbereiche zur drehschlüssigen Verbindung mit weiteren Anschlussbauteilen des Antriebsstrangs wie beispielsweise Getriebeausgangswellen, Differenzialein- oder -ausgangswellen, Radnaben und dergleichen aufweist und zwischen diesen der zuvor beschriebene Schwingungsdämpfer angeordnet ist. Nach dem erfinderischen Gedanken kann dabei axial beabstandet zu dem Schwingungsdämpfer ein axialer Längenausgleich der Antriebswelle vorgesehen sein, der beispielsweise als Verschiebeeinheit mit einer auf einem Wellenabschnitt angeordneten Innenverzahnung, einem weiteren Wellenabschnitt mit einer Außenverzahnung und radial zwischen diesen angeordneten Wälzkörpern ausgebildet ist. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, die Verschiebeeinheit oder zumindest ein Bauelement dieser als Baueinheit mit dem Schwingungsdämpfer auszuführen, indem beispielsweise die Außenverzahnung oder in bevorzugter Weise die Innenverzahnung an einem Wellenteil des Schwingungsdämpfers vorgesehen wird, so dass die Anzahl der Wellenbauteile beispielsweise auf drei verringert werden kann und die Anzahl der Unterbrechungen der Welle zugunsten einer Stabilität dieser minimiert werden kann.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine teilgeschnittene Ansicht durch eine Antriebswelle mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer und
2 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer.

1 zeigt die Antriebswelle 1 mit dem Schwingungsdämpfer 2 und der linearen Verschiebeeinheit 3. Die Antriebswelle 1 weist jeweils an ihren Enden Verbindungsteile 4, 5 in Form von Innenverzahnungen auf, mittels derer ein drehschlüssiger Anschluss an weitere - nicht dargestellte - Anschlussbauteile wie beispielsweise Radnaben oder ein Differenzial einerseits und getriebeseitigen Teilen wie einer Getriebeausgangswelle andererseits ermöglicht wird.
Der Schwingungsdämpfer 2 ist mittels der ersten und zweiten Wellenteile 6, 7 in die Antriebswelle 1 integriert. Das erste Wellenteil 6 ist als Hülse 8 ausgebildet, in das axial das Innenteil 9 des zweiten Wellenteils 7 eingebracht ist. Radial zwischen der Hülse 8 und dem Innenteil 9 ist das Dämpfungsteil 10 angeordnet, das elastisch ausgebildet ist, beziehungsweise elastische Elemente enthält. Hülse 8 und Innenteil 9 weisen dabei Drehmitnahmen für das Dämpfungsteil 10 auf, so dass das über die Antriebswelle 1 zu übertragende Drehmoment übertragen wird und Spitzenmomente wie bei Antriebsrucken, Drehschwingungen und dergleichen gefiltert werden, indem die Spitzenmomente eine Zwischenspeicherung und/oder eine Vernichtung durch Umformung in Wärme in dem Dämpfungsteil bewirken. Infolge der in der Regel nicht bauraumkritischen axialen Erstreckung des Schwingungsdämpfers 2 kann der Außenumfang der Hülse 8 soweit beschränkt werden, dass er nur unwesentlich über dem übrigen Durchmesser der Antriebswelle liegt. Spezielle Ausführungen können einen im Wesentlichen gleichen Durchmesser aufweisen.
2 zeigt zur Verdeutlichung des Aufbaus des Schwingungsdämpfers 2 einen Querschnitt durch diesen mit der Hülse 8 und dem Innenteil 9 und dem radial dazwischen angeordneten Dämpfungsteil 10. Die aus Metall, beispielsweise entsprechend geformtem Rohrmaterial hergestellte Hülse weist Drehmitnahmen 11 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Form von radial nach innen und axial längs der Hülse 8 erstreckter, rippenförmiger Längsrippen 12 ausgestaltet sind und aus Gründen einer günstigen Herstellung nicht radial bis zum Innenteil erstreckt sind. Über den Umfang versetzt sind an dem Innenteil 9 nach radial außen gerichtete Drehmitnahmen 13 in Form von Längsrippen 14 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind jeweils acht über den Umfang verteilte Längsrippen 12, 14 vorgesehen.
In diesen Längsrippen 12, 14 ist das Dämpfungsteil 10 drehschlüssig aufgenommen, wobei dieses über entsprechende Negativprofile 15, 16 verfügt, die hier aus Längsnuten 17, 18 gebildet sind, die jeweils auf die Längsrippen 12, 14 geschoben werden.
In besonders vorteilhafter Ausführung zeigt der Schwingungsdämpfer 2 der 2 einen Schichtaufbau des Dämpfungsteils 10, bei dem über den Umfang abwechselnd Schichten 19, 20, 21 wie Streifen bestehend aus elastischen Stoffen oder Materialien unterschiedlicher Elastizität verwendet werden. Hierbei kann die elastischere Schicht ein weicher Kunststoff wie beispielsweise ein Elastomer, eine Gummimischung oder dergleichen sowie Mischungen daraus sein. Ein oder mehrere weniger elastischen Stoffe können ein Leichtmetall, ein Kunststoff, beispielsweise ein Elastomer mit geringerer Elastizität, ein Duroplast oder dergleichen sein, wobei die Kunststoffe entsprechend mit Fasern oder anderen Beimengungen verstärkt sein können. Das Dämpfungsteil 10 ist hierbei bevorzugt einteilig durch Stoffschluss, beispielsweise durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, Kleben oder gegebenenfalls Gummi-Metall-Verbindungen gebildet. Die Schichten 20, 21 können auch aus demselben Stoff gebildet sein.
Die weniger elastischen Schichten 20, 21 bilden daher die Negativprofile 15, 16 aus, während die elastischeren Schichten 19 mit ihren Grenzflächen 22, 23 flächig an den Gegenflächen 24, 25, 26, 27 der Schichten 20, 21 anliegen. Auf diese Weise bilden die Längsnuten 17, 18 infolge ihrer geringeren Elastizität abriebfeste Flächen mit hoher Flächenpressung mit den Längsrippen 12, 14 aus, während die Flächenpressungen der Grenzflächen 22, 23 der Schichten 19 wegen ihrer größeren Fläche eine geringere Flächenpressung zu den Gegenflächen 24, 25, 26, 27 ausbildet und daher die Schichten 20, 21 in wirksamer Weise vor Verschleiß geschützt werden, so dass ein langzeitfester Schwingungsdämpfer 2 mit hohen übertragbaren Drehmomenten vorgeschlagen werden kann.
Wie aus 1 hervorgeht ist in den Schwingungsdämpfer 2 ein Gleichlaufgelenk 34 integriert, das geschmiert sein kann. Zur Verhinderung eines Austretens von Schmiermittel in Richtung des Dämpfungsteils 10 ist zwischen diesem und dem Gleichlaufgelenk 34 die Dichtscheibe 35 angeordnet.
Zur Bildung der Verschiebeeinheit 3 ist einteilig am Innenteil 9 des Schwingungsdämpfers 2 ein axialer Fortsatz 28 ausgebildet, der radial außen eine Längsverzahnung 29 zur Aufnahme von Wälzkörpern 30 aufweist, die mit der Innenverzahnung 31 des hülsenförmigen Ansatzes 32 des Wellenteils 33 axial verschiebbar angeordnet ist.

Claims

Schwingungsdämpfer (2) für eine Antriebswelle (1) eines Antriebsstrangs mit einem ersten Wellenteil (6) und einem zweiten Wellenteil (7) sowie einem zwischen den Wellenteilen (6, 7) angeordneten elastisch verformbaren Dämpfungsteil (10), das jeweils drehschlüssig von den beiden Wellenteilen (6, 7) beaufschlagt wird, wobei das erste Wellenteil (6) eine Hülse (8) mit nach radial innen gerichteten Drehmitnahmen (11) für das Dämpfungsteil (10) und das zweite Wellenteil (7) ein Innenteil (9) mit nach radial außen gerichteten Drehmitnahmen (13) für das Dämpfungsteil (10) aufweisen und das Dämpfungsteil (10) radial zwischen Hülse (8) und Innenteil (9) angeordnet ist und Negativprofile (15, 16) aufweist, in die die Drehmitnahmen (11, 13) eingreifen, wobei ein Wellenteil (6, 7) gegeneinander einem anderen Wellenteil (6, 7) aus einer Wellenachse verschwenkbar und/oder axial verlagerbar ist, wobei an zumindest einem der Wellenteile (6, 7) ein Gleichlaufgelenk (34) fest angeordnet ist, wobei zwischen dem Gleichlaufgelenk (34) und dem Dämpfungsteil (10) eine Dichtscheibe (35) angeordnet ist, und wobei die Dichtscheibe (35) aus einem Bodenteil der Hülse (8) gebildet ist.
Antriebswelle (1) mit an jedem Ende angeordneten Verbindungsteilen zur drehschlüssigen Verbindung mit Anschlussbauteilen und einem zwischen diesen angeordneten Schwingungsdämpfer (2) nach Anspruch 1.
Antriebswelle (1) nach Anspruch 2, wobei axial beabstandet zu dem Schwingungsdämpfer (2) eine axiale Verschiebeeinheit (3) als Längenausgleich für die Antriebswelle vorgesehen ist.
Antriebswelle (1) nach Anspruch 3, wobei zumindest ein Bauelement der Verschiebeeinheit (3) eine Baueinheit mit dem Schwingungsdämpfer (2) bildet, und wobei der Schwingungsdämpfer (2) eine Längsverzahnung (29) für den axialen Längenausgleich aufweist.