DE102009014203A1

DE102009014203A1 - Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen

Info

Publication number: DE102009014203A1
Application number: DE200910014203
Authority: DE
Inventors: Thomas Heilmann; Robert Rösner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem eine Brennkraftmaschine und ein Zusatzaggregat verbindenden Zugmitteltrieb, mit einem Außenring (7) und einem Innenring (9) sowie einer zwischen diesen angeordneten Entkoppelungseinrichtung (2) bestehend aus einer Dämpfungseinheit (3) und einer in Reihe zu dieser geschalteten, zwischen dem Außenring (7) und dem Innenring (9) wirksam angeordneten Freilaufkupplung (4). Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Entkoppelungseinrichtung (2) mit einem radial zwischen dem Außenring (7) und dem Innenring (9) in Umfangsrichtung schwimmend aufgenommenen Zwischenteil (11) mit einem Innenumfang und einem Außenumfang zu versehen, das an einem Umfang die Dämpfungseinheit (3) bestehend aus zumindest einem in Umfangsrichtung zwischen Innenring (9) und Außenring (7) wirksam verspannten Energiespeicher (14) und an dem gegenüberliegenden Umfang die Freilaufkupplung (4) aufnimmt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Aus der DE 195 11 188 A1 ist eine gattungsbildende Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem eine Brennkraftmaschine mit einem Zusatzaggregat verbindenden Zugmitteltrieb bekannt. Hierzu ist zwischen einem als Antriebsscheibe für einen Treibriemen ausgestalteten Außenring und einem mit einer Eingangswelle eines Zusatzaggregats wie Generator oder Klimaanlage drehschlüssig verbundenen Innenring eine Freilaufkupplung angeordnet, die Drehschwingungen in eine Laufrichtung des Antriebsrades gedämpft werden, indem die Freilaufkupplung überrollt wird, während in die andere Richtung durch Sperren der Freilaufkupplung eine Drehmomentübertragung vergleichsweise ungedämpft erfolgt.
Die EP 980 479 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Übertragung einer Bewegung zwischen einer Antriebsscheibe und einer Eingangswelle eines Zusatzaggregats in einem Zugmitteltrieb, bei dem zur Dämpfung von Drehschwingungen auch im Zugbetrieb eine Freilaufkupplung in Form einer zweigeteilten Schlingfeder wirksam ist. Hierzu ist eine einseitig reibschlüssig mit der Eingangswelle verbundene weiche Schraubenfeder mit einer Schlingfeder in Reihe geschaltet, die abhängig von der Drehrichtung einen Reibschluss mit der Antriebsscheibe bildet. Durch die Anbindung der Schlingfeder an die Eingangswelle über die weiche Schraubenfeder wird eine Dämpfung von Drehschwingungen auch während der Übertragung von Drehmoment von der Antriebsscheibe auf die Eingangswelle erzielt. Diese Vorrichtung erfordert einen vergleichsweise großen Bauraum. Die Haltbarkeit über Lebensdauer des Zugmitteltriebs ist infolge der stark beanspruchten Reibstellen insbesondere unter Schmutz- und Fetteinwirkung einerseits der Schraubenfeder gegenüber den Reibflächen und andererseits der Reibbeläge der Schlingfeder und der Reibbeläge dieser fragwürdig. Nehmen beispielsweise die Reibkoeffizienten der Federelemente gegenüber ihren Oberflächen ab, so kann das erforderliche Moment nicht mehr übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang vorzuschlagen, die geeignet ist, Drehschwingungen auch im Zugbetrieb zu dämpfen, wobei eine Drehmomentübertragung über Lebensdauer möglich sein soll. Weiterhin soll eine Verringerung des Bauraums angestrebt werden.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart gelöst, dass eine Entkoppelungseinrichtung umfassend eine Dämpfungseinheit und eine in Reihe zu dieser geschaltete Freilaufkupplung ein radial zwischen dem Außenring und dem Innenring in Umfangsrichtung schwimmend aufgenommenes Zwischenteil mit einem Innenumfang und einem Außenumfang aufweist, das an einem Umfang eine Beaufschlagungsfläche für die Dämpfungseinheit bestehend aus zumindest einem in Umfangsrichtung zwischen Innenring und Außenring wirksam verspannten Energiespeicher und an dem gegenüberliegenden Umfang die Freilaufkupplung aufnimmt. Auf diese Weise wird ein über die Dämpfungseinheit zu übertragendes Drehmoment je nach Ausgestaltung des zumindest einen Energiespeichers formschlüssig und/oder stoffschlüssig übertragen, so dass auf eine stör- beziehungsweise verschleißanfällige reibschlüssige Übertragung verzichtet werden kann.
Mit einer derartigen Vorrichtung lassen sich insbesondere von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine in einen Zugmitteltrieb eingetragene Drehmomentschwankungen, Kraftspitzen, die insbesondere bei Schaltungen des Getriebes mit auftretenden Lastwechseln entstehen, und anderweitige Drehungleichförmigkeiten dämpfen. Vorteilhafterweise kann hierdurch auch der Schlupf eines Riemens und dessen Verschleiß bei einem entsprechenden Zugmitteltrieb verringert werden. Durch die gedämpfte Drehmomentübertragung auf die Zusatzaggregate werden an diesen schnelle Drehzahlwechsel und hohe Beschleunigungen vermieden, so dass diese ebenfalls vor hohem Verschleiß geschützt werden können.
Die serielle Anordnung von Dämpfungseinheit und Freilaufkupplung in Richtung des Drehmomentverlaufes kann frei gestaltet werden. Beispielsweise kann die Freilaufkupplung in Drehmomentrichtung vor der Dämpfungseinheit angeordnet werden. Es hat sich allerdings als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dämpfungseinheit beispielsweise zwischen dem Drehmoment einleitenden Außenring und dem Zwischenteil angeordnet ist die Freilaufkupplung dieser nachfolgend zwischen dem Zwischenteil und dem Innenring angeordnet ist, da hierdurch auch die Freilaufkupplung bereits in einer drehschwingungsfreien oder zumindest drehmomentverringerten Umgebung angeordnet werden kann. Bei einem derart ausgestalteten Ausführungsbeispiel mit einer nachgeschalteten Fliehkraftkupplung kann diese zwischen dem Innenumfang des Zwischenteiles und dem Außenumfang des Innenrings angeordnet sein. Für die Ausführung der Freilaufkupplung und insbesondere für dieses Ausführungsbeispiel können beliebige Ausführungsformen, beispielsweise Rollen-, Klemmkörper-, Klinkenfreiläufe oder Schlingfedern, die einseitig am Zwischenteil oder am Innenring beziehungsweise bei vor die Dämpfungseinheit geschalteter Schlingfeder am Außenring festgelegt und an deren freiem Ende eine Umschlingung mit dem zu verbindenden Bauteil bilden.
Die Krafteinwirkung erfolgt dabei bevorzugt vom Außenring, der beispielsweise eine Riemenscheibe oder eine Zahnscheibe sein kann, zum Innenring, der eine Hülse zur drehschlüssigen Verbindung mit einer Eingangswelle eines Zusatzaggregats, beispielsweise ein Generator oder ein Klimakompressor, aufweist, so dass eine Baueinheit aus Außenring, Innenring und der Entkoppelungseinrichtung direkt auf das Zusatzaggregat montiert und dort befestigt werden kann.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der zumindest eine Energiespeicher beidseits formschlüssig beaufschlagt werden, indem an dem Außenring beziehungsweise Innenring oder an einem oder mehreren mit diesem verbundenen Bauteilen entsprechende Beaufschlagungsbereiche vorgesehen sind, die bei einer Relativverdrehung den zumindest einen Energiespeicher in Umfangsrichtung beaufschlagen wie komprimieren. Beispielsweise kann hierzu der zumindest eine Energiespeicher aus mehreren, über den Umfang verteilten Schraubendruckfedern gebildet sein, die stirnseitig in Umfangsrichtung bei einer Relativverdrehung zwischen dem Innenring und dem Außenring von Beaufschlagungsflächen des Zwischenteils einerseits und Beaufschlagungsflächen des Innenrings oder Außenrings andererseits komprimiert werden. Die Beaufschlagungsbereiche können im Falle der Herstellung des zur Aufnahme der Schraubenfedern bestimmten Bauteils wie Außenring, Innenring oder Zwischenteil an diesem angeformt oder aus diesem ausgestellt sein. Beispielsweise kann eine Ausführungsform mit drei, vier oder sechs über den Umfang verteilten und in einem Ringraum des Außenrings aufgenommenen Schraubenfedern vorgesehen sein, die stirnseitig von dem Außenring über entsprechende Beaufschlagungsbereiche eingangsseitige und an der gegenüber liegenden Stirnseite von Beaufschlagungsbereichen des Zwischenteils beaufschlagt werden, so dass bei einer infolge einer Drehmomentspitze erfolgenden Relativverdrehung von Außenring und Zwischenteil die Schraubenfedern komprimiert werden und daher Energie aufnehmen und zwischenspeichern, bis die Drehmomentspitze abklingt und die zwischengespeicherte Energie durch Entspannen der Schraubenfedern wieder an den Außenring beziehungsweise an das Zwischenteil abgegeben wird.
Alternativ kann der zumindest eine Energiespeicher durch zumindest ein Gummielement oder ähnliches Elastomerelement gebildet sein, das einerseits an dem Zwischenteil und andererseits abhängig von der Reihenfolge der Reihenschaltung von Dämpfungseinheit und Freilaufkupplung an dem Außenring beziehungsweise am Innenring befestigt ist. Die Befestigung kann stoffschlüssig mittels einer Gummi-Metall-Verbindung, formschlüssig, adhäsiv oder mittels einer Kombination dieser gebildet sein.
Zur Sicherung der Verdrehbarkeit können der Außenring und der Innenring aufeinander gelagert, vorzugsweise wälzgelagert sein. Das zwischen dem Außen- und Innenring angeordnete und je nach Anordnung von Dämpfungseinheit und der Freilaufkupplung gegenüber Außenring und Innenring begrenzt verlagerbare Zwischenteil ist bezüglich dieser Verdrehfunktion in geeigneter Weise gegenüber dem Innenring und dem Außenring zumindest teilweise verdrehbar gelagert. Zur Optimierung des radialen Bauraums haben sich dabei jeweils Gleitlagerungen als besonders vorteilhaft erwiesen.
Weiterhin ist vorteilhaft, wenn das Zwischenteil zur Aufnahme der Dämpfungseinheit und der Freilaufkupplung über entsprechende Ausnehmungen oder – im Falle einer formgebenden Herstellung aus Blech – Anformungen verfügt. Beispielsweise kann das hülsenförmige Zwischenteil an dessen Innenumfang gestuft ausgebildet sein, damit die Freilaufkupplung von einer Stirnseite eingeschoben und gegen einen radialen Absatz axial gesichert werden kann. Wird an der gegenüberliegenden Stirnseite gleichzeitig eine ringförmige Ausnehmung nach radial außen ausgespart, kann auf dieser Ausnehmung gleichzeitig die Dämpfungseinheit zumindest teilweise untergebracht und gegen den radialen Ansatz gesichert werden. Alternativ oder zusätzlich können an dem Innenring und/oder an dem Außenring Ausnehmungen vorgesehen sein, die die an dem Zwischenteil vorgesehenen Ausnehmungen zur Unterbringung von Dämpfungseinrichtung und/oder Freilaufkupplung ergänzen oder ersetzen. So kann beispielsweise an einer Riemenscheibe ein radialer ringförmiger Absatz vorgesehen werden, der sich über die Riemenführung radial hinaus erhebt und an seinem Innenumfang ein Gummielement aufnimmt, so dass das Zwischenteil an dessen Umfang in vereinfachter Weise an dessen Außenumfang planzylindrisch hergestellt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Baueinheit mit einem Außenring, einem Innenring und einer Entkoppelungseinrichtung mit einer Dämpfungseinheit mit über den Umfang verteilten Schraubenfedern für ein Zusatzaggregat in einem von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Triebstrang und
2 eine Abänderung der Baueinheit der 1 mit einem Gummielement anstatt über den Umfang verteilter Schraubenfedern im Längsschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer die Entkoppelungseinrichtung 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthaltenden Baueinheit 1. Die Entkoppelungseinrichtung 2 wird dabei von der Dämpfungseinheit 3 und der Freilauf kupplung 4 gebildet und ist radial innerhalb einer Riemenscheibe 5 und radial außerhalb einer Eingangswelle 6 angeordnet.
Die Riemenscheibe 5 bildet dabei den Außenring 7 der Baueinheit 1 und verfügt am Außenumfang über eine Lauffläche 8 für einen Riemen des Zugmitteltriebs der Vorrichtung. Die Eingangswelle ist als Innenring 9 der Baueinheit 1 mittels des Innenprofils 10 drehfest auf einer nicht dargestellten Welle eines von dem Zugmitteltrieb angetriebenen Zusatzaggregates, beispielsweise einem Klimakompressor oder einem Generator, aufgenommen.
Die Entkoppelungseinrichtung 2 weist ein radial zwischen Außenring 7 und Innenring 9 angeordnetes Zwischenteil 11 auf, das an seinem Außenumfang die Dämpfungseinheit 3 und an seinem Innenumfang die Freilaufkupplung 4 aufnimmt, so dass eine serielle Anordnung von Dämpfungseinheit 3 und Freilaufkupplung 4 in Richtung des Drehmomentflusses von der Riemenscheibe 5 zur Eingangswelle 6 gebildet ist. Hierzu ist das Zwischenteil 11 gegenüber Außenring 7 und Innenring 9 in Umfangsrichtung schwimmend angeordnet.
Dabei ist die Dämpfungseinheit 3 durch zwei radial übereinander liegende Mitnahmeringe 12, 13 gebildet, zwischen denen der Energiespeicher 14 in Form mehrerer, über den Umfang verteilter und nur in der unteren Hälfte des Schnitts dargestellter Schraubendruckfedern 17 angeordnet ist. Die Mitnahmeringe 12, 13 weisen jeweils Beaufschlagungsbereiche 15, 16 auf, die jeweils gegenseitig in die Stirnflächen der Schraubendruckfedern 17 eingreifen, so dass die Schraubendruckfedern bei einer Relativverdrehung zwischen dem Außenring 7 und dem Zwischenteil 11 komprimiert werden und damit Energie aufnehmen, die sie bei einer nachlassenden Relativverdrehung wieder abgeben, wodurch eine drehschwingungsdämpfende Wirkung erzielt wird. Hierzu sind die Mitnahmeringe 12, 13 jeweils mit dem Außenring 7 beziehungsweise mit dem Zwischenteil 11 drehschlüssig verbunden beziehungsweise in einem alternativen Ausführungsbeispiel aus diesen gebildet. Zur Verringerung des radialen Bauraums der Baueinheit 1 ist in der Riemenscheibe 5 und in dem Zwischenteil 11 jeweils ein radialer Absatz 18, 19 vorgesehen, der gleichzeitig als axialer An schlag der Dämpfungseinheit 3 dienen kann. Durch diese Ausgestaltung kann der Außenumfang der Riemenscheibe 5 abgesehen von der Profilierung der Lauffläche 8 planzylindrisch vorgesehen werden.
In dem Gegenprofil 20 des Absatzes 19 des Zwischenteils 11 ist die Freilaufkupplung 4 angeordnet, die in Richtung des von der Riemenscheibe 5 übertragenen Drehmoments sperrt und einen Antrieb der Eingangswelle 6 und damit des Zusatzaggregats bewirkt, wobei die entgegengesetzte Drehrichtung nicht gesperrt wird, so dass bei abgebremster Riemenscheibe 5 die Eingangswelle 6 ungebremst weiterdrehen kann. In vorteilhafter Weise wird ein anstehendes Trägheitsmoment nicht abgebremst, so dass dieses dem Zusatzaggregat zur Verfügung steht und ein durch eine Abbremsung bewirkter Ruck nicht auf das Zusatzaggregat übertragen wird.
Die Lagerung von Innenring 9 und Außenring 7 aufeinander erfolgt über drei Lagerstellen 21, 22, 23, wobei die Lagerstelle 22 ein direkt zwischen Innenring 9 und Außenring 7 angeordnetes Wälzlager 24 enthält, das zugleich für das Zwischenteil 11 und die Freilaufkupplung 4 als Axiallager dient. Die Freilaufkupplung 4 stützt sich dabei an der anderen Seite an dem Zwischenteil 11 ab. Die Lagerstellen 21, 23 enthalten jeweils ein Gleitlager 25, 26, die jeweils an den Außenumfängen des radial gestuften Zwischenteils zwischen dem Innenring 9 einerseits und dem Außenring 7 andererseits wirksam sind.
2 zeigt eine zu 1 alternative Ausführungsform einer Baueinheit 1a, bei der der Energiespeicher 14 der Entkoppelungseinrichtung 2a aus einem ringförmigen Gummielement 27 gebildet ist, der zwischen dem Außenring 7a und dem Zwischenteil 11a drehfest, beispielsweise mittels einer Gummimetallverbindung befestigt ist, wodurch die Dämpfungseinheit 3a gebildet wird. Die Riemenscheibe 5a ist gegenüber der Lauffläche 8 zur Aufnahme des Gummielements 27 radial erweitert, so dass der Außenumfang des Zwischenteils 11a in einfacher Weise planzylindrisch ausgeführt werden kann und eine durchgängige Lagerstelle 21a mit einem Gleitlager 26a zum Außenring 7a wie Riemenscheibe 5a gebildet werden kann.
Die seriell zur Dämpfungseinheit 3a angeordnete, nur schematisch angedeutete Freilaufkupplung 4a ist zwischen dem Zwischenteil 11a und dem Innenring 9a wirksam und wird von zwei Lagerstellen 22a, 23a, die beispielsweise Nadellager enthalten, flankiert, die sich an einer Anlaufscheibe 28 beziehungsweise einer Dichtscheibe 29 axial abstützen. Die an den Lagerstellen 22a, 23a angeordneten Lager und die Freilaufkupplung 4a können dabei zu einer Funktionseinheit zusammengeschlossen sein.

1: Baueinheit
1a: Baueinheit
2: Entkoppelungseinrichtung
2a: Entkoppelungseinrichtung
3: Dämpfungseinheit
3a: Dämpfungseinheit
4: Freilaufkupplung
4a: Freilaufkupplung
5: Riemenscheibe
5a: Riemenscheibe
6: Eingangswelle
7: Außenring
7a: Außenring
8: Lauffläche
9: Innenring
9a: Innenring
10: Innenprofil
11: Zwischenteil
11a: Zwischenteil
12: Mitnahmering
13: Mitnahmering
14: Energiespeicher
15: Beaufschlagungsbereich
16: Beaufschlagungsbereich
17: Schraubendruckfeder
18: Absatz
19: Absatz
20: Gegenprofil
21: Lagerstelle
21a: Lagerstelle
22: Lagerstelle
22a: Lagerstelle
23: Lagerstelle
23a: Lagerstelle
24: Wälzlager
25: Gleitlager
26: Gleitlager
26a: Gleitlager
27: Gummielement
28: Anlaufscheibe
29: Dichtscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19511188 A1 [0002]
- EP 980479 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem eine Brennkraftmaschine und ein Zusatzaggregat verbindenden Zugmitteltrieb, mit einem Außenring (7, 7a) und einem Innenring (9, 9a) sowie einer zwischen diesen angeordneten Entkoppelungseinrichtung (2, 2a) bestehend aus einer Dämpfungseinheit (3, 3a) und einer in Reihe zu dieser geschalteten, zwischen dem Außenring (7, 7a) und dem Innenring (9, 9a) wirksam angeordneten Freilaufkupplung (4, 4a), dadurch gekennzeichnet, dass die Entkoppelungseinrichtung (2, 2a) ein radial zwischen dem Außenring (7, 7a) und dem Innenring (9, 9a) in Umfangsrichtung schwimmend aufgenommenes Zwischenteil (11, 1a) mit einem Innenumfang und einem Außenumfang aufweist, das an einem Umfang die Dämpfungseinheit (3, 3a) bestehend aus zumindest einem in Umfangsrichtung zwischen Innenring (9, 9a) und Außenring (7, 7a) wirksam verspannten Energiespeicher (14) und an dem gegenüberliegenden Umfang die Freilaufkupplung (4, 4a) aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (3, 3a) zwischen dem Außenring (7, 7a) und dem Zwischenteil (11, 11a) und die Freilaufkupplung (4, 4a) zwischen dem Zwischenteil (11, 11a) und dem Innenring (9, 9a) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (14) aus mehreren, über den Umfang verteilten Schraubendruckfedern (17) gebildet wird, die stirnseitig in Umfangsrichtung bei einer Relativverdrehung zwischen dem Innenring (9, 9a) und dem Außenring (7, 7a) von Beaufschlagungsbereichen (16) des Zwischenteils (11) einerseits und Beaufschlagungsbereichen (15) des Innenrings beziehungsweise Außenrings (7) andererseits komprimiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (14) durch zumindest ein Gummielement (27) gebildet ist, das einerseits an dem Zwischenteil (11a) und andererseits an dem Außenring (7a) beziehungsweise Innenring befestigt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Innenring (9) und Außenring (7) aufeinander wälzgelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (11, 11a) auf dem Innenring (9, 9a) und/oder dem Außenring (7, 7a) gleitgelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das Zwischenteil (11a) einen planzylindrischen Außenumfang aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenteil (11) an einem stirnseitigen Endbereich einen radial nach innen erweiterten ringförmigen Absatz (19) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche der 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenumfang des Außenrings (7a) in einem endseitigen Bereich radial ringförmig erweitert ist.