DE102009022289A1

DE102009022289A1 - Drehschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102009022289A1
Application number: DE102009022289A
Authority: DE
Inventors: Christian Bahrmann
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2009-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit einem entgegen der Wirkung von über den Umfang verteilten Federelementen gegenüber einem Eingangsteil verdrehbares Ausgangsteil mit ineinander geschachtelten Federn. Zur Bildung einer Verliersicherung der Innenfedern in den Außenfedern ist ein Formschluss im entspannten Zustand des Federelements vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Eingangsteil und einem gegenüber diesem entgegen der Wirkung eines Energiespeichers verdrehbaren Ausgangsteil, wobei der Energiespeicher aus mehreren, über den Umfang verteilten Federelementen gebildet ist.
Derartige Drehschwingungsdämpfer sind bekannt. Zur Erhöhung der Steifigkeit der Federelemente aus gewickelten Federn kann vorgesehen sein, in den freien Raum innerhalb der Windungen eine oder mehrere Innenfedern mit kleinerem Durchmesser einzufügen, die beispielsweise kürzer ausgestaltet sind und damit erst bei vergrößerten Verdrehwinkeln zwischen Ein- und Ausgangsteil verspannt werden und damit in einer zweiten Dämpferstufe zu einer höheren Steifigkeit der Federelemente beitragen.
Während der Montage des Drehschwingungsdämpfers werden die Federelemente zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil eingelegt. Dabei können bei Verlust der Innenfeder Bestückungsfehler auftreten. Zur Vermeidung dieser Bestückungsfehler werden Verliersicherungen vorgeschlagen, die Innen- und Außenfedern miteinander verpressen oder verklemmen. Eine derartige Verschränkung von Außen- und Innenfeder kann während des Betriebs des Drehschwingungsdämpfers insbesondere bei auftretender Blocklage der Windungen der Außenfeder zu erhöhtem Verschleiß oder Brüchen der Federn führen. Weiterhin ist das Dämpfungsverhalten eines Drehschwingungsdämpfers im Bereich der Blocklage der Außenfeder weniger reproduzierbar, wenn Reibungs- und Anschlageffekte der Innenfeder beteiligt sind.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Drehschwingungsdämpfer mit verbesserten Verschleißeigenschaften hinsichtlich der Federelemente vorzuschlagen. Insbesondere sollen verbesserte Verschleiß- und Dämpfungseigenschaften während einer Blocklage der Außenfeder erzielt werden.
Die Aufgabe wird mittels eines Drehschwingungsdämpfers mit einem Eingangsteil und einem gegenüber diesem entgegen der Wirkung eines Energiespeichers verdrehbaren Ausgangsteil gelöst, wobei der Energiespeicher aus mehreren, über den Umfang verteilten Federelementen gebildet ist, in einem in einer Außenfeder mit Außenfederwindungen gebildeten Innenraum koaxial zumindest eine Innenfeder mit Innenfederwindungen verliergesichert auf genommen ist und beabstandet von einer Stirnfläche des Federelements zumindest eine der Außen- oder Innenfederwindungen einen Formschluss mit einer radial gegenüber liegenden Innen- beziehungsweise Außenfederwindung ausschließlich im entspannten Zustand des Federelements bildet.
Der Drehschwingungsdämpfer kann beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe, beispielsweise in einer Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung, in einem Hydrodynamischen Drehmomentwandler oder als Zweimassenschwungrad eingesetzt sein, wobei in diesem Falle dem Eingangsteil eine Primärmasse und dem Ausgangsteil eine Sekundärmasse, an der eine Reibungskupplung angeordnet sein kann, zugeordnet ist. Die Federelemente können in einem befetteten Ringraum oder trocken in dem Drehschwingungsdämpfer aufgenommen sein. Die beispielsweise zwei bis acht über den Umfang verteilten Federelemente können aus einer Außenfeder aufgenommen sein, die eine oder mehrere Innenfedern in ihrem durch den Innenumfang der Windungen gebildeten Raum aufnimmt. Dabei können mehrere Innenfedern seriell oder koaxial zueinander aufgenommen werden. Im Falle einer koaxialen Aufnahme bildet die direkt innerhalb der Außenfeder angeordnete Innenfeder wiederum einen Innenraum für die darin eingebrachte Innenfeder, so dass dies als Außen- und Innenfeder wirksam ist. Bei gegenüber der Erstreckung der Außenfeder in Umfangsrichtung verkürzter, oder verkürzten Innenfedern gelangen diese erst bei größeren Verdrehwinkeln in Wirkeingriff, so dass mehrstufige Kennlinien ausgebildet werden.
In besonders vorteilhafter Weise werden auf den Einsatzdurchmesser im Drehschwingungsdämpfer vorgebogene Bogenfedern verwendet, die sich über einen großen Umfang des Drehschwingungsdämpfers erstrecken, wodurch in vorteilhafter Weise zwei über den Umfang verteilte Bogenfedern mit entsprechenden, beispielsweise an jeder Stirnseite der Außenfeder und damit des Federelements angeordneten Innenfedern zur Bildung des Energiespeichers zwischen Ein- und Ausgangsteil ausreichend sind. Hierdurch können durch die Länge der Innenfedern im Fall eines Kontakts der innenseitigen Stirnseiten der Innenfeder oder Verwendung einer einteiligen Innenfläche einstufige oder durch einen entsprechenden Abstand dieser Stirnfläche in Umfangsrichtung zweistufige oder bei Verwendung unterschiedlicher Längen und Steifigkeiten der Innenfedern mehrstufige Kennlinien erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird zur Herstellung des Formschlusses im entspannten Zustand der Federelemente am Innenumfang der Außenfeder eine Sperrwindung vorgesehen, die auf einem kleineren Durchmesser als ein mittlerer Durchmesser der übrigen Außenfederwindungen gewickelt ist. Auf diese Weise wird an der Außenfeder ein Anschlag für Windungen der Innenfeder gebildet. Zur Unterstützung des Formschlusses kann weiterhin die zumindest eine Innenfeder an deren Außenumfang eine Sperrwindung aufweisen, die auf einem größeren Durchmesser als ein mittlerer Durchmesser der übrigen Innenfederwindungen gewickelt ist. Dabei können die Sperrwindungen axial beabstandet von der Stirnseite eines Federelements angeordnet sein. Insbesondere bei konisch mit an der Stirnseite größerem Durchmesser angeordneten Windungen, die insbesondere bei auf Block gehenden Federelementen Wirkung entfalten, liegen die Sperrwindungen bevorzugt außerhalb dieser Bereiche in axialem Abstand. Der Abstand der Sperrwindung einer Innenfeder von der Stirnfläche ist dabei größer als der axiale Abstand der Sperrwindung der Außenfeder, so dass beide Sperrwindungen gegeneinander eine Verstärkung des Formschlusses bilden.
Weiterhin hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sperrwindungen nur über einen Teil des Windungsumfangs gegenüber den anderen Windungen der Außen- beziehungsweise Innenfedern ausgeführt werden. Insbesondere ist vorteilhaft, wenn die Sperrwindung an den einer Rotationsachse von Eingangs- und Ausgangsteil zugewandten Windungsbereichen angeordnet werden. Bei einer Fliehkraftbeschleunigung der Innenfedern gegenüber den Außenfedern bei Änderung der Verdrehwinkel können dann die Innenfedern dennoch eine Relativbewegung in Umfangsrichtung gegenüber den Außenfedern ausüben, ohne durch die Sperrwindungen behindert zu werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beispielsweise die Sperrwindung der Außenfeder die zweite Windung der Außenfeder von der Stirnfläche des Federelements aus betrachtet und die Sperrwindung der Innenfeder die dritte oder vierte Windung der Innenfeder ist. Auf diese Weise kann ein genügender Abstand von einer gegebenenfalls konischen Ausgestaltung der ersten Windung der Außenfeder geschaffen werden.
Die Lage der Sperrwindungen gegeneinander wird so ausgelegt, dass bei einer Blocklage der Windungen der Außenfeder zwischen den Sperrwindungen der Innenfeder und der Außenfeder ein Kontaktspiel erhalten bleibt. Auf diese Weise treten die Sperrwindungen nicht miteinander unter Ausbildung eines Formschlusses in Kontakt, solange die Federelemente in Betrieb sind. Vielmehr ist der Formschluss nur vor und während der Montage wirksam. Ein Einfluss auf die Langzeitstabilität infolge ständigen Eintrags von gegenseitigen Impacts in die Außen- und Innenfedern resultiert aus einer Verwendung der Sperrwindungen in vorteilhafter Weise nicht. Das Kontaktspiel kann beispielsweise mittels eines Verhältnisses einer Drahtstärke der Außenfeder zu einer Drahtstärke der Innenfeder eingestellt werden. Werden beispielsweise sehr dünne Drahtstärken für die Innenfeder und verhältnismäßig große Drahtstärken für die Außenfeder verwendet, steigt das optimale Verhältnis und die Sperrwindung der Innenfeder wird gegebenenfalls in die vierte Windung verlegt, während die Sperrwindung der Außenfeder an der zweiten Windung vorgesehen wird.
Die vorgeschlagenen Sperrwindungen können in einfacher und kostengünstiger Weise ohne den Einsatz weiterer Teile und Vorrichtungen eingesetzt werden. Entsprechende Ausformungen der Außen- und Innenfedern können beispielsweise in CNC-gesteuerten Windemaschinen in deren Steuerprogrammen vorgesehen werden.
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 5 näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Drehschwingungsdämpfers im Schnitt,
2 einen Teilschnitt einer vorteilhaften Außenfeder,
3 einen Teilschnitt einer vorteilhaften Innenfeder,
4 einen Teilschnitt eines Federelements in entspannter Darstellung und
5 einen Teilschnitt eines Federelements in Blocklage.
1 zeigt einen Drehschwingungsdämpfer 1 in Form eines Zweimassenschwungrads 1a mit einem um eine Rotationsachse 2a verdrehbares Eingangsteil 2, das mittels nicht dargestellter Schrauben an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine drehfest aufgenommen ist. An einem axialen Ansatz 3 ist mittels eines in diesem Ausführungsbeispiel ausgestalteten Gleitlagers 4 ein Ausgangsteil 5 verdrehbar aufgenommen. Das Eingangsteil 2 ist anhand des radialen Außenumfangs in der Weise ausgestaltet, dass in Verbindung mit einem Ringteil 6 der Ringraum 7 gebildet wird, in dem die Federelemente 8 aufgenommen sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Federelemente 8 als Außenfedern 9 und Innenfedern 10 gebildet, wobei die Innenfedern 10 in dem durch die Windungen der Außenfedern 9 gebildeten Innenraum aufgenommen sind. Die Federelemente 8 werden jeweils eingangsseitig und ausgangsseitig von den Beaufschlagungsbereichen 11, 12 des Eingangsteils 2 und den Beaufschlagungsbereichen 13 des Ausgangsteils 5 beaufschlagt, wenn die beiden Teile gegeneinander verdreht werden. Die Beaufschlagungsbereiche 13 des Ausgangsteils 5 sind dabei aus einem Flansch 14 gebildet, der an seinem Außenumfang über entsprechende Arme 15 verfügt, die die Stirnflächen der Federelemente 8 beaufschlagen. Der Flansch 14 ist mittels der Nieten 16 an der Sekundärmasse 17 des Ausgangsteils 5 befestigt.
2 zeigt einen Teilschnitt der Außenfeder 9 mit den Windungen 18 mit einer Stirnfläche 19 und einer Anfangswindung 20, die eine konische Anschlagfläche 21 für die Innenfeder 10 (1, 3) aufweist. Zur Bildung einer verliergesicherten Aufnahme der Innenfeder ist die zweite Windung der Außenfeder 9 als Sperrwindung 22 mit einem kleineren Innendurchmesser 23 als der mittlere Innendurchmesser 24 der Windungen 18 ausgebildet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sperrwindung um einen Abstand 25, der beispielsweise 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,3 mm betragen kann, gegenüber den um die Rotationsachse 2a (1) angeordneten Einsatzdurchmesser 26, auf dem die Außenfeder angeordnet ist, nach radial außen verlagert ist. Infolgedessen ist die Sperrwindung 22 auf demselben Außenumfang wie die Windungen 18 angeordnet und bildet bei gleicher Drahtstärke 27 einen homogenen Innenumfang mit den übrigen Windungen 18.
3 zeigt die Innenfeder 10 der 1 im Teilschnitt mit einem an einem mittleren Außendurchmesser 28 angeordneten Windungen 29. Die Anfangswindung 30 der Innenfeder 10 ist radial gegenüber den übrigen Windungen 29 erweitert und stützt sich an den Anschlagflächen 23 (2) der Außenfeder ab. Die Sperrwindung 31 weist gegenüber dem mittleren Außendurchmesser 28 der Windungen 29 einen größeren Außendurchmesser 32 und einen kleineren Außendurchmesser als die Anfangswindung 30 auf. Bezüglich des Einsatzdurchmessers 26 ist die Sperrwindung 31 entsprechend der Sperrwindung 23 der Außenfeder 9 (2) auf demselben Außenumfang wie die Windungen 29 angeordnet, so dass die Sperrwindung 31 in einem der Rotationsachse 2a (1) zugewandten Windungsbereich einen radialen nach innen gerichteten Abstand 33 zu den Windungen 29 aufweist.
4 zeigt einen Teilschnitt des Federelements 8 in nicht vorgespanntem Zustand, beispielsweise vor dem Einbau in den Drehschwingungsdämpfer 1. Durch die axial von der Stirnfläche 19 der Außenfeder 9 beziehungsweise der Innenfeder 10 oder des gesamten Federelements 8, die eine gemeinsame Stirnfläche bilden können, beabstandeten Sperrwindungen 22, 31 wird eine Verliersicherung gebildet, die ein axiales Austreten der Innenfeder 10 aus der Außenfeder 9 verhindert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann sich die Innenfeder 10 zwar gegenüber der Außenfeder 9 leicht axial verlagern, spätestens nach Aufbrauch des Spiels 34 wird jedoch zwischen den Sperrwindungen ein Formschluss gebildet.
5 zeigt das Federelement in einem Betriebszustand des Drehschwingungsdämpfers 1 der 1 mit radial innerhalb des Einsatzdurchmessers 26 auf Block gehenden Windungen 18 der Außenfeder 9. Dabei gehen die radial inneren Bereiche der Windungen 29 der Innenfeder 10 ebenfalls auf Block. Durch die axiale Beabstandung der Sperrwindungen 22, 31 treffen diese auch bei einer Blocklage der Windungen 18, 29 nicht in Anlagekontakt zueinander, so dass eine Schädigung der einzelnen Bauteile wie Außenfedern 9 und Innenfedern 10 durch auftretende Impacts bei einseitigen kraftgebunden Berührungen der Sperrwindungen 22, 31 ausgeschlossen werden können. Vielmehr bleibt auch bei einer Blockstellung des Federelements 8 ein Kontaktspiel 35 erhalten. Dieses Kontaktspiel 35 wird durch die unterschiedlichen Drahtstärken 27, 36 vorgegeben. Je nach Verhältnis der Drahtstärken 27, 36 kann bei Verwendung der zweiten Windung der Außenfeder 9 als Sperrwindung 22 die – wie gezeigt – dritte oder bei kleineren Drahtstärken die vierte Windung 29 der Innenfeder 10 als Sperrwindung 31 verwendet werden.

1: Drehschwingungsdämpfer
1a: Zweimassenschwungrad
2: Eingangsteil
2a: Rotationsachse
3: axialer Ansatz
4: Gleitlager
5: Ausgangsteil
6: Ringteil
7: Ringraum
8: Federelement
9: Außenfeder
10: Innenfeder
11: Beaufschlagungsbereich
12: Beaufschlagungsbereich
13: Beaufschlagungsbereich
14: Flansch
15: Arm
16: Niet
17: Sekundärmasse
18: Windung
19: Stirnfläche
20: Anfangswindung
21: Anschlagfläche
22: Sperrwindung
23: Innendurchmesser
24: Innendurchmesser
25: Abstand
26: Einsatzdurchmesser
27: Drahtstärke
28: Außendurchmesser
29: Windung
30: Anfangswindung
31: Sperrwindung
32: Außendurchmesser
33: Abstand
34: Spiel
35: Kontaktspiel
36: Drahtstärke

Claims

Drehschwingungsdämpfer (1) mit einem Eingangsteil (2) und einem gegenüber diesem entgegen der Wirkung eines Energiespeichers verdrehbaren Ausgangsteil (5), wobei der Energiespeicher aus mehreren, über den Umfang verteilten Federelementen (8) gebildet ist und in einem in einer Außenfeder (9) eines Federelements (8) mit Windungen (18) gebildeten Innenraum koaxial zumindest eine Innenfeder (10) mit Windungen (29) verliergesichert aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet von einer Stirnfläche (19) des Federelements (8) zumindest eine der Windungen (18, 29) einen Formschluss mit einer radial gegenüber liegenden Windung (29, 18) ausschließlich im entspannten Zustand des Federelements (8) bildet.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Außenfeder (9) auf einen Einsatzdurchmesser (26) vorgebogene Bogenfeder mit einem vorgegebenen Durchmesser ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenfeder (9) eine Sperrwindung (22) mit einem kleineren Innendurchmesser (23) als ein mittlerer Innendurchmesser (24) der übrigen Windungen (18) der Außenfeder (9) vorgesehen ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Innenfeder (10) eine Sperrwindung (31) aufweist, die einen größeren Außendurchmesser (32) als einen mittleren Außendurchmesser (28) der übrigen Windungen (29) der Innenfeder (10) aufweist.
Drehschwingungsdämpfer (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Sperrwindungen (22, 31) gegenüber den übrigen Windungen (18, 29) bezüglich einer Rotationsachse (2a) des Eingangs- und Ausgangsteils zugewandten Umfangsbereichs einen veränderten Abstand (25, 33) aufweist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrwindungen (22, 31) axial beabstandet zu einer Stirnfläche (19) des Federelements (8) angeordnet sind.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand der Sperrwindung (31) der Innenfeder (10) zur Stirnfläche (19) größer als der axiale Abstand der Sperrwindung (22) der Außenfeder (9) zur Stirnfläche (19) ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrwindung (22) der Außenfeder (9) die zweite Windung dieser ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrwindung (31) der Innenfeder (10) die dritte oder vierte Windung dieser ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Blocklage der Windungen (18) der Außenfeder (9) zwischen den Sperrwindungen (22, 31) der Innenfeder (10) und der Außenfeder (9) ein Kontaktspiel (35) eingestellt ist.
Drehschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktspiel (35) mittels eines Verhältnisses einer Drahtstärke (27) der Außenfeder (9) zu einer Drahtstärke (36) der Innenfeder (10) eingestellt wird.