DE102010053248B4

DE102010053248B4 - Drehschwingungsdämfper

Info

Publication number: DE102010053248B4
Application number: DE102010053248.7A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Mende; Christian Bahrmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-12-02
Publication date: 2021-01-28
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: DE102010053248A1

Abstract

Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei gegeneinander entgegen der Wirkung zumindest einer aus mehreren ineinander geschachtelten Bogenfedern (6, 7, 8) gebildeten Federeinrichtung (1) begrenzt verdrehbaren Bauelementen (2) mit der Komprimierung der zumindest einen Federeinrichtung (1) dienenden Beaufschlagungsbereichen (3), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Federeinrichtung (1) eine erste und eine zweite Bogenfeder (6, 7) mit einem jeweils aus deren Windungen (9, 11) gebildeten ersten und zweiten Innenraum (10, 12) enthält und die zweite Bogenfeder (7) im ersten Innenraum (10) und eine dritte Bogenfeder (8) im zweiten Innenraum (12) aufgenommen ist, wobei die erste Bogenfeder (6) mittels zumindest einer Stirnfläche (13) direkt mit zugeordneten Beaufschlagungsbereichen (3) in Kontakt tritt, zumindest eine Stirnfläche (14) der zweiten Bogenfeder (7) auf einen Außenumfangsbereich eines in die ersten Bogenfeder (6) eingebrachten, mit den zugehörigen Beaufschlagungsbereichen (3) an einer ersten Stirnseite (20) in Kontakt tretenden Napfs (19) aufläuft und zumindest eine Stirnfläche (15) der dritten Bogenfeder (8) mit einer der ersten Stirnseite (20) des Napfs (19) gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite (21) in Kontakt tritt, wobei eine mittels der Bogenfedern (6, 7, 8) gebildete Dämpferstufe eine im Wesentlichen einstufige Kennlinie (28) ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei gegeneinander entgegen der Wirkung zumindest einer aus mehreren ineinander geschachtelten Bogenfedern gebildeten Federeinrichtung begrenzt verdrehbaren Bauelementen mit der Komprimierung der zumindest einen Federeinrichtung dienenden Beaufschlagungsbereichen.
Gattungsgemäße Drehschwingungsdämpfer sind beispielsweise als geteilte Schwungräder aus der DE 10 2006 015 134 A1 bekannt. Bei derartigen Drehschwingungsdämpfern werden zwei Bauelemente zur Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs als Eingangsteil und als Ausgangsteil ausgebildet, wobei das Eingangsteil mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden ist und das Ausgangsteil eine Reibungskupplung aufweisen oder in anderer Weise mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes gekoppelt sein kann. Zur Dämpfung von Triebstrangschwingungen insbesondere Drehschwingungen der Brennkraftmaschine weisen die begrenzt gegeneinander verdrehbaren Bauelemente in Form von Eingangsteil und Ausgangsteil Beaufschlagungsbereiche zur Komprimierung zweier über den Umfang verteilter Federeinrichtungen auf. Die Federeinrichtungen sind dabei jeweils aus zwei Bogenfedern gebildet, wobei eine zweite Bogenfeder in einem aus den Windungen einer ersten Bogenfeder gebildeten Innenraum aufgenommen ist. Dabei ist die zweite Bogenfeder wesentlich kürzer als die erste Bogenfeder ausgebildet, so dass mit ansteigendem Verdrehwinkel der Bauelemente zuerst die erste und bei vergrößertem Verdrehwinkel zwischen den Beaufschlagungsbereichen die zweite Bogenfeder komprimiert wird, so dass über den Verdrehwinkel eine zweistufige Kennlinie ausgebildet wird.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Brennkraftmaschinen nach dem Diesel-Prinzip und anderen hoch aufgeladenen Brennkraftmaschinen die Isolationswirkung derartiger Drehschwingungsdämpfer insbesondere während des Starts der Brennkraftmaschine nicht ausreichend ist. Weiterhin weisen diese Drehschwingungsdämpfer teilweise zu wenig Federkapazität auf.
Als weiterer Stand der Technik werden die Druckschriften DE 196 11 507 A1 , DE 28 23 893 A1 und FR 2 714 440 A1 genannt.
Aufgabe der Erfindung ist daher die vorteilhafte Weiterentwicklung derartiger Drehschwingungsdämpfer insbesondere der Federeinrichtung dieser vor dem Hintergrund einer höheren Federkapazität.
Die Aufgabe wird durch einen Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei gegeneinander entgegen der Wirkung zumindest einer aus mehreren ineinander geschachtelten Bogenfedern gebildeten Federeinrichtung begrenzt verdrehbaren Bauelementen mit der Komprimierung der zumindest einen Federeinrichtung dienenden Beaufschlagungsbereichen, gelöst, wobei die zumindest eine Federeinrichtung eine erste und eine zweite Bogenfeder mit einem jeweils aus deren Windungen gebildeten ersten und zweiten Innenraum enthält und die zweite Bogenfeder im ersten Innenraum und eine dritte Bogenfeder im zweiten Innenraum aufgenommen ist, die erste Bogenfeder mittels zumindest einer Stirnfläche direkt mit zugeordneten Beaufschlagungsbereichen in Kontakt tritt, zumindest eine Stirnfläche der zweiten Bogenfeder auf einen Außenumfangsbereich eines in die ersten Bogenfeder eingebrachten, mit den zugehörigen Beaufschlagungsbereichen an einer ersten Stirnseite in Kontakt tretenden Napfs aufläuft und zumindest eine Stirnfläche der dritten Bogenfeder mit einer der ersten Stirnseite des Napfs gegenüberliegenden zweiten Stirnseite in Kontakt tritt.
Durch die Ineinanderschachtelung dreier Bogenfedern zur Bildung einer Federeinrichtung kann die Federkapazität beträchtlich erhöht werden, so dass vor dem auf Block gehen der Windungen zumindest einer der Bogenfedern größere Momente bei noch ausreichender Drehschwingungsisolation über den Drehschwingungsdämpfer übertragen werden können. Infolge der Parallelschaltung der ineinander geschachtelten Bogenfedern, die abhängig von Längentoleranzen zur Ausbildung einer einheitlichen Blocklage bei einem vorgegebenen Verdrehwinkel der Bauelemente gegeneinander im Wesentlichen gleich lang auf ihren Einsatzdurchmesser vorgebogen sind, kann eine im Wesentlichen einstufige Kennlinie dargestellt werden, die selbst unter Startbedingungen noch ausreichend flach ist. Das im Wesentlichen einstufige Kennlinienverhalten der Federstufen wird neben der nahezu bei gleichen Verdrehwinkeln einsetzender Beaufschlagung der drei Bogenfedern einer Federeinrichtung durch die Beaufschlagungsbereiche der beiden Bauelemente durch die mittelbare Beaufschlagung der zweiten Bogenfeder durch den konischen Ansatz des Napfs erzielt. Hierdurch werden die Endwindungen vor dem Anschlagen an den Beaufschlagungsbereichen radial erweitert, so dass die Endwindungen der ersten Bogenfeder ebenfalls erweitert werden können, so dass ein weicher Übergang der Kennlinie vom nicht belasteten Zustand der Bogenfedern in den belasteten Zustand ausgebildet wird.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Ausbildung der vorgeschlagenen Federspeicher in Verbindung mit einem beispielsweise in der DE 102 24 874 A1 als Drehschwingungsdämpfer mit einem vorzugsweise sekundärseitig am Ausgangsteil angeordneten Fliehkraftpendel erwiesen. Durch das hohe und gleichmäßige Vorisolationsverhalten des Drehschwingungsdämpfers mit den vorgeschlagenen Federeinrichtungen kann das Fliehkraftpendel besonders effektiv auf die erwünschte Resonanzfrequenz abgestimmt werden.
Die Anordnung des vorgeschlagenen Napfes kann in vorteilhafter Weise an beiden Stirnseiten der Bogenfedern erfolgen, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, lediglich einen Napf an derjenigen Stirnseite der Bogenfedern vorzusehen, die von einem Bauelement beaufschlagt werden, das einen zweiteilig, beispielsweise aus einen Beaufschlagungsbereich des anderen Bauelements flankierenden Beaufschlagungsflächen gebildeten Beaufschlagungsbereich aufweist. Durch die durch den Napf radial erweiterte Wirkfläche der Stirnfläche der dritten Bogenfeder wird diese auch bei vergleichsweise hohen Momenten, beispielsweise dem in den Drehschwingungsdämpfer von der Brennkraftmaschine eingetragenen Drehmoment in Zugrichtung des Antriebsstrangs, von den ausschließlich an radialen Randbereichen auf die Federeinrichtung einwirkenden Beaufschlagungsflächen in sicherer Weise beaufschlagt. Auf der Schubseite an den gegenüberliegenden Stirnseiten der zweiten und dritten Bogenfedern kann eine vorzugsweise konische Aufweitung der Endwindungen für eine sichere Beaufschlagung durch die Beaufschlagungsflächen ausreichend sein. Auf diese Weise können die Endwindungen der dem Napf gegenüberliegenden Stirnseiten der Bogenfedern ineinander eingehängt sein.
Die Länge der Bogenfedern wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass die drei Bogenfedern bei im Wesentlichen gleichem Verdrehwinkel der Bauelemente eine Blockstellung ihrer Windungen erreichen. Auf diese Weise kann die Federkapazität der Federeinheiten optimiert werden. Aufgrund der unterschiedlichen Drahtstärken und Windungswinkel können die Bogenfedem in ihrem entspannten Zustand unterschiedlich lang sein, das heißt, unterschiedliche Erstreckungswinkel im vorgebogenen Zustand aufweisen.
Durch die mittels der Bogenfedern gebildete Dämpferstufe wird eine im Wesentlichen einstufige Kennlinie ausgebildet. Dies ist in bevorzugten Ausführungsbeispielen die einzige Dämpferstufe des Drehschwingungsdämpfers. Spezielle Ausführungsbeispiele von Drehschwingungsdämpfern können einen oder mehrere zu dieser Dämpferstufe in Reihe geschaltete Dämpferstufen aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann zwischen den Beaufschlagungsbereichen und den Bogenfedern ein Verdrehspiel eingestellt sein, so dass die beiden Bauelemente ein geringes Verdrehspiel von beispielsweise 1° bis 3° ohne Dämpfungswirkung aufweisen können. Dieses Verdrehspiel kann mittels einer zweiten Dämpferstufe bedämpft sein.
Die ineinander geschachtelten Bogenfedern der vorgeschlagenen Federeinrichtung können denselben Windungssinn aufweisen. Unter Windungssinn ist dabei die Windungsrichtung mit Rechts- oder Linkswindungen der Bogenfedern zu verstehen. Es hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt, zumindest zwei sich an einem Umfang berührende Bogenfedern mit umgekehrtem Windungssinn deren Windungen auszubilden, um beispielsweise einem Verhaken von Windungen insbesondere unter Fliehkrafteinwirkung vorzubeugen.
Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Federeinrichtung eines Drehschwingungsdämpfers im Schnitt,
2 ein Detail der Federeinrichtung der 1 und
3 eine Kennlinie der Federeinrichtung verglichen mit einer Kennlinie einer Federeinrichtung nach dem Stand der Technik.

Zum Aufbau und Funktion als Basis für die erfindungsgemäße Federeinrichtung wird auf im Stand der Technik bekannte Drehschwingungsdämpfer, insbesondere das in der DE 10 2006 015 134 A1 offenbarte geteilte Schwungrad und das in der DE 102 24 874 A1 offenbarte geteilte Schwungrad mit an dem Sekundärteil angeordneten Pendelmassen zur Bildung eines Fliehkraftpendels verwiesen. Die in den dort dargestellten Drehschwingungsdämpfern dargestellten Federeinrichtungen in Form von Bogenfedern werden durch die in den 1 bis 3 nachfolgend beschriebenen Federeinrichtungen ersetzt.
1 zeigt die Federeinrichtung 1, die als eine zwischen den Beaufschlagungsbereichen 3 des als eines von zwei gegeneinander verdrehbaren Bauelementen eines Drehschwingungsdämpfers in Form des Flanschteils 4 mit radial erweiterten Armen 5 zur Bildung der Beaufschlagungsbereiche gebildeten, nur teilweise dargestellten Bauelements 2 untergebracht ist. Die Federeinrichtung 1 ist aus den Bogenfedern 6, 7, 8 gebildet. Dabei nimmt die Bogenfeder 6 die beiden Bogenfedern 7, 8 in dem durch deren Windungen 9 gebildeten Innenraum 10 auf. In ähnlicher Weise ist die Bogenfeder 8 in dem von den Windungen 11 der Bogenfeder 7 gebildeten Innenraum 12 untergebracht.
Die Stirnflächen 13, 14, 15, 16, 17, 18 der Bogenfedern 6, 7, 8 werden einerseits von den Beaufschlagungsbereichen 3 des Bauelements 2, das hier als Ausgangsteil eines Drehschwingungsdämpfers ausgebildet ist, und von dem anderen Bauelement wechselseitig bei einer Verdrehung der beiden Bauelemente beaufschlagt. Dabei flankieren die nicht dargestellten Beaufschlagungsbereiche des anderen Bauelements die Beaufschlagungsbereiche 3, so dass diese voneinander beabstandete Beaufschlagungsflächen bilden, die nicht ohne Weiteres einen Kontakt mit den Stirnflächen 15, 18 der Bogenfeder 8 und einen nur unzureichenden Kontakt mit den Stirnflächen 14, 17 der Bogenfeder 7 ausbilden. Es wird daher für die von den Beaufschlagungsflächen mit hohem Moment beaufschlagten Stirnflächen 14, 15 in den Innenraum 10 der Bogenfeder 6 der Napf 19 mit den Stirnseiten 20, 21 eingebracht. Die Stirnseite 20 bildet dabei den Kontakt zu den Beaufschlagungsbereichen 3 des Bauelements 2 und zu den Beaufschlagungsflächen der Beaufschlagungsbereiche des nicht dargestellten Bauelements mit ausreichendem Durchmesser, so dass auch eine Beaufschlagung durch die Beaufschlagungsflächen in ausreichender Weise gegeben ist. Der Napf 19, der aus Metall oder Kunststoff hergestellt sein kann, ist stufenförmig ausgebildet, so dass die Stirnseite 21 eine Anlagefläche für die Stirnfläche 15 der Bogenfeder 8 und der Ringabschnitt 22 eine Anlagefläche für die Stirnfläche 14 der Bogenfeder 7 bildet.
Wegen des in Schubrichtung verringerten Moments an den Beaufschlagungsflächen der Beaufschlagungsbereiche des nicht dargestellten, eingangsseitigen Bauelements ist an den Stirnflächen 17, 18 der Bogenfedern 7, 8 eine konische Erweiterung der Endwindungen 23, 24 ausreichend, so dass die Endwindungen 23, 24 einerseits radial ineinander greifen und damit aufeinander und gegenüber der Bogenfeder 6 fixiert sind und die Stirnflächen 17, 18 vergrößern, so dass diese in geeigneter Weise mit den Beaufschlagungsbereichen beider Bauelemente einen sicheren Anlagekontakt bilden.
2 zeigt den endseitigen Bereich der Federeinrichtung 1 mit dem Napf 19 im Detail. Im entspannten Zustand weisen die Bogenfedern 7, 8 gegenüber der Bogenfeder 6 jeweils Umfangsspiele 25, 26 auf, die eingestellt sind, um unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Blockverhaltens der Windungen 9, 11, 27 infolge ihrer unterschiedlichen Steigungen, Drahtstärken und dergleichen eine einheitliche Blockbildung bei zumindest annähernd demselben Verdrehwinkel der beiden Bauelemente unter Komprimierung der Bogenfedern 6, 7, 8 zu erzielen.
Alternativ zu dem in den 1 und 2 gezeigten Napf 19 kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel auf die stufenförmige Ausbildung des Napfs 19 verzichtet werden. Hierbei weist der Napf einen in Richtung der Beaufschlagungsbereiche erweiterten Außenumfang auf, so dass die Bogenfeder 7 direkt mit den Beaufschlagungsbereichen in Kontakt tritt und deren Endwindungen radial erweitert werden, so dass die Bogenfeder 7 mit ihren Endwindungen in die Bogenfeder 6 einhakt und der Napf durch die radiale Vorspannung der sich an der Bogenfeder 6 abstützenden Bogenfeder 7 fixiert wird.
3 zeigt die Kennlinie 28 der Federeinrichtung 1 der 1 gegenüber der Kennlinie 29 einer Federeinrichtung des Stands der Technik mit einer Bogenfeder und einer gegenüber dieser verkürzten Innenfeder nach dem Stand der Technik. Die Kennlinien 28, 29 zeigen das Federmoment M gegenüber dem Verdrehwinkel θ. Nach dem Aufbrauch des Verdrehspiels bei kleinen Verdrehwinkeln θ bauen beide Kennlinien 28, 29 mit einer geringen Steigung auf, bei dem lediglich die äußere Bogenfeder wirksam ist. Am Übergang 30 legen sich die innerhalb der äußeren Bogenfeder angeordneten Bogenfedern an. Hierbei bildet sich an der Kennlinie 28 durch die höhere Kapazität der Federeinrichtung 1 eine geringere Steigung als an der Kennlinie 29 aus, so dass der Übergang nahezu stetig ist und ein sanfter Übergang erzielt wird. Die höhere Federkapazität der Federeinrichtung 1 bewirkt weiterhin höhere Verdrehwinkel θ bei demselben Federmoment M, so dass insgesamt ein weicherer Drehschwingungsdämpfer bei höheren Übertragungsmomenten ohne auf Block gehende Federeinrichtungen 1 erzielt werden kann. Auf diese Weise können mehrstufige Federeinrichtungen - wie beispielsweise als Kennlinie 31 gezeigt - vermieden werden, bei denen beispielsweise harte Bogenfedem verwendet werden, wobei die innere Bogenfeder zur Erzielung eines besseren Startverhaltens der Brennkraftmaschine verkürzt und die Federkapazität dadurch vermindert wird.
Bezugszeichenliste

1: Federeinrichtung
2: Bauelement
3: Beaufschlagungsbereich
4: Flanschteil
5: Arm
6: Bogenfeder
7: Bogenfeder
8: Bogenfeder
9: Windung
10: Innenraum
11: Windung
12: Innenraum
13: Stirnfläche
14: Stirnfläche
15: Stirnfläche
16: Stirnfläche
17: Stirnfläche
18: Stirnfläche
19: Napf
20: Stirnseite
21: Stirnseite
22: Ringabschnitt
23: Endwindung
24: Endwindung
25: Umfangsspiel
26: Umfangsspiel
27: Windung
28: Kennlinie
29: Kennlinie
30: Übergang
31: Kennlinie
M: Federmoment
Θ: Verdrehwinkel

Claims

Drehschwingungsdämpfer mit wenigstens zwei gegeneinander entgegen der Wirkung zumindest einer aus mehreren ineinander geschachtelten Bogenfedern (6, 7, 8) gebildeten Federeinrichtung (1) begrenzt verdrehbaren Bauelementen (2) mit der Komprimierung der zumindest einen Federeinrichtung (1) dienenden Beaufschlagungsbereichen (3), dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Federeinrichtung (1) eine erste und eine zweite Bogenfeder (6, 7) mit einem jeweils aus deren Windungen (9, 11) gebildeten ersten und zweiten Innenraum (10, 12) enthält und die zweite Bogenfeder (7) im ersten Innenraum (10) und eine dritte Bogenfeder (8) im zweiten Innenraum (12) aufgenommen ist, wobei die erste Bogenfeder (6) mittels zumindest einer Stirnfläche (13) direkt mit zugeordneten Beaufschlagungsbereichen (3) in Kontakt tritt, zumindest eine Stirnfläche (14) der zweiten Bogenfeder (7) auf einen Außenumfangsbereich eines in die ersten Bogenfeder (6) eingebrachten, mit den zugehörigen Beaufschlagungsbereichen (3) an einer ersten Stirnseite (20) in Kontakt tretenden Napfs (19) aufläuft und zumindest eine Stirnfläche (15) der dritten Bogenfeder (8) mit einer der ersten Stirnseite (20) des Napfs (19) gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite (21) in Kontakt tritt, wobei eine mittels der Bogenfedern (6, 7, 8) gebildete Dämpferstufe eine im Wesentlichen einstufige Kennlinie (28) ausbildet.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Endwindungen (23) der zweiten Bogenfeder (7) zur Stirnfläche (14, 17) hin konisch erweitert sind.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Bogenfedern (6, 7, 8) bei im Wesentlichen gleichem Verdrehwinkel der Bauelemente (2) eine Blockstellung ihrer Windungen (9, 11, 27) erreichen.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endwindungen (23, 24) der dem Napf (19) gegenüberliegenden Stirnflächen (16, 17, 18) der Bogenfedern (6, 7, 8) ineinander eingehängt sind.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Beaufschlagungsbereichen (3) und den Bogenfedern (6, 7, 8) ein Verdrehspiel eingestellt ist.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei sich an einem Umfang berührende Bogenfedern (6, 7, 8) einen umgekehrten Windungssinn deren Windungen (9, 11, 27) aufweisen.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bauelement mit einem Fliehkraftpendel versehen ist.