DE102012221428A1

DE102012221428A1 - Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102012221428A1
Application number: DE201210221428
Authority: DE
Inventors: Eugen Kremer; Andreas Triller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2013-06-13

Abstract

Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer zum Dämpfen von Schwingungen insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Schwingungsdämpfer um eine Rotationsachse rotierbar ist, umfassend mindestens einen fluidführenden Kanal, zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Kanal so ausgebildet ist, dass im Kanal eine Bewegung des Fluids sowohl in Richtung der Rotationsachse als auch in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse möglich ist. Der Schwingungsdämpfer ermöglicht die Dämpfung von Rotationsschwingungen und Torsionsschwingungen wie sie üblicherweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auftreten. Es ist somit ein deutlich ruhigeres und geräuschgedämpfteres Fahrverhalten eines entsprechend angetriebenen Kraftfahrzeugs zu erreichen.

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Schwingungsdämpfer zum Dämpfen von Schwingungen, insbesondere zum Einsatz in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
Aufgrund des Betriebs insbesondere von Kraftfahrzeugen mit unterschiedlichen Drehzahlen und damit auch unterschiedlichen Rotationsfrequenzen treten im Betrieb Schwingungen oder Resonanzen unterschiedlicher Frequenzen auf. Solche Schwingungen und insbesondere Resonanzen sind grundsätzlich unerwünscht und diese sollen möglichst getilgt werden. Als Maßnahme zur Reduktion beziehungsweise Tilgung solcher Schwingungen sind beispielsweise Fliehkraftpendel bekannt wie in der DE 10 2008 050 297 A1 offenbart. Bei Fliehkraftpendeln muss die Pendelmasse vergrößert werden um ein größeres Tilgungsmoment zu erzielen. Die zur Pendelmasse des Fliehkraftpendels proportionale Fliehkraft führt jedoch zu einer Wälzreibung, die entsprechend mit steigender Pendelmasse ansteigt. Alternativ kann bei einem Fliehkraftpendel der mögliche Schwenkwinkel vergrößert werden, um ein größeres Tilgungsmoment zu erhalten, dies führt jedoch zu Verstimmungen des Pendels und damit zur Reduktion der Wirksamkeit der entsprechenden Tilgung. Um diese Probleme zu überwinden, wurde vorgeschlagen, Flüssigkeitspendel einzusetzen, da dadurch durch die Verteilung der Kräfte über eine große Fläche die Reibung reduziert werden kann. Ein solches Lösungsprinzip ist beispielsweise der vorveröffentlichten Patentanmeldung mit Aktenzeichen JP 2003-74639 zu entnehmen. Entsprechende Schwingungsdämpfer weisen jedoch den Nachteil auf, dass lediglich Rotationsschwingungen reduziert werden können, nicht jedoch axiale Torsionsschwingungen, so dass die durch die letzteren erzeugten Geräusche bei Antriebssträngen mit dieser Technologie noch nicht behebbar sind.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungsdämpfer anzugeben, mit dem die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise überwunden werden können und insbesondere einen Schwingungsdämpfer anzugeben, mit dem nicht nur Drehschwingungen sondern auch axiale Torsionsschwingungen reduziert werden können.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer zum Dämpfen von Schwingungen insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Schwingungsdämpfer um eine Rotationsachse rotierbar ist, umfassend mindestens einen fluidführenden Kanal und zeichnet sich dadurch aus, dass der mindestens eine Kanal so ausgebildet ist, dass im Kanal eine Bewegung des Fluids sowohl in Richtung der Rotationsachse als auch in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse möglich ist.
Unter dem Begriff Schwingungen werden hier sowohl rotatorische Schwingungen als auch Torsionsschwingungen in Richtung der Rotationsachse, sowie entsprechende Resonanzen verstanden. Der Schwingungsdämpfer ist bevorzugt mit einem rotierenden Teil einer Reibungskupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs fest verbunden, beispielsweise mit einem Kupplungsdeckel. Unter einem Kanal wird insbesondere eine Struktur verstanden, die in den Schwingungsdämpfer eingebracht ist und beispielsweise einen kreisförmigen, ellipsoiden oder polygonalen Querschnitt aufweist. Bevorzug ist der Kanal aus mehreren Teilbereichen ausgebildet, die Teilkanäle bilden, wobei mindestens ein Teilkanal in Richtung der Rotationsachse ausgerichtet ist oder einen sich in Richtung der Rotationsachse erstreckenden Anteil aufweist und mindestens zwei Teilbereiche miteinander verbindet, die in der Rotationsebene ausgerichtet sind. So ist es im Betrieb möglich, dass sich das Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit wie beispielsweise ein Mineralöl oder Quecksilber oder ein vergleichbares, eine größere Dichte als Wasser aufweisendes Fluid, je nach Rotationsfrequenz und je nach notwendigem Tilgungsmoment verlagern kann.
Der erfindungsgemäße Schwingungsdämpfer erlaubt durch die Möglichkeit im Betrieb das entsprechende Fluid sowohl in Richtung der Rotationsachse als auch in der Rotationsebene zu verteilen, die Dämpfung von sowohl von rotatorischen Schwingungen als auch von Torsionsschwingungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers weist der mindestens eine Kanal zumindest einen Teilbereich auf, der in der Rotationsebene einer gekrümmten Linie folgt.
Durch Ausbildung des Kanals in Form einer gekrümmten Linie, beispielsweise eines Kreisbogens oder ähnliches ist es möglich, eine besonders effektive Anpassung des Tilgungsmoments an die entsprechenden Frequenzen zu ermöglichen, da durch die gekrümmte Linie insbesondere innerhalb der Rotationsebene eine Veränderung des entsprechenden Rotationsradius der Masse der Fluids bei Bewegung durch den Kanal erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers weist der mindestens eine Kanal zumindest einen Teilbereich auf, der in der Rotationsebene einer Geraden folgt, die zu einer radialen Richtung der Rotationsebene geneigt ist.
Durch die Ausbildung eines Teilbereichs in einer Form einer Geraden, die zur radialen Richtung der Rotationsebene geneigt ist, also keinem Radius der Rotationsebene folgt, kann durch die entsprechende Verlagerung bei Bewegung des Fluids durch den Teilbereich eine frequenzabhängige Tilgung oder Verringerung einer entsprechenden Schwingung erfolgen. Solche Geraden lassen sich in einfacher Art und Weise durch entsprechende Lamellen ausbilden, die zum Radius in der Rotationsebene hin geneigt sind.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers weist der mindestens eine Kanal zumindest einen Teilbereich auf, der zumindest zwei Teilbereiche in Richtung der Rotationsachse miteinander verbindet.
So können Kanäle geschaffen werden, die in Richtung der Rotationsachse zwei versetzte Teilbereiche aufweisen, die mit einem weiteren Teilbereich verbunden sind, der zumindest einen Anteil in Richtung der Rotationsachse aufweist und bevorzugt in Richtung der Rotationsachse verläuft. Durch entsprechende Ausgestaltungen der entsprechenden Abmessungen der Teilbereiche kann so eine Anpassung an das zu erwartende Frequenzspektrum erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers ist zumindest ein Kontaktkanal ausgebildet, der mindestens zwei Kanäle in Umfangsrichtung miteinander verbindet.
So ist es möglich, im Betrieb das Fluid in Umfangsrichtung zwischen zwei oder mehreren Kanälen zu verteilen, um so das entsprechende Dämpfungsverhalten in Bezug auf Frequenzen und Amplituden der zu dämpfenden Schwingungen zu verbessern. Das Frequenzspektrum kann weiterhin verbessert werden, indem in Richtung der Rotationsachse zwei Gruppen von Kanälen ausgebildet sind, die in der Rotationsebene und zwar bevorzug nicht in einer radialen Richtung der Rotationsebene verlaufen und die jeweils paarweise über Teilbereiche in Richtung der Rotationsachse miteinander verbunden sind und jeweils in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse über mindestens zwei Kontaktkanäle miteinander verbunden sind, so dass eine effektive Verteilung des Fluids innerhalb der einzelnen Ebenen und zwischen den Ebenen erfolgen kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers sind zumindest zwei in radialer Richtung voneinander beabstandete Kontaktkanäle ausgebildet.
Durch diese zwei in radialer Richtung voneinander beabstandeten Kontaktkanäle können bevorzugt einzelne Gruppen, die jeweils mindestens Teilbereiche von Kanälen umfassen, miteinander verbunden werden. So kann ein Netz von Kanälen gebildet werden, so dass sich das Fluid frequenzabhängig verteilen kann. So kann eine effektive Dämpfung sowohl rotatorischer Schwingungen als auch von Torsionsschwingungen über einen großen Frequenzbereich erreicht werden, wie er üblicherweise in modernen Verbrennungskraftmaschinen im Antriebsstrang auftritt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Schwingungsdämpfers ist der mindestens eine Kanal teilweise mit einem Fluid gefüllt.
Durch die nur teilweise Füllung des oder der Kanäle mit einem Fluid kann eine effektive Schwingungsdämpfung erreicht werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, entsprechende Teilchen in dem Fluid zu dispergieren oder zu emulgieren oder diese in das Fluid einzubringen, so dass auch eine Verlagerung der Teilchen frequenzabhängig erfolgen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Reibungskupplung, insbesondere für einen Antriebstrang eines insbesondere brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welche mindestens einen Schwingungsdämpfer aufweist, wie er in diesem Dokument beschrieben wird.
Reibungskupplungen weisen Reibflächen zur Übertragung von Drehmoment an den Reibpartner auf. Reibungskupplungen dienen üblicherweise zum lösbaren Verbindung einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine mit einem Antriebsstrang. Der mindestens eine Schwingungsdämpfer ist insbesondere mit einem rotierenden Bauteil wie beispielsweise der Getriebewelle des Antriebsstrangs verbunden, so dass der Schwingungsdämpfer bei Rotation der Getriebewelle mitrotiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Reibungskupplung ist der Schwingungsdämpfer mit dem Kupplungsdeckel der Reibungskupplung verbunden.
Der Kupplungsdeckel, welcher einstückig oder mehrstückig aus Segmenten aufgebaut sein kann, dient üblicherweise zum Verbinden der Antriebswelle mit der Abtriebswelle. Der Einsatz des Schwingungsdämpfers in Verbindung mit der Reibungskupplung hat sich als vorteilhaft zur Dämpfung der Schwingungen über einen großen Frequenzbereich erwiesen.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden im Folgenden anhand der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
1: eine perspektivische Ansicht eines Schwingungsdämpfers;
2: Details eines Schwingungsdämpfers;
3: einen Querschnitt durch einen Schwingungsdämpfer;
4: einen Längsschnitt durch einen Schwingungsdämpfer;
5: einen Schwingungsdämpfer in teilweise geschnittener perspektivischer Ansicht;
6–8: einen Ausschnitt eines Querschnitts eines Schwingungsdämpfers in unterschiedlichen Zuständen;
9: einen Schwingungsdämpfer in teilweise aufgeschnittener perspektivischer Ansicht; und
10: eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Schwingungsdämpfers.
1 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Schwingungsdämpfers 1. Dieser kann beispielsweise über eine Wellenaufnahme 2 mit einer rotierbaren Welle (hier nicht gezeigt) verbunden werden. Der Schwingungsdämpfer 1 ist aus einer Flanschplatte 3, einer Zentralplatte 4 und einer Deckelplatte 5 aufgebaut. Zwischen Flanschplatte 3 und Zentralplatte 4 und zwischen Zentralplatte 4 und Deckelplatte 5 sind jeweils Dichtungen 6 ausgebildet, die für eine Abdichtung des Raums innerhalb der Zentralplatte vom Äußeren der Flanschplatte 3, Zentralplatte 4 und Deckelplatte 5 sind miteinander verbunden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel über Schrauben 7. Im Betrieb rotiert der Schwingungsdämpfer 1 um die Rotationsachse 8.
2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht des Schwingungsdämpfers 1, in der mehrere Kanäle 9 gezeigt sind. Jeder Kanal 9 besteht in diesem Beispiel aus zwei ersten Teilbereichen 10 und einem zweiten Teilbereich 11, wie später auch noch unter Bezugnahme auf die 3 und 4 näher erläutert wird. Die ersten Teilbereiche 10 erstrecken sich dabei in einer Rotationsebene, die senkrecht zur Rotationsachse 8 ausgebildet ist, die also parallel zu der Erstreckung von Flanschplatte 3, Zentralplatte 4 und Deckelplatte 5 ausgebildet ist und in der Zentralplatte 4 verläuft. Die ersten Teilbereiche 10 weisen dabei in dieser Rotationsebene einen gekrümmten Verlauf auf, folgen also einer gekrümmten Linie wie insbesondere einem Teilkreis Kreisbogen. In Richtung der Rotationsachse 8 liegen diese beiden ersten Teilbereiche 10 übereinander. Der zweite Teilbereich 11 verbindet die beiden ersten Teilbereiche 10 in Richtung der Rotationsachse 8, erstreckt sich also in Richtung der Rotationsachse 8.
Die 3 und 4 zeigen dies näher. Hierbei stellt 3 einen Querschnitt quer zur Rotationsachse 8 und die 4 einen Längsschnitt in Richtung der Rotationsachse 8 dar. 3 zeigt einen der ersten Teilbereiche 10 der Kanäle 9, während in 11 der zweite Teilbereich 11 der Kanäle 9 sichtbar ist. Die zweiten Teilbereiche 11 sind ebenfalls in 3 eingezeichnet. Weiterhin existiert ein äußerer Kontaktkanal 12 und ein innerer Kontaktkanal 13, die im Zusammenhang mit 5 näher erläutert werden.
Im Betrieb sind die Kanäle 9 jeweils teilweise mit einem Fluid, insbesondere einer Flüssigkeit gefüllt. Dieser kann je nach Rotationsfrequenz sich in den unterschiedlichen Teilbereichen 10, 11 der Kanäle 9 verteilen und so unterschiedliche Tilgungsmomente in Rotation aufbauen, so dass unterschiedliche Schwingungen gedämpft werden können. Da ein Fluidtransfer durch die zweiten Teilbereiche 11 auch in Richtung der Rotationsachse 8 möglich ist, können so auch Torsionsschwingungen ausgeglichen beziehungsweise gedämpft werden.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schwingungsdämpfers 1. Auch hier sind die ersten Teilbereiche 10 und die zweiten Teilbereiche 11 der Kanäle 9 erkennbar. Weiterhin zeigt 5 einen äußeren Kontaktkanal 12 und einen inneren Kontaktkanal 13. Äußerer Kontaktkanal 12 und innerer Kontaktkanal 13 verbinden sämtliche vorhandenen Kanäle 9 in Umfangsrichtung miteinander. Über den äußeren Kontaktkanal 12 und den inneren Kontaktkanal 13 entsteht so ein System von miteinander kommunizierenden Röhren. Im Betrieb kann insbesondere durch den äußeren Kontaktkanal 12 aufgrund der durch die Rotation vorliegenden Zentrifugalkraft ein Flüssigkeitsaustausch zwischen unterschiedlichen Kanälen 9 erfolgen, wobei ein entsprechender Druckausgleich über den inneren Kontaktkanal 13 erfolgen kann. So ist es möglich, das Fluid über einen relativ großen Umfangsbereich des Schwingungsdämpfers 1 zu verteilen und so einen breiten Frequenzbereich an Schwingungen dämpfen zu können.
Die 6 bis 8 zeigen schematisch unterschiedliche Betriebszustände eines Schwingungsdämpfers 1. An diesen Figuren wird deutlich, wie es neben einer Veränderung der Fluidverteilung in den einzelnen Kanälen 9 und insbesondere in den ersten Teilbereichen 10 und zwischen benachbarten Kanälen 9 kommen kann, wobei hier auch der äußere Kontaktkanal 12 mit Fluid gefüllt ist, während der innere Kontaktkanal 13 dem Druckausgleich benachbarter Kanäle 9 dient. Wie zu erkennen ist, kann sich das dunkel gezeichnete Fluid 14 zwischen den Kanälen 9 und innerhalb der ersten Teilbereiche 10 und der zweiten Teilbereiche 11 der einzelnen Kanäle 9 bewegen. So können ganz unterschiedliche und relativ breite Schwingungsfrequenzbereiche gedämpft werden.
Die 9 bis 10 zeigen ein weiteres Beispiel eines Schwingungsdämpfers 1. Dieses Beispiel umfasst eine Lamellenplatte 15, die in einem aus entsprechenden Platten gebildeten Gehäuse 16 eingebracht ist. Die Lamellenplatte 15 weist eine Vielzahl von Lamellen 17 auf. Die Lamellen 17 sind so ausgerichtet, dass sie keinem Radius von der Außenkante zur Rotationsachse 8 folgen, sondern jeweils einer Geraden folgen, die zu dieser radialen Richtung geneigt sind. Die Lamellenplatte 15 weist Lamellen 17 auf beiden Seiten auf, wie insbesondere auch 10 entnehmbar ist. Zwischen den Lamellen 17 sind Kanäle 9 gebildet, die durch die Ausgestaltung mit Lamellen 17 auf beiden Seiten der Lamellenplatte erste Teilbereiche 10 aufweisen, die seitlich auf der Lamellenplatte 15 ausgebildet ist und einen zweiten Teilbereich 11 aufweisen, der außenseitig an der Lamellenplatte ausgebildet ist. So kann es im Betrieb zur Verteilung von Fluid von einer Vorderseite 18 zu einer Rückseite 19 der Lamellenplatte 15 kommen. Das heißt auch hier ermöglichen die Kanäle 9 eine Bewegung des Fluids sowohl in Richtung der Rotationsachse 8 als auch in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse 8. Wie 9 und 10 zeigen, sind die Lamellen 17 radial beabstandet von einer Innenkante 20 des Gehäuses. Es besteht also ein innerer Kontaktkanal 21, über den unterschiedliche Kanäle 9 miteinander verbunden und miteinander kommunizieren. Entsprechend ist ein äußerer Kontaktkanal 22 gebildet, über den ein Fluidaustausch zwischen unterschiedlichen Kanälen möglich ist. Im Betrieb wird der äußere Kontaktkanal 22 zum Austausch beziehungsweise zur Verteilung des Fluids zwischen unterschiedlichen Kanälen 9 genutzt, während der innere Kontaktkanal 21 dem Druckausgleich dient. So kann auch in diesem Beispiel eine effektive Verteilung des Fluids im Schwingungsdämpfer 1 in den unterschiedlichen Kanälen 9 und ihren Teilbereichen 10, 11 erfolgen, so dass auch hier der Aufbau von Tilgungsmomenten zur Dämpfung von Schwingungen für unterschiedliche Rotationsfrequenzen und Schwingungsfrequenzen möglich ist. Hierbei können sowohl Rotationsschwingungen als auch Torsionsschwingungen gedämpft werden.
Der Schwingungsdämpfer 1 ermöglicht die Dämpfung von Rotationsschwingungen und Torsionsschwingungen wie sie üblicherweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auftreten. Es ist somit ein deutlich ruhigeres und geräuschgedämpfteres Fahrverhalten eines entsprechend angetriebenen Kraftfahrzeugs zu erreichen.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungsdämpfer
2: Wellenaufnahme
3: Flanschplatte
4: Zentralplatte
5: Deckelplatte
6: Dichtung
7: Schraube
8: Rotationsachse
9: Kanal
10: erster Teilbereich
11: zweiter Teilbereich
12: äußerer Kontaktkanal
13: innerer Kontaktkanal
14: Fluid
15: Lamellenplatte
16: Gehäuse
17: Lamelle
18: Vorderseite
19: Rückseite
20: Innenkante
21: innerer Kontaktkanal
22: äußerer Kontaktkanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008050297 A1 [0002]
JP 2003-74639 [0002]

Claims

Schwingungsdämpfer (1) zum Dämpfen von Schwingungen insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei der Schwingungsdämpfer um eine Rotationsachse rotierbar ist, umfassend mindestens einen fluidführenden Kanal (9), dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (9) so ausgebildet ist, dass im Kanal (9) eine Bewegung des Fluids (14) sowohl in Richtung der Rotationsachse (8) als auch in einer Rotationsebene senkrecht zur Rotationsachse (8) möglich ist.
Schwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Kanal (9) zumindest einen Teilbereich (10) aufweist, der in der Rotationsebene einer gekrümmten Linie folgt.
Schwingungsdämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Kanal (9) zumindest einen Teilbereich (10) aufweist, der in der Rotationsebene einer Geraden folgt, die zu einer radialen Richtung der Rotationsebene geneigt ist.
Schwingungsdämpfer (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Kanal (9) zumindest einen Teilbereich (11) aufweist, der zumindest zwei Teilbereiche (10) in Richtung der Rotationsachse (8) miteinander verbindet.
Schwingungsdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest ein Kontaktkanal (12, 13, 21. 22) ausgebildet ist, der mindestens zwei Kanäle (9) in Umfangsrichtung miteinander verbindet.
Schwingungsdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest zwei in radialer Richtung voneinander beabstandete Kontaktkanäle (12, 13, 22) ausgebildet sind.
Schwingungsdämpfer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der mindestens eine Kanal (9) teilweise mit einem Fluid (14) gefüllt ist.