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Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, wie insbesondere einen Seitenwellendämpfer, insbesondere für den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen.
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Bei Kraftfahrzeugen treten in bestimmten Betriebssituationen Triebstrangschwingungen auf, die zum Teil von den Fahrzeuginsassen als unkomfortabel empfunden werden.
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Im Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer Kupplung beispielsweise als Anfahrelement kommt es beim Einrücken der Kupplung zu unerwünschten Schwingungen, die auch als so genanntes Rupfen der Kupplung bekannt sind. Das Rupfen tritt bei schlupfender Kupplung insbesondere bei Drehmomentschwankungen in der Kupplung oder ungünstigen Reibwertgradienten der Kupplungsbeläge auf.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, welcher die Nachteile des Standes der Technik zumindest reduziert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer, insbesondere einen Seitenwellendämpfer, mit einer Welle und einem koaxial zur Welle angeordneten Hohlwelle, welche die Welle in sich aufnimmt, wobei die Hohlwelle einen ersten Endbereich und einen zweiten Endbereich aufweist, wobei das Hohlwelle an seinem ersten Endbereich mit der Welle drehfest verbunden ist und an seinem zweiten Endbereich mittels einer Reibverbindung reibschlüssig, wie insbesondere verdrehbar, mit der Welle verbunden ist. Dadurch kann sich die Welle relativ zur Hohlwelle tordieren und schwingen. Dadurch können die Schwingungen, welche die Kupplung passieren und in das Fahrzeug weitergeleitet werden, durch die Reibung in der Reibverbindung minimiert werden, was einer verbesserten Dämpfung der Schwingung entspricht. Dabei ist die Welle an dem ersten Endbereich bevorzugt sowohl drehfest als auch axial fest verbunden, wie beispielsweise verschweißt.
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Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn die Reibverbindung mit einer ersten Reibfläche und mit einer zweiten Reibfläche ausgebildet ist, welche bevorzugt mit einander in Reibkontakt stehen, wobei die erste Reibfläche Teil der Welle ist oder dieser zugeordnet ist und die zweite Reibfläche Teil der Hohlwelle ist oder dieser zugeordnet ist. So kann eine unmittelbare Reibung zwischen Welle und Hohlwelle zur Schwingungsdämpfung beitragen.
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So kann die Reibfläche durch die Welle bzw. die Hohlwelle selbst ausgebildet sein oder durch ein zusätzliches Bauelement, welches mit der Welle bzw. Hohlwelle verbunden ist.
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Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Reibverbindung mit einer ersten Reibfläche und mit einer zweiten Reibfläche ausgebildet ist, wobei die erste Reibfläche Teil der Welle ist oder dieser zugeordnet ist und die zweite Reibfläche Teil der Hohlwelle ist oder dieser zugeordnet ist und wobei zwischen der ersten Reibfläche und der zweiten Reibfläche ein Reibelement angeordnet ist, welches eine dritte Reibfläche und eine vierte Reibfläche aufweist, wobei die erste Reibfläche und die dritte Reibfläche sowie die zweite Reibfläche und die vierte Reibfläche mit einander in Reibkontakt stehen. Auch hier kann die Reibfläche durch die Welle bzw. die Hohlwelle selbst ausgebildet sein oder durch ein zusätzliches Bauelement, welches mit der Welle bzw. Hohlwelle verbunden ist. Diese Ausgestaltung weist weiterhin den Vorteil auf, dass durch das Reibelement eine verbesserte Beaufschlagung der Reibflächen erfolgen kann und es können die Reibpartner geeigneter ausgewählt werden.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die erste Reibfläche und die dritte Reibfläche und/oder die zweite Reibfläche und die vierte Reibfläche konisch ausgebildet sind. Dadurch wird eine verbesserte Kraftbeaufschlagung bei gleichzeitiger Zentrierung erreicht.
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Ebenso ist es zweckmäßig, wenn die erste Reibfläche und die dritte Reibfläche und/oder die zweite Reibfläche und die vierte Reibfläche zylindrisch ausgebildet sind. Diese Ausgestaltung hat Vorteile beim Bauraum.
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Dabei ist es zweckmäßig, wenn das Reibelement mittels eines Kraftspeichers der beaufschlagt ist, dass die erste Reibfläche gegen die dritte Reibfläche und/oder die zweite Reibfläche gegen die vierte Reibfläche beaufschlagt wird. Durch die Wahl des Kraftspeichers und seiner Vorspannung kann die Reibung vorbestimmt werden, was vorteilhaft ist.
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Erfindungsgemäß ist es zweckmäßig, wenn der Kraftspeicher eine Feder ist, welche zwischen der Welle und der Hohlwelle in einem Hohlraum angeordnet ist. Dabei ist der Hohlraum bevorzugt ein als hohlzylindrischer Raumbereich definiert, in welchen bevorzugt eine Schraubendruckfeder aufnehmbar ist.
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Auch ist es vorteilhaft, wenn der Kraftspeicher bzw. die Feder sich an einem Anlagebereich der Welle und/oder der Hohlwelle im Bereich der drehfesten Verbindung im ersten Bereich der Hohlwelle in axialer Richtung abstützt. So kann der Kraftspeicher bzw. die Feder eine Axialkraft auf die Reibflächen ausüben, wenn er sowohl an der Welle zw. an der Hohlwelle als auch an dem Reibelement abgestützt ist.
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Auch ist es zweckmäßig, wenn die Welle an zumindest einem Endbereich mit einem Gelenk ausgebildet oder mit einem Gelenk verbindbar ist. Bevorzugt ist die Welle an beiden Endbereichen mit einem Gelenk ausgebildet oder mit einem Gelenk verbunden. Dabei kann das Gelenk Teil der Welle sein oder mit der Welle verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist eine Anordnung eines Schwingungsdämpfers bevorzugt, bei welcher der Schwingungsdämpfer als Seitenwellendämpfer zwischen einem Differential und einem Rad eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert:
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische schwingungstechnische Ansicht zur Erläuterung eines konventionellen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und dessen Schwingungsmode,
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2 eine schematische schwingungstechnische Ansicht eines Antriebsstrangs zur Erläuterung der Erfindung,
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3 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers, und
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4 ein Detail des Schwingungsdämpfers in einer Vergrößerung.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeuges. In dem Antriebsstrang ist ein Antriebsmotor, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor angeordnet, welcher mit der Drehmasse 2 symbolisiert wird. Dem Antriebsmotor ist eine Kupplung nachgeordnet, die eine Kupplungsscheibe aufweist, welche mit einer Eingangswelle eines Getriebes verbunden ist. Die Drehmasse der Kupplungsscheibe und der Eingangswelle des Getriebes ist mit 3 bezeichnet. Die Kupplung 6 kann je nach Ansteuerung eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem Antriebsmotor und der Getriebeeingangswelle 7 erzeugen. Das Getriebe mit seinem Differenzial ist mit 8 bezeichnet und weist eine Drehmasse 4 auf, welche der Getriebeeingangswelle nachgeordnet ist. Dem Differenzial 9 nachgeordnet ist eine Seitenwelle 10, welche die Räder bzw. Achsen, deren Drehmasse mit 5 bezeichnet ist mit dem Differenzial verbindet. Dabei wird das Rad 11 über die Seitenwelle bzw. Achse angetrieben und gleichzeitig von dem Fahrzeug, also seiner Karosserie etc. beaufschlagt.
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In dem unteren Diagramm der 1 sind die in der Triebstrangmode zu erwartenden Amplituden, siehe die Pfeile, deren Phase zueinander, siehe die Pfeilausrichtung, und die der Schwingungsform innewohnenden Energieverteilungen, siehe die Rechtecke, qualitativ angedeutet. Der Antriebsstrang wird bei dieser Betrachtung als ein Zwei-Massen-Schwinger behandelt, wobei jeweils aus den Drehmassen 3, 4 und 5, 12 eine gemeinsame Drehmasse gebildet wird, da die jeweiligen betrachteten Drehmassen 3, 4 und 5, 12 über festgelegte Übersetzungen von Differential 8 und Rad 11 verknüpft sind. Zu erkennen ist, dass die Drehmassen 3 und 4 gegen die Drehmassen 5 und 12 schwingen und sich der Schwingungsknoten in der Seitenwelle 10 befindet. In dem Schwingungsknoten manifestiert sich die potentielle Energie 14 der Schwingung in der Steifigkeit 15 der Kopplung durch die Seitenwelle 10 und dementsprechend die kinetischen Energien 13 in den Drehmassen 3 und 4 sowie 5 und 12.
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Durch die Anregung von Schwingungen im Antriebsstrang können Oszillationen der Getriebeeingangswelle sich über das Getriebe und das Rad in spürbare Oszillationen der Beschleunigung des Fahrzeuges fortsetzen, die als unangenehm empfunden werden. Dabei sind insbesondere die Oszillationen als besonders störend wahrnehmbar, die durch Anregung und Schwingung der Triebsstrangmode entstehen.
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Diese Triebsstrangmode ist charakterisiert durch ein Schwingen der Kupplungsscheibe über die Steifigkeit der Seitenwelle gegen das Fahrzeug.
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Die 2 zeigt einen Antriebsstrang 20 mit einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer 21 zwischen den Massen von Getriebe und Differenzial 4 und von Rad und Achse 5.
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Der Schwingungsdämpfer 21 ist beispielsweise als Seitenwellendämpfer ausgebildet, welcher in einer Seitenwelle zwischen einem Differenzial und einem Rad angeordnet ist.
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Dabei besteht der Schwingungsdämpfer 21 aus einer Welle 22 und einer Hohlwelle 23, wobei sowohl die Welle 22 als auch die Hohlwelle 23 eine vorgebbare Steifigkeit aufweisen, wobei die Vollwelle eine geringere Steifigkeit als die Hohlwelle aufweisen soll, was bauartbedingt gegeben ist, da in die jeweilige Steifigkeit die Radien der Wellen einfließen. Zwischen der Welle 22 und der Hohlwelle 23 ist eine definierte Reibung 24 bei Torsion von Welle und Hohlwelle bzw. bei einer relativen Torsion zwischen Welle und Hohlwelle vorgesehen. Verdreht sich die Welle 22, so verdreht sich die Hohlwelle 23 dann nicht, wenn die Hohlwelle nur an einer Seite an einem Endbereich mit der Welle drehfest verbunden ist, während die Hohlwelle an der anderen Seite an ihrem anderen Endbereich mit der Welle nicht verbunden ist, so dass sie dort relativ zu der Welle 22 verdrehbar ist.
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Die 3 zeigt den Schwingungsdämpfer 50 in einer schematischen Darstellung. Der Schwingungsdämpfer 50 weist eine Welle 51 und eine Hohlwelle 52 auf, die koaxial zueinander angeordnet sind, wobei die Welle 51 innerhalb der Hohlwelle 52 angeordnet ist.
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Die Hohlwelle 52 ist an einem ersten Endbereich 53 mit der Welle 51 drehfest verbunden, wie beispielsweise verschweißt. Alternativ kann auch eine anderweitige formschlüssige Verbindung zwischen der Welle 51 und der Hohlwelle 52 im Endbereich 53 vorgesehen sein. Im gegenüberliegenden Endbereich 54 ist eine Reibverbindung 55 zwischen der Welle 51 und der Hohlwelle 52 vorgesehen.
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An ihren Endbereichen weist ein Ausführungsbeispiel der Welle 51 Gelenke 56, 57 auf, welche dazu dienen, den Schwingungsdämpfer zwischen einem Differenzial 58 und einem Rad 59 gelenkig anordnen zu können.
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Die 4 zeigt einen Ausschnitt des Schwingungsdämpfers 50 in einer Vergrößerung. Es ist ein Endbereich der Welle 51 und der Hohlwelle 52 gezeigt, in welcher die Reibverbindung 55 vorliegt. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist die Welle mit einer konischen ersten Reibfläche 60 ausgebildet, wobei das Reibelement 62 mit einer konischen dritten Reibfläche 64 ausgebildet ist, welche mit der ersten Reibfläche 60 in Kontakt tritt. Auch tritt die vierte Reibfläche 63 des Reibelements 62 mit der Reibfläche 61 in Reibkontakt.
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Zur Kraftbeaufschlagung des Reibelements 62 zur Beaufschlagung der Reibflächen 60 und 64 bzw. 61 und 63 ist ein Kraftspeicher 65 vorgesehen, welcher sich an seinem axialen Ende an dem Reibelement 62 abstützt und an seinem zweiten axialen Ende bevorzugt an der Welle 51 und/oder an der Hohlwelle 52 im Endbereich der Hohlwelle 52, in welchem die Hohlwelle 52 mit der Welle 51 drehfest verbunden ist.
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Zur Abdichtung ist weiterhin ein Balg 66 vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Masse des Antriebsmotors
- 3
- Masse der Kupplungsscheibe und Eingangswelle
- 4
- Masse von Getriebe und Differenzial
- 5
- Masse von Rad und Achse
- 6
- Kupplung
- 7
- Eingangswelle
- 8
- Getriebe
- 9
- Differenzial
- 10
- Seitenwelle
- 11
- Rad
- 12
- Fahrzeug
- 13
- kinetische Energie
- 14
- potentielle Energie
- 15
- Steifigkeit
- 20
- Antriebsstrang
- 21
- Schwingungsdämpfer
- 22
- Welle
- 23
- Hohlwelle
- 24
- Reibung
- 50
- Schwingungsdämpfer
- 51
- Welle
- 52
- Hohlwelle
- 53
- Endbereich
- 54
- Endbereich
- 55
- Reibverbindung
- 56
- Gelenk
- 57
- Gelenk
- 58
- Differenzial
- 59
- Rad
- 60
- Reibfläche
- 61
- Reibfläche
- 62
- Reibelement
- 63
- Reibfläche
- 64
- Reibfläche
- 65
- Kraftspeicher
- 66
- Balg
