DE102014223139A1

DE102014223139A1 - Torsionsschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102014223139A1
Application number: DE102014223139.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Frohs; Andreas Spranger
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-19
Also published as: WO2016075182A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdämpfer, vorzugsweise zur Anordnung zwischen einer auf einer Antriebsseite angeordneten Antriebseinheit und einer auf der Abtriebsseite vorgesehenen anzutreibenden Welle, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer ein erstes und ein zweites Teil umfasst, wobei das zweite Teil gegenüber dem ersten Teil gegen eine Kraft, die von einer Dämpfungseinrichtung bereitgestellt wird, verdrehbar ist. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Dämpfungseinrichtung (12) Mittel mit einer umlaufenden Kurvenbahn (4) umfasst, die in Richtung der Antriebsseite A mit zunehmender Winkeldrehung an Höhe zunimmt, derart, dass ein über das erste Teil (2) eingeleitetes Drehmoment D1 der Antriebseinheit auf das zweite Teil (10) der anzutreibenden Welle als Drehmoment D2 weitergeleitet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer, vorzugsweise zur Anordnung zwischen einer auf einer Antriebsseite angeordneten Antriebseinheit und einer auf der Abtriebsseite vorgesehenen anzutreibenden Welle, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer ein erstes und ein zweites Teil umfasst, wobei das zweite Teil gegenüber dem ersten Teil gegen eine Kraft, die von einer Dämpfungseinrichtung bereitgestellt wird, verdrehbar ist.
Viele Mehrhubkolben-Motoren haben keine gleichförmige Drehbewegung. Bedingt durch die einzelnen Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) und die Zündfolge der einzelnen Zylinder wird die Kurbelwelle ständig abgebremst und beschleunigt. Torsionsschwingungsdämpfer, auch Drehschwingungsdämpfer genannt, haben die Aufgabe, diese Dreh-Ungleichförmigkeiten und Schwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen, damit sie nicht an das Riementriebsystem weitergeleitet werden. Sie sind direkt mit der Kurbelwelle gekoppelt und mit einer speziellen Dämpfungseinrichtung (Massenträgheitsring, Gleitlager, Gummilager) ausgestattet. Letztere stellt die Verbindung zur Keilriemenscheibe für den Antrieb der Nebenaggregate (Generator, Hydraulikpumpe der Servolenkung, Klimakompressor, Lüfter, Wasserpumpe) her.
Zur Reduzierung der Kurbelwellenbelastung ist der Einsatz von Torsionsschwingungsdämpfern am freien Kurbelwellen-Ende heute Stand der Technik. Für den Fall, dass inner- oder außerhalb des Kurbelgehäuses kein Platz für solch einen Torsionsschwingungsdämpfer vorhanden ist, stellt ein interner Kurbelwellendämpfer die geeignete Lösung dar. Dieser wird bauraumneutral in die Kurbelwange integriert und erzielt seine Dämpfungsfunktion durch Stahldruckfedern und spezielle Dämpfungselemente.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Torsionsschwingungsdämpfer werden auch für den Betrieb von Pumpen, insbesondere von solchen, die im Wechselbetrieb betrieben werden, genutzt, um die daraus resultierenden Impulse auf die Pumpe zumindest zu minimieren oder auch gering zu halten.
Torsionsschwingungsdämpfer der vorbeschriebenen Art sind beispielsweise durch die DE 39 09 892 A1 , die DE 197 21 236 A1 und die DE 196 34 382 A1 vorgeschlagen worden.
Durch die DE 102 56 191 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitiges Übertragungselement, einem gegenüber demselben um eine im wesentlichen identische Drehachse drehauslenkbares abtriebsseitigen Übertragungselement und einer zwischen den beiden Übertragungselementen vorgesehenen Dämpfungseinrichtung bekannt. Das antriebsseitige Übertragungselement ist mit einem Antrieb, wie einer Kurbelwelle eines Motors gekopppelt, während das abtriebsseitige Übertragungselement über eine Kopplungsvorrichtung, beispielsweise durch eine ein- oder ausrückbare Reibungskupplung gebildet, mit einem Abtrieb, wie einer Getriebeeingangswelle, in Wirkverbindung bringbar ist. Die Dämpfungseinrichtung ist mit einem Federsystem zur Übertragung eines Drehmomentes zwischen dem antriebsseitigen und dem abtriebsseitigen Übertragungselement versehen.
Bei bisherigen Torsionsschwingungsdämpfern ohne Kraftumlenkung ist es nicht möglich, einen mechanischen Überlastschutz des Antriebsstrangs zu implementieren. Des Weiteren können keine ausreichend großen Verdrehungswinkel zwischen dem ersten und dem zweiten Teil bereitgestellt werden, bei gleichzeitiger Umsetzung von sehr weichen Kennlinien.
Unter weichen Kennlinien wird verstanden, zu welchem Zeitpunkt und wie die Dämpfung wirkt. Der Stand der Technik kennt bei ausreichend großen Verdrehwinkeln Dämpfungswinkel, die erst bei einer größeren einwirkenden Kraft diese dämpfen. Diese Dämpfung setzt schlagartig ein und wird somit als harte Kennlinie verstanden. Im Gegensatz hierzu setzt bei weichen Kennlinien die Dämpfung viel früher ein, jedoch nimmt sie mit zunehmender Kraft zu.
Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, einen Torsionsschwingungsdämpfer bereitzustellen, der neben großen Verdrehungswinkeln sehr weiche Kennlinien und damit ein weiches Dämpfungsverhalten aufweist.
Die Lösung wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 bereitgestellt.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass die Kraft, die von der Antriebsseite eingeleitet wird und notwendig ist, um das Drehmoment zu übertragen, in axialer Richtung des Torsionsschwingungsdämpfers wirkt.
Die Antriebsseite, über die das Drehmoment eingeleitet wird, weist ein erstes Teil auf, das um die Achse des Torsionsschwingungsdämpfers eine umlaufende Kurvenbahn aufweist, die in Richtung der Antriebsseite mit zunehmender Winkeldrehung an Höhe in Richtung der Antriebsseite zunimmt. Auf dieser Kurvenbahn sind Elemente mit Wälzkörper angeordnet, die in Wirkverbindung mit einer ebenfalls um die Achse des Torsionsschwingungsdämpfers umlaufende Hubscheibe stehen. Diese Hubscheibe ist in axialer Richtung des Torsionsschwingungsdämpfers verschieblich gelagert. Um diese axiale Verschiebung auszuführen, muss die Kraft größer sein, als diejenige, die durch Federelemente, die der axialen Verschiebung entgegenwirken, bereitgestellt werden. An dem Außenumfang der Hubscheibe ist eine Schiebeverzahnung angeordnet, die mit einem Gehäuse, das die Abtriebsseite darstellt, zusammenwirkt.
Zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen den beiden Teilen zusätzlich ein mit der Dämpfungseinrichtung in Reihe geschaltetes Drehmomentbegrenzungsmittel vorgesehen ist, das zumindest in eine der zwischen den beiden Teilen möglichen Relativverdrehrichtungen wirksam ist.
Wird nun ein Drehmoment von der Antriebsseite auf den Torsionsschwingungsdämpfer eingeleitet, so verschiebt sich die Hubscheibe in Richtung der Antriebsseite, bis die Kraft der Federn größer ist, als die axiale Kraft der Hubscheibe, hervorgerufen durch das Gleiten der Elemente auf der Kurvenbahn. Stellt sich zumindest ein Gleichgewicht ein, so wird das Drehmoment auf die Abtriebsseite übertragen. Bis dahin, wird das Drehmoment gedämpft.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass anstelle der einen umlaufenden Kurvenbahn zwei Kurvenbahnen mit jeweils einem Winkel von 180 Grad in identischer Ausbildung vorgesehen sind. Dies impliziert wiederum, dass auch die Hubscheibe entsprechend aufgeteilt ist. Aufgrund der symmetrischen Anordnung zur Achse ist ein symmetrischer Kraftverlauf gegeben.
Eine weitere alternative Ausbildung sieht vor, dass die Federelemente oder zumindest ein Teil als Druckfedern ausgelegt sind. Alternativ sind auch Tellerfedern oder Luftfedern oder vergleichbares vorgesehen.
Aus den Kurvenbahnen sind Elemente gelagert, die mit der Hubscheibe gekoppelt sind. Die Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Wälzlager beschränkt. Vielmehr sind jegliche Arten von Gleit- und Rollelementen, beispielsweise Kugeln, auswählbar.
Der Torsionsschwingungsdämpfer ist kompakt aufgebaut und bildet eine Baueinheit. Es besteht die Möglichkeit, diesen direkt in den Antriebsstrang zu integrieren.
Aufgrund der technischen Ausbildung ist es möglich, dass ein Überlastschutz verschleißfrei integrierbar ist. Dieser bewirkt, dass bei einem bestimmten Drehmoment auf der Antriebsseite, dieses nicht mehr auf die Abtriebsseite übertragen wird. Die Schiebeverzahnung kommt dann außer Eingriff mit dem Gehäuse auf der Abtriebsseite.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die mit zunehmender Winkeldrehung zunehmende Höhe der Kurvenbahn die Dämpfungskennlinien beeinflusst. Durch die Steilheit der Kurvenbahn können weichere oder härtere Kennlinien realisiert werden. Zudem ist ein progressives oder degressives Verhalten auswählbar.
Durch die technische Ausbildung des Torsionsschwingungsdämpfers können sehr effizient die in einem Antriebsstand auftretenden Schwingungen, hervorgerufen durch Wechseldrehmomente, gedämpft bzw. reduziert werden. Eine deutliche Erhöhung der Betriebsstundenzeit und damit eine Reduzierung von Stillstands- und Ausfallzeiten ist die Folge. Durch die sehr weichen Kennlinien des Dämpfungsglieds sind die Bauteilbelastungen gering.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung sowie den Ansprüchen hervor.
In 1 ist in perspektivischer Sicht und teilweise in Schnittdarstellung ein Torsionsschwingungsdämpfer 1 dargestellt. Dieser Torsionsschwingungsdämpfer 1 weist eine Antriebsseite A und eine Abtriebsseite B auf. Die Antriebsseite A, über die das Drehmoment D1 eingeleitet wird, weist ein erstes Teil 2 auf, das eine Dämpfungseinrichtung 12 aufweist. Die Dämpfungseinrichtung 12 umfasst eine um die Achse 3 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 umlaufende Kurvenbahn 4, die in Richtung der Antriebsseite A mit zunehmender Winkeldrehung an Höhe (in Richtung der Antriebsseite A) zunimmt. Auf dieser Kurvenbahn 4 sind Elemente 5 mit Wälzkörper angeordnet, die in Wirkverbindung mit einer ebenfalls um die Achse 3 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 umlaufenden Hubscheibe 6 stehen. Diese Hubscheibe 6 ist in axialer Richtung des Torsionsschwingungsdämpfers 1 verschieblich gelagert. Um diese axiale Verschiebung auszuführen, muss die Kraft größer sein, als diejenige, die durch Federelemente 7, die der axialen Verschiebung entgegenwirken, bereitgestellt werden. Am Außenumfang 8 der Hubscheibe 6 ist eine Schiebeverzahnung 9 angeordnet, die mit einem Gehäuse, dem zweiten Teil 10, das die Abtriebsseite B darstellt, zusammenwirkt.
Die Einleitung eines Drehmoments D1 auf der Antriebsseite A an dem Torsionsschwingungsdämpfer bewirkt ein axiales Verschieben der Hubscheibe 6 soweit, bis die Kraft der Federelemente 7 größer ist, als die axiale Kraft der Hubscheibe 6, hervorgerufen durch das Gleiten der Federelemente 7 auf der Kurvenbahn 4. Stellt sich zumindest ein Gleichgewicht ein, so wird das Drehmoment D1 auf die Abtriebsseite B als Drehmoment D2 übertragen. Bis dahin, wird das Drehmoment gedämpft, so dass nur ein Teil des eingeleiteten Drehmoments D1 auf das zweite Teil 10 übertragen wird.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Torsionsschwingungsdämpfer 1 direkt einen Antriebsstrang einbaubar ist. Durch die aufgrund der Kurvenbahnen beeinflussbare Dämpfungskennlinie, auch progressiv oder degressiv, ist eine weiche Kennlinie bei großem Verdrehwinkel möglich. Durch Ineinanderlaufen der Kurvenbahnen ist es möglich, einen verschleißfreien Überlastschutz bereitzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Torsionsschwingungsdämpfer
2: erstes Teil
3: Achse
4: Kurvenbahn
5: Elemente
6: Hubscheibe
7: Federelement
8: Außenumfang
9: Schiebeverzahnung
10: zweites Teil
12: Dämpfungseinrichtung
A: Antriebsseite
B: Abtriebsseite
D1: Drehmoment
D2: Drehmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3909892 A1 [0005]
DE 19721236 A1 [0005]
DE 19634382 A1 [0005]
DE 10256191 A1 [0006]

Claims

Torsionsschwingungsdämpfer, vorzugsweise zur Anordnung zwischen einer auf einer Antriebsseite angeordneten Antriebseinheit und einer auf der Abtriebsseite vorgesehenen anzutreibenden Welle, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer ein erstes und ein zweites Teil umfasst, wobei das zweite Teil gegenüber dem ersten Teil gegen eine Kraft, die von einer Dämpfungseinrichtung bereitgestellt wird, verdrehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung (12) eine im ersten Teil (2) um die Achse (3) des Torsionsschwingungsdämpfers (1) umlaufende Kurvenbahn (4) umfasst, die in Richtung der Antriebsseite A mit zunehmender Winkeldrehung an Höhe zunimmt, – wobei über dieser Kurvenbahn (4) Elemente (5) angeordnet, die in Wirkverbindung mit einer ebenfalls um die Achse (3) des Torsionsschwingungsdämpfers (1) umlaufende Hubscheibe (6) stehen, – wobei diese Hubscheibe (6) in axialer Richtung des Torsionsschwingungsdämpfers 1 verschieblich gegen Federelemente (7) gelagert ist, – wobei an dem Außenumfang (8) der Hubscheibe (6) eine Schiebeverzahnung (9) angeordnet, die mit einem Gehäuse, dem zweiten Teil (10), das die Abtriebsseite B darstellt, zusammenwirkt, derart, dass ein über das erste Teil (2) eingeleitetes Drehmoment D1 der Antriebseinheit auf das zweite Teil (10) der anzutreibenden Welle als Drehmoment D2 weitergeleitet wird.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (4) umlaufend ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (4) zweigeteilt und symmetrisch angeordnet ist, wobei jede Kurvenbahn (4) mit zunehmender Winkeldrehung gleich an Höhe zunimmt.
Torsionsschwingungsdämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente (5), die auf der Kurvenbahn (4) anliegen, Wälzlager sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (7) wahlweise Druckfederpakete, oder Tellefederpakete oder Luftfederpakete oder Kombinationen hieraus sind.