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Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Torsionsschwingungen an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Anordnung einer Dämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Torsionsschwingungen an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
DE 102 48 647 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Dämpfungseinrichtung wird üblicherweise auch als Torsionsschwingungsdämpfer bezeichnet und dient dazu, unerwünschte Torsionsschwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen. Die Dämpfungseinrichtung umfasst dabei wenigstens einen Schwungring, ein Primärteil und ein Dämpfungsmittel, wobei der Schwungring und das Dämpfungsmittel unter Vermittlung des Primärteils an der Kurbelwelle gehalten sind.
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Auch die
DE 10 2005 016 607 B3 offenbart einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Primärteil, einem Schwungring und einem Dämpfungsmittel, welches als Elastomerkörper ausgebildet ist. Der Schwungring ist über den Elastomerkörper, das heißt unter Vermittlung des Elastomerkörpers an dem Primärteil gehalten und dabei in gewissen Grenzen relativ zum Primärteil verdrehbar.
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Das Primärteil wird üblicherweise auch als Nabe bezeichnet, da der Torsionsschwingungsdämpfer beziehungsweise der Schwungring und das Dämpfungsmittel über das Primärteil beziehungsweise die Nabe, das heißt unter Vermittlung der Nabe an der Kurbelwelle gehalten ist beziehungsweise sind.
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Ferner sind Torsionsschwingungsdämpfer in Form von Visko-Dämpfern bekannt, bei denen das Dämpfungsmittel eine viskose Flüssigkeit, insbesondere ein viskoses Öl, ist. Die viskose Flüssigkeit ist beispielsweise zusammen mit dem Schwungring in einer Aufnahme des Primarteils aufgenommen, wobei Torsionsschwingungen durch Relativbewegungen zwischen dem Schwungring und dem Primärteil gedämpft werden.
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Üblicherweise sind die Kurbelwelle und das Primärteil (Nabe) als Einzelbauteile, das heißt als separat voneinander ausgebildete Bauteile ausgebildet und im Rahmen der Anordnung der Dämpfungseinrichtung an der Kurbelwelle reversibel lösbar miteinander verbunden, indem das Primärteil mittels Schrauben an der Kurbelwelle befestigt ist. Mit anderen Worten sind die Kurbelwelle und das Primärteil üblicherweise miteinander verschraubt. Dies bedeutet, dass der Torsionsschwingungsdämpfer ein an die Kurbelwelle angebautes Anbauteil ist, wobei die Verschraubung üblicherweise auf kleinem Durchmesser, welcher üblicherweise dem Hauptlagerdurchmesser entspricht oder kleiner als der Hauptlagerdurchmesser ist, an einem Ende der Kurbelwelle erfolgt. Die hierdurch übertragbaren Drehmomente werden limitiert durch die Schraubenkraft und den wirksamen Reibdurchmesser. Jedoch treten bei Verbrennungskraftmaschinen in diesem Bereich hohe Wechselmomente auf. Ferner können die Abstimmung des als Federmasse fungierenden Schwungrings und die Ausführung des Torsionsschwingungsdämpfers insgesamt nicht wunschgemäß erfolgen, da die Wechselmomente sonst nicht sicher übertragen werden könnten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Torsionsschwingungen besonders vorteilhaft gedämpft werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass Torsionsschwingungen besonders vorteilhaft gedämpft werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Primärteil nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle verbunden ist. Darunter ist zu verstehen, dass das Primärteil unlösbar mit der Kurbelwelle verbunden ist. Dies bedeutet, dass das Primärteil und die Kurbelwelle nur unter Zerstörung des Primärteils und/oder Kurbelwelle voneinander getrennt werden können. Im Gegensatz zu einer reversibel lösbaren, das heißt zerstörungsfrei lösbaren und beispielsweise durch eine Verschraubung realisierten Verbindung zwischen dem Primärteil und der Kurbelwelle kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden, dass die Abstimmung des als Tilgermasse fungierenden Schwungrings und der Dämpfungseinrichtung insgesamt durch eine Verschraubung beeinträchtigt und insbesondere limitiert wird. Ferner kann eine Beeinflussung des Hauptlagerdurchmessers durch die Anbindung der Dämpfungseinrichtung, insbesondere des Schwungrings und des Dämpfungsmittels, vermieden werden, wobei beispielsweise bei gegebenem Lagerdurchmesser, insbesondere Hauptlagerdurchmesser, besonders hohe Drehmomente zwischen der Kurbelwelle und der Dämpfungseinrichtung übertragen werden können.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass im Rahmen des Downsizings von modernen Verbrennungskraftmaschinen in vorhandenen Bauräumen immer höhere Belastungen auftreten. Reaktionsmomente und Ungleichförmigkeit nehmen zu, während Lagerdurchmesser, insbesondere Hauptlagerdurchmesser, gleich bleiben oder kleiner werden. Bisher wurde den steigenden Belastungen an herkömmlichen Fügestellen zwischen der Kurbelwelle und der Dämpfungseinrichtung mit einer Erhöhung der Reibbeiwerte von jeweiligen Trennflächen beziehungsweise höheren Schraubenkräften Rechnung getragen. Eine Erhöhung der Reibbeiwerte kann beispielsweise durch eine Laserstruktur oder eine Reibscheibe realisiert werden. Schraubenkräfte können beispielsweise durch eine Mehrfachverschraubung oder einen großen Schraubenkopfdurchmesser erhöht werden. Die herkömmlichen, bestehenden Konzepte hinsichtlich der Anbindung eines Torsionsschwingungsdämpfers an eine Kurbelwelle sind nun jedoch limitiert, da eine für Reibleistung und Verbrauch wünschenswerte Verkleinerung des Hauptlagerdurchmessers nicht möglich ist, da auf solchen kleinen Durchmessern die auftretenden Wechselmomente nicht mehr über herkömmlicherweise vorgesehene Verschraubungen zwischen der Kurbelwelle und dem Torsionsschwingungsdämpfer übertragen werden können.
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Diese Nachteile und Limitierungen können nun jedoch bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden, da der Schwingungsdämpfer beziehungsweise das Primärteil nicht etwa mit der Kurbelwelle verschraubt, sondern nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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Durch die erfindungsgemäße Integration des auch als Nabe bezeichneten Primärteils in die Kurbelwelle ist es ferner möglich, eine Limitierung der Trägheit der Dämpfungseinrichtung, insbesondere des als Tilgermasse fungierenden Schwungrings, zu vermeiden sowie – im Vergleich zu herkömmlichen Torsionsschwingungsdämpfern – kostenintensive Zentralschrauben durch Normteile kleineren Durchmessers zu ersetzen. Insgesamt ist es somit möglich, Torsionsschwingungen der Kurbelwelle auf besonders vorteilhafte und kostengünstige Weise zu dämpfen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer Anordnung einer Dämpfungseinrichtung an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, wobei 1 zur Erläuterung des Hintergrunds der Erfindung dient;
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2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer Anordnung einer Dämpfungseinrichtung an einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei ein Primärteil der Dämpfungseinrichtung nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle verbunden ist; und
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3 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer Anordnung einer Dämpfungseinrichtung an einer Kurbel einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei ein Primärteil der Dämpfungseinrichtung nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine Anordnung einer Dämpfungseinrichtung 10 an einer Kurbelwelle 12 einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist als Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und umfasst ein Kurbelgehäuse, welches beispielsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet ist und demzufolge wenigstens einen Brennraum insbesondere in Form eines Zylinders aufweist. In dem Zylinder ist ein Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen. Der Kolben ist gelenkig mit einem Pleuel verbunden, welches an einem in 1 nicht erkennbaren Hubzapfen der Kurbelwelle 12 drehbar gelagert ist. Hierdurch ist der Kolben gelenkig mit der Kurbelwelle 12 verbunden, so dass translatorische Bewegungen des Kolbens im Zylinder in rotatorische Bewegungen der Kurbelwelle umgewandelt werden. Die Kurbelwelle 12 weist dabei wenigstens einen aus 1 ausschnittsweise erkennbaren Wellenzapfen 14 auf, über welchen die Kurbelwelle 12 an dem Kurbelgehäuse um eine Drehachse 16 relativ zu dem Kurbelgehäuse drehbar zu lagern beziehungsweise – im fertig hergestellten Zustand der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine – gelagert ist. Der Wellenzapfen 14 ist somit Teil eines sogenannten Hauptlagers, mittels welchem die Kurbelwelle 12 am Kurbelgehäuse gelagert ist. Das Hauptlager weist dabei einen sogenannten Hauptlagerdurchmesser auf.
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Die Dämpfungseinrichtung 10 wird auch als Torsionsschwingungsdämpfer bezeichnet, da mittels der Dämpfungseinrichtung 10 Torsionsschwingungen der Kurbelwelle 12 gedämpft werden. Dadurch kann ein ruhiger Lauf der Verbrennungskraftmaschine realisiert werden. Die Dämpfungseinrichtung 10 umfasst ein Primärteil 18, welches auch als Nabe bezeichnet wird. Ferner umfasst die Dämpfungseinrichtung 10 wenigstens einen Schwungring 20, welcher beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff gebildet ist und als Tilgermasse zum Dämpfen der Torsionsschwingungen dient. Ferner umfasst die Dämpfungseinrichtung 10 ein Dämpfungsmittel 22, welches gemäß 1 als Elastomerkörper ausgebildet ist. Dabei ist der Schwungring 20 über den Elastomerkörper, das heißt unter Vermittlung des Elastomerkörpers am Primärteil 18 gehalten. Hierzu ist der Elastomerkörper (Dämpfungsmittel 22) einerseits mit dem Primärteil 18 und andererseits mit dem Schwungring 20 verbunden. Da der Elastomerkörper elastisch verformbar ist, ist der Schwungring 20 – in gewissen Grenzen – um die Drehachse 16 relativ zum Primärteil 18 verdrehbar.
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Die Kurbelwelle 12 ist einstückig mit einem Verbindungsflansch 24 ausgebildet, an welchem das Primärteil 18 befestigt ist. Somit ist der Torsionsschwingungsdämpfer (Dämpfungseinrichtung 10) insgesamt über das Primärteil 18 (Nabe) an der Kurbelwelle 12 gehalten. Hierzu ist das Primärteil 18 mit dem Verbindungsflansch 24 und somit der Kurbelwelle 12 verschraubt. Hierzu sind mehrere Schrauben vorgesehen, von denen in 1 zwei mit 26 bezeichnete Schrauben erkennbar sind. Mittels der Schrauben 26 ist das Primärteil 18 am Verbindungsflansch 24 befestigt und somit mit diesem verbunden. Das Primärteil 18 ist somit an der Kurbelwelle 12 festgelegt, so dass der Schwungring 20 aufgrund der elastischen Verformbarkeit des Dämpfungsmittels 22 um die Drehachse 16 relativ zur Kurbelwelle 12 in gewissen Grenzen drehbar ist. Zu einer solchen Relativdrehung zwischen dem Schwungring 20 und dem Primärteil 18 beziehungsweise der Kurbelwelle 12 kommt es beispielsweise durch Torsionsschwingungen der Kurbelwelle 12. Da bei solchen Relativdrehungen zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Schwungring 20 das Dämpfungsmittel 22 beziehungsweise der Elastomerkörper elastisch verformt wird, leistet der Elastomerkörper Verformungsarbeit, wodurch die Torsionsschwingungen zumindest zum Teil begrenzt werden.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Schrauben 26 und somit jeweilige, durch die Schrauben 26 bewirkte Verschraubungen des Primärteils 18 mit dem Verbindungsflansch 24 und somit der Kurbelwelle 12 auf einem sehr großen Durchmesser D angeordnet sind, wobei der Durchmesser D wesentlich größer als der Hauptlagerdurchmesser ist. Hieraus ergibt sich – bezogen auf die Drehachse 16 – ein sehr großer Hebelarm H zwischen der Drehachse 16 und der jeweiligen Verschraubung, wodurch auch besonders hohe Drehmomente zwischen der Kurbelwelle 12 und dem Torsionsschwingungsdämpfer übertragen werden können. Mit anderen Worten ist es bei der Anordnung gemäß 1 vorgesehen, dass die jeweilige Verschraubung zwischen dem Primärteil 18 und dem Verbindungsflansch 24 und somit die Anbindung des Torsionsschwingungsdämpfers an die Kurbelwelle 12 auf einem großen wirksamen Durchmesser in Form des Durchmessers D dargestellt ist. Dadurch können Torsionsschwingungen besonders vorteilhaft gedämpft werden. Das Primärteil 18 fungiert dabei als Adapterflansch, welcher auf besonders großem Durchmesser D verschraubt ist.
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Gemäß 1 sind der Verbindungsflansch 24 beziehungsweise die Kurbelwelle 12 und das Primärteil 18 als Einzelbauteile, das heißt als separate voneinander ausgebildete Bauteile ausgebildet, wobei diese Bauteile (Primärteil 18 und Verbindungsflansch 24 beziehungsweise Kurbelwelle 12) reversibel lösbar, das heißt zerstörungsfrei lösbar durch die jeweilige Verschraubung miteinander verbunden sind.
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2 zeigt eine Anordnung einer Dämpfungseinrichtung 28 an einer Kurbelwelle 30 gemäß einer ersten Ausführungsform, bei welcher mittels der Dämpfungseinrichtung 28 Torsionsschwingungen der Kurbelwelle 30 zu dämpfen sind. Somit ist auch die Dämpfungseinrichtung 28 als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet. Die vorigen Ausführungen zur Dämpfungseinrichtung 10 und zur Kurbelwelle 12 können hinsichtlich der Funktion der Dämpfungseinrichtung 10 und der Lagerung der Kurbelwelle 12 ohne weiteres auch auf die Dämpfungseinrichtung 28 und die Kurbelwelle 30 übertragen werden.
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Im Gegensatz zur Anordnung gemäß 1 ist es bei der Anordnung gemäß 2 vorgesehen, dass das Primärteil 18 der Dämpfungseinrichtung 28 einstückig mit der Kurbelwelle 30 ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Primärteil 18 nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle 30 verbunden und somit in die Kurbelwelle 30 integriert ist. Im Gegensatz zur Anordnung gemäß 1 kann somit das als separat ausgebildete Primärteil entfallen, wobei das Dämpfungsmittel 22 direkt an die Kurbelwelle 30 angebunden ist. Beispielsweise ist der Elastomerkörper auf das Primärteil 18 und somit die Kurbelwelle 30 aufvulkanisiert. Ferner können im Vergleich zur Anordnung gemäß 1 die Verschraubungen entfallen, so dass der Hauptlagerdurchmesser nicht durch Verschraubungen limitiert wird. Somit können bei gegebenem Hauptlagerdurchmesser besonders hohe Drehmomente übertragen werden, und die Trägheit des als Tilgermasse fungierenden Schwungrings 20 und des Torsionsschwingungsdämpfers insgesamt wird nicht durch Verschraubungen limitiert.
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3 zeigt die anhand von 2 veranschaulichte Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform ist das Dämpfungsmittel der Dämpfungseinrichtung 28 als in 3 nicht erkennbare viskose Flüssigkeit, insbesondere viskoses Öl, ausgebildet, wobei das einstückig mit der Kurbelwelle 30 ausgebildete Primärteil 18 eine Aufnahme 32 aufweist. Dabei sind der Schwungring 20 und das Dämpfungsmittel (viskose Flüssigkeit) in der Aufnahme 32 angeordnet. Die Aufnahme 32 an sich ist zu einer Seite hin offen und weist demzufolge eine Öffnung 34 auf, über welche die viskose Flüssigkeit und der Schwungring 20 in die Aufnahme 32 eingebracht werden können.
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Darüber hinaus umfasst die Dämpfungseinrichtung 28 bei der zweiten Ausführungsform einen separat von der Kurbelwelle 30 und von dem Primärteil 18 ausgebildeten Deckel 36, mittels welchem die Öffnung 34 verschlossen ist. Ferner umfasst die Dämpfungseinrichtung 28 bei der zweiten Ausführungsform zwei Dichtungselemente 38, welche beispielsweise als O-Ringe ausgebildet sind. Die Dichtungselemente 38 sind zwischen dem Deckel 36 und dem Primärteil 18 angeordnet, so dass der Deckel 36 gegen das Primärteil 18 unter Abdichten der Aufnahme 32 abgedichtet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die viskose Flüssigkeit unerwünschterweise aus der Aufnahme 32 austritt. Der in der Aufnahme 32 und somit in der viskosen Flüssigkeit aufgenommene Schwungring 20 kann sich um die Drehachse 16 relativ zur Kurbelwelle 30 drehen, wodurch Torsionsschwingungen gedämpft werden können.
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Bei der ersten Ausführungsform und bei der zweiten Ausführungsform sind der Schwungring 20 und das Dämpfungsmittel 22 in radialer Richtung weiter außen als der Wellenzapfen 14 angeordnet. Dies bedeutet, dass der Schwungring 20 und das Dämpfungsmittel 22 auf einem größeren Durchmesser als der Wellenzapfen 14, insbesondere eine außenumfangsseitige Mantelfläche 40 des Wellenzapfens 14, angeordnet sind. Hierdurch können Torsionsschwingungen besonders vorteilhaft gedämpft werden.
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Bei einer in den Fig. nicht gezeigten, dritten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Primärteil 18 zwar nicht einstückig mit der Kurbelwelle 30 ausgebildet ist, jedoch nicht-zerstörungsfrei lösbar mit der Kurbelwelle 30 verbunden ist, indem das Primärteil 18 stoffschlüssig mit der Kurbelwelle 30 verbunden ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Primärteil 18 mit der Kurbelwelle 30 verschweißt ist. Dieses Verschweißen erfolgt vorzugsweise durch Reibschweißen. Mit anderen Worten kann bei der dritten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Primärteil 18 durch Reibschweißen mit der Kurbelwelle 30 nicht-zerstörungsfrei lösbar verbunden ist. Auch hierdurch können unerwünschte Limitierungen des Hauptlagerdurchmessers und der Trägheit des Torsionsschwingungsdämpfers vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dämpfungseinrichtung
- 12
- Kurbelwelle
- 14
- Wellenzapfen
- 16
- Drehachse
- 18
- Primärteil
- 20
- Schwungring
- 22
- Dämpfungsmittel
- 24
- Verbindungsflansch
- 26
- Schraube
- 28
- Dämpfungseinrichtung
- 30
- Kurbelwelle
- 32
- Aufnahme
- 34
- Öffnung
- 36
- Deckel
- 38
- Dichtungselement
- 40
- außenumfangsseitige Mantelfläche
- D
- Durchmesser
- H
- Hebelarm
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10248647 A1 [0002]
- DE 102005016607 B3 [0003]
