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Die Erfindung betrifft eine Tilgereinrichtung für einen Fahrzeugantriebsstrang, umfassend eine Tilgermasse sowie wenigstens ein Federelement.
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Eine solche Tilgereinrichtung wird üblicherweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet, insbesondere zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, beispielsweise in einem Wandler, einem Zweimassenschwungrad oder einer Kupplung. Die Tilgereinrichtung dient üblicherweise dazu, etwaige Drehungleichförmigkeiten zu kompensieren. Bekannte Tilgereinrichtungen, beispielsweise in Form eines Fliehkraftpendels sind von ihrer Konstruktion her aufwendig.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine demgegenüber verbesserte, einfach konzipierte Tilgereinrichtung anzugeben.
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Zur Lösung des Problems zeichnet sich eine erfindungsgemäße Tilgereinrichtung dadurch aus, dass das Federelement eine um wenigstens 180° umlaufende Spiralfeder ist, die einerseits mit der ringförmigen Tilgermasse und andererseits mit einem An- oder Abtriebselement koppelbaren oder gekoppelten Drehmitnehmer verbunden ist.
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Zur Bedämpfung oder Kompensation etwaiger Drehungleichförmigkeiten des An- und Abtriebselements, also einer entsprechenden Welle, wird die erfindungsgemäße Tilgereinrichtung auf diese Welle gesetzt, indem ein entsprechender Drehmitnehmer mit diesem An- oder Abtriebselement gekoppelt wird. Dies kann beispielsweise über eine Innenverzahnung des scheibenförmigen oder hülsenförmigen Drehmitnehmers, die auf eine Außenverzahnung an der Welle aufgeschoben wird, erfolgen.
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Auf dem Drehmitnehmer, relativ zu diesem drehbar, sitzt oder läuft eine ringförmige Tilgermasse. Tilgermasse und Ringmitnehmer sind erfindungsgemäß über eine um wenigstens 180° umlaufende Spiralfeder miteinander verbunden, das heißt, dass die Spiralfeder mit einem Ende an der Tilgermasse und mit einem anderen Ende am Drehmitnehmer festgelegt ist.
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Im Falle einer Drehung des An- oder Abtriebselements wird diese auf den Drehmitnehmer gegeben und über die Spiralfeder gleichzeitig auch die Tilgermasse mitgenommen. Bei Konstantlauf drehen Drehmitnehmer und Tilgermasse synchron. Kommt es jedoch zu etwaigen Drehungleichförmigkeiten, die bei einer Brennkraftmaschine oft systemimmanent sind, so variiert die Drehzahl der An- oder Abtriebswelle und damit des Drehmitnehmers. Über die elastische Spiralfeder werden diese Drehungleichförmigkeiten bedämpft und auf die Tilgermasse übertragen, so dass es zur Kompensation der Drehungleichförmigkeiten kommt.
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Der Aufbau der erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung ist sehr einfach und kompakt und kann daher sehr kleinbauend bzw. bauraumgünstig erfolgen, so dass sie auch bei geringem Bauraum integriert werden kann. Die Spiralfeder läuft wie beschrieben um wenigstens 180° um, bevorzugt erstreckt sie sich um wenigstens 270° und vorzugsweise um wenigstens 360° um die Drehachse. Sie verläuft dabei in einer Ebene, so dass sich, da die Spiralfeder sehr dünn ausgeführt werden kann, auch ein axial kurzer Aufbau ergibt.
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Hinsichtlich der Anbindung der Spiralfeder an die Tilgermasse einerseits und den Drehmitnehmer andererseits sind unterschiedliche Möglichkeiten gegeben. So kann die Spiralfeder mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente mit der Tilgermasse und/oder dem Drehmitnehmer verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch Verschrauben oder Vernieten erfolgen, wozu entsprechende Befestigungsbereiche an der Tilgermasse oder dem Drehmitnehmer respektive den Federenden ausgebildet sind. Daneben ist auch ein stoffschlüssiger Verbund möglich, der zweckmäßigerweise durch Verschweißen erreicht wird.
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Alternativ oder, wenn die beiden Federenden über unterschiedliche Befestigungsmaßnahmen fixiert sind, ist es denkbar, die Spiralfeder durch form- oder kraftschlüssiges Verbinden eines federseitigen Verbindungsabschnitts mit einem an der Tilgermasse und/oder dem Drehmitnehmer vorgesehenen Verbindungsabschnitt mit der Tilgermasse und dem Drehmitnehmer zu verbinden. Die Spiralfeder weist also an einem oder an beiden Enden einen eine bestimmte Geometrie aufweisenden Verbindungsabschnitt auf, der in einen formkompatiblen Verbindungsabschnitt an der Tilgermasse und/oder dem Drehmitnehmer eingreift. Dabei kann der Verbindungsabschnitt der Spiralfeder ein abgewinkelter endständiger Schenkel sein, das heißt, dass die Spiralfeder als Schenkelfeder ausgeführt ist, während der Verbindungsabschnitt der Tilgermasse und/oder des Drehmitnehmers eine den Schenkel aufnehmende radiale Ausnehmung ist. Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung wird folglich der schenkelseitige Verbindungsabschnitt in die entsprechende formkompatible Ausnehmung eingehängt, so dass eine mitnahmefeste Verbindung gegeben ist.
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Alternativ zur separaten Ausbildung des Drehmitnehmers, der Spiralfeder sowie der Tilgermasse ist es denkbar, dass die Spiralfeder einstückig mit der Tilgermasse oder den Massenteilen und/oder dem Drehmitnehmer ausgeführt ist. Es ist denkbar, dieses einstückige Bauteil in einem Stanzprozess auszustanzen und sodann die Spiralfeder entsprechend zu wickeln. In diesem Fall sind keine separaten Befestigungsmaßnahmen zu treffen.
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Grundsätzlich ist es ausreichend, nur eine Spiralfeder vorzusehen, die in ihren Federeigenschaften, insbesondere ihrer Steifigkeit respektive ihrer Kennlinie entsprechend den Einsatzzwecken ausgelegt wird. Alternativ ist es auch denkbar, wenigstens zwei Spiralfedern vorzusehen, die radial oder in Umfangsrichtung einander folgen oder axial zueinander angeordnet sind. Durch die Kombination zweier Spiralfedern kann die Dämpfungseigenschaft der Tilgungseinrichtung aufgrund der Überlagerung der Feder- oder Kennlinieneigenschaften der beiden Spiralfedern noch weiter variiert werden.
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Dabei können die beiden Spiralfedern axial zueinander angeordnet sein, das heißt, dass beispielsweise die eine Spiralfeder an der einen Seite der ringförmigen Tilgermasse und die andere Spiralfeder an der anderen Seite der Tilgermasse angeordnet ist. Alternativ können die beiden Spiralfedern auch radial oder in Umfangsrichtung einander folgend positioniert sein. In diesem Fall können die beiden Spiralfedern entweder direkt miteinander verbunden sein, das heißt, dass die eine Spiralfeder quasi innenliegend ist, während die an sie anschließende zweite Spiralfeder quasi außenliegend ist. Die beiden einzelnen Spiralfedern bilden demzufolge eine Gesamtfeder. Sie sind zweckmäßigerweise über ein entsprechendes Verbindungselement an den benachbarten Federenden miteinander verbunden.
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Alternativ besteht die Möglichkeit, dass eine erste Spiralfeder mit dem Drehmitnehmer und einem ersten Massenteil der Tilgermasse verbunden ist, während die zweite Spiralfeder mit dem ersten Massenteil und einem radial außenliegenden zweiten Massenteil verbunden ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Tilgermasse folglich zweiteilig. Das erste Massenteil sitzt drehbar auf dem Drehmitnehmer auf und ist mit diesem über die erste Spiralfeder verbunden. Das zweite Massenteil sitzt auf dem ersten Massenteil und ist relativ zu diesem drehbar. Die beiden Massenteile sind über die zweite Spiralfeder miteinander verbunden. Hier sind folglich quasi zwei Dämpfungsebenen gegeben, nämlich zu einen die zwischen dem Drehmitnehmer und dem ersten Massenteil, zum anderen die zwischen dem ersten und zweiten Massenteil.
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Insbesondere im Falle von axial zueinander angeordneten Spiralfedern, die bevorzugt an den beiden Seiten der ringförmigen Tilgermasse angeordnet sind, ist es zweckmäßig, wenn die beiden Spiralfedern mit gegenläufiger Wickelrichtung angeordnet sind. Diese Anordnung ist zur Kompensation von Querkräften zweckmäßig.
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Daneben ist es auch möglich, dass die beiden Spiralfedern, unabhängig davon, ob sie nun axial, radial oder in Umfangsrichtung einander folgend angeordnet sind, unterschiedliche Steifigkeiten und/oder, in Kombination, eine nicht lineare Federkennlinie aufweisen respektive sich die beiden Federkennlinien zur Bildung einer nicht linearen Gesamtfederkennlinie überlagern. Das heißt, dass durch entsprechende Wahl der mechanischen Eigenschaften der einzelnen Spiralfedern unterschiedliche Gesamtdämpfungseigenschaften ergeben. Auch hierüber kann die Variationsmöglichkeit hinsichtlich der Dämpfungseigenschaft der erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung noch weiter erhöht werden.
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Die Tilgermasse oder die beiden Massenteile, sofern eine mehrteilige Tilgermasse vorgesehen ist, besteht bevorzugt aus einer Tilgerscheibe sowie einem oder mehreren daran befestigten Masseelementen. Dadurch ein oder mehrere Masseelemente an einer standardisierten Trägerscheibe anzuordnen besteht die Möglichkeit, das Gewicht der Tilgermasse respektive der beiden Massenteile entsprechend einzustellen. Auch hierüber kann wiederum Einfluss auf die Dämpfungseigenschaften genommen werden.
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Die Spiralfeder als die entsprechenden Elemente koppelndes Federelement ist bevorzugt ein Blechbauteil, beispielsweise aus Federstahl oder Ähnlichem, das bevorzugt durch Stanzen oder Biegen hergestellt ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Tilgermasse oder die Trägerscheibe und/oder der Drehmitnehmer ein Blechbauteil sein, das beispielsweise in einem entsprechenden Stanzverfahren hergestellt ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Seitenansicht der Tilgereinrichtung aus 1,
- 3 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung einer dritten Ausführungsform,
- 5 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung einer vierten Ausführungsform, und
- 6 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung einer fünften Ausführungsform.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Tilgereinrichtung 1, umfassend eine ringförmige Tilgermasse 2 bestehend aus einer ringförmigen Trägerscheibe 3 sowie exemplarisch beidseits an der Trägerscheibe 3 über entsprechende Schraubverbindungen 4 nach Bedarf befestigte Masseelemente 5. Das Gesamtgewicht der Tilgermasse ergibt sich somit aus der Trägerscheibe 3 sowie den Masseelementen 5 nebst Befestigungsschrauben 4.
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Des Weiteren umfasst die Tilgereinrichtung einen Drehmitnehmer 6, der ebenfalls scheibenförmig ist, aber auch hülsenförmig ausgeführt werden kann. Dieser wird in der Montagestellung auf ein drehendes An- oder Abtriebselement 7 in Form einer Welle aufgeschoben und dortseits über eine Verzahnung mit dem An- oder Abtriebselement 7 verbunden, so dass er gedreht werden kann.
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Wie die Schnittansicht gemäß 2 zeigt sitzt die Trägermasse 2 respektive die Trägerscheibe 3 mit ihrer Innenmantelfläche 8 auf der Außenmantelfläche 9 des Drehmitnehmers 6 auf, beide sind jedoch relativ zueinander drehbar.
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Zur Kopplung der Tilgermasse 2 mit dem Drehmitnehmer 6 ist ein Federelement 10 in Form einer Spiralfeder 11 vorgesehen, die um mehr als 180°, im gezeigten Beispiel sogar um mehr als 360° umläuft. Das eine Ende 12 der Spiralfeder 11 ist im gezeigten Beispiel über Nietverbindungen 13 an der Trägerscheibe 3 befestigt. Das andere Ende 14 der Spiralfeder 13 weist einen Verbindungsabschnitt 15 in Form eines abgewinkelten Schenkels 16 auf, der in einen entsprechenden Verbindungsabschnitt 17 in Form einer Ausnehmung 18 am Drehmitnehmer 6 formschlüssig eingreift. Über die Spiralfeder 11 ist folglich eine Bewegungskopplung von Drehmitnehmer 6 und Tilgermasse 2 gegeben.
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Der Schnittansicht gemäß 2 ist des Weiteren zu entnehmen, dass beidseits der Trägerscheibe 3 Spiralfedern 11 angeordnet sind. Diese sind beispielsweise um 180° versetzt zueinander angeordnet, das heißt, dass die Nietverbindungen 13 der in 1 hinter der Trägermasse 2 liegenden Spiralfeder 11 an der gegenüberliegenden, hier also rechten Seite, angeordnet sind. Auch sind bevorzugt die Wickelrichtungen der beiden Spiralfedern 11 gegenläufig. Das heißt, dass die eine rechts und die andere links gewickelt ist. Diese entgegengesetzte Wickelrichtung ist insbesondere zur Kompensation von Querkräften zweckmäßig.
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Kommt es nun im Betrieb zu einer Drehungleichförmigkeit des An- oder Abtriebselements 7, also der Welle, die beispielsweise die Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine ist, so wird diese Drehungleichförmigkeit auf den Drehmitnehmer 6 gegeben. Die Drehungleichförmigkeit führt zu einer Relativbewegung der Spiralfedern 11, also je nach Richtung der Drehunförmigkeit zu einer Längung oder Kontraktion sowie zu einer entsprechenden gekoppelten Bewegung der Tilgermasse 2. Über die Spiralfedern 11 in Verbindung mit der Tilgermasse 2 kann die Drehungleichförmigkeit bedämpft werden.
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3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung 1, wobei, wie bei allen Figuren, für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet werden.
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Gezeigt ist wiederum die Tilgermasse 2, die, wie vorstehend beschrieben, aus einer Trägerscheibe 3 und Masseelementen 5 bestehen kann. Vorgesehen ist des Weiteren der Drehmitnehmer 6, der über eine Verzahnung mit dem An- oder Abtriebselement 7 gekoppelt ist.
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Vorgesehen ist des Weiteren das Federelement 10 in Form der Spiralfeder 11, die auch hier, was die Mitnehmerverbindung zum Drehmitnehmer 6 angeht, einen abgewinkelten Schenkel 16 aufweist, der in eine entsprechende Ausnehmung 18 am Drehmitnehmer 6 form- oder kraftschlüssig eingreift.
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Das andere Ende 12 der Schenkelfeder ist bei dieser Ausgestaltung einstückig mit der Tilgermasse 2 respektive der Trägerscheibe 3 verbunden. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Stanzprozesses erfolgen. Hierbei wird sowohl die Trägerscheibe 3 als auch die Spiralfeder 11 aus einem Blech ausgestanzt, wobei die Spiralfeder 11 mit ihrem Ende 12 axial an der Trägerscheibe 3 angebunden ist. Trägerscheibe 3 und Spiralfeder 11 sind folglich zu einem Bauteil integriert. Die Spiralfeder 11 ist in ihrer Spiralform entweder von Haus aus im Stanzverfahren derart hergestellt, oder entsprechend gewickelt.
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Alternativ zur einstückigen Ausführung besteht natürlich auch die Möglichkeit, das Ende 12 der Spiralfeder 11 an der Trägerscheibe 3 anzuschweißen.
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Auch hier kann beidseits der Trägerscheibe 3 jeweils eine, gegebenenfalls gegenläufig gewickelte, Spiralfeder 11 vorgesehen sein, wie natürlich auch nur an einer Seite eine solche Spiralfeder vorgesehen sein kann.
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4 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung 1 einer dritten Ausführungsform, wiederum umfassend die Tilgermasse 2 sowie den Drehmitnehmer 6 und das Federelement 10 in Form der Spiralfeder 11. Diese ist bei dieser Ausgestaltung jedoch sowohl mit ihrem Ende 12 als auch ihrem Ende 14 jeweils einstückig oder gegebenenfalls auch stoffschlüssig mit der Trägerscheibe 3 einerseits sowie dem Drehmitnehmer 6 andererseits verbunden. Hier kommen also keine zusätzlichen Befestigungselemente oder entsprechende Verbindungsabschnitte zum Einsatz. Die Spiralfeder 11 ist hier über mehr als zwei komplette Windungen gewickelt.
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Eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tilgereinrichtung 1 zeigt 5. Bei dieser Ausgestaltung ist eine zweiteilige Tilgermasse 2 vorgesehen, umfassend ein auf dem Drehmitnehmer 6 aufsitzendes und relativ zu diesem drehbares erstes Massenteil 19, das mit dem Drehmitnehmer über eine erste Spiralfeder 11 verbunden ist. Auf dem ersten Massenteil 19 sitzt ein zweites Massenteil 20 auf, das relativ zum ersten Massenteil 19 ebenfalls drehbeweglich ist. Das erste Massenteil 19 und das zweite Massenteil 20 sind über eine zweite Spiralfeder 11 miteinander verbunden. Die beiden Spiralfedern 11 sind demzufolge radial zueinander angeordnet. Bei dieser Erfindungsausgestaltung sind folglich zwei separate Dämpfungsebenen gegeben, nämlich zum einen zwischen dem Drehmitnehmer 6 und dem ersten Massenteil 19, zum anderen zwischen dem ersten Massenteil 19 und dem zweiten Massenteil 20. Die Tilgermasse 2 in ihrer Gesamtheit definiert sich demzufolge über die beiden Massenteile 19, 20, die beide jeweils ringförmig sind, sowie über etwaige an ihnen befestigte Masseelemente, die hier nicht näher gezeigt sind.
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Während in 5 die beiden Spiralfedern 11 exemplarisch als mit ihren jeweiligen Enden entweder einteilig oder stoffschlüssig durch Verschweißen als mit dem Drehmitnehmer 6 respektive den beiden Massenteilen 19, 20 verbunden dargestellt sind, besteht selbstverständlich die Möglichkeit, die Federenden auch anderweitig zu befestigen, beispielsweise durch entsprechende Befestigungselemente wie die bereits erwähnten Nieten oder entsprechende kraft- oder formschlüssig ineinander greifende Verbindungsabschnitte oder Ähnliches.
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6 zeigt schließlich eine Ausführungsform einer fünften Tilgereinrichtung 1 umfassend die Tilgermasse 2, die wiederum aus einer Drehscheibe 3 mit befestigten Masseelementen 5 bestehen kann, oder nur als einfache Scheibe, wie bei jeder Ausgestaltung möglich, ausgeführt sein kann. Vorgesehen ist des Weiteren der Drehmitnehmer 6. Bei dieser Ausgestaltung ist ein Gesamtfederelement vorgesehen, das aus einer ersten Spiralfeder 11, die mit einem Ende am Drehmitnehmer 6 befestigt ist, und aus einer zweiten Spiralfeder 11, die mit einem Ende an der Tilgermasse 2 befestigt ist, gebildet ist. Die beiden aneinander anschließenden Enden der Spiralfedern 11 sind über ein Verbindungselement 21 miteinander verbunden. Das heißt, dass in Umfangsrichtung gesehen die beiden Spiralfedern 11 aneinander anschließen.
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Wie bei allen Ausgestaltungen, bei denen zwei Spiralfedern 11 vorgesehen sind, besteht natürlich die Möglichkeit, die Federeigenschaften der beiden Spiralfedern gleich oder unterschiedlich zu wählen. Das heißt, dass durch entsprechende Wahl der Steifigkeiten oder Federkennlinien, die einander überlagern, die gesamte Dämpfungseigenschaft der jeweiligen Tilgereinrichtung noch weitergehend variiert werden kann.
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Bei den gezeigten Spiralfedern 11 handelt es sich bevorzugt um Blechbauteile, die bevorzugt aus Federstahl gefertigt sind, beispielsweise durch Ausstanzen oder Biegen. Es ergibt sich insgesamt, siehe insbesondere die Schnittdarstellung gemäß 2, ein axial sehr kurzer Aufbau, so dass sich insgesamt eine kompakte Ausgestaltung ergibt, die in der Montageposition nur wenig Bauraum benötigt. Auch ist der Aufbau der jeweiligen Tilgereinrichtung insgesamt sehr einfach, verglichen mit anderen entsprechenden Einrichtungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tilgereinrichtung
- 2
- Tilgermasse
- 3
- Trägerscheibe
- 4
- Schraubverbindung
- 5
- Masseelement
- 6
- Drehmitnehmer
- 7
- Abtriebselement
- 8
- Innenmantelfläche
- 9
- Außenmantelfläche
- 10
- Federelement
- 11
- Spiralfeder
- 12
- Ende
- 13
- Nietverbindung
- 14
- Ende
- 15
- Verbindungsabschnitt
- 16
- Schenkel
- 17
- Verbindungsabschnitt
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Massenteil
- 20
- Massenteil
- 21
- Verbindungselement
