DE102018113974A1 - Torsional vibration damper with sliding cups made of sintered material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer (1) eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs, umfassend eine Primärmasse (2) und eine Sekundärmasse, die entgegen dem Widerstand von zu einer Drehachse hin vorgekrümmten Bogenfedern (3) verdrehbar sind, wobei Enden der Primärmasse (2) und der Sekundärmasse jeweils mit einer Bogenfeder (3) verbunden sind, die in Umfangsrichtung über ihren Außendurchmesser an einer in einem Federraum (5) eingesetzten, als Halbschale ausgeführten Gleitschale (7) gefettet, abgestützt und geführt ist, wobei die ein Verschleißschutzelement für die Bogenfeder (3) bildende Gleitschale (7) aus einem Sintermaterial hergestellt ist.The invention relates to a torsional vibration damper (1) of an internal combustion engine driven vehicle, comprising a primary mass (2) and a secondary mass, which can be rotated against the resistance of arc springs (3) which are curved towards an axis of rotation, ends of the primary mass (2) and the secondary mass in each case are connected to an arc spring (3) which is greased, supported and guided in the circumferential direction via its outer diameter on a sliding shell (7) used in a spring chamber (5) and designed as a half-shell, the anti-wear element forming the arc spring (3) Sliding shell (7) is made of a sintered material.
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs, umfassend eine Primärmasse und eine Sekundärmasse, die entgegen dem Widerstand von, zu einer Drehachse hin vorgekrümmten Bogenfedern verdrehbar sind, wobei an Enden der Massen befindliche Mitnehmer jeweils einer Bogenfeder zugeordnet sind und die Bogenfedern in Umfangsrichtung über ihren Außendurchmesser an einer Gleitschale abgestützt und geführt sind. Die Erfindung betrifft ferner zwei Verfahren zum Herstellen von derartigen, in Drehschwingungsdämpfer eingesetzten Gleitschalen.The invention relates to a torsional vibration damper of a vehicle powered by an internal combustion engine, comprising a primary mass and a secondary mass, which are rotatable against the resistance of curved to a rotational axis bow springs, wherein at ends of the masses located drivers are each associated with a bow spring and the bow springs in the circumferential direction on their Outer diameter are supported and guided on a sliding shell. The invention further relates to two methods for producing such sliding plates used in torsional vibration dampers.
Ein auch Zweimassenschwungrad (ZMS) genannter und allgemein bekannter Drehschwingungsdämpfer wird zur Dämpfung von Drehschwingungen bzw. Torsionsschwingungen in Antriebssträngen von brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugen eingesetzt. Aufgrund von Verbrennungsvorgängen der Hubkolben-Brennkraftmaschine stellt sich eine Drehungleichförmigkeit ein, die auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs übertragen zu Komforteinbußen führt. Der Drehschwingungsdämpfer dämpft die von der Brennkraftmaschine ausgehenden Schwingungen, unterbindet eine Übertragung auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs und verbessert damit den Fahrkomfort.A well-known two-mass flywheel (DMF) and generally known torsional vibration damper is used for damping torsional vibrations or torsional vibrations in drive trains of internal combustion engine-powered vehicles. Due to combustion processes of the reciprocating internal combustion engine, a rotational nonuniformity occurs which, transmitted to the drive train of the vehicle, leads to a loss of comfort. The torsional vibration damper dampens the vibrations emanating from the internal combustion engine, prevents transmission to the drive train of the vehicle and thus improves driving comfort.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verschleißfeste und reibungsoptimierte sowie gewichtsoptimierte Gleitschale zu schaffen, die Einlaufeffekte vermeidet und kostengünstig herstellbar ist.The invention has for its object to provide a wear-resistant and friction-optimized and weight-optimized sliding shell, which avoids inlet effects and is inexpensive to produce.
Diese Problemstellung wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 8 bis 10 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.This problem is solved according to the invention by the features of
Erfindungsgemäß ist nach Anspruch 1 vorgesehen, dass eine, ein Verschleißschutzelement für die Bogenfeder sowie eine Federraumwand der Primärmasse des Drehschwingungsdämpfers bildende Gleitschale aus einem Sintermaterial hergestellt ist. Durch den Sinterprozess wird aus dem auch Sintermetall bezeichneten Sintermaterial, welches aus feinkörnigen metallischen Stoffen besteht, ein festes Bauteil, die Gleitschale geformt. Mittels der Temperaturbehandlung des Sinterns erhält die Gleitschale ihre endgültigen Eigenschaften wie Härte und Festigkeit.According to the invention it is provided according to
Die durch einen Sinterprozess hergestellte Gleitschale besitzt durch das aus Metallpartikeln oder Metallpulver bestehende Sintermaterial eine gewisse Porosität, die vorteilhaft eine Schmierstoffaufnahme ermöglicht und folglich zu einer Reibungsoptimierung des aus den Bogenfedern, Gleitschalen und dem Schmierfett bestehenden Tribosystems des ZMS bzw. Drehschwingungsdämpfers führt. Die sich gegenüber bekannten Tribosystemen einstellende, reduzierte Reibung führt zur Vermeidung bzw. zu einem deutlich verringerten Verschleiß an Kontaktzonen der Gleitschalen und Bogenfedern. Gleichzeitig kann mit der Maßnahme gemäß der Erfindung die Dauerstandzeit oder Dauerhaltbarkeit des in der Bogenfederanordnung eingesetzten Fettes gesteigert werden.The sliding shell produced by a sintering process possesses a certain porosity due to the sintered material consisting of metal particles or metal powder, which advantageously makes it possible to absorb lubricant and consequently leads to a friction optimization of the tribological system of the ZMS or torsional vibration damper consisting of the bow springs, sliding shells and the lubricating grease. The comparison with known tribosystems adjusting, reduced friction leads to the avoidance or to a significantly reduced wear on contact zones of the sliding shells and bow springs. At the same time can be increased with the measure according to the invention, the fatigue life or durability of the grease used in the bow spring assembly.
Weiterhin ist mit dem erfindungsgemäßen Konzept auch im Neuzustand bereits ein niedriger Reibwert des Tribosystems realisierbar, der einen negativen Einlaufeffekt vermeidet, der sich beispielsweise erst nach einer gewissen Laufleistung des Fahrzeugs verbessert bzw. neutralisiert.Furthermore, with the concept according to the invention even in the new state already a low coefficient of friction of the tribological system can be realized, which avoids a negative run-in effect, which improves, for example, only after a certain mileage of the vehicle or neutralized.
Der Sinterprozess ermöglicht eine Fertigung der Gleitschale ohne Zerspanung und ohne Umformung. Das Produkt, eine standardisierte Gleitschale, kann damit einbaufertig ohne eine Nachbehandlung oder Abfall hergestellt werden. Außerdem ist durch das Sintern die Herstellung von Gleitschalen mit relativ kurzen Durchlaufzeiten erreichbar, so dass auch hohe Losgrößen mit geringen Produktionskosten umweltschonend und energiearm herstellbar sind. Weiterhin stellt sich durch das Sintern eine optimale, auch als Oberflächenrauheit zu bezeichnende Oberflächenbeschaffenheit ein. Diese entspricht den Oberflächen bisheriger, aus Massivwerkstoffen hergestellten Gleitschalen, bei denen die Oberflächen oder Kontaktflächen spanend, durch Schleifen und nachträgliches Feindrehen bearbeitet wurden.The sintering process makes it possible to manufacture the sliding shell without chipping and without forming. The product, a standardized slip bowl, can thus be manufactured ready for installation without any subsequent treatment or waste. In addition, the production of sliding shells with relatively short throughput times can be achieved by sintering, so that even high batch sizes with low production costs are environmentally friendly and energy-poor to produce. Furthermore, sintering provides an optimum surface texture, also called surface roughness. This corresponds to the surfaces of previous, made of solid materials sliding plates in which the surfaces or contact surfaces were machined by grinding and subsequent fine turning.
Mit der erfindungsgemäß aus einem Sintermaterial hergestellten Gleitschale ist ein reibungsoptimierter Drehschwingungsdämpfer darstellbar, der weiterhin eine verbesserte Schwingungsisolation sowie einen reduzierten Bauteilverschleiß aufweist. Mittels der angewandten Sinterung ist eine Gleitschale mit einer hohen Genauigkeit, Maßhaltigkeit und einem kleinen Toleranzbandniveau herstellbar, wobei vorgegebene Formtoleranzen auch für Großserien zuverlässig eingehalten werden. With the sliding cup produced according to the invention from a sintered material, a friction-optimized torsional vibration damper can be represented which furthermore has improved vibration isolation and reduced component wear. By means of the sintering applied, a sliding cup can be produced with a high degree of accuracy, dimensional accuracy and a small tolerance band level, with predetermined dimensional tolerances being reliably maintained even for large batches.
Die Mikroporosität des Sintermetalls führt vorteilhaft zu einer geringen Masse der fertigen Gleitschale. Gegenüber einer mit Massivwerkstoff hergestellten Gleitschale kann somit ein Gewichtsvorteil von > 5 bis ≤ 25 % realisiert werden. Damit können bei Bedarf notwendige Anpassungen im Design bei aus Sintermetall ausgeführten Gleitschalen, die zu einer Gewichtserhöhung gegenüber bisherigen Ausführungen führen, kompensiert werden. Außerdem stellt sich durch die interne Porosität des Sinterteils eine gewünschte vorteilhafte Schwingungsdämpfung ein.The microporosity of the sintered metal advantageously leads to a low mass of the finished sliding shell. Compared with a sliding shell made with solid material, a weight advantage of> 5 to ≤ 25% can thus be realized. Thus, if necessary, necessary adjustments in design can be compensated for sliding cups made of sintered metal, which lead to an increase in weight compared to previous designs. In addition, due to the internal porosity of the sintered part, a desired advantageous vibration damping occurs.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, in der für die Gleitschale bestimmten Sintermaterialauswahl auch einen wärmeabführenden Werkstoff einzubringen. Als eingelagerter Werkstoff zur Beimischung eignet sich bevorzugt Kupfer oder Aluminium, mit dem eine effektive Wärmeabfuhr der Gleitschale erreichbar ist. Ergänzend oder alternativ kann die Sintermetallmischung einen die Schmierung optimierenden und folglich die Reibung reduzierenden Werkstoff einschließen. Insbesondere bietet sich dazu Molybdän an, das vor dem, auch Pressen genannten Verdichten und der Wärmebehandlung in das Sintermetallpulver eingebracht wird. Mit dieser Maßnahme stellt sich vorteilhaft über die gesamte Lebensdauer des Drehschwingungsdämpfers ein Tribosystem mit einem verringerten Reibungskoeffizienten sowie mit einer erhöhten Verschleißfestigkeit ein.According to an advantageous embodiment of the invention, it is provided to introduce a heat-dissipating material in the sintering material selection intended for the sliding shell. As an embedded material for admixing is preferably copper or aluminum, with which an effective heat dissipation of the sliding shell can be achieved. In addition or as an alternative, the sintered metal mixture may include a material optimizing the lubrication and consequently reducing the friction. In particular, molybdenum, which is introduced into the sintered metal powder before the compression, which is also referred to as pressing, and in addition to the heat treatment, is suitable for this purpose. With this measure, advantageously over the entire life of the torsional vibration damper, a tribosystem with a reduced coefficient of friction and with increased wear resistance.
Als Alternative oder als Ergänzung zu einer Beimischung ist gemäß der Erfindung vorgesehen, die Gleitschale unmittelbar nach der Wärmebehandlung vollständig in ein Imprägnierungsmedium, beispielsweise Öl einzutauchen. Zur Erzielung einer unterschiedlichen, bzw. einer wunschgemäßen, gezielt einstellbaren Reibung zwischen der Bogenfeder und der inneren Gleitschalenkrümmung kann die Gleitschale alternativ in Umfangsrichtung teilweise in Öl eingetaucht werden. Aufgrund der relativ großen Porosität stellt sich bei einem Eintauchen des Sintermetalls in Öl ein Saugeffekt ein, wodurch sich auf der Oberfläche ein dauerhafter Schmierfilm bildet. Bevorzugt wird ein die Reibung minimierendes und die Korrosion vermeidendes, vorzugsweise geeignete Additive einschließendes Imprägnierungsmedium eingesetzt. Weiterhin kann ein geeignetes Additiv als Imprägnierungsmedium verwendet werden, das eine ausreichende Schmierung bereits im neuen, nicht eingelaufenen Zustand des Drehschwingungsdämpfers sicherstellt. Eine unterschiedliche Reibung ist außerdem durch ein gezieltes Beimischen von Festkörperschmierstoffen (FKSS) beim Sintern entlang der inneren Gleitschalenkrümmung erreichbar, so dass sich wunschgemäß in gewissen Bereichen zwischen der Bogenfeder und der Gleitschale gezielt eine niedrigere oder höhere Reibung einstellt.As an alternative or in addition to an admixture, it is provided according to the invention to immerse the sliding shell completely in an impregnation medium, for example oil, immediately after the heat treatment. To achieve a different, or a desired, selectively adjustable friction between the bow spring and the inner Gleitschalenkrümmung the sliding shell can alternatively be partially immersed in the circumferential direction in oil. Due to the relatively large porosity, a suction effect occurs when the sintered metal is immersed in oil, forming a permanent lubricating film on the surface. Preference is given to using a friction minimizing and corrosion-avoiding, preferably suitable additives including impregnating medium. Furthermore, a suitable additive can be used as the impregnation medium, which ensures sufficient lubrication already in the new, unrestrained state of the torsional vibration damper. A different friction is also achieved by a targeted admixture of solid lubricants (FKSS) during sintering along the inner Gleitschalenkrümmung, so that deliberately sets a lower or higher friction in certain areas between the bow spring and the sliding shell.
Die Gleitschalen aus Sintermetall können auch als komplexe Formkörper bzw. in unterschiedlichen Bauformen gestaltet werden. Beispielsweise sind Gleitschalen mit einer radial äußeren ebenen Kontaktfläche einsetzbar. Durch eine sich über die ganze Breite der Gleitschale erstreckende ebene Kontaktfläche stellt sich ein großflächig verstärkter Rücken ein, der die Bruchfestigkeit der Gleitschale entscheidend erhöht. Diese Konzeption führt weiterhin zu einer sicheren, verbesserten Abstützung und Lagefixierung der Gleitschale im Einbauzustand, für die sich außerdem vorteilhaft konstante Reibbedingungen einstellen. Als Maßnahme zur Gewichtsoptimierung bietet es sich an, eine taillierte Gleitschale herzustellen, die beidseitig lokal eine Ausnehmung bildet.The sliding shells made of sintered metal can also be designed as complex moldings or in different designs. For example, sliding shells can be used with a radially outer flat contact surface. By a over the entire width of the sliding shell extending flat contact surface, a large-scale reinforced back, which increases the breaking strength of the sliding significantly. This conception also leads to a secure, improved support and positional fixation of the sliding shell in the installed state, for which also advantageously set constant friction conditions. As a measure for weight optimization, it makes sense to produce a waisted sliding shell which forms a recess locally on both sides.
Weiterhin können aus einem Sintermaterial hergestellte Gleitschalen konstruktiv an konkrete Einbausituationen angepasst werden und sind folglich in bestehende ZMS-Konzepte integrierbar.Furthermore, sliding shells made from a sintered material can be structurally adapted to specific installation situations and can consequently be integrated into existing ZMS concepts.
Gemäß einer bevorzugten Anordnung ist die Gleitschale aus Sintermetall in einem Federraum der Bogenfederanordnung des Drehschwingungsdämpfers eingesetzt. Der Federraum ist antriebsseitig und außenseitig von der Primärmasse und abtriebsseitig von einem mit der Primärmasse verbundenen Deckel begrenzt. Die Bogenfedern werden jeweils von als Halbschalen ausgeführten Gleitschalen umschlossen, die radial außen an der Primärmasse abgestützt sind.According to a preferred arrangement, the sliding shell made of sintered metal is inserted in a spring space of the bow spring arrangement of the torsional vibration damper. The spring chamber is on the drive side and the outside of the primary mass and the output side limited by a lid connected to the primary mass. The bow springs are each enclosed by designed as half shells sliding cups, which are supported radially on the outside of the primary mass.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist gemäß Anspruch 8 ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Gleitschale, an der Bogenfedern eines Drehschwingungsdämpfers abgestützt und geführt sind, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
- - Bereitstellen von feinkörnigen oder pulvrigen metallischen Stoffen, die vermischt einem Sinterprozess zugeführt werden;
- - daran schließt sich das Sintern, ein Verdichten der metallischen Stoffe an, wobei mittels Erwärmung bzw. einer Wärmebehandlung die metallischen Ausgangsstoffe zur Herstellung der Gleitschale zusammengebacken werden.
- - Providing fine-grained or powdery metallic materials, which are mixed fed to a sintering process;
- - This is followed by sintering, a densification of the metallic substances, wherein by means of heating or a heat treatment, the metallic starting materials for the production of the sliding shell are zusammengebacken.
Gemäß dem Anspruch 9 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitschale vorgesehen, an der Bogenfedern eines Drehschwingungsdämpfers abgestützt und geführt sind, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
- - Bereitstellen von feinkörnigen oder pulvrigen metallischen Stoffen, denen zur Erreichung einer gezielten, einstellbaren Reibung zwischen den Bogenfedern und der Gleitschale entlang der inneren Gleitschalenkrümmung geeignete Festkörperschmierstoffe (FKSS) beigemischt sind und alle Sintermaterialien vermischt einem Sinterprozess zugeführt werden, alternativ oder ergänzend können zur Erreichung einer wunschgemäßen, definierten Wärmeabfuhr ebenso geeignete Sintermaterialien zugefügt werden;
- - daran schließt sich das Sintern, ein Verdichten der metallischen Sintermaterialien an, wobei mittels Erwärmung bzw. einer Wärmebehandlung die metallischen Ausgangsstoffe zur Herstellung der Gleitschale zusammengebacken werden.
- - Provision of fine-grained or powdery metallic materials which are mixed to achieve a targeted, adjustable friction between the bow springs and the sliding along the inner Gleitschalenkrümmung suitable solid lubricants (FKSS) and all sintered materials are fed to a sintering process mixed, alternatively or additionally, to achieve a desired, defined heat removal as suitable sintered materials are added;
- - This is followed by the sintering, a densification of the metallic sintered materials, wherein by means of heating or a heat treatment, the metallic starting materials are caked together for the production of the sliding shell.
Gemäß dem Anspruch 10 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Gleitschale vorgesehen, an der Bogenfedern eines Drehschwingungsdämpfers abgestützt und geführt sind, das folgende Verfahrensschritte umfasst:
- - Bereitstellen von feinkörnigen oder pulvrigen metallischen Stoffen, denen zur Optimierung der Schmierung und eines Einlaufverhaltens geeignete Materialien beigemischt sind und alle Sintermaterialien vermischt einem Sinterprozess zugeführt werden;
- - daran schließt sich das Sintern, ein Verdichten der metallischen Sintermaterialien an, wobei mittels Erwärmung bzw. einer Wärmebehandlung die metallischen Ausgangsstoffe zur Herstellung der Gleitschale zusammengebacken werden;
- - abschließend wird die Gleitschale vollständig oder teilweise zur Erreichung einer wunschgemäßen, gezielt einstellbaren Reibung zwischen den Bogenfedern und der Gleitschale entlang der inneren Gleitschalenkrümmung in Umfangsrichtung in ein Imprägnierungsmedium, beispielsweise Öl oder ein geeignete Additive einschließendes Medium eingetaucht.
- - Provision of fine-grained or powdery metallic materials, which are mixed to optimize the lubrication and run-in behavior suitable materials and all sintered materials are mixed fed to a sintering process;
- - This is followed by sintering, a densification of the metallic sintered materials, wherein by means of heating or a heat treatment, the metallic starting materials for the production of the sliding shell are baked together;
- - Finally, the sliding is completely or partially immersed to achieve a desired, specifically adjustable friction between the bow springs and the sliding along the inner Gleitschalenkrümmung in the circumferential direction in an impregnation medium, for example, oil or a suitable additives enclosing medium.
Erfindungsgemäß können die Verfahren zur gezielten Beeinflussung der Reibung in definierten Zonen der Gleitschale, insbesondere der inneren Gleitschalenkrümmung, getrennt oder kombiniert erfolgen.According to the invention, the methods for selectively influencing the friction in defined zones of the sliding shell, in particular the inner Gleitschalenkrümmung, be carried out separately or combined.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gezeigt, die nachfolgend näher beschrieben werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
-
1 : einen Ausschnitt eines Drehschwingungsdämpfers mit einer erfindungsgemäßen Gleitschale; -
2 : eine Gleitschale als Einzelteil mit einer äußeren, ebenen Außenkontur.
-
1 a section of a torsional vibration damper with a sliding shell according to the invention; -
2 : a sliding shell as an individual part with an outer, flat outer contour.
Die
Der Drehschwingungsdämpfer
Die
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Drehschwingungsdämpfertorsional vibration dampers
- 22
- Primärmasseprimary mass
- 33
- Bogenfederbow spring
- 44
- BogenfederanordnungArch spring assembly
- 55
- Federraumspring chamber
- 66
- Deckelcover
- 77
- Gleitschalesliding
- 88th
- Kontaktflächecontact area
- 99
- Außenkonturouter contour
- 1717
- Gleitschalesliding
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009039997 A1 [0003]DE 102009039997 A1 [0003]
- DE 102011015637 A1 [0003]DE 102011015637 A1 [0003]
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |