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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler, Kupplungsscheibe oder Scheibendämpfer, mit dessen Hilfe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auftretende Drehschwingungen gedämpft werden können.
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Beispielsweise aus der
WO 2008/019641 A1 ist ein als Zweimassenschwungrad ausgestalteter Drehschwingungsdämpfer zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt, mit einer um eine Drehachse drehbaren Primärmasse, einer relativ zu der Primärmasse begrenzt verdrehbaren Sekundärmasse und einem an der Primärmasse und an der Sekundärmasse anschlagbaren Energiespeicherelement, insbesondere Feder, zur Koppelung der Primärmasse mit der Sekundärmasse, wobei das Energiespeicherelement in einem von der Primärmasse zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum angeordnet ist, und wobei die Sekundärmasse einen in den Aufnahmeraum hineinragenden Ausgangsflansch zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement und eine mit dem Ausgangsflansch verbundene Ausgangsnabe zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist. Diese Vorrichtung bildet den Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Im Stand der Technik ist eine Führungsnase vorgesehen, die dazu dient, das entsprechende, meist als Feder ausgebildete Energiespeicherelement zu führen, also am vorgesehenen Platz zu halten. Die Führungsnase besteht aus dem gleichen Werkstoff wie der Ausgangsflansch, also aus Metall, bevorzugt Stahl.
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Im Dauerbetrieb von Drehschwingungsdämpfern wurde erkannt, dass an den Stellen, an denen das Energiespeicherelement an den Ausgangsflansch anschlägt, Reibung, Reibungswärme und Abrieb entstehen kann, was zu Abnutzungen oder Abtragungen führen kann. Da der Federstahl meist härter ist als der Flanschwerkstoff (Eisen, Stahl), erfolgen die Abnutzungen meist am Flanschteil. Dieser Abrieb kann zum einen die Lebensdauer des Produkts verringern und zum anderen im Betrieb Probleme bereiten, wenn abgeriebene Teilchen sich unkontrolliert irgendwo ablagern oder zwischen sich bewegende andere Bauelemente gelangen und diese ihrerseits wieder verschleißen lassen.
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Reibung, Reibungswiderstand oder Reibungskraft ist die Kraft, die zwischen zwei sich berührenden Oberflächen auftritt, entweder bei einer gleitenden Relativbewegung (dynamische Reibungskraft) oder beim Start einer Relativbewegung (statische Reibungskraft). Sie wird durch Unregelmäßigkeiten oder Imperfektionen an den Berührungsstellen im Material erzeugt, die meist mikroskopisch klein sind. Durch die Reibung steigt die Temperatur an den Berührungsflächen. Dieser Temperaturanstieg kann Änderungen in den Materialeigenschaften verursachen, die die mechanische Festigkeit und die Leistung des Bauelements verringern.
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Schmierung als klassische Lösung zur Vermeidung von Reibung, die Schaden am Material anrichten könnte, wird oft dadurch erreicht, dass ein sich nicht abbauendes Material (Öl, Fett) zwischen die sich bewegenden Teile gebracht wird und dort eine die Berührung verhindernde Schicht aufbaut. Schmierung wirkt normalerweise auch bei höheren Temperaturen und Drücken. Für die hier in Frage kommende Anwendung sind klassische Schmiermittel aber weniger geeignet, da sie beispielsweise die Funktion einer (Trocken-) Kupplung stören können.
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Chemische oder thermische Verfahren zum Härten der Berührungsstellen sind teuer. Auch die Auswahl größerer Federdurchmesser, um die Berührungsflächen zu vergrößern und die Reibungen zu verringern, führen zu einer Vergrößerung und einer Verteuerung des gesamten Bauteils.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, bei Drehschwingungsdämpfern Abrieb zu vermeiden und so die Lebensdauer zu erhöhen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Drehschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist also ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler, Kupplungsscheibe oder Scheibendämpfer, zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, mit einer um eine Drehachse drehbaren Primärmasse, einer relativ zu der Primärmasse begrenzt verdrehbaren Sekundärmasse und einem an der Primärmasse und an der Sekundärmasse anschlagbaren Energiespeicherelement, insbesondere Feder, zur Koppelung der Primärmasse mit der Sekundärmasse, wobei das Energiespeicherelement in einem von der Primärmasse zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum angeordnet ist, wobei die Sekundärmasse einen in den Aufnahmeraum hineinragenden Ausgangsflansch zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement und eine mit dem Ausgangsflansch verbundene Ausgangsnabe zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist, und wobei an der Anschlagstelle zwischen Ausgangsflansch und Energiespeicherelement ein reibungsreduzierendes Auflageteil vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß ist also ein Auflageteil zwischen Ausgangsflansch und Energiespeicherelement vorgesehen, welches reibungsreduzierend wirkt. Das Auflageteil deckt die schmale Kante des Fensters des Ausgangsflansches ab und verhindert so einen direkten Kontakt zwischen Energiespeicherelement und Ausgangsflansch. Reibung, die zu Wärme oder Abrieb führen könnte, wird so vermieden oder zumindest verringert. Die Lebensdauer des Gesamtbauteils wird erhöht und es ist vermieden, dass Metallabriebteilchen sich irgendwo ablagern und den Betrieb stören.
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Bevorzugt ist das Auflageteil aus einem Material, das weicher ist als das Material des Ausgangsflansches - also weniger Härte aufweist. Zwischen der/den (noch härteren) Feder(n) und dem Rand des Fensters im Ausgangsflansch liegt erfindungsgemäß also ein weniger hartes, nachgiebigeres Auflageteil, welches die direkten Berührungen von Feder und Flansch vermeidet und so die Reibung verringert, ohne die Leistung des Drehschwingungsdämpfers zu reduzieren. Es besteht aus einem Material, das die sonst auftretende Reibung verhindert, wärme- oder hitzebeständig ist und die Nutzungszeit aller Komponenten verlängert.
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Erfindungsgemäß reicht bereits ein Bauteil an einer Seite des Energiespeicherelements, da im normalen Betrieb eines Verbrennungsmotors oder eines elektrischen Fahrzeugantriebs eine bevorzugte Drehrichtung vorherrscht, also die Druckbelastung in eine einzige Drehrichtung erfolgt. Beim Verbrennungsmotor erfolgt ja erst im nachgeschalteten Getriebe die Drehrichtungsumkehr für den Rückwärtsgang, und auch beim Elektromotor überwiegen regelmäßig die Fahranteile der Vorwärtsfahrt die der Rückwärtsfahrt. Bevorzugt können jedoch zwei Auflageteile pro Energiespeicherelement vorgesehen sein, was sich empfiehlt, wenn, wie bei Baumaschinen oder Gabelstaplern, der Rückwärtsgang häufiger benutzt wird. Die erfindungsgemäße Wirkung der Vermeidung von Abrieb erfolgt dann an beiden Enden der Feder(n), also im Schub- und Zugbetrieb. Bei Ausgangsflanschen mit vier, fünf oder sechs Fenstern werden also acht, zehn oder zwölf Auflageteile eingesetzt.
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In der Materialauswahl besteht eine große Freiheit für den auslegenden Ingenieur, solange der direkte Kontakt von Feder und Ausgangsflanschmaterial vermieden wird. Es empfehlen sich weichere, nachgiebigere Materialien wie Kunststoffe, zum Beispiel Polytetrafluoräthylen (PTFE, Teflon) oder Polyamide (Nylon, Perlon, PA 6, PA 6.6, PA 66), die sich unter Druck reversibel verformen, aber keinen Abrieb erzeugen. Möglich sind auch resiliente Werkstoffe, wie Gummi, die nach einer Belastung in ihre ursprüngliche Form zurückkehren. Verwendbar sind auch Verbundwerkstoffe, weichere Metalle oder Legierungen, wie Eisenwerkstoffe, Kupfer oder Messing, aber auch „althergebrachte“ Kupplungswerkstoffe, wie Holz oder Kork.
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Auch die Form des erfindungsgemäßen Bauteils ist in weiten Grenzen wählbar, es sollte die beiden sich sonst berührenden Elemente trennen und nicht zu sehr auftragen - also der/den Federn nicht zu viel Platz im Fenster wegnehmen -, wodurch eine eher flache, platten- oder plättchenhafte Form bevorzugt ist. Möglich ist auch die Ausbildung einer kleinen Nase wir beim genannten Stand der Technik, die zur Zentrierung der Feder(n) verwendet werden kann. Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass das Bauteil auf der zum Energiespeicherelement hin gerichteten Kontaktfläche eben ausgebildet ist. Die als Energiespeicherelemente dienenden Federn können sich dann frei gegenüber dem Auflageteil bewegen, ob sie nun im Betrieb rotieren oder leicht auslenken. In beiden Fällen lässt das Auflageteil die Bewegungen der Feder(n) zu und hemmt diese nicht.
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Das Auflageteil sollte im Betrieb an seinem vorgesehenen Platz verharren, also durch die häufigen Anschläge des Energiespeicherelements sich nicht aus seiner vorgesehenen Position entfernen, sondern sicher dort verbleiben. Es können alle bekannten Befestigungsmethoden (Heften, Klipsen, Klemmen, Kleben, Schweißen, Nieten) verwendet werden, um das Bauteil sicher an seinem Platz zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Bauteil auf der vom Energiespeicherelement weg gerichteten Seite zwei Arme auf, die den Ausgangsflansch umfassen, wodurch sich die Berührungsfläche mit dem Ausgangsflansch deutlich vergrößert. Wenn zum Beispiel der von den zwei Armen gebildete Spalt etwas schmäler ist als die Materialstärke des Ausgangsflansches, klemmt das Auflageteil sich am Ausgangsflansch fest und hält sich allein schon durch seine Eigenspannung am gewünschten Ort. Das Auflageteil kann auch durch Reibschluss oder Formschluss sicher am Ort gehalten werden. Kleben oder zusätzliche Sicherungsmaßnahmen können ebenso vorgesehen sein.
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Bevorzugt sind diese Arme kürzer sind als Länge des Bauteils. Dies reicht einerseits völlig, um das Bauteil am vorgesehenen Ort zu halten, und erlaubt andererseits eine schnelle Montage.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Arme mit Rundungen ausgestattet, denen sich schräg verlaufende (dünner oder schmäler werdende) Armabschnitte anschließen. Die Formgebung folgt bevorzugt der Geometrie des Fensters, wobei versucht wird, die Schmalseite des Fensters, also die Stelle, an die sonst das Energiespeicherelement anschlägt, mit den Auflageteil abzudecken.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Auflageteil auf der vom Energiespeicherelement weg gerichteten Seite einen Vorsprung auf, der in einen entsprechend geformten Montageschlitz des Ausgangsflansches eingreift. Dieser Vorsprung erleichtert die richtige Montage und hält das Auflageteil - zusammen mit den Armen - an der vorhergesehenen Stelle des Fensters des Ausgangsflansches.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Auflageteil zwischen 2 und 4 cm Höhe, zwischen 0,2 und 0,8 cm Breite und zwischen 0,1 und 0,4 cm Länge auf. Besonders bevorzugt weist das Auflageteil 3,3 cm Höhe, 0,5 cm Breite und 0,3 cm Länge auf.
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Wenn der Drehschwingungsdämpfer als Riemenscheibenentkoppler Teil einer Riemenscheibenanordnung zum Antrieb von Nebenaggregaten eines Kraftfahrzeugs mit Hilfe eines Zugmittels ist, kann die Primärmasse eine Riemenscheibe ausbilden, an deren radial äußeren Mantelfläche das Zugmittel, insbesondere ein Keilriemen, zur Drehmomentübertragung angreifen kann. Wenn der Drehschwingungsdämpfer als Scheibendämpfer insbesondere einer Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung verwendet wird, kann die Primärmasse mit einem Reibbeläge tragenden Scheibenbereich gekoppelt sein, während die Sekundärmasse mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes gekoppelt sein kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen
- 1 eine Hälfte eines Drehschwingungsdämpfers des Standes der Technik in der Draufsicht,
- 2 einen Ausgangsflansch des Drehschwingungsdämpfers der 1,
- 3 einen Ausschnitt eines Ausgangsflansches eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers und
- 4 vergrößert ein Auflageteil eines erfindungsbemäßen Drehschwingungsdämpfers.
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Der in der
1 am Beispiel einer Kupplung mit Drehschwingungsdämpfung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellte Drehschwingungsdämpfer
2 des Standes der Technik (
1 der
WO 2008/019641 A1 ) weist eine von einem Verbrennungsmotor in Rotation versetzbare Primärmasse
4 auf, die hier radial außen mit einem die die Reibbeläge einer Kupplungsscheibe tragenden Scheibenbereich gekoppelt ist. Der Drehschwingungsdämpfer
2 weist innen eine Sekundärmasse
6 mit Nabe und Innenverzahnung auf, mittels derer die Nabe drehfest mit einer (nicht dargestellten) Getriebeeingangswelle eines Getriebes des Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Die Primärmasse
4 und die Sekundärmasse
6 sind gegen die Federwirkung von Energiespeicherelementen
8 gegeneinander begrenzt verdrehbar, wodurch die Ungleichmäßigkeiten im Drehverlauf des Verbrennungsmotors gedämpft werden, so dass die zum Getriebe führende Eingangswelle sich gleichmäßiger, ruhiger und ruckfreier dreht. Die Energiespeicherelemente
8 sind in der Regel Stahlfedern, die gerade oder auch bogenförmig ausgeführt sein können. Bekannt ist auch, mehrere, zum Beispiel zwei, Federn ineinander anzuordnen. Die Energiespeicherelemente
8 übertragen also das Drehmoment des Motors von der Primärmasse
4 auf die Sekundärmasse
6 und sind dazu in Fenstern angeordnet. Auf einer Seite jedes Energiespeicherelementes
8 leitet die Primärmasse das Motordrehmoment in das jeweilige Energiespeicherelement
8 ein, auf der anderen Seite wird das Drehmoment mittels eines Ausgangsflansches
10 gedämpft ausgeleitet und auf die Sekundärmasse
6 und damit zum Getriebe übertragen.
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2 zeigt einen Ausgangsflansch
10 des gleichen Standes der Technik (
10 der
WO 2008/019641 A1 ), der dort aus zwei Blechteilen (dort Zwischenteile genannt) gebildet ist, und in den Fenstern an den Anschlagstellen der Energiespeicherelemente
8 Führungsnasen
22 aufweist. Die Führungsnasen
22 könnten in der
2 wie eigene, getrennte Bauteile aussehen, sind es aber nicht, da die Beschreibung (Seite
5, zweiter Absatz) angibt, dass die Zwischenteile als Blechteile ausgeführt sind, aus denen die Führungsnasen heraus geprägt sind. Sie sind also mit dem Ausgangsflansch einstückig.
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3 zeigt einen Ausschnitt eines Ausgangsflansches 10 eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers, nämlich ein Fenster, in dem sich im Betrieb ein Energiespeicherelement (8, gezeigt in 1) befindet, welches das Drehmoment von der Primärmasse (4, gezeigt in 1) auf die Sekundärmasse (6, gezeigt in 1) drehschwingungsdämpfend überträgt. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass an der Stelle, an der das Energiespeicherelement 8 im Betrieb an den Ausgangsflansch 10 anstößt, hier also an der schmalen Innenseite des Fensterausschnittes, ein Auflageteil 12 befestigt ist. Das Auflageteil 12 besteht aus einem reibungsreduzierenden Material und verhindert den direkten Kontakt des Energiespeicherelements 8 mit dem Material des Ausgangsflansches 10. Das Auflageteil weist eine gewisse Länge L, eine Breite B und eine Höhe H auf, die bevorzugt den Maßen des Fensters angepasst sind.
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Die Breite B ist in diesem Ausführungsbeispiel größer als die Dicke des Ausgangsflansches 10, nämlich um zweimal die Stärke der beiden Arme 14, die sich in Umfangsrichtung des Ausgangsflansches 10 vorne (sichtbar) und hinten (verdeckt) um die Kante des Fensters erstrecken und die einen haft- oder formschlüssigen Halt des Auflageteils 12 am Ausgangsflansch 10 sichern. Die Länge L entspricht der Stärke des Auflageteils 12 plus der der Erstreckung jedes der beiden Arme 14. Die Höhe H entspricht hier der Länge der schmalen Innenseite des Fensters, so dass die ganze „Angriffsfläche“ für das Energiespeicherelement 8 abgedeckt ist und Kontakt der Materialien von Energiespeicherelement 8 und Ausgangsflansch 10 zuverlässig vermieden wird. Das Ende des Energiespeicherelements 8, also in der Regel die letzte Federwindung, kommt so nicht in Berührung mit dem Material des Ausgangsflansches 10. Die Berührung Stahl mit Stahl oder Stahl mit Eisenwerkstoff wird so vermieden. Abrieb und Abtragungen am Ausgangsflansch 10 werden so zuverlässig vermieden. Zu erkennen ist hier auch, dass in dieser Ausführung die Kontaktfläche des Auflageteils 12 zum Energiespeicherelement 8 hin eben ausgebildet ist.
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In dieser Ausführung weist der Ausgangsflansch 10 an einer oder an beiden Schmalseiten des Fensters je einen Montageschlitz 20 auf, in den ein Vorsprung 18 (in 3 nicht zu sehen) eingreifen kann. Es ist also zu erkennen, dass in dieser Ausführung an beiden Schmalseiten jedes Fensters ein Auflageteil 12 angebracht werden kann, so dass hier bei vier Fenstern acht Auflageteile verwendet werden, die an allen Schmalseiten der Fenster Abrieb verhindern. Der Vorsprung 18 greift bei eingesetztem Auflageteil 12 in den Montageschlitz 20 und sorgt so - zusätzlich zu den Armen 14 - für einen guten Halt des Auflageteils 12 im rauen Alltagsbetrieb in den Fenstern des Ausgangsflansches 10.
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In dieser Ausführung weist das Auflageteil 12 an seinen beiden Armen 14 je eine Rundung 16 auf, an die sich je ein schräg verlaufender Armabschnitt 24 anschließt, der der radial außen liegenden bogenförmigen Kontur des Fensters angepasst ist.
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4 zeigt vergrößert ein Auflageteil 12 eines erfindungsbemäßen Drehschwingungsdämpfers von der Seite her gesehen, die der Kontaktfläche zum Energiespeicherelement 8 gegenüber liegt. Gut zu erkennen sind die beiden Arme 14 mit ihren Rundungen 16 und den Armabschnitten 24. Ebenso der Vorsprung 18, der hier in etwa zentral in der Mitte des Auflageteils 12 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Drehschwingungsdämpfer
- 4
- Primärmasse
- 6
- Sekundärmasse
- 8
- Energiespeicherelement
- 10
- Ausgangsflansch
- 12
- Auflageteil
- 14
- Arm
- 16
- Rundung
- 18
- Vorsprung
- 20
- Montageschlitz
- 22
- Führungsnase
- 24
- Armabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/019641 A1 [0002, 0023, 0024]
