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Die Erfindung betrifft einen Dämpfungsring gemäß Anspruch 1, ein Dämpfungssystem nach Anspruch 9 und eine Verwendung des Dämpfungsrings gemäß Anspruch 10.
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In komplexen mechanischen Systemen, wie beispielsweise Getrieben oder Getriebeanordnungen aus einem Getriebe und zumindest einem weiteren Element, kommt es aufgrund der Massen regelmäßig zu Schwingungen und Relativbewegungen, wie beispielsweise Taumeln. Mitunter regen sich die Elemente gegenseitig zum Schwingen an. Infolgedessen kann es zu unerwünschten hochfrequenten akustischen Auffälligkeiten kommen.
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Derartige Relativbewegung und damit einhergehende Geräuscherzeugung kann durch entsprechendes Verbinden der betroffenen Elemente gelöst werden. Denkbar sind hier beispielsweise Verschraubungen oder Verpressungen der Elemente unmittelbar miteinander. Bauteile oder Elemente mit relativ großen Durchmessern, wie beispielsweise 100 mm und mehr, können jedoch lediglich nur kompliziert und kostenintensiv derart miteinander verbunden werden. Zudem könnte es über die Lebensdauer aufgrund von Mikrobewegungen zu einer Lockerung der Verbindung und dann direkt zu einem Verschleiß kommen. Der dabei entstehende Abrieb, welcher gegebenenfalls metallisch sein kann, könnte zudem magnetische Systeme beeinflussen oder gar schädigen. Darüber hinaus kann auch eine Mikrokorrosion nicht ausgeschlossen werden. Es sind daher Anwendungen denkbar, bei welchen insbesondere Verpressungen oder metallische Verpressungen nicht möglich oder zumindest höchst unvorteilhaft sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dämpfungsring zu schaffen, welcher eine Relativbewegung, insbesondere eine Taumelbewegung, zweier taumelfähiger und zumindest abschnittsweise zylindrischer Elemente verhindert, welche beispielsweise Aufgrund von Toleranzverkettung nicht miteinander verpressbar sind, und zugleich eine Systemsteifigkeit erhöht
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Hauptmerkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 1, 9 und 10 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8.
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Erfindungsgemäß wird daher ein Dämpfungsring vorgeschlagen, umfassend einen Grundkörper, eine radiale Innenseite und eine radiale Außenseite, wobei zumindest eine der beiden Seiten zumindest abschnittsweise eine Elastomerschicht umfasst.
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Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe also dadurch, dass der Dämpfungsring eine Innenseite aufweist und darüber an einem zumindest abschnittsweise zylindrischen Element außenumfangsseitig anliegen kann. Zudem weist der Dämpfungsring eine Außenseite auf und kann darüber an einem weiteren zumindest abschnittsweise zylindrischen Element innenumfangsseitig anliegen. Der Dämpfungsring kann daher zwischen zwei zylindrischen Elementen angeordnet werden und mit beiden in anliegendem Kontakt sein. Aufgrund der zumindest einseitigen Elastomerschicht können beide zylindrischen Elementen bedämpft und eine Taumelbewegung verhindert oder zumindest reduziert werden. Die zumindest eine Elastomerschicht kann anvulkanisiert sein.
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Die entstehenden Relativbewegungen zwischen den beiden zylindrischen Elementen verformen die zumindest eine Elastomerschicht, wobei die Energie dadurch dissipiert wird. Gleichzeitig wird bei Relativbewegung die zumindest eine Elastomerschicht radial, axial und kardanisch ausgelenkt. Die dabei entstehenden Kräfte, hervorgerufen durch die Elastomer-Federsteifigkeit, drücken die beiden zylindrischen Elementen in ihre jeweilige Ausgangslage zurück. Hierbei kann idealerweise eine hohe Steifigkeit gewählt werden. Der Dämpfungsring zentriert daher die beiden Elemente und dämpft deren Relativbewegung.
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Die Steifigkeit des Dämpfungsrings erhöht zudem die Systemsteifigkeit. Kommt es durch die Steifigkeitserhöhung zu einer Erhöhung der System-Eigenfrequenz, ist die dabei entstehende Resonanzüberhöhung nicht so hoch, da durch den Dämpfungsring eine Systemdämpfung eingebracht wird.
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Bei dem Dämpfungsring kann der Durchmesser erheblich größer als seine Längserstreckung sein, wobei hier ein Verhältnis im Bereich von 3:1 bis 20:1, vorzugsweise im Bereich von 6:1 bis 9:1 denkbar ist. Dieses Verhältnis ist analog auf die zumindest eine Elastomerschicht übertragbar. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass im unbelasteten Zustand ein Verhältnis zwischen radialer Dicke einer Elastomerschicht, sofern nur eine einzige Elastomerschicht vorgesehen ist, oder der Dickensumme zweier Elastomerschichten, sofern zu jeder Seite ein Elastomerschicht vorgesehen ist, und des Grundkörpers im Bereich von 3:1 bis 0,5:1 liegt, vorzugsweise im Bereich von 1,5:1 bis 1:1 liegt, noch weiter bevorzugt 1,25:1 beträgt. Die Dicke der Elastomerschicht kann bei Vorhandensein einer Kontur der dickste Elastomerbereich in der Kontur sein.
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Die maximale radiale Elastomerdicke oder die Dickensumme kann im Bereich von 2 mm bis 4 mm liegen, vorzugsweise bei 2,5 mm bis 3,0 mm. Gerade diese dünne Elastomerschicht führt zu einer hohen Steifigkeit und zu einem steifen Dämpfungsvermögen. Die zumindest eine Elastomerschicht kann an der jeweiligen Seite in Längsrichtung oder Umfangsrichtung eine konstante Dicke aufweisen.
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Die zumindest eine Elastomerschicht kann an der jeweiligen Seite die gesamte Seite überdecken. Dies verhindert ein direktes Anliegen oder Anschlagen des Grundkörpers gegen das zylindrische Element, welchem die Elastomerschicht zugewandt ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Innenseite des Flanschabschnitts mit einer oder der Elastomerschicht überdeckt sein, um ein direktes Anliegen oder Anschlagen des Flanschabschnitts gegen das zylindrische Element, welchem die Elastomerschicht zugewandt ist, zu verhindern.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Dämpfungsring einen stirnseitigen Flanschabschnitt aufweisen, welcher sich in Radialrichtung erstreckt. Dadurch ist bereits der Grundkörper des Dämpfungsrings in sich formstabilisiert und einfacher an einem der zylindrischen Elemente anordenbar. Dazu kann der Flanschabschnitt gegebenenfalls hohe Rundheitsanforderungen gewährleisten, die gerade bei der Vulkanisation und bei der Montage gegeben sein können. Zudem offeriert der stirnseitige Flanschabschnitt eine stirnseitige Anlagefläche für ein Montagewerkzeug, um den Dämpfungsring an einem zylindrischen Element anzuordnen, vorzugsweise zu Verpressen. In vorteilhafter Weise kann die Anlagefläche elastomerfrei sein.
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Der Flanschabschnitt erstreckt sich vorteilhafterweise in Radialrichtung nach innen. Dadurch kann bei dem Anordnen des Dämpfungsrings an einem zylindrischen Element eine Kraft auf den Endbereich des Flanschabschnitts aufgebracht werden, welche eine Hebelwirkung erzeugt und eine zeitweise Durchmesservergrößerung des Grundkörpers an seiner gegenüberliegenden Seite verursacht und dadurch eine Reibung reduziert. Der Flanschabschnitt kann sich jedoch auch in vorteilhafter Weise in Radialrichtung nach außen erstrecken. Dadurch kann bei dem Anordnen des Dämpfungsrings an einem zylindrischen Element eine Kraft auf den Endbereich des Flanschabschnitts aufgebracht werden, welche eine Hebelwirkung erzeugt und eine zeitweise Durchmesserverkleinerung des Grundkörpers an seiner gegenüberliegenden Seite verursacht und dadurch eine Reibung reduziert. Je nachdem, ob der Dämpfungsring nun aufgeschoben oder eingeschoben wird, kann der Flansch entsprechend angeordnet und die schiebende Kraft durchmesserverändernd aufgebracht werden. Der Flanschabschnitt schließt mit dem Grundkörper vorzugsweise einen rechten Winkel ein, um eine größtmögliche Anlagefläche für ein Montagewerkzeug zu gewährleisten. Der Flanschabschnitt ist vorzugsweise stoffeinheitlich mit dem Grundkörper ausgeführt.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Elastomerschicht auf der Innenseite und/oder der Außenseite angeordnet sein. Vorzugsweise ist die Elastomerschicht nur einseitig angeordnet. Die Elastomerschicht kann in Längsrichtung und/oder Umfangsrichtung unterbrechungsfrei ausgeführt sein. Bei lediglich einseitiger Elastomerschicht ist in vorteilhafter Weise diejenige Seite mit einer Elastomerschicht versehen, welche zuerst an einem zylindrischen Element angeordnet wird. Eine beidseitige Elastomerschicht dient dem beidseitigen Toleranzausgleich. Somit können beide zylindrischen Elemente größere Toleranzbereiche aufweisen. Bei lediglich einseitiger Elastomerschicht gilt dies nur für das zylindrische Element, dem die Elastomerschicht zugewandt ist. Der Dämpfungsring kann also beispielsweise dann verwendet werden, wenn Toleranzen zu grob sind um zylindrische Elemente miteinander zu verpressen.
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Gemäß einer Weiterbildung weist der Dämpfungsring an zumindest seiner Innenseite und/oder Außenseite eine Presspassungsfläche auf, über die der Dämpfungsring mit einem weiteren Element verpressbar ist. Die Presspassungsfläche kann entweder von dem Grundkörper selbst gebildet sein, so dass sich beispielsweise bei einem metallischen Grundkörper eine metallische Presspassung mit einem metallischen zylindrischen Element ergibt, oder von der Elastomerschicht gebildet sein. Die Presspassungsfläche kann elastomerfrei sein.
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Gemäß einer Weiterbildung des Dämpfungsrings weist zumindest eine Elastomerschicht eine Kontur auf. Die Kontur kann regelmäßige und sich in Radialrichtung gegenüber dem Grundkörper abragende Ausformungen aufweisen. Eine Kontur weist in Längsrichtung oder Umgangsrichtung sich verändernde Durchmesser auf. Die Kontur kann eine Wellenkontur, Dreieckskontur, Rechteckskontur oder Trapezkontur sein. Die Kontur kann in vorteilhafter Weise an jeder Stelle in Umfangsrichtung eine Überdeckung mit dem dort anliegenden zylindrischen Element sicherstellen. Bei einer Wellenkontur aus beispielsweise benachbart zueinander angeordneten Wellenbergen und Wellentälern drücken die Berge gegen das dort anliegende zylindrische Element und spannen das Elastomer vor. Die Täler bilden Aufnahmebereiche aus, in welche das Elastomer der Berge eingedrückt werden kann. Dies gilt analog auch für Dreiecke, Rechtecke und Trapeze. In vorteilhafter Weise reduziert eine solche Kontur zudem unerwünschte Scherkräfte und daraus resultierende Beschädigungen im Vergleich zu einer unkonturierten Elastomerschicht. Ein Toleranzausgleich wird durch eine Kontur des Elastomers verbessert, wodurch der Dämpfungsring die Durchmessertoleranzen des anliegenden zylindrischen Elements ausgleichen kann.
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Die Wellenkontur kann die Form einer harmonischen Schwingung aufweisen. Diese Kontur weist eine Wellenlänge (Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen in Umgangsrichtung oder Längsrichtung) und eine Wellenhöhe (Abstand zwischen einem Wellenberg und einem benachbarten Wellental in Radialrichtung) auf. Das Verhältnis von Wellenlänge zu Wellenhöhe kann 1:1 betragen, wobei in diesem Fall der Dämpfungsring weich ist. Das Verhältnis von Wellenlänge zu Wellenhöhe kann auch im Bereich von 1:1 bis 20:1 liegen, wobei bei 20:1 ein sehr steifer Dämpfungsring realisiert ist - die einzelnen Wellen sich sehr weit gestreckt. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis 15:1. Die Wellenkontur dient insbesondere der Elastizität.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Shore-Härte des Elastomers im Bereich oberhalb von 60 liegen, vorzugsweise oberhalb von 70. Auch diese Materialeigenschaft dient einer hohen Steifigkeit und einem hohen Dämpfungsvermögen. Die Verformung der Elastomerschicht bei Belastung führt zu einer Energiedissipation. Dies wird durch den Einsatz eines hochdämpfenden Elastomers mit einer Shore-Härte in diesem Bereich begünstigt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Dämpfungsrings können sich die Ausformungen einer Elastomerschicht parallel zu der Zentrallängsachse oder in Innen- oder Außenumfangsrichtung erstrecken.
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Gemäß einer Weiterbildung des Dämpfungsrings ist der Grundkörper aus einem Metall, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung oder einem Stahlblech, oder aus einem Kunststoff gefertigt.
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Gemäß einer Weiterbildung des Dämpfungsrings ist der Grundkörper zumindest im Bereich der zumindest einen Elastomerschicht zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise ist der Grundkörper ausschließlich zylindrisch. Dadurch kann eine schiebende Kraft bei Montage an einem zylindrischen Element umlenkungsfrei in dem Grundkörper fließen. Ein Zylinder hat im Gegensatz zu einem Konus eine Fläche, deren Punkte von einer festen Gerade, wie beispielsweise der Zentrallängsachse, denselben Abstand haben. Dies führt zu einer einfachen Montage und erlaubt dauerhafte Presspassungen.
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Erfindungsgemäß wird zudem ein Dämpfungssystem vorgeschlagen, umfassend ein zumindest abschnittsweise zylindrisches erstes Element, ein zumindest abschnittsweise zylindrisches zweites Element, welches das erste Element zumindest abschnittsweise umgibt, und einen offenbarungsgemäßen Dämpfungsring, wobei der Dämpfungsring zwischen den beiden zylindrischen Abschnitten der beiden Elemente anliegend angeordnet ist. Das Dämpfungssystem kann ein Getriebe oder eine Getriebeanordnung sein. Das erste Element kann ein Gehäuse sein, beispielsweise ein Kupplungsgehäuse. Das zweite Element kann ein weiteres Gehäuse oder eine feststehende Struktur eines rotationsfähigen Elements sein, beispielsweise eines Rotors. Der Dämpfungsring wird bei Montage an einem der beiden Elemente angeordnet und anschließend das jeweils andere Element an dem Dämpfungsring angeordnet. Die Elastomerschicht wird bei der Montage durch zumindest eines der beiden Elemente kraftbeaufschlagt und erzeugt dadurch eine Vorspannung. Das erste Element und das zweite Element können miteinander an anderer Stelle verbunden sein und/oder um eine gemeinsame Zentrallängsachse rotierbar sein. Bei den beiden Elementen kann jedoch ein Verpressen miteinander aufgrund von Toleranzketten nicht bevorzugt sein. Die beiden Elemente und der Dämpfungsring können koaxial zueinander angeordnet sein. Die sich bezüglich des Dämpfungssystems ergebenden Vorteile sind bereits bezüglich des Dämpfungsrings beschrieben, worauf hiermit verwiesen wird.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren eine Verwendung eines offenbarungsgemäßen Dämpfungsrings in einem offenbarungsgemäßen Dämpfungssystem zur Bedämpfung einer Taumelbewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element vorgeschlagen. Die sich bezüglich der Verwendung ergebenden Vorteile sind bereits bezüglich des Dämpfungsrings beschrieben, worauf hiermit verwiesen wird.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittansicht eines Dämpfungssystems nach der Erfindung,
- 2 eine Perspektivansicht eines Dämpfungsrings nach der Erfindung,
- 3 eine Längsschnittansicht des Dämpfungsrings nach 2 und
- 4 eine Frontansicht des Dämpfungsrings nach 2.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Bereits beschriebene Merkmale werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht erneut beschrieben und sind auf alle Elemente mit gleichen oder einander entsprechenden Bezugszeichen anwendbar, sofern nicht explizit ausgeschlossen. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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1 zeigt in einer Längsschnittansicht ein Dämpfungssystem mit einem zumindest abschnittsweisen zylindrischen ersten Element 20, welches ein Gehäuse sein kann. Das erste Element ist von einer Zentrallängsachse Z durchgriffen. Umfangsseitig des ersten Elements 20 ist ein zumindest abschnittsweise zylindrisches zweites Element 24 angeordnet. Die beiden Elemente sind aneinander befestigt und führen Relativbewegungen zueinander aus, beispielsweise eine Taumelbewegung. Das erste Element 20 weist einen ersten zylindrischen Abschnitt 22 auf und das zweite Element 24 weist einen zweiten zylindrischen Abschnitt 26 auf, wobei die beiden zylindrischen Abschnitte 22, 26 in Radialrichtung R zumindest abschnittsweise deckungsgleich sind. Zwischen den zueinander in Radialrichtung R beabstandeten zylindrischen Abschnitten 22, 26 und an diesen anliegend ist ein Dämpfungsring 2 angeordnet. Die Elemente 20, 24 und der Dämpfungsring 2 sind koaxial zueinander ausgerichtet.
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Der Dämpfungsring 2 umfasst einen Grundkörper 3, der als Zylinder mit einer erheblich geringeren Längserstreckung in Längsrichtung L als einem Durchmesser in Radialrichtung R ausgebildet ist. An dem Grundkörper 3 ist axialseitig ein Flanschabschnitt 10 stoffeinheitlich angeordnet, welcher in Radialrichtung R rechtwinklig nach innen abragt. Der Grundkörper 3 und der Flanschabschnitt 10 schließen einen rechten Winkel ein. Der Dämpfungsring 2 weist eine radiale Innenseite 4 und eine radiale Außenseite 6 auf. Die Innenseite 4 umfasst eine Elastomerschicht 8. Die radiale Außenseite 6 und die Stirnseite des Flanschabschnitts 10 sind elastomerfrei. Der Dämpfungsring 2 ist über die Elastomerschicht 8 auf das erste Element 20 aufgepresst und über die Außenseite 6, die eine elastomerfreie Presspassungsfläche 12 aufweist oder definiert, in des zweite Element 24 eingepresst.
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2 zeigt den Dämpfungsring 2 der 1 in einer perspektivischen Ansicht. Bei dem dargestellten Dämpfungsring 2 ist der Durchmesser erheblich größer als die Längserstreckung, wobei hier ein Verhältnis von 7,5:1 gegeben ist. Die Elastomerschicht 8 ist an ihrer freien Seite mittels Wellen konturiert. Die Wellenkontur weist benachbart zueinander angeordnete Wellenberge 16, die als Ausformung verstanden werden können, und Wellentälern 18, die als Einformungen auffassbar sind, auf. Die Wellenberge 16 und Wellentälern 18 verlaufen parallel zur Zentrallängsachse Z, wobei die Wellenkontur durchgehend am Innenumfang der Elastomerschicht 8 angeordnet ist und sich in Umfangsrichtung U um die Zentrallängsachse herum erstreckt.
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Es ist erkennbar, dass der Dämpfungsring 2 bezüglich der Zentrallängsachse Z rotationssymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Rotationssymmetrie eine Kennzahl n aufweist, wobei n der Anzahl an Wellen entspricht.
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3 bildet eine Detailansicht eines Längsschnitts durch den Dämpfungsring 2 ab. Die Elastomerschicht 8 erstreckt sich über die gesamte Innenseite 4 bis an den Flanschabschnitt 10 heran. Am Flanschabschnitt 10 läuft die Elastomerschicht 8 in einem Auslaufabschnitt 14 aus. Somit ist auch der Flanschabschnitt 10 an seiner Innenseite, die seiner Stirnseite gegenüberliegt, zumindest abschnittsweise elastomerbedeckt. Der Flanschabschnitt 10 überragt in Radialrichtung R die Elastomerschicht 8. Das Dickenverhältnis in Radialrichtung R von der Elastomerschicht 8 an ihrer dicksten Stelle (Spitze eines Wellenberges 16) und Grundkörper 3 beträgt in der gezeigten Ausführung 1,25:1, wobei die Elastomerdicke mit DE und die Grundkörperdicke mit DG bezeichnet sind.
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4 zeigt insbesondere die Wellenkontur mit sich in Umfangsrichtung U abwechselnden Wellenbergen 16 und Wellentälern 18. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen 16 in Umgangsrichtung U ist als Wellenlänge WL bezeichnet. Eine Wellenhöhe WH ist definiert durch den Abstand zwischen einem Wellenberg 16 und einem benachbarten Wellental 18 in Radialrichtung R bzw. deren jeweiligen Maximalpunkten. Das Verhältnis von Wellenlänge WL zu Wellenhöhe WH beträgt in der gezeigten Ausführung 15: 1. Es ist zudem erkennbar, dass die Dicke DE der Elastomerschicht 8 im Bereich eines Wellenberges 163 mm beträgt.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von den in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Dämpfungsring
- 3
- Grundkörper
- 4
- Innenseite
- 6
- Außenseite
- 8
- Elastomerschicht
- 10
- Flanschabschnitt
- 12
- Presspassungsfläche
- 14
- Auslaufabschnitt
- 16
- Wellenberg
- 18
- Wellental
- 20
- erstes Element
- 22
- erster zylindrischer Abschnitt
- 24
- zweites Element
- 26
- zweiter zylindrischer Abschnitt
- DE
- Elastomerdicke
- DG
- Grundkörperdicke
- L
- Längsrichtung
- R
- Radialrichtung
- U
- Umfangsrichtung
- WL
- Wellenlänge
- WH
- Wellenhöhe
- Z
- Zentrallängsachse
