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Technisches Gebiet
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DE102016220049A1 offenbart einen Drehschwingungsdämpfer zum Dämpfen und/oder Tilgen von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Nabe zur Übertragung eines Drehschwingungen ausgesetzten Drehmoments, einer relativ zur Nabe begrenzt verdrehbaren Tilgermasse zur Bereitstellung eines der Drehschwingung entgegen gerichteten Rückstellmoments und einem an der Nabe und der Tilgermasse angreifbaren Federelement zur federnden Koppelung der Nabe mit der Tilgermasse, wobei das Federelement in Umfangsrichtung zumindest anteilig einen mäanderförmigen Verlauf mit einer Amplitude in radialer Richtung und/oder in axialer Richtung aufweist. Durch die mänderförmige Ausgestaltung des Federelements kann bei einem geringen Bauraumbedarf und einer geringen Bauteilbelastung eine hohe Steifigkeit in Umfangsrichtung erreicht werden, so dass ein Drehschwingungsdämpfer mit einer im Wesentlichen konstant hohen Torsionssteifigkeit über eine hohe Lebensdauer ermöglicht ist.
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Beschreibung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung soll ein einfach aufgebauter Drehschwingungsdämpfer aufgebaut mit hoher Dimensionsstabilität bereitgestellt werden. Es sollen hierfür keine geometrischen Veränderungen vorgenommen werden.
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Einen entsprechenden Drehschwingungsdämpfer zeigt Anspruch 1 auf. Ein Verfahren zur Herstellung dieses Drehschwingungsdämpfers ist Gegenstand des Anspruch 6. Die Unteransprüche können in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel charakterisiert und kennzeichnet die Offenbarung zusätzlich.
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Vorgesehen ist demgemäß ein Drehschwingungsdämpfer, welcher rotierbar um eine Rotationsachse lagerbar ist, aufweisend eine Scheibe, zu der die Rotationsachse orthogonal ist, wobei die Scheibe überwiegend aus einem duktilen Metall, insbesondere Stahl mit einer ersten Steifigkeit gebildet ist, und wobei die Scheibe in einem Bereich kaltverfestigt ist, wodurch bereichsweise das duktile Material verfestigt ist und in dem kaltverfestigten Bereich eine zweite Steifigkeit aufweist, die höher ist als die Steifigkeit in einem übrigen Bereich der Scheibe. Die Steifigkeit wird durch eine Erhöhung eines Elastizitätsmoduls in dem kaltverfestigten Bereich erzielt und nicht durch eine geometrische Aussteifung.
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Die Elastizität ist in dem kaltverfestigten Bereich geringer als in dem übrigen Bereich. Hierdurch kann die Scheibe versteift werden, so dass bei radialen Belastungen, beispielsweise hervorgerufen durch die Spannung eines Poly-V-Riemens, ein winkeliges Abkippen des Drehschwingungsdämpfers gegenüber der Komponente, an der der Drehschwingungsdämpfer befestigt ist, verringert wird. Die eigentliche Dämpfung zwischen einer Komponente, an der der Drehschwingungsdämpfer montiert ist, und einem Riemen, der an dem Drehschwingungsdämpfer drehmomentübertragend anliegt, erfolgt an einer anderen Stelle, wie im Folgenden beschrieben wird. Die Komponente kann eine Wasserpumpe, eine Servolenkung, ein Starter-generator oder ähnliches sein oder der Drehschwingungsdämpfer kann nur die Funktion der Drehschwingungsdämpfung in einem Riementrieb übernehmen und ggf. als Spannrolle fungieren.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Scheibe sich in einer Ebene erstreckt, die orthogonal zu der Rotationsachse ist, wobei der kaltverfestigte Bereich in dieser Ebene liegt.
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Die Scheibe ist demnach im Wesentlichen flächig. Im Wesentlichen flächige Scheiben im Sinne der Offenbarung können Abweichungen von der Ebene in einem Flanschbereich aufweisen. Der kaltverfestigte Bereich ist vorzugsweise plan, weil dies die Anlage der Scheibe beim Kaltwalzen erleichtert. Durch die Bereitstellung des kaltverfestigten Bereichs wird eine dimensionsstabile Scheibe geschaffen, die sich im Betrieb nicht verwindet, wölbt oder in sonstiger Weise signifikant verformt. Der kaltverfestigte Bereich ist an der Scheibe an Positionen vorgesehen, an denen im Betrieb die höchsten Spannungen auftreten.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Drehschwingungsdämpfer einen zylindrischen Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Rollenbereichs aufweist, an dem ein Poly-V-Riemen angelegt werden kann, wobei sich der Aufnahmebereich koaxial zu der Rotationsachse aus der Ebene der Scheibe erstreckt.
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Der Aufnahmebereich ist im Wesentlichen zylindrisch. Der Aufnahmebereich kann eine leichte, mit bloßem Auge nicht wahrnehmbare Konizität aufweisen. Beispielsweise kann sich ein Durchmesser des Aufnahmebereichs zur Scheibe hin verjüngen, aber nur um 1% bis 5 %. Die Konizität ist zur Erreichung einer Entformbarkeit des Bauteils beim Tiefziehverfahren notwendig. Selbstverständlich kann es sich bei der Scheibe und dem Aufnahmebereich auch um ein Frästeil oder um ein Gussteil handeln.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Dämpfungsschicht aus elastischem Material sich von einer Stirnfläche von der Ebene bis zu einem distalen Ende des Aufnahmebereichs bzw. des Rollenbereichs zwischen dem Aufnahmebereich und dem Rollenbereich erstreckt.
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Die Dämpfungsschicht verbindet den mechanisch beanspruchten An- und Abtrieb des Drehschwingungsdämpfers miteinander mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Feder-Dämpferwirkung. Kleinere Amplituden im Bereich unter 2° können somit gedämpft werden. Es kann somit ein leiser laufender Riementrieb aufgebaut werden, der auch der vorzeitigen Alterung des Riemens vorbeugt, da dieser infolge der Schwingungsdämpfung geringeren, in Längsrichtung wirkenden oszillatorischen Belastungen ausgesetzt wird.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der kaltverfestigte Bereich sich zwischen einem Flanschbereich mit Bohrungen zur Befestigung des Drehschwingungsdämpfers an einer korrespondierenden Komponente und dem sich aus der Scheibe erstreckenden zylindrischen Aufnahmebereich erstreckt.
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Offenbart ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Drehschwingungsdämpfers, aufweisend die Schritte: Bereitstellen einer Scheibe eines Drehschwingungsdämpfers, Fixieren der Scheibe an einer Widerlagerfläche, Abrollen eines Bereichs der Scheibe mit einer Rolle unter Zusammenstauchung der Scheibe zwischen der Rolle und der Widerlagerfläche unter einer gegen die Widerlagerfläche drückenden Anpresskraft.
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Die Rolle kann mehrfach unter Rotation der Scheibe um die Rotationsachse denselben Bereich mehrfach abwalzen. Es kann sich bei dem Material um Stahlblech handeln. Zwischen der Rolle und der Widerlagerfläche werden die Körner, aus denen Stahlblech gebildet ist, kalt verformt, wodurch sich das Gefüge verändert, was bei Stahlblechen zu einer Verfestigung führt. Vorteilhafterweise werden die Materialeigenschaften in dem übrigen Bereich erhalten.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor der Ausführung dieser Schritte der Drehschwingungsdämpfer in einem vorgelagerten Fertigungsschritt aus einem Blech tiefgezogen wird, wodurch eine im Wesentlichen topfförmige Form mit einer flächigen Scheibe und einem im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmeabschnitt gebildet wird.
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Wie bereits oben erwähnt ist der Aufnahmeabschnitt einstückig an der Scheibe angeformt. Zur Entformbarkeit aus dem Tiefziehwerkzeug kann der Aufnahmeabschnitt leicht konisch sein. Die Scheibe und der Aufnahmebereich (Nabe des Drehschwingungsdämpfers) können auch in einem Rollformverfahren hergestellt werden. Hierbei kann während der Umformung eines Blechs zu dem Aufnahmebereich gleichzeitig der kaltverfestigte Bereich gerollt werden.
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Figurenliste
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Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Es zeigen:
- 1: perspektivisch schräg von vorne einen 270° Abschnitt eines Drehschwingungsdämpfer, der als Riemenscheibe an einem Poly-V-Riemen eines Verbrennungsmotors angeordnet sein kann und einen An- bzw. Abtrieb für ein Aggregat darstellen kann oder der als Umlenkrolle für den Poly-V-Riemen fungieren kann, wobei zur Verdeutlichung der Kontur 90° des Drehschwingungsdämpfers in der Darstellung entfernt sind, und
- 2: den Drehschwingungsdämpfer aus 1 aus einer rückwärtigen Perspektive.
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Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Es ist festzustellen, dass einige Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Schritte des Verfahrens können Multiplikationen, Summierungen und Selektionen sowie Zuordnungen sein, zum Beispiel Zuordnung von Ausgangswerten zu Eingangswerten in Kennfeldern.
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1 zeigt einen Drehschwingungsdämpfer 10, welcher rotierbar um eine Rotationsachse 11 lagerbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer 10 kann an einem nicht dargestellten Riementrieb eines Verbrennungsmotors angeordnet sein. Der Drehschwingungsdämpfer 10 weist eine Scheibe 12 auf, zu der die Rotationsachse 11 orthogonal ist. Das heißt, dass sich die Rotationsachse rechtwinkelig aus einer Ebene E erstreckt, in der die Scheibe liegt. Die Scheibe 12 ist überwiegend aus einem duktilen Metall, insbesondere Stahl mit einer ersten Steifigkeit S1 gebildet. Die Scheibe 12 wurde in einem konzentrisch zur Rotationsachse 11 liegenden Bereich 15 kaltverfestigt, wodurch bereichsweise das duktile Material verfestigt wurde. In dem kaltverfestigten Bereich 15 weist die Scheibe 12 demnach eine zweite Steifigkeit S2 auf, die höher ist als die Steifigkeit S1 in einem übrigen Bereich 14 radial einwärts von dem Bereich 15 und radial außerhalb von dem Bereich 15. Die erhöhte Steifigkeit S2 wird nicht durch eine geometrische Formgebung erreicht, sondern durch die Kaltverfestigung.
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Die Elastizität ist in dem kaltverfestigten Bereich 15 geringer als in dem übrigen Bereich 14. Hierdurch kann die Scheibe 12 versteift werden, so dass bei radialen Belastungen, beispielsweise hervorgerufen durch die Spannung eines nicht dargestellten Poly-V-Riemens, ein winkeliges Abkippen des Drehschwingungsdämpfers 10 gegenüber einer nicht dargestellten Komponente, an der der Drehschwingungsdämpfer 10 befestigt ist, verringert wird.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Scheibe 12 sich in einer Ebene E erstreckt, die orthogonal zu der Rotationsachse 11 ist, und wobei der kaltverfestigte Bereich 15 in dieser Ebene E liegt. Durch die Kaltverfestigung eines überwiegenden Bereichs 15 der Scheibe 12 wird eine Verformung der Scheibe 12 in Umfangsrichtung deutlich verringert, beispielsweise auf 10%, da bei gleicher Belastung infolge der erhöhten Steifigkeit eine entsprechend geringere Verformung auftritt.
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Es ist vorgesehen, dass der Drehschwingungsdämpfer einen zylindrischen Aufnahmebereich 19 zur Aufnahme eines Rollenbereichs 17 aufweist, an dem ein nicht dargestellter Poly-V-Riemen angelegt werden kann, wobei sich der Aufnahmebereich 18 koaxial zu der Rotationsachse 11 aus der Ebene E der Scheibe 12 erstreckt. Weiterhin ist vorgesehen, dass eine Dämpfungsschicht 18 aus elastischem Material sich von einer Stirnfläche 20 von der Ebene E bis zu einem distalen Ende 20 des Aufnahmebereichs 19 bzw. des Rollenbereichs zwischen dem Aufnahmebereich 19 und dem Rollenbereich 17 erstreckt. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der kaltverfestigte Bereich 15 sich zwischen einem Flanschbereich 13 mit Bohrungen 20 zur Befestigung des Drehschwingungsdämpfers 10 an einer korrespondierenden Komponente und dem sich aus der Scheibe 12 erstreckenden zylindrischen Aufnahmebereich 19 erstreckt.
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Der kaltverfestigte Bereich 15 kann sich von den Bohrungen 20 bis zu einem Aufnahmebereich 19 erstrecken. Im Bereich des Übergangs von der Scheibe in den Aufnahmebereich 19 ist das Material infolge der Umformung sowieso kaltverformt, zudem ist dieser Bereich alleine von seiner Geometrie her stabiler. Lediglich im Bereich des Flansches, in dem die Bohrungen 20 angeordnet sind, ist die Scheibe 12 nicht kaltverfestigt, da die Rolle beim Abwälzen durch die Bohrungen 20 beschädigt werden könnte. Da an den Bohrungen 20 bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Drehschwingungsdämpfers 10 nicht dargestellte Schrauben angeordnet sind, welche den Drehschwingungsdämpfer 10 drehfest mit einer Komponente verbinden, tritt radial einwärts von den Bohrungen 20 im Betrieb ohnehin keine Torsionsbelastung der Scheibe 12 mehr auf.
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Offenbart ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Drehschwingungsdämpfers 10, aufweisend die Schritte: Bereitstellen einer Scheibe 12 eines Drehschwingungsdämpfers 10, Fixieren der Scheibe 12 an einer Widerlagerfläche 31, Abrollen eines Bereichs 15 der Scheibe mit einer Rolle 32 unter Zusammenstauchung der Scheibe 12 zwischen der Rolle 32 und der Widerlagerfläche 31 unter einer gegen die Widerlagerfläche 31 drückenden Anpresskraft F.
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In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass vor der Ausführung dieser Schritte der Drehschwingungsdämpfer 10 in einem vorgelagerten Fertigungsschritt aus einem Blech tiefgezogen wird, wodurch eine im Wesentlichen topfförmige Form mit einer flächigen Scheibe 12 und einem im Wesentlichen zylindrischen Aufnahmeabschnitt 19 gebildet wird. Der Drehschwingungsdämpfer 10 kann auch aus einem Blech in einem Rollforming-Prozess hergestellt werden. Hierbei wird das Blech mit einer oder mehreren Rollen in die gewünschte Form gebracht.
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Gleichwohl zumindest ein Ausführungsbeispiel in der vorangegangenen Beschreibung sowie der Figurenbeschreibung dargestellt wurde, sollte man anerkennen, dass eine hohe Anzahl an Variationen existiert. Weiterhin sollte man anerkennen, dass das Ausführungsbeispiel bzw. die Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und dass sie nicht dazu dienen, den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die genaue Ausgestaltung in irgendeiner Art und Weise zu beschränken. Vielmehr stellen die Beschreibung sowie die Figurenbeschreibung für den Fachmann eine nützliche Anleitung zur Implementierung mindestens einer Ausführungsform bereit, dabei sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und Funktion der beschriebenen Merkmale vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehschwingungsdämpfer
- 11
- Rotationsachse
- 12
- Scheibe
- 13
- Flanschbereich
- 14
- Bereich
- 15
- kaltverfestigter Bereich
- 17
- Rollenbereich
- 18
- Dämpfungsschicht
- 19
- Aufnahmebereich
- 20
- Bohrung
- 31
- Widerlagerfläche
- 32
- Rolle
- E
- Ebene
- F
- Anpresskraft
- S1
- Steifigkeit
- S2
- Steifigkeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016220049 A1 [0001]
