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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für die Kompensation von Drehschwingungen zwischen einer schwingungsbehafteten Antriebsseite und einer zu dämpfenden Abtriebsseite.
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Bei Hubkolbenmotoren führt der periodische Ablauf der beschleunigten Kolbenbewegung und der Gaskräfte beim Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen in Kombination mit der Zündfolge der einzelnen Zylinder zu Drehungleichförmigkeiten der Kurbelwelle und der angeschlossenen Schwungmasse in Form eines Schwungrades. Da der Antriebsstrang aufgrund des Trägheitsmoments der rotierenden Bauteile und der Steifigkeiten ein drehschwingungsfähiges Gebilde mit charakteristischen Eigenfrequenzen ist, führen die vom Motor eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten zwangsläufig zu Drehschwingungen, die ungedämpft ungewollte Nebeneffekte wie akustische Auffälligkeiten oder erhöhten Verschleiß von Komponenten zur Folge haben können. Um diese Effekte zu mindern, werden Drehschwingungsdämpfer eingesetzt.
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Aus dem Stand der Technik sind Drehschwingungsdämpfer bekannt, die zur Kompensation von insbesondere Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet sind, um die von einem Verbrennungsmotor erzeugten Drehschwingungen nicht an ein Getriebe weiterzuleiten und somit dessen Lebensdauer zu erhöhen. Ein entsprechender Drehschwingungsdämpfer ist beispielsweise aus der
US 2020/0032853 A1 bekannt. Um entsprechende Drehschwingungen zu kompensieren, wird sowohl motorseitig als auch getriebeseitig jeweils eine rotierende Schwungmasse installiert. Diese sind koaxial und verdrehbar zueinander angeordnet und gegen die Wirkung eines Federelements begrenzt zueinander um eine Drehachse des Drehschwingungsdämpfers verdrehbar gelagert. Zusammen bilden das Federelement und die Schwungmassen den als Zweimassenschwungrad ausgebildeten Drehschwingungsdämpfer.
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Durch die Aufteilung in eine eingangsseitige Schwungmasse auf der Motorseite und die ausgangsseitige Schwungmasse auf der Getriebeseite wird das Massenträgheitsmoment der drehenden Getriebeteile erhöht. Durch eine gezielte Abstimmung des Federelements wird die Resonanzfrequenz des Drehschwingungsdämpfers deutlich unter die Leerlaufdrehzahl des Motors und der anregenden Motorordnungen verlagert. Dadurch findet eine Drehschwingungsentkopplung des Verbrennungsmotors vom Antriebsstrang statt.
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Um einen möglichst sanften Anlauf mit einem schwachen ersten Widerstandsmoment zu ermöglichen, welches sich dann abhängig vom Verdrehwinkel der beiden Schwungmassen erhöht, werden die Schwungmassen überwiegend mit zwei Sets von jeweils einem Paar Federelementen bestückt. Diese sind dann entweder paarweise seriell angeordnet oder paarweise parallel. Auch sind aus dem Stand der Technik Drehschwingungsdämpfer bekannt, die weitere Federelemente aufweisen, um einen gestuften Anstieg des Drehmoments, welches dem Verdrehen der Schwungmassen zueinander entgegenwirkt, zu erzielen. Nachteilig ist hierbei, dass eine Vielzahl von Federelementen benötigt wird, die sowohl den Herstellungspreis steigern als auch zu einem anwachsenden Gewicht des Drehschwingungsdämpfers führen und darüber hinaus den Bauraum des Drehschwingungsdämpfers weiter einschränken.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfer umfasst ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil, und mindestens ein erstes und ein zweites Federelement, wobei das Eingangsteil und das Ausgangsteil gegen die Wirkung des ersten und zweiten Federelements begrenzt zueinander um eine Drehachse des Drehschwingungsdämpfers verdrehbar gelagert sind, und wobei das zweite Federelement verkürzt gegenüber dem ersten Federelement ausgebildet ist.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter wie „erste“ und „zweite“ vorrangig nur zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Bei dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil handelt es sich, wie aus dem Stand der Technik bekannt, um eine eingangsseitige Schwungmasse, über die eine Drehbewegung eingeleitet wird und eine abtriebsseitige Schwungmasse, die von der antriebsseitigen Schwungmasse angetrieben wird und die Rotationsenergie im Anschluss wieder abtriebsseitig abgibt. Vorzugsweise sind das Ausgangsteil und/oder das Eingangsteil als Blechelement ausgebildet, wobei alternativ bevorzugt das Ausgangsteil und das Eingangsteil als ein Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet sind. Ferner bevorzugt ist die Herstellung des Ausgangsteils und des Eingangsteils nicht auf diese Herstellungsverfahren beschränkt.
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Das zweite Federelement ist verkürzt gegenüber dem ersten Federelement, wobei hier verkürzt eine geringere Erstreckung des zweiten Federelements gegenüber dem ersten Federelement, insbesondere in Umfangsrichtung, bedeutet.
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Grundsätzlich sind Drehschwingungsdämpfer nicht nur auf eine Anordnung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe beschränkt. Auch können Drehschwingungsdämpfer vorzugsweise im Zusammenhang mit Riemenscheibenentkopplern verwendet werden. Ferner bevorzugt ist eine generelle Nutzung zur Dämpfung einer Drehschwingung an verschiedensten mechanischen Elementen möglich, unter anderem in einem Zahnraddämpfer.
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Vorzugsweise wirkt bei einer Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil zunächst das erste Federelement dem Verdrehen entgegen, wobei das zweite Federelement erst nach einer weiteren Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil entgegenwirkt. Dabei wird die Winkelstellung des Eingangsteils und des Ausgangsteils so zueinander eingestellt, dass damit eine Ansteuerung der Federelemente nacheinander möglich wird. Durch unterschiedliche Schaltung der Federelemente ergibt sich über den Verdrehwinkel eine mindestens zweistufige drehmomentenabhängige Dämpfungskennlinie. Da zunächst nur das erste Federelement einer Verdrehung entgegenwirkt, bildet das Widerstandsmoment des ersten Federelements die erste Stufe der Widerstandskennlinie.
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Bevorzugt wirkt das zweite Federelement erst bei einer Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil um einen Übergangswinkel der Verdrehung entgegen. Also bringen das erste und das zweite Federelement erst bei einer Verdrehung um den Übergangswinkel ein gemeinsames Widerstandsmoment gegenüber einer weiteren Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil auf und bilden so zusammen die zweite Stufe der Widerstandskennlinie.
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Vorzugsweise wirkt das erste Federelement erst bei einer Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil um einen Freiwinkel der Verdrehung entgegen. Somit ist eine leichte Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil möglich, ohne dass das erste oder zweite Federelement bereits zu Begin der Verdrehung ein Widerstandsmoment aufbringen. Der Freiwinkel erlaubt die Montage ohne vorgespannte Federelemente und bietet eine gute Isolationsfähigkeit für den Ritzelstart, wenn der Freiwinkel entsprechend gewählt wurde.
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Bevorzugt sind das erste und zweite Federelement so zueinander angeordnet, dass bei einer Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil der Drehschwingungsdämpfer im Betrieb keine theoretische Unwucht aufweist. Durch die Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil findet ebenfalls eine zunehmende Stauchung und damit auch eine Schwerpunktverlagerung des ersten und zweiten Federelements statt. Um durch diese Vorgänge keine Unwucht innerhalb der Drehschwingungsdämpfers zu erzeugen, die wiederum eine Drehschwingung auslösen würde, sind die Federelemente massentechnisch unwuchtfrei zueinander angeordnet.
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Bevorzugt sind das erste und zweite Federelement bogenförmig ausgebildet und in Kanalbereichen, die an dem Ausgangsteil und/oder dem Eingangsteil ausgebildet sind, geführt. Zumindest das Ausgangsteil weist umfangsseitig und zueinander gegenüberliegend einen ersten und einen zweiten Kanalbereiche auf, die sich über einen Teil des Umfangs des Ausgangsteils erstrecken. Darüber hinaus weist das Ausgangsteil radial außenseitig einen ersten und einen zweiten, ebenfalls symmetrisch zueinander ausgebildeten Anschlag auf, die sich ebenfalls über einen Teilumfang des Ausgangsteils erstrecken und den ersten und den zweiten Kanalbereich voneinander trennen.
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Vorzugsweise umfassen das erste und zweite Federelement jeweils mindestens eine Druckfeder, wobei die Druckfedern eine erste und zweite Seite aufweisen, mit der sich diese an den Anschlägen des Eingangsteils und des Ausgangsteils abstützen.
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Vorzugsweise ist das Ausgangsteil oder das Eingangsteil als Flügelflansch ausgebildet, wobei der Flügelflansch zwei sich radial von einem Flügelflanschkörper weg erstreckende Flügel aufweist, die als Anschläge für das erste und zweite Federelement dienen. Bevorzugt sind die Flügel symmetrisch zueinander ausgebildet, insbesondere punktsymmetrisch zur Drehachse in einer Ebene senkrecht zur Drehachse. Alternativ sind die Flügel symmetrisch zu einer Achse, die senkrecht durch die Drehachse verläuft, aber nicht punktsymmetrisch zur Drehachse.
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Ferner bevorzugt ist das erste und/oder zweite Federelement als Federpaket ausgebildet, wobei das Federpaket aus einer Außenfeder und einer dazu koaxial innerhalb angeordneten und verkürzten Innenfeder besteht. Gemäß dieser Gestaltung des ersten und/oder zweiten Federelementes ist koaxial innerhalb der jeweiligen Außenfeder eine verkürzte Innenfeder integriert. Die Innenfeder ist gegenüber der Außenfeder verkürzt und unbeweglich innerhalb der Außenfeder gelagert. Vorteilhaft an der Ausbildung des ersten und zweiten Federelements als Federpaket ist, dass bei jeweils unterschiedlicher Länge der Innen- und Außenfedern zueinander, eine bis zu vierstufige Widerstandskennlinie erzeugt werden kann. Somit das Drehmoment bei einer steigenden Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil genähert kurvenförmig ansteigt. Dies trägt zu einer gesteigerten Laufruhe bei und erhöht den Dämpfungsgrad des Drehschwingungsdämpfer weiter.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Eingangsteils eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß einer ersten Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung eines Ausgangsteils des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß der ersten Ausführungsform;
- 3: eine schematische Bewegungsabfolge a) bis d) des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß der ersten Ausführungsform;
- 4: eine schematische Bewegungsabfolge a) bis d) eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- 5 eine schematische Darstellung eines Ausgangsteils eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß einer dritten Ausführungsform;
- 6: eine schematische Darstellung eines Eingangsteils des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß der dritten Ausführungsform;
- 7: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß der dritten Ausführungsform;
- 8: ein Beispiel eines aus koaxialen Druckfedern aufgebauten Federelementes; und
- 9: eine mit dem beschriebenen Drehschwingungsdämpfer erreichbare Dämpferkennlinie.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Eingangsteils 10 eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Eingangsteil 10 stellt eine Schwungmasse dar und ist vorzugsweise als Blechelement, alternativ bevorzugt als ein Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet. Das Eingangsteil 10 ist gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform als ein Flügelflansch 20 ausgebildet, wobei der Flügelflansch 20 zwei in dieser ersten Ausführungsform symmetrisch zueinander ausgebildete, sich radial von einem Flügelflanschkörper 21 weg erstreckende Flügel 22 aufweist. Darüber hinaus weist der Flügelflanschkörper 21 eine zu seiner Außenumfangsfläche und koaxial zu einer Drehachse A ausgebildete Aussparung 24 auf. Der Flügelflansch 20 ist in dieser Ausführungsform punktsymmetrisch zur Drehachse A ausgebildet. Die Flügel 22 sind somit einander gegenüberliegend ausgebildet. Die in diesem Dokument verwendeten Begriffe radial oder radiale Richtung, axial oder axiale Richtung und Umfangsrichtung werden, sofern nicht explizit etwas anderes ausgeführt ist, immer in Bezug auf die Drehachse A verstanden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausgangsteils 2 des erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers gemäß der ersten Ausführungsform. Das Ausgangsteil 2 ist als diskusförmige Schwungmasse ausgebildet, mit einer koaxial zur Umfangsseite ausgebildeten Aussparung 3. Wie auch der Flügelflansch 20 ist das Ausgangsteil 2 vorzugsweise als Blechelement, alternativ bevorzugt als ein Guss- oder Schmiedeteil ausgebildet. Das Ausgangsteil 2 weist umfangsseitig und zueinander gegenüberliegend einen ersten Kanalbereich 4 und einen zweiten Kanalbereich 5 auf, die sich über einen Teil des Umfangs des Ausgangsteils 2 erstrecken. Der erste Kanalbereich 4 ist über einen größeren Umfangsabschnitt als der zweite Kanalbereich 5 ausgebildet. Darüber hinaus weist das Ausgangsteil 2 radial außenseitig einen ersten Anschlag 6 und einen zweiten Anschlag 8 auf, die ebenfalls symmetrisch zueinander ausgebildet sind, die sich ebenfalls über einen Teil des Umfangs des Ausgangsteils 2 erstrecken und den ersten und den zweiten Kanalbereich 4, 5 voneinander trennen. Der erste und der zweite Anschlag 6, 8 sind symmetrisch zu der vertikalen Achse B ausgebildet. Der erste Anschlag 6 weist eine erste Anschlagsfläche 7 auf, die in Umfangsrichtung in Richtung des ersten Kanalbereichs 4 weist. Eine zweite Anschlagsfläche 18, die in Umfangsrichtung entgegengesetzt zur ersten Anschlagsfläche 7 am ersten Anschlag 6 ausgebildet ist, weist in Richtung des zweiten Kanalbereichs 5. Der zweite Anschlag 8 weist eine erste Anschlagsfläche 17 auf, die in Umfangsrichtung in Richtung des ersten Kanalbereichs 4 weist, während eine gegenüberliegende zweite Anschlagsfläche 9 in Richtung des zweiten Kanalbereichs 5 weist.
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Die 3 zeigt schematisch eine Bewegungsabfolge a) bis d) eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers 1 gemäß der ersten Ausführungsform zur Veranschaulichung seiner Funktionsweise. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst neben dem Eingangsteil 10 und dem Ausgangsteil 2 ein erstes Federelement 30 und ein zweites Federelement 40, die jeweils als Druckfeder ausgebildet sind. Das Eingangsteil 10 in Form des Flügelflansches 20 ist gegenüber dem Ausgangsteil 2 verdrehbar ausgebildet. In dem ersten Kanalbereich 4 des Ausgangsteils 2 ist das erste Federelement 30 und in dem zweiten Kanalbereich 5 das zweite Federelement 40 in Umfangsrichtung beweglich gelagert, wobei der erste und zweite Kanalbereich 4, 5 den Federelementen 30, 40 als Führung dienen. Abhängig von der Ausdehnung des Umfangsabschnitts der Kanalbereiche 4, 5 in Umfangsrichtung bezogen auf die Drehachse A weisen auch die Federelemente 30, 40 jeweils eine Erstreckung im ungestauchten Zustand entsprechend der Ausdehnung des jeweiligen Umfangsabschnitts, jeweils betrachtet in Umfangsrichtung, auf. Folglich ist auch das erste Federelement 30 mit einer größeren Erstreckung in Umfangsrichtung ausgebildet als das zweite Federelement 40. Eine erste Anschlagsfläche 7 des ersten Anschlags 6 dient einem ersten Ende 31 des ersten Federelements 30 als Abstützung, wobei eine zweite Anschlagsfläche 9 des zweiten Anschlags 8 dazu ausgebildet ist, einem ersten Ende 41 des zweiten Federelements 40 als Abstützung zu dienen. Der zweite Anschlag 8 weist eine erste Anschlagsfläche 17 zur Abstützung des ersten Federelements 30 auf. Weiterhin weist der erste Anschlag 6 eine zweite Anschlagsfläche 18 zur Abstützung des zweiten Federelements 40 auf. Die Anschlagsflächen 7, 9 entgegengesetzten Anschlagsflächen 17, 18 des ersten und des zweiten Anschlags 6, 8 sind zur umfangsseitigen Begrenzung des jeweils anderen Federelements 30, 40 ausgebildet, können aber ebenfalls Kräfte aufnehmen, sofern ein Drehimpuls in entgegengesetzter Richtung erfolgt. Gegenüberliegend zu den Anschlagsflächen 7, 9, 17, 18 des ersten und zweiten Anschlags 6, 8 weist der Flügelflansch 20 ebenfalls Anschlagflächen 23 auf, die dazu ausgebildet sind, dem zweiten Ende 32, 42 des ersten beziehungsweise des zweiten Federelements 30, 40 als Abstützung zu dienen.
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Das Eingangsteil 10 in Form des Flügelflansches 20 stellt die angetriebene Primärseite des Drehschwingungsdämpfers 1 dar und wird unmittelbar mit einem externen Drehmoment beaufschlagt und um die Drehachse A verdreht. Das mittelbar über die Federelemente 30, 40 mit dem Flügelflansch 20 wirkungsverbundene Ausgangsteil 2 wird im Folgenden als die durch die Primärseite angetriebene Sekundärseite des Drehschwingungsdämpfers 1 betrachtet. Wenn auch nicht dargestellt, kann die Primärseite vorzugsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, wobei die Sekundärseite das Drehmoment bevorzugt an ein an ihr befestigtes Getriebe, insbesondere an eine nicht gezeigte Getriebeeingangswelle, weitergibt. Allerdings ist der Drehschwingungsdämpfer 1 nicht auf die Anbringung zwischen einem Getriebe und einem Motor beschränkt. Alternativ bevorzugt kann der Drehschwingungsdämpfer 1 auch als Schwingungsabsorber zusammen mit einem Riemenscheibenentkoppler installiert werden. Grundsätzlich ist eine Nutzung in verschiedenen Ausführungsformen bevorzugt, um Drehschwingungen zu dämpfen.
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In Schritt a) wirkt kein Drehmoment auf den Flügelflansch 20, beziehungsweise wird der Flügelflansch 20 nicht verdreht. Somit werden das erste und das zweite Federelement 30, 40 nicht durch den Flügelflansch 20 mit einer Druckkraft beaufschlagt, sind also ungestaucht. Gemäß der ersten Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers 1 weisen die Flügel 22 des Flügelflansches 20 eine gegenüber den Anschlägen 6, 8 jeweils geringere Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Somit können in dieser Ruheposition die Flügel 22 auch ohne Kontakt gegenüber den Federelementen 30, 40 ausgerichtet sein. Folglich kann sich der Flügelflansch 20 um einen gewissen Grad um die Längsachse A verdrehen, ohne dass eine Gegenkraft durch die Federelemente 30, 40 auf ihn einwirkt.
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In Schritt b) wirkt ein Drehmoment auf den Flügelflansch 20, wobei sich dieser gegenüber dem Ausgangsteil 2 verdreht. Aufgrund der unterschiedlichen Erstreckung der Federelemente 30, 40, stützt sich ein Flügel 22 des Flügelflansches 20 zunächst an dem längeren, ersten Federelement 30 ab, wobei der weitere Flügel 22 noch beabstandet zum zweiten Ende 42 des zweiten Federelements 40 ausgerichtet ist. Somit wird ausschließlich durch das erste Federelement 30 eine Gegenkraft auf den Flügelflansch 20 aufgebracht.
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In Schritt c) wird das Drehmoment auf den Flügelflansch 20 erhöht, so dass das erste Federelement 30 durch den Flügel 22 gestaucht wird. Dies führt zu einer weiteren Verdrehung des Flügelflansches 20 gegenüber dem Ausgangsteil 2, bis auch der andere Flügel 22 mit seiner Anschlagfläche 23 an dem zweiten Ende 42 des zweiten Federelements 40 anliegt und die zusätzliche Gegenkraft des zweiten Federelements 40 einem Weiterdrehen des Flügelflansches 20 entgegenwirkt.
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Wird gemäß Schritt d) das Drehmoment auf den Flügelflansch 20 weiter erhöht, wird nun sowohl das erste als auch das zweite Federelement 30, 40 durch eine weitere Verdrehung des Flügelflansches 20 gegenüber dem Ausgangsteil 2 gestaucht.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung a) bis d) eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform, zur Veranschaulichung ihrer Funktionsweise. Bei der zweiten Ausführungsform handelt es sich um eine veränderte ersten Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers 1. In der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich das Ausgangsteil 2 lediglich von dem Ausgangsteil 2 der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Anschläge 6, 8 eine verringerte Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen. Weiterhin sind die Anschläge 6, 8 in dieser Ausführungsform einander gegenüberliegend ausgebildet, so dass also der erste Anschlag 6 durch eine Drehung um 180° um die Drehachse A in den zweiten Anschlag 8 überführt werden kann. Erster Anschlag 6 und zweiter Anschlag 8 sind also punktsymmetrisch zur Drehachse A in einer Ebene senkrecht zur Drehachse A ausgebildet. Dadurch weisen der erste und der zweite Kanalbereich 4, 5 eine identische Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Demgegenüber sind die Federelemente 30, 40 in ihrer Erstreckung in Umfangsrichtung gegenüber der ersten Ausführungsform unverändert. Folglich weist der zweite Kanalbereich 5 eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung als das zweite Federelement 40 auf. Gegenüber den verkürzten Anschlägen 6, 8 weist das Eingangsteil 10 in Form des Flügelflansches 20, gemäß der zweiten Ausführungsform, Flügel 22 auf, die eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, als die Flügel 22 der ersten Ausführungsform und darüber hinaus eine größere Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen als die Anschläge 6, 8. Das zweite Federelement 40 stützt sich sowohl mit seinem ersten als auch mit seinem zweiten Ende 31, 32 an den zueinander hin gewandten Anschlagflächen 23 der Flügel 22 ab, womit ein Verrutschen des zweiten Federelements 40 in dem zweiten Kanalbereich 5 verhindert wird.
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Somit unterscheidet sich der Flügelflansch 20 der zweiten Ausführungsform insbesondere gegenüber dem Flügelflansch der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Flügel 22 des Flügelflansches 20 asymmetrisch bezogen auf die Drehachse A und nicht punktsymmetrisch angeordnet sind. Die Flügel 22 des Flügelflansches 20 sind symmetrisch zu einer Achse senkrecht zur Drehachse A. Identisch gegenüber der ersten Ausführungsform sind gemäß der zweiten Ausführungsform die entsprechenden sonstigen Anschlagflächen 7, 9, 17, 18 zwischen dem Ausgangsteil 2, dem ersten und zweiten Federelement 30, 40 und den Flügeln 22 des Flügelflansches 20 ausgebildet.
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Im Schritt a) wirkt kein Drehmoment auf den Flügelflansch 20. Somit wirkt auch keine Kraft über die Flügel 22 auf das erste Federelement 30, das bereits in dieser Position mit einem ersten Ende 31 an einer ersten Anschlagsfläche 7 eines ersten Anschlags 6 und mit einem zweiten Ende 32 an einer der Anschlagfläche 7 gegenüberliegenden Anschlagfläche 23 an dem Flügel 22 anliegt.
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In Schritt b) wird das Drehmoment auf den Flügelflansch 20 erhöht, so dass sich dieser gegenüber dem Ausgangsteil 2 verdreht und das erste Federelement 30 gestaucht wird. Das zweite Federelement 40 liegt nach wie vor ungestaucht an den Flügeln 22 an und wird in Umfangsrichtung in Richtung des ersten Anschlags 6 verschoben.
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Gemäß Schritt c) wird das Drehmoment weiter erhöht, so dass sich der Flügelflansch 20 weiter gegenüber dem Ausgangsteil 2 verdreht und das erste Federelement 30 weiter gestaucht wird. Die Verdrehung ist so weit fortgeschritten, dass mittlerweile auch das erste Ende 41 des zweiten Federelements 40 an der Anschlagsfläche 9 des zweiten Anschlags 8 anliegt und eine Gegenkraft gegenüber der Verdrehung des Flügelflansches 20 ausübt.
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In Schritt d) ist der Flügelflansch 20 mit einem weiter verstärkten Drehmoment beaufschlagt, so dass eine weitere Verdrehung des Flügelflansches 20 gegenüber dem Ausgangsteil 2 stattgefunden hat und sowohl das erste als auch das zweite Federelement 30, 40 gestaucht werden und zusammen eine Gegenkraft entgegengesetzt zu dem auf den Federflansch 20 beaufschlagten Drehmoment ausüben.
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Die 5 und 6 zeigen ein Ausgangsteil 2 und ein Eingangsteil 10 einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfers 1, wobei die 7 den gesamten Drehschwingungsdämpfer 1, umfassend das Ausgangsteil 2 und das Eingangsteil 10, schematisch darstellt. Bei dem Ausgangsteil 2 und Eingangsteil 10 handelt es sich auch hier jeweils um eine erste und zweite Schwungmasse. Die vorgeschlagenen Schwungmassen können jeweils bevorzugt als Blechelement, alternativ bevorzugt als ein Guss oder Schmiedeteil ausgebildet sein.
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Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass das Eingangsteil 10 nun diskusförmig und nicht in Form eines Flügelflansches ausgebildet ist. Dabei ist das Ausgangsteil 2, dargestellt in 5, die angetriebene Seite und das Eingangsteil 10, dargestellt in 6, die antreibende Seite. In dem Eingangsteil 10 sind ein erster Kanalbereich 4 und ein zweiter Kanalbereich 5 und im Ausgangsteil 2 sind ein erster Kanalbereich 11 und ein zweiter Kanalbereich 12 in Form von Halbschalen ausgebildet, so dass sich vier Kanalbereiche 4, 5, 11, 12 ergeben. Das erste Federelement 30 ist dabei in den gegenüberliegenden ersten Kanalbereichen 4 und 11 und das zweite Federelement 40 in den gegenüberliegenden zweiten Kanalbereichen 5 und 12 gelagert. Drei der vier Kanalbereiche 4, 11, 12 weisen in Umfangsrichtung eine identische Länge auf, wobei der im Eingangsteil 10 ausgebildete vierte Kanalbereich 5 gegenüber den anderen drei Kanalbereichen 4, 11, 12 verkürzt ausgebildet ist.
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Wie auch bei den zuvor genannten ersten und zweiten Ausführungsformen sind zwischen den Kanalbereichen 4, 5, 11, 12 sowohl bei dem Ausgangsteil 2 als auch bei dem Eingangsteil 10 symmetrisch zueinander angeordnete Anschläge 6, 8, 13, 15 ausgebildet, die die Kanalbereiche 4, 5, 11, 12 des Ausgangs- und Eingangsteils 2, 10 jeweils voneinander trennen. Die Anschläge 6, 8 des Ausgangsteils 2 weisen in Umfangsrichtung eine größere Erstreckung auf als die Anschläge 13, 15 des Eingangsteils 10, wobei die zusätzliche Erstreckung der Anschläge 6, 8 des Ausgangsteils 2 sich in den Bereich des zweiten Kanalbereichs 5 erstrecken und diesen somit gegenüber dem ersten Kanalbereich 4 in Umfangsrichtung verkürzen. Somit ist der zweite Kanalbereich 5 des Ausgangsteils 2 der gegenüber den anderen Kanalbereichen 4, 11, 12 verkürzte Kanalbereich 5.
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In 7 sind das Ausgangsteil 2 und das Eingangsteil 10 übereinander beziehungsweise koaxial zu einer Drehachse A angeordnet, so dass die Aussparungen 3, 16 des Ausgangsteils 2 und des Eingangsteils 10 zueinander fluchten. Aus dieser Fig. ist der in Umfangsrichtung verkürzte zweite Kanalbereich 5 des Ausgangsteils 2 gegenüber dem zweiten, unverkürzten Kanalbereich 12 des Eingangsteils 10 erkennbar. Wie in 7 dargestellt, weisen die Federelemente 30, 40 auch in dieser Ausführungsform eine unterschiedliche Erstreckung in Umfangsrichtung auf. Dabei entspricht die Erstreckung des ersten Federelements 30 in Umfangsrichtung im ungestauchten Zustand der Erstreckung des Umfangsabschnitts der ersten Kanalbereiche 4, 11 des Ausgangsteils 2 und des Eingangsteils 10. Das zweite Federelement 40 hingegen ist verkürzt gegenüber dem ersten Federelement 30 ausgebildet, wobei seine Erstreckung in Umfangsrichtung der Erstreckung des Umfangsabschnitts des zweiten, verkürzten, Kanalbereichs 5 des Ausgangsteils 2 entspricht.
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Wie auch bei den vorangegangenen Ausführungsformen findet beim Aufbringen eines Drehmoments auf das antreibende Eingangsteil 10 eine Verdrehung des Eingangsteils 10 gegenüber dem Ausgangsteil 2 statt. Dabei wird zunächst das erste Federelement 30 gestaucht. Das zweite Federelement 40 wird bei der Drehung des Eingangsteils 10 gegenüber dem Ausgangsteil 2 durch dieses ebenfalls um die Drehachse A verdreht, bleibt allerdings ungestaucht, bis es an dem ersten Anschlag 13 des Eingangsteils 10 anliegt. Die Erstreckung des zweiten Federelements 40 und des verkürzten zweiten Kanalbereichs 5 des Ausgangsteils 2 in Umfangsrichtung sind so aufeinander abgestimmt, dass das zweite Federelement 40 entweder durch den Kanalbereich 12 oder bzw. und durch die Anschläge 6, 8 auch dann gezielt geführt wird, wenn das zweite Federelement 40 noch nicht drehmomentwirksam im Eingriff mit dem ersten Anschlag 13 des Eingangsteils 10 steht. Dadurch ist die Position des zweiten Federelements 40 in dem es umgebenden Kanalbereich 5, 12 trotz der kürzeren Länge sichergestellt und die Wirkung auf eine Unwucht des Drehschwingungsdämpfers 1 ist reduziert.
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8 zeigt ein Beispiel eines aus koaxialen Druckfedern aufgebauten Federelementes in Form eines Federpaketes 50, welches beispielsweise innerhalb des Kanalbereichs 4, 5 des Ausgangsteils 2 und innerhalb des Kanalbereichs 11, 12 des Eingangsteils 10, gemäß der dritten Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers 1, gelagert ist. Gemäß dieser Gestaltung des ersten und/oder zweiten Federelementes 30, 40 als Federpaket 50 ist koaxial innerhalb der jeweiligen Außenfeder 51 eine verkürzte Innenfeder 52 integriert. Die Innenfeder 52 ist gegenüber der Außenfeder 51 verkürzt und unbeweglich innerhalb der Außenfeder 51 gelagert. Allerdings wird der Widerstand gegenüber einer Stauchung der Außenfeder 51 bei einer ausschließlichen Belastung dieser durch die zusätzliche Innenfeder 52 nicht erhöht. Erst wenn die Außenfeder 51 auf die Länge der Innenfeder 52 gestaucht wurde, kommt auch der Widerstand der Innenfeder 52 zum Tragen. Vorzugsweise sind das erste und das zweite Federelement 30, 40 jeweils als Federpakete 50 ausgebildet, wobei die jeweiligen Innenfedern 52 zueinander und die jeweiligen Außenfedern 51 zueinander eine individuelle Länge zueinander aufweisen. Somit sind die vier Federn 51, 52 jeweils unterschiedlich lang zueinander ausgebildet. Vorzugsweise ist die Ausbildung des ersten und zweiten Federelements 30, 40 in Form von Federpaketen 50 nicht auf die dritte Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers 1 beschränkt, sondern auch für die erste und zweite Ausführungsform des Drehschwingungsdämpfers 1 bevorzugt.
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9 zeigt eine mit dem beschriebenen Drehschwingungsdämpfer 1 erreichbare Dämpferkennlinie. In dem mit a) gekennzeichneten horizontalen Bereich findet eine Verdrehung des Eingangsteils 10 gegenüber dem Ausgangsteil 2 statt, ohne dass das erste Federelement 30 eine Gegenkraft bzw. ein Moment der Verdrehung entgegenbringt. Ist eine bestimmte Verdrehung, der mit b) gekennzeichneter Punkt, erreicht, kommt das erste Federelement 30 sowohl an dem Anschlag 15, 23 des Eingangsteils 10 als auch an dem Anschlag 6 des Ausgangsteils 2 zum Anliegen. Dies ist der oben beschriebene Freiwinkel, der in diesem Beispiel bei etwa 5° liegt. Wird das Drehmoment nun weiter auf das Eingangsteil 10 erhöht, verdreht sich dieses weiter gegenüber dem Ausgangsteil 2, wobei das Drehmoment abhängig vom Drehwinkel linear bis zu einem Punkt c) ansteigt. An diesem Punkt angelangt, wurde das erste Federelement 30 so weit gestaucht, dass nun auch das zweite Federelement 40 an dem Anschlag 13, 23 des Eingangsteils 10 und dem Anschlag 8 des Ausgangsteils 2 zum Anliegen kommt. Dies ist der oben beschriebene Übergangswinkel. Folglich wirken nun das erste und zweite Federelement 30, 40 gemeinsam einer weiteren Verdrehung entgegen. Dies ist in 9 durch das linear stärker ansteigende Widerstandsmoment zwischen den Punkten c) und d) gegenüber einem steigenden Verdrehwinkel dargestellt. Dass eine Verdrehung des Eingangsteils 10 gegenüber dem Ausgangsteil 2 konstruktionsbedingt auf einen bestimmten Verdrehwinkel limitiert ist, wird mit Punkt d) ausgedrückt. Die Punkte a) bis d) in 9 entsprechen dabei den Situation a) bis d) aus 3 oder 4.
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Durch den Einsatz eines Federpakets 50 als ersten Federelement 30 und/oder als zweitem Federelement 40 kann die Zahl der Stufen in der Dämpferkennlinie erhöht werden. Sind beispielsweise das erste und das zweite Federelement 30, 40 als Federpaket 50 ausgebildet, wobei die jeweiligen Außenfedern 51 und Innenfedern 52 unterschiedliche Erstreckung zueinander aufweisen, ist es beispielsweise möglich, eine vierstufige Dämpferkennlinie zu erzielen. Somit kann das Drehmoment bei einer weiteren Verdrehung des Eingangsteils gegenüber dem Ausgangsteil approximiert kurvenförmig ansteigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Ausgangsteil
- 3
- Aussparung
- 4
- erster Kanalbereich
- 5
- zweiter Kanalbereich
- 6
- erster Anschlag
- 7
- erste Anschlagsfläche
- 8
- zweiter Anschlag
- 9
- erste Anschlagsfläche
- 10
- Eingangsteil
- 11
- erster Kanalbereich
- 12
- zweiter Kanalbereich
- 13
- erster Anschlag
- 15
- zweiter Anschlag
- 16
- Aussparung
- 17
- erste Anschlagsfläche
- 18
- zweite Anschlagsfläche
- 20
- Flügelflansch
- 21
- Flügelflanschkörper
- 22
- Flügel
- 23
- Anschlagflächen
- 24
- Aussparung
- 30
- erstes Federelement
- 31
- erstes Ende
- 32
- zweites Ende
- 40
- zweites Federelement
- 41
- erstes Ende
- 42
- zweites Ende
- 50
- Federpaket
- 51
- Außenfeder
- 52
- Innenfeder
- A
- Drehachse
- B
- vertikale Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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