DE19618864A1 - Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Ausgleichsschwungmasse - Google Patents
Torsionsschwingungsdämpfer mit einer AusgleichsschwungmasseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
In der DE 36 43 272 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer beschrieben, der
eine Schwungmasse als antriebsseitiges Übertragungselement und eine relativ
hierzu drehbare, auf einer Getriebewelle drehfest angeordnete Kupplungsscheibe
als abtriebsseitiges Übertragungselement aufweist, wobei die letztgenannte An
steuermittel für elastische Elemente einer Dämpfungseinrichtung aufweist. Die
Kupplungsscheibe ist über eine Schaltkupplung mit einer Ausgleichsschwung
masse verbunden, die gegenüber der eigentlichen Schwungmasse frei drehbar
gelagert ist und aufgrund ihrer Massenträgheit bei Einleitung einer Torsions
schwingung ein Widerstandsmoment aufbaut.
Die Ausgleichsschwungmasse ist mit federnd gelagerten Ausgleichsgewichten
versehen, die fliehkraftabhängig eine Auslenkung aus ihrer Ruhestellung erfahren.
Damit ist die Ausgleichsschwungmasse zwar drehzahlabhängig wirksam, jedoch
ist sie aufgrund einer Federverbindung mit einem der Übertragungselemente le
diglich in durch die Federn bestimmten Frequenzbereichen mit ausreichender Wir
kung funktionsfähig, kann aber in anderen Frequenzbereichen versagen.
In der DE 43 03 303 C1 ist der Ausrückerbereich eines Torsionsschwingungs
dämpfers, der mit einer Ausgleichsschwungmasse versehen ist, gezeigt. Die
Ausgleichsschwungmasse weist eine Schaltkupplung auf, die mit dem Ausrücker
in Wirkverbindung steht, so daß beim Ausrücken die Ausgleichsschwungmasse
von der Abtriebsseite abgekuppelt wird. Dies ist von Vorteil, weil die Dreh
zahlangleichung der Getriebewelle an die entsprechende Drehzahl, die dem einzu
legenden Gang entspricht, durch die Getriebesynchronisation rasch erfolgen und
dazu eine möglichst geringe abtriebsseitige Trägheitsmasse realisiert sein sollte.
Nachteilig beim Torsionsschwingungsdämpfer gemäß der PS ist allerdings, daß
er, lediglich bei einer durch Federelemente der Ausgleichsschwungmasse be
stimmten Eigenfrequenz wirksam ist.
Durch die US-PS 5 295 411 ist eine Schwungmasse bekannt, die in einer Mehr
zahl kreisförmiger Aussparungen jeweils eine kreisförmige Ausgleichsschwung
masse aufnimmt, wobei der Durchmesser der letztgenannten kleiner als derjenige
der Aussparung ist. Eine derartige Schwungmasse wird üblicherweise als
"Salomon-Tilger" bezeichnet und hat den Vorteil, daß die Ausgleichsschwung
massen hinsichtlich ihrer Auslenkgeschwindigkeit von Drehzahländerungen an der
Schwungmasse abhängig sind, die Schwungmasse mithin also drehzahlabhängig
wirksam ist. Mit einer derartigen Schwungmasse lassen sich Torsionsschwingun
gen einer bestimmten Ordnung, bei Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern vor
zugsweise der zweiten Ordnung, bei bestimmten Amplitudengrößen hervorragend
um einen bestimmten Betrag verringern, jedoch fehlt die Möglichkeit, auf
Schwingungen anderer Ordnungen einzuwirken.
In der DE 36 30 398 C2 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem an
triebsseitgen Übertragungselement und einem relativ hierzu drehbaren ab
triebsseitigen Übertragungselement beschrieben, wobei jedem dieser Übertra
gungselemente eine Schwungmasse zugeordnet ist. Derartige Torsionsschwin
gungsdämpfer sind dazu geeignet, einen kompletten Frequenzbereich zu filtern,
das heißt Amplituden unterschiedlicher Ordnung zu dämpfen, jedoch sind beson
ders störende Amplituden einer bestimmten Ordnung nicht derart wirkungsvoll
unterdrückbar, wie dies oftmals erforderlich wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsschwingungsdämpfer so
weiterzubilden, daß die von einem Antrieb, wie beispielsweise einer Brennkraft
maschine, gelieferten Schwingungen soweit als möglich ausfilterbar sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1
angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die spezielle Ausgestaltung eines Torsionsschwingungsdämpfers mit zu
mindest einer Ausgleichsschwungmasse entsteht eine Gesamteinrichtung, bei
welcher die Vorteile des als Filter für einen kompletten Frequenzbereich wirksa
men Torsionsschwingungsdämpfers mit dem Vorteil von Ausgleichsschwung
massen, einer Schwingung bestimmter Ordnung entgegenzuwirken, kombinierbar
ist. Aufgrund der Ausbildung des Übertragungselementes mit wenigstens einer
Aussparung, die zumindest in ihrem Kontaktbereich mit der wenigstens einen
Ausgleichsschwungmasse eine Führungsbahn aufweist, auf welcher die Aus
gleichsschwungmasse, die eine Krümmung aufweist, bei Einleitung einer Torsi
onsschwingung eine Abwälzbewegung ausführen kann, enthält dieses Übertra
gungselement einen sogenannten "Salomon-Tilger", bei dem eine erhöhte Aus
lenkgeschwindigkeit am Übertragungselement stets auch eine erhöhte Auslenk
geschwindigkeit der Ausgleichsschwungmasse aus ihrer Ruhelage zur Folge hat.
Die Ausgleichsschwungmasse ist hierbei derart dimensionierbar, daß sie bei
Schwingungen einer bestimmten Ordnung wirksam ist, und zwar derart, daß die
Amplitudengröße dieser Schwingung um einen bestimmten Betrag verringert wird.
Weiterhin wird das Dämpfungsverhalten dieses "Salamon-Tilgers" von geometri
schen Verhältnissen, wie beispielsweise der jeweiligen Biegung der Führungsbahn
in Bezug zur Krümmung der Ausgleichsschwungmasse im Kontaktbereich mit der
Führungsbahn sowie vom Schwingwinkel der Ausgleichsschwungmasse be
stimmt.
Besonders einfach ist der Salomon-Tilger auslegbar, wenn sowohl die Führungs
bahn an der Aussparung des Übertragungselementes als auch die Krümmung an
der Ausgleichsschwungmasse jeweils zumindest im gegenseitigen Kontaktbereich
kreisförmig ausgebildet sind, wobei die Führungsbahn zur Gewährleistung einer
Bewegung der Ausgleichsschwungmasse mit einem größeren Radius als die
Ausgleichsschwungmasse ausgebildet ist.
Die letztgenannte konstruktive Maßnahme kann zur Folge haben, daß sich, wenn
bei Stillstand des Torsionsschwingungsdämpfers keine Fliehkraft mehr auf die
Ausgleichsschwungmasse wirksam ist, diese unter der Wirkung der Schwerkraft
nach unten an das andere Ende der Aussparung fällt. Beim Wiederanlauf des
Torsionsschwingungsdämpfers wird die Ausgleichsschwungmasse nach radial
außen beschleunigt, bis sie dort im entsprechenden Bereich der Führungsbahn
aufprallt. Dieses Problem wird dadurch beseitigt, daß der Führungsbahn an
spruchsgemäß eine Wegbegrenzung zugeordnet ist, die beim Stillsetzen des Tor
sionsschwingungsdämpfers ein Herunterfallen der Ausgleichsschwungmasse un
ter der Wirkung der Gewichtskraft verhindert.
Durch Anordnung des erfindungsgemäßen Salomon-Tilgers in einem Torsions
schwingungsdämpfer, bei dem jedem Übertragungselement eine eigene
Schwungmasse zugeordnet ist, wird die Fähigkeit des Salomon-Tilgers, Amplitu
den einer bestimmten Ordnung zu dämpfen, mit einem hervorragenden Filter
kombiniert, so daß eine besonders gute Entkopplungsgüte entsteht.
In einem weiteren Anspruch wird die Kombination des Salomon-Tilgers mit einer
konventionellen Kupplung, die lediglich eine Schwungmasse aufweist, gezeigt,
wobei eine vorteilhafte konstruktive Lösung aufgezeigt ist, um die Ausgleichs
schwungmasse durch eine zusätzliche Schaltkupplung vom abtriebsseitigen Über
tragungselement zu lösen, sobald die Reibungskupplung ausgerückt wird.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine hälftige Darstellung der Schwungmassen
vorrichtung mit einer als Hohlrad wirksamen Nabenscheibe und einem
Planetenrad, wobei in der abtriebsseitigen Schwungmasse eine Ausspa
rung zur Aufnahme einer Ausgleichsschwungmasse kreisförmigen Quer
schnitts vorgesehen ist;
Fig. 2 wie Fig. 1, aber mit einer Ausgleichsschwungmasse mit im wesentli
chen halbkreisförmigen Querschnitts;
Fig. 3 wie Fig. 1, aber mit einer in Radialrichtung begrenzten Aussparung;
Fig. 4 wie Fig. 1, aber mit Aufnahme der Ausgleichsschwungmasse in der Na
benscheibe;
Fig. 5 einen Torsionsschwingungsdämpfer mit nur einer Schwungmasse mit
einem Gehäuse zur Aufnahme der Ausgleichsschwungmasse.
Der in Fig. 1 gezeigte Torsionsschwingungsdämpfer weist ein antriebsseitiges
Übertragungselement 1 auf, das mit einer Schwungmasse 2 mit einem nach ra
dial außen laufenden Primärflansch 3 ausgebildet ist, der im Umfangsbereich ei
nen Axialrand 4 aufweist, auf welchen ein mit einem nicht gezeigten Anlasserrit
zel in Eingriff stehender Zahnkranz 5 aufgesetzt ist. Der Axialrand 4 trägt eine
Dichtplatte 6, die nach radial innen ragt. Diese begrenzt zusammen mit dem
Axialrand 4 und dem Primärflansch 3 einen Fettraum 8, in den im radial äußeren
Bereich in Umfangsrichtung verlaufende elastische Elemente 10 einer
Dämpfungseinrichtung 11 angeordnet sind. Die elastischen Elemente 10 sind einerends
durch Ansteuerelemente 12 am Primärflansch 3 beaufschlagbar, während sie
sich anderenends an nach radial außen ragenden Fingern 14 einer Nabenschei
be 15 abstützen, die als Hohlrad 17 eines Planetengetriebes wirksam ist und an
ihrem radial inneren Ende eine Sekundärnabe 16 zur Aufnahme einer Lagerung 18
aufweist. Die letztgenannte trägt ihrerseits eine Primärnabe 20 des Primärflan
sches 3. In Axialrichtung gesehen, erstreckt sich die Primärnabe 20, ausgehend
vom Primärflansch 3 in Richtung zur Nabenscheibe 15, während die Sekundärna
be 16 vom letztgenannten in Richtung zum Primärflansch 3 verläuft.
Durch die Lagerung 18 ist die Nabenscheibe 15 drehbar auf der antriebsseitigen
Schwungmasse 2 angeordnet, und über Niete 22 mit einer zweiten Schwung
masse 23 verbunden, die zusammen mit der Nabenscheibe 15 als abtriebsseiti
ges Übertragungselement 24 wirksam ist. Radial dicht außerhalb der Lagerung 18
ist die Nabenscheibe 15 mit einer Montageöffnung 26 versehen, durch welche
Befestigungsmittel 27 einschiebbar sind. Die Befestigungsmittel halten mit ihrem
Kopf 28 eine Dichtung 30, durch welche der Fettraum 8 nach radial innen ab
dichtbar ist. Über die Befestigungsmittel 27 ist der Torsionsschwingungsdämpfer
an einer nicht gezeigten Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine befestigbar.
Der Primärflansch 3 weist zumindest einen in Richtung zur Nabenscheibe 15 vor
springenden Lageransatz 31 auf, auf dem jeweils über ein Nadellager 32 ein Pla
netenrad 33 angeordnet ist, das über seine Verzahnung 35 mit dem Hohlrad 17
in Eingriff steht.
In der zweiten Schwungmasse 23 ist an deren der ersten Schwungmasse 2 zu
gewandten Seite eine Aussparung 38 vorgesehen, die, wie die seitlich neben Fig.
1 dargestellte Ansicht gemäß der Linie A-A zeigt, mit dem Radius R kreisförmig
ausgebildet ist und eine Ausgleichsschwungmasse 40 aufnimmt, die durch eine
Walze kreisförmigen Querschnittes mit Radius r gebildet wird. Bei Betrieb des
Torsionsschwingungsdämpfers wird unter der Wirkung der Fliehkraft, die auf
grund einer Drehung um die Achse 41 auftritt, die Ausgleichsschwungmasse 40
in die in Fig. 1 gezeigte Position gebracht, wo die Einleitung einer Torsions
schwingung, welche die Beschleunigung oder Verzögerung der zweiten
Schwungmasse 23 zur Folge hat, eine Auslenkung der Ausgleichsschwung
masse 40 aus ihrer gezeigten Ruhestellung im Uhrzeigersinn oder entgegenge
setzt zu diesem zur Folge hat. Der Außenumfang der Aussparung 38 wirkt hier
bei als Führungsbahn 42 für die Ausgleichsschwungmasse, während diese auf
grund ihres kreisförmigen Querschnittes entlang ihres gesamten Umfangs mit
einer Krümmung 44 ausgebildet ist, und entlang eines Kontaktbereichs 45 auf
der Führungsbahn 42 abrollen kann. Durch die Ausgleichsschwungmasse 40 wird
das Trägheitsmoment der zweiten Schwungmasse 23 scheinbar erhöht, da bei
der Abrollbewegung der Ausgleichsschwungmasse 40 mit ihrer Krümmung 44
auf der Führungsbahn 42 eine Übersetzung wirksam wird. Aufgrund der Aus
gleichsschwungmasse 40 in der Aussparung 38 der Schwungmasse 23 ist die
letztgenannte als "Salomon-Tilger" wirksam, auf dessen Auslenkgeschwindigkeit
beispielsweise die Bemessung des Radius r der Ausgleichsschwungmasse 40 ge
genüber dem Radius R der Aussparung 38, die Winkelauslenkweite zwischen
Ausgleichsschwungmasse 40 und zweiter Schwungmasse 23 sowie die Aus
lenkbeschleunigung der zweiten Schwungmasse 23 infolge einer eingeleiteten
Torsionsschwingung Einfluß nimmt. Der Salomon-Tilger ist gemäß der allgemei
nen Differentialgleichung +f (R, r, a) Ω² ψ = 0 wirksam, wobei a den Abstand
des Kontaktbereichs 45 von Ausgleichsschwungmasse 40 und Führungsbahn 42
der zweiten Schwungmasse 23 gegenüber der Drehachse 41 des Torsions
schwingungsdämpfers abzüglich des Radius r der Krümmung 44 der Aus
gleichsschwungmasse 40 und Ω die Anregungsdrehzahl an der zweiten
Schwungmasse 23 angibt. Die Auslenkgeschwindigkeit ω der Ausgleichs
schwungmasse ist hierbei eine Funktion der Wurzel aus R, r und a, multipliziert
mit Ω, wobei diese Wurzel die Ordnung n der durch den Salomon-Tilger zu dämp
fenden Amplitude repräsentiert.
Fig. 2 zeigt eine Ausgleichsschwungmasse 40 mit im wesentlichen halbkreis
förmigem Querschnitt, wobei der Kontaktbereich 45 zwischen der Führungs
bahn 42 und der Krümmung 44 von der Winkelausdehnung der letztgenannten
abhängig ist. Ansonsten entspricht die Ausführung des Torsionsschwingungs
dämpfers der Fig. 2 demjenigen nach Fig. 1.
Bei Stillstand der zuvor beschriebenen Torsionsschwingungsdämpfer wird die
Ausgleichsschwungmasse 40 unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten fal
len, und beim Betrieb aufgrund von Fliehkraftwirkung wieder nach außen be
schleunigt, wo die Ausgleichsschwungmasse 40 auf die Führungsbahn 42 prallt.
Dies wird bei der Ausführung der Aussparung 38 gemäß Fig. 3 verhindert, da
bei Stillstand des Torsionsschwingungsdämpfers ein Fallen der Ausgleichs
schwungmasse 40 nach unten verhindert wird, und zwar durch die als Wegbe
grenzung 47 wirksame radial innere Kante 48 der Aussparung 38.
Fig. 4 zeigt eine nochmals andere Ausführung, wobei die Ausgleichsschwung
masse 40 in einer Aussparung 50 des Hohlrades 17 angeordnet ist. Da dieses
Hohlrad 17 wegen seiner Einstückigkeit mit der Nabenscheibe 15 fest mit der
zweiten Schwungmasse 23 verbunden ist, wird durch den anderen Unterbrin
gungsort der Ausgleichsschwungmasse 40 gegenüber den bislang beschriebenen
Ausführungsbeispielen keine Änderung des Funktionsverhaltens des Torsions
schwingungsdämpfers bewirkt.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Torsions
schwingungsdämpfers, der lediglich eine einzelne Schwungmasse 52 als an
triebsseitiges Übertragungselement 1 aufweist. Diese weist in ihrem radial mittle
ren Bereich einen Raum 53 auf, in welchem ein Gehäuse 56 für die Ausgleichs
schwungmasse 40 über eine Lagerung 54 drehbar gegenüber der Schwung
masse 53 gelagert ist. Das Gehäuse 56 weist im radial inneren Bereich einen
Träger 55 für einen Reibbelag 57 auf, über den das Gehäuse 56 je nach axialer
Position einer als abtriebsseitiges Übertragungselement 24 wirksamen Kupp
lungsscheibe 60 in kraftschlüssiger Verbindung zu dieser steht oder von dersel
ben gelöst ist, das heißt, in Abhängigkeit davon, ob die Reibungskupplung 62
ein- oder ausgerückt ist. In eingerücktem Zustand wird die Kupplungsscheibe 60
und hierbei insbesondere das in Fig. 5 linke Deckblech 59 derselben durch die
Anpreßfeder 64 der Reibungskupplung 62 in Anlage am Reibbelag 57 des Ge
häuses 56 gehalten, so daß dieses drehfest an die Kupplungsscheibe 60 und
damit an die nicht gezeigte Getriebewelle angeschlossen ist. Daraus folgt, daß
die Ausgleichsschwungmasse 40 während des Betriebs der Reibungskupplung an
die Getriebewelle bewegungsmäßig gekoppelt ist, während, nachdem nach Aus
rücken die kraftschlüssige Verbindung des Gehäuses 56 gegenüber der Kupp
lungsscheibe 60 aufgehoben wird, die Verbindung zwischen der Ausgleichs
schwungmasse 40 und der Getriebewelle gelöst ist. Hintergrund hierbei ist, daß
zur Schonung von Synchronisiereinrichtungen im Getriebe die an der Getriebewel
le hängende Masse möglichst gering sein soll. Aufgrund des an dem Träger 55
ausgebildeten Reibbelags 57 ist demnach der Ausgleichsschwungmasse 40 eine
Schaltkupplung 65 zugeordnet.
Claims (6)
1. Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Übertragungsele
ment und einem relativ hierzu drehbaren abtriebsseitigen Übertragungsele
ment, von denen zumindest eines Ansteuermittel für elastische Elemente ei
ner Dämpfungseinrichtung aufweist, und von denen wenigstens einem zu
mindest eine Ausgleichsschwungmasse zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß zumindest eines der Übertragungselemente (1, 24) wenigstens eine Aus
sparung (38) zur Aufnahme der zumindest einen Ausgleichsschwung
masse (40) aufweist, die wenigstens in ihrem Kontaktbereich (45) mit einer
Führungsbahn (42) der Aussparung (38) mit einer Krümmung (44) für eine
bei Einleitung einer Torsionsschwingung erfolgende Abwälzbewegung der
Ausgleichsschwungmasse (40) entlang der Führungsbahn (42) versehen ist.
2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl die Führungsbahn (42) an der Aussparung (38) des Übertragung
selementes (1, 24) als auch die Krümmung (44) an der Ausgleichsschwung
masse (40) jeweils zumindest im gegenseitigen Kontaktbereich (45) kreis
förmig ausgebildet ist.
3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsbahn (42) in ihrem Kontaktbereich (45) mit der Ausgleichs
schwungmasse (40) mit einem gegenüber deren Krümmung (44) erheblich
größeren Radius ausgebildet ist.
4. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, 2 oder 3
dadurch gekennzeichnet,
daß der Führungsbahn (42) senkrecht zur Bewegungsrichtung der Aus
gleichsschwungmasse (40) eine Wegbegrenzung (47) für die Ausgleichs
schwungmasse (40) zur Begrenzung einer Ablösebewegung von der Füh
rungsbahn (42) zugeordnet ist.
5. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer
dem antriebsseitigen Übertragungselement zugeordneten ersten Schwung
masse und einer dem abtriebsseitigen Übertragungselement zugeordneten
zweiten Schwungmasse,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Schwungmasse (23) die Aussparung (38) zur Aufnahme der
Ausgleichsschwungmasse (40) aufweist.
6. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer
Schwungmasse als antriebsseitigem Übertragungselement und einer Kupp
lungsscheibe als abtriebsseitigem Übertragungselement, wobei am letztge
nannten die Ausgleichsschwungmasse derart aufgenommen ist, daß sie
durch eine Schaltkupplung beim Ausrücken von der Abtriebsseite lösbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Schwungmasse (52) ein mit der Aussparung (38) für die Aus
gleichsschwungmasse (40) versehenes Gehäuse (56) drehbar angeordnet ist,
das über die Schaltkupplung (65) mit der Kupplungsscheibe (60) lösbar ver
bunden ist.
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