DE19621460C1 - Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung mit einem eine Arbeitskammer umschließenden Dämpfergehäuse mit dar­ an befestigtem Verschlußdeckel, wobei das Dämpfergehäuse einstückig radial nach innen in einen Befestigungsbereich zur Verbindung mit einem zu dämpfenden Teil übergeht, und wobei innerhalb des Dämpfergehäuses in einem viskosen Dämpfungsmedium eine Dämpfungsmasse angeordnet ist und in den radialen Außenumfang des Dämpfergehäuses eine Profi­ lierung zur Übertragung der Drehbewegungen eingeformt ist.

Ein solches Bauteil ist aus EP 0 503 424 B1 bekannt. Die­ se Druckschrift beschreibt nämlich einen mit einer Rie­ menscheibe verbundenen Drehschwingungsdämpfer, der zum Einsatz als Kurbelwellenschwingungsdämpfer vorgesehen ist. Dabei besteht dieses Bauteil, abgesehen von der Dämpfungsmasse und dem Verschlußdeckel des Dämpfergehäu­ ses im wesentlichen nur aus einem Bauteil, welches sowohl das Riemenprofil als auch das Dämpfergehäuse und den Na­ benbereich aufweist und vorzugsweise durch spanlose Ver­ formung hergestellt ist. Dieses bekannte Bauteil stellt einen sogenannten Viskosedämpfer dar, dessen physikali­ sches Grundprinzip in der Scherströmung einer Flüssigkeit im Ringspalt zwischen einer Schwungmasse und einem mit dem freien Kurbelwellenende verbundenen Gehäuse besteht. Die frei drehbewegliche Schwungmasse hinkt in Folge ihrer Drehträgheit der Gehäusebewegung hinterher. Hierbei wird die Energie zur Scherung der hochviskosen Flüssigkeit der Kurbelwellenschwingung entzogen, d. h. die Schwingung ge­ dämpft.

Neben derartigen Viskosedämpfern für Kurbelwellen sind als Torsionsschwingungsdämpfer für Kurbelwellen in erster Linie Gummi-Metallbauteile im Einsatz, deren Frequenz auf die erste Torsionseigenfrequenz der Kurbelwelle abge­ stimmt ist, so daß durch Tilgung und Dämpfung Kurbelwel­ lenschwingungen minimiert werden können.

Werden Torsionsschwingungsdämpfer an Kurbelwellen in der Regel eingesetzt, so hat man es bisher für den Antriebs­ strang zur Nockenwelle meistens nicht für erforderlich gehalten, zusätzlich zu den Maßnahmen an der Kurbelwelle weitere Dämpfungsvorrichtungen einzubringen. Lediglich beim Einsatz von Antrieben zur Verstellung der Nockenwel­ le zur Anpassung des Zündzeitpunktes an verschiedene Drehzahlbereiche ist es bekannt, Viskosedämpfer in diese sehr komplexen Bauteile zu integrieren.

Durch die Nockenwellen erfolgt bei Verbrennungsmotoren bekanntlich die Ventilsteuerung, welche über Zahnriemen-, Ketten- oder Rädergetriebe von der Kurbelwelle aus ange­ trieben werden. Ein derartiger Antriebsstrang ist ein Sy­ stem mit verteilten Massen und Steifigkeiten, das durch die diskontinuierliche Arbeitsweise der Verbrennungsmoto­ ren zu Schwingungen angeregt wird. Bedingt durch die pe­ riodisch angreifenden Gaskräfte bei der Verbrennung in den einzelnen Zylindern treten bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehzahlschwankungen des Motors auf. Diese sogenann­ te Drehungsungleichförmigkeit ist eine niederfrequente Starrkörperschwingung der gesamten Kurbelwelle, die bei­ spielsweise bei einem Vierzylinderviertaktmotor durch zwei Gaskraftimpulse pro Umdrehung aufgeprägt wird. Hier­ bei können am freien Kurbelwellenende und damit auch im Nockenwellentrieb Schwingungswinkel von ±3° und mehr auftreten, wenn durch Einsatz von Mehrventiltechnik hö­ here Gaskraftimpulse erzeugt werden oder durch Verwendung von zweimassenschwungrädern das Massenträgheitsmoment des Schwungrades auf der Kurbelwelle reduziert wird.

Durch die beschleunigten und verzögerten Ventilmassen werden die Nockenwellen zusätzlich zu hochfrequenten Tor­ sionsschwingungen angeregt. Dieser Effekt wird bei Die­ selmotoren zusätzlich durch den Antrieb der Einspritzpum­ pe über die Nockenwelle verstärkt. Die Mehrventiltechnik trägt auch hier zur Verstärkung dieser Schwingungen bei.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bauteil zu schaffen, das bei möglichst geringer Baugröße und einfacher Her­ stellbarkeit eine Schwingungsdämpfung einer Nockenwelle ohne Verstellvorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Bauteil der eingangs be­ zeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauteil als vorzugsweise durch spanlose Verformung herge­ stelltes Nockenwellenrad mit einer als Nockenwellenrad­ verzahnung ausgebildeten Profilierung am Außenumfang des Dämpfergehäuses ausgebildet ist.

Mit der Erfindung wird der schwingungsdämpfende Mechanis­ mus eines Viskosedämpfers in das Zahnriemenrad einer Noc­ kenwelle integriert, ohne daß dadurch ein komplexes und damit schwer herstellbares Bauteil entsteht. Das Bauteil kann vorzugsweise durch spanlose Verformung hergestellt werden, was den Herstellungsaufwand gering hält. Durch die Integration des Viskosedämpfers in das Nockenwellen­ rad wird für den schwingungsdämpfenden Mechanismus nur ein ausgesprochen geringer Bauraum benötigt.

Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vor­ gesehen, daß die Nockenwellenradverzahnung innenseitig als sich in die Arbeitskammer erstreckende Hohlverzahnung ausgebildet ist, in welche formschlüssig wenigstens eine radial nach innen gerichtete Außenlamelle eingesetzt ist, wobei die Dämpfungsmasse von wenigstens einer radial nach außen gerichteten Innenlamelle gebildet ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß unter Ausbildung von Ringspal­ ten abwechselnd mehrere Außen- und Innenlamellen vorgese­ hen sind. Die mit dem Zahnriemenrad formschlüssig verbun­ denen Außenlamellen bilden zusammen mit den frei drehbe­ weglichen Innenlamellen mehrere Ringspalte, welche mit der viskosen Flüssigkeit gefüllt sind. Durch diese Lamel­ lenbauweise des Viskosedämpfers wird gegenüber der her­ kömmlichen Bauweise mit einer kompakten Schwungmasse die Oberfläche des Wirkspaltes beträchtlich erhöht, wodurch einerseits bei gleicher Dämpfungswirkung der Einsatz niedrig viskoser Flüssigkeit möglich wird (Vorteile beim Befüllen) und/oder die Fertigungstoleranzen des Spaltes erheblich aufgeweitet werden können (spanlose Fertigung möglich).

Da die Innenlamellen die Aufgabe der Schwungmasse des Viskosedämpfers übernehmen, weisen sie vorzugsweise eine größere Breite als die Außenlamellen auf und sind vor­ zugsweise in Stahl auszuführen, während die Außenlamellen demgegenüber dünnwandig ausführbar sind und vorzugsweise aus Aluminium und Kunststoff bestehen.

Zur Sicherung der Ringspaltmaße zwischen den Lamellen ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Lamellen durch Abstand­ halter axial fixiert sind. Diese Abstandhalter können in die Lamellen integriert sein oder eigene Bauteile bilden.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die die Arbeitskammer begrenzende Innenseite der Nockenwellenradverzahnung ringförmig glatt und die Dämpfungsmasse ringförmig ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform kann dann eine herkömmliche ring­ förmige Dämpfungsmasse verwandt werden, wobei wesentlich ist, daß die Innenseite der Nockenwellenverzahnung glatt ausgebildet ist.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Dämpfungs­ masse axial und radial in der Arbeitskammer mittels einer Gleitlagerung gelagert ist, wobei diese Gleitlagerung von einer separaten Lagerbuchse oder einer Beschichtung, z. B. aus Teflon, gebildet sein kann. Diese Gleitlagerung soll dabei die Drehbeweglichkeit der Innenlamellen nicht ein­ schränken, aber eine zusätzliche Reibungsdämpfung her­ vorrufen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 in einem Axialschnitt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils,

Fig. 2 in einem Radialschnitt das Bauteil nach Fig. 1,

Fig. 3 in einem Axialschnitt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils und

Fig. 4 das Bauteil nach Fig. 3 in einem Radialschnitt.

Ein als Nockenwellenrad 1 ausgebildetes Bauteil nach ei­ ner ersten Ausführungsform der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dieses Nockenwellenrad 1 weist zunächst einen nabenförmigen Befestigungsbereich 2 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Nockenwelle ei­ nes Kraftfahrzeuges oder dergl. auf. Dieser nabenförmige Bereich 2 geht in ein querschnittlich U-förmiges Dämpfer­ gehäuse 3 über, welches an seiner offenen Seite von einem scheibenförmigen Verschlußdeckel 4 dicht verschließbar ist, z. B. durch Anschweißen, Verkleben oder dergl. Das Dämpfergehäuse 3 mit Verschlußdeckel 4 bildet eine ge­ schlossene Arbeitskammer zur Aufnahme eines Torsionsvis­ kosedämpfers, auf dessen Aufbau nachfolgend näher einge­ gangen wird.

Die axiale Außenwand 3a des Dämpfergehäuses ist außensei­ tig mit einer Nockenwellenradverzahnung 5 versehen, wel­ che innenseitig als sich in die Arbeitskammer erstrecken­ de Hohlverzahnung 6 ausgebildet ist. Das gesamte bisher beschriebene Nockenwellenrad 1 besteht somit mit Ausnahme des Verschlußdeckels 4 aus einem einzigen einstückigen Bauteil, das vorzugsweise durch spanlose Umformung her­ stellbar ist.

Die Hohlverzahnung 6 auf der Innenseite der Nockenwellen­ radverzahnung 5 dient zur formschlüssigen Aufnahme von wenigstens einer, vorzugsweise aber mehreren (im Ausfüh­ rungsbeispiel vier) radial nach innen gerichteten schei­ benförmigen Außenlamellen 7, die axial voneinander beab­ standet in der Arbeitskammer innerhalb des Dämpfergehäu­ ses 3 drehfest angeordnet sind. Um die Beabstandung der Außenlamellen 7 zu gewährleisten, sind dabei die Fußbe­ reiche der Außenlamellen 7 als ringförmige Abstandhalter 8 ausgebildet, alternativ wäre es auch möglich, diese Ab­ standhalter 8 als eigene einzelne Bauteile auszugestal­ ten, die dann entsprechend zwischen den Außenlamellen 7 einzusetzen wären.

Die Dämpfungsmasse des Viskosedämpfers wird von wenig­ stens einer, vorzugsweise mehreren (im dargestellten Aus­ führungsbeispiel vier) radial nach außen gerichteten scheibenförmigen Innenlamellen 9 gebildet, welche abwech­ selnd zwischen den Außenlamellen 7 angeordnet sind und frei drehbar in der Arbeitskammer des Dämpfergehäuses 3 gelagert sind. Dazu ist radial innenseitig in der Ar­ beitskammer eine Gleitlagerung 10 vorgesehen, welche bei­ spielsweise von einer separaten Lagerbuchse oder einer Beschichtung, z. B. aus Teflon, gebildet sein kann. Die Innenlamellen 9 sind radial innenseitig ebenfalls mit axialen Abstandhaltern versehen, welche mit 11 bezeichnet sind und beim Ausführungsbeispiel einen integralen Be­ standteil der Innenlamellen 9 bilden. Diese Abstandhalter 8 bzw. 10 gewährleisten, daß zwischen den einzelnen La­ mellen 7 bzw. 9 jeweils ein Ringspalt mit weitgehend gleichbleibender Dicke bestehen bleibt, diese Ringspalte sind mit 12 bezeichnet. Die Arbeitskammer wird nach Ein­ setzen der Lamellen und dichtem Verschließen des Ver­ schlußdeckels 4 in üblicher Weise mit einem viskosen Fluid gefüllt, welches insbesondere den Bereich der Ring­ spalte 11 ausfüllt. Dieses Fluid ist mit dem Bezugszei­ chen 13 bezeichnet.

Durch die Lamellenbauweise des Viskosedämpfers wird ge­ genüber der herkömmlichen Bauweise die Oberfläche der Wirkspalte 12 beträchtlich erhöht, wodurch einerseits bei gleicher Dämpfungswirkung der Einsatz niedrig viskoser Flüssigkeit möglich ist und/oder andererseits die Ferti­ gungstoleranzen des Spaltes erheblich aufgeweitet werden können.

Wie aus Fig. 1 erkennbar sind, um eine ausreichende Dämpfungsmasse zur Verfügung zu stellen, die Innenlamel­ len 9 deutlich breiter ausgebildet als die Außenlamellen 7. Die Innenlamellen 9 bestehen dabei bevorzugt aus Stahl, während die Außenlamellen 7 aus Aluminium oder Kunststoff bestehen können.

Eine alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Nockenwellenrades ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen mit dem zusätzlichen Index "′" wie in den Fig. 1 und 2 verwandt sind, sofern gleiche Teile betroffen sind.

Diese Ausführungsform des Nockenwellenrades 1′ unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Fig. 1 und 2 dadurch, daß die axiale Außenwand 3a′ des Dämpfergehäuses 3, welches außenseitig mit der Nockenwel­ lenradverzahnung 5′ versehen ist, auf der der Arbeits­ kammer zugewandten Innenseite 3b′ ringförmig glatt ausge­ bildet ist. Die Arbeitskammer ist somit im wesentlichen ringförmig, so daß auch die Dämpfungsmasse 9′ eine ring­ förmige Form aufweist. Diese Dämpfungsmasse 9′ ist dreh­ bar in der Arbeitskammer gelagert, wobei radial innensei­ tig wiederum eine Gleitlagerung 10′ vorgesehen ist. Im übrigen ist die Arbeitskammer mit einem viskosen Fluid gefüllt, welches mit 13′ bezeichnet ist.

Ersichtlich steht bei beiden dargestellten Ausführungs­ formen ein kompaktes Bauteil zur Verfügung, welches den Bauraum des Nockenwellenrades praktisch nicht vergrößert und sich auf einfache Weise herstellen läßt. Selbstver­ ständlich sind weitere Ausgestaltungen möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann bei dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1 und 2 beispielsweise die Anzahl der Lamellen variieren und dergl. mehr.

Claims (9)

1. Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Dreh­ schwingungsdämpfung mit einem eine Arbeitskammer um­ schließenden Dämpfergehäuse mit daran befestigtem Ver­ schlußdeckel, wobei das Dämpfergehäuse einstückig radial nach innen in einen Befestigungsbereich zur Verbindung mit einem zu dämpfenden Teil übergeht, und wobei inner­ halb des Dämpfergehäuses in einem viskosen Dämpfungsmedi­ um eine Dämpfungsmasse angeordnet ist und in den radialen Außenumfang des Dämpfergehäuses eine Profilierung zur Übertragung der Drehbewegungen eingeformt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil als vorzugsweise durch spanlose Verfor­ mung hergestelltes Nockenwellenrad (1, 1′) mit einer als Nockenwellenradverzahnung (5, 5′) ausgebildeten Profilie­ rung am Außenumfang des Dämpfergehäuses (3, 3′) ausgebil­ det ist.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwellenradverzahnung (5) innenseitig als sich in die Arbeitskammer erstreckende Hohlverzahnung (6) ausgebildet ist, in welche formschlüssig wenigstens eine radial nach innen gerichtete scheibenförmige Außenlamelle (7) eingesetzt ist, wobei die Dämpfungsmasse von wenig­ stens einer radial nach außen gerichteten scheibenförmi­ gen Innenlamelle (9) gebildet ist.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Ausbildung von Ringspalten (12) abwechselnd mehrere Außen- und Innenlamellen (7, 9) vorgesehen sind.

4. Bauteil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenlamellen (9) eine größere Breite als die Außenlamellen (7) aufweisen.

5. Bauteil nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (7, 9) durch Abstandhalter (8, 11) axial fixiert sind.

6. Bauteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandhalter (8, 11) in die Lamellen (7, 9) inte­ griert sind.

7. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Arbeitskammer begrenzende Innenseite (3b′) der Nockenwellenradverzahnung (5′) ringförmig glatt und die Dämpfungsmasse (9′) ringförmig ausgebildet ist.

8. Bauteil nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsmasse (9, 9′) axial und radial in der Arbeitskammer mittels einer Gleitlagerung (10, 10′) gela­ gert ist.

9. Bauteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitlagerung (10, 10′) von einer separaten Lager­ buchse oder einer Beschichtung gebildet ist.