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Die
vorliegende Erfindung betrifft Drehschwingungsdämpfervorrichtungen, die, in
einer Verbundanordnung zwischen zwei im Verhältnis zueinander drehbar gelagerten,
koaxialen umlaufenden Massen, umfangsmäßig wirksame elastische Mittel umfassen,
die elastische Rückwirkungskräfte entwickeln
können,
das heißt
proportional zu den Weiten der relativen Auslenkungen der beiden
Massen, wie sie beispielsweise aus der
DE 19506157 A1 hervorgehen.
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Dazu
sind bereits zahlreiche und unterschiedliche Arten von elastischen
Mitteln vorgeschlagen und eingesetzt worden, ohne daß es gelungen wäre, alle
Probleme im Zusammenhang mit den Fliehkräften zu lösen, denen die elastischen
Mittel aufgrund der Rotation der in Frage stehenden Massen, insbesondere
im Innern eines Zweimassen-Dämpfungsschwungrads,
standhalten müssen.
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Der
Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Lösung für alle diese
Probleme über eine
besondere Entwicklung einer der vorstehend angesprochenen Forschungsrichtungen
vorzuschlagen, bei der es darum geht, als umfangsmäßig wirksame
elastische Mittel Federpakete zu verwenden, die zwischen dem Anschlag- und Angriffsteil
zusammengedrückt
werden, die jeweils in einer der beiden zu verbindenden umlaufenden
Massen angeordnet sind.
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Dazu
schlägt
die Erfindung im wesentlichen die Anwendung von Haarnadelfedern
vor, die sich fächerartig
von Fußteilen
aus ausbreiten, welche jeweils auf einem radial innen liegenden
Kreisumfang verteilte Fußachsen
umschließen,
jeweils mit einem allgemein radial ausgerichteten Schenkelpaar,
das sich entlang einem radial außen liegenden Kreisumfang in
allgemein bogenförmige
Endstücke
spreizt.
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Es
stellt sich heraus, daß die
so gestaltete Anordnung eine grundsätzliche Lösung aller zuvor aufgetretenen
Probleme hinsichtlich der Auswirkungen der Fliehkraft auf die umfangsmäßig wirksamen elastischen
Mittel bietet, da die erfindungsgemäßen Haarnadelfedern von ihrer
Struktur und ihrer allgemeinen radialen Ausrichtung her dank ihrer
Verankerung an den Fußachsen
eine einwandfreie Festigkeit gegenüber der Fliehkraft aufweisen,
wobei sie gleichzeitig durch das progressive Zusammendrücken ihrer Endstücke die
angestrebten umfangsmäßig wirksamen
elastischen Rückwirkungskräfte herbeiführen.
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im übrigen aus
der nachstehend als Beispiel angeführten Beschreibung unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen, auf denen folgendes dargestellt ist:
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1 zeigt
im Aufriß das
Innere eines Zweimassen-Dämpfungsschwungrads
in Ruhestellung in Richtung der Pfeile I-I von 2.
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2 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Ebene II-II von 1.
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3 zeigt
eine ähnliche
Ansicht wie 1 zur Darstellung der Vorrichtung
in Arbeitsstellung.
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4 zeigt
eine auseinandergezogene Perspektivansicht zur Montage einer Haarnadelfeder.
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5 zeigt
eine ähnliche
Ansicht wie 2 zur Darstellung einer Ausführungsvariante.
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Gemäß der dargestellten
Ausführungsform umfaßt das Zweimassen-Dämpfungsschwungrad üblicherweise
eine ein treibendes Organ bildende Primärschwungmasse 10,
die anhand von Schrauben 11 am Ende der (nicht dargestellten)
Kurbelwelle mit der Achse X-X einer Wärmekraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
befestigt ist und die an ihrem Umfang den zugehörigen Anlaßzahnkranz 12 trägt.
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An
einem Nabenteil 13 dieser Primärschwungmasse ist koaxial anhand
eines Zentriermittels, das hier aus einem Wälzlager 14 besteht,
eine ein getriebenes Organ bildende Sekundärschwungmasse 15 angebracht,
die üblicherweise
an ihrer Außenfläche einen
(nicht dargestellten) Kupplungsmechanismus aufnimmt.
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Die
beiden Schwungmassen
10 und
15 sind durch eine
Reibungsdämpfungsvorrichtung
miteinander verbunden, die an der äußeren Seitenfläche der Nabenteile
der beiden Schwungmassen in einem radial innen liegenden Bereich
im Verhältnis
zur ringförmigen
Seitenfläche
der Sekundärschwungmasse
15 angeordnet
ist, welche die Schwungscheibe für
den nicht im Detail dargestellten Kupplungsmechanis bildet. Die
Dämpfungsvorrichtung
umfaßt
hier eine Kassette
16, die durch Schrauben
17 an
der Sekundärschwungmasse
befestigt ist, und eine Mitnahmescheibe
18, die durch Schrauben
19 an
der Primärschwungmasse
befestigt ist. Diese Kassette einerseits und diese Mitnahmescheibe
andererseits tragen ineinander übergreifende
Reibungsscheiben in Verbindung mit einem axial wirksamen elastischen Mittel
20,
beispielsweise mit einer gewölbten
Federscheibe, für
eine axiale Einspannung. Zu weiteren Einzelheiten wird auf das Dokument
DE 196.17439.2 vom 30.
April 1996 verwiesen.
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Belüftungslöcher 21,
die um den radial innen liegenden Teil der Sekundärschwungmasse
herum in der Nähe
des Wälzlagers 14 verteilt
sind, ermöglichen
eine Belüftung
des ringförmigen
Raums 22, der praktisch zwischen den beiden Schwungmassen
eingeschlossen ist.
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In
Innern dieses Raums ist eine elastische Verbindungsvorrichtung eingesetzt,
die erfindungsgemäß zwischen
den beiden Schwungmassen ausgebildet ist. Diese Vorrichtung umfaßt zwei
sogenannte Einstellscheiben 30A, 30B, die in einem
Führungslager 24 nebeneinander
angeordnet sind, das dazu am Nabenteil 13 der Schwungmasse 10 hinter einem
Zwischenring 24 für
den Einbau des Wälzlagers 14 vorgesehen
ist.
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Jede
der Einstellscheiben weist in ihrer Ebene einen radialen Arm, etwa 31,
auf, der hinter einem Übergangsbereich 32 ein
Segment 33 in einer axialen Ebene bildet. Die Segmente 33 der
beiden Scheiben 30A, 30B (von denen in 1 nur
eines zu erkennen ist), sind in diametral gegenüberliegenden Positionen angeordnet.
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Beiderseits
jedes Arms 31 tragen die Einstellscheiben zwei Gruppen
von Achsen 35 in Bohrungen 36, von denen in der
betrachteten Ausführungsform
vier in jeder Gruppe vorgesehen sind, die gleichmäßig in Winkelabständen A von
etwa 20° verteilt
sind. Durch jede dieser Achsen beiderseits der Führungsscheiben gebildete Gelenkzapfen
sind durch Bügel 37, 38 überdeckt,
die beiderseits einer Aussparung 39 den Fuß einer
Feder 40 bilden, die durch Formung eines Federstahlblatts
haarnadelförmig
gestaltet ist. Ausgehend von dem so um die Achse 35 geschlungenen "Fußteil", umfaßt die Haarnadelfeder 40 zwei
nahe beiananderliegende, in etwa radial ausgerichtete Arme 41, 42,
die sich auf der radialen Außenseite
in allgemein bogenförmige
Endstücke 43, 44 spreizen.
Jede Haarnadelfeder ist drehfest mit ihrer Fußachse 35 durch Stifte 46 verbunden,
die durch Bohrungen in den Bügeln 37, 38 hindurchgehen
und in entsprechende Bohrungen der zugehörigen Achse 35 eingreifen
(2).
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Die
Primärschwungmasse 10 trägt auf ihrer zur
Sekundärschwungmasse 15 gerichteten
Fläche in
diametral gegenüberliegenden
Positionen zwei Anschlagteile 51, die im Querschnitt die
Form einer U-förmigen
Rinne aufweisen und die sich in Umfangsrichtungen in einem Winkel
B (1) (beispielsweise in einer Größenordnung von 20°) erstrecken,
wobei sie anhand von Schrauben 52 an der Primärschwungmasse
befestigt sind.
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Die
Sekundärschwungmasse 15 trägt ihrerseits
entsprechend angepaßte
Angriffsteile 53, die frei durch die Schenkel des Anschlagteils 51 hindurchgehen
und anhand von Schrauben 54 befestigt sind (2).
Diese ebenfalls in diametral gegenüberliegenden Positionen an
der Sekundärschwungmasse 15 angeordneten
Angriffsteile 53 erstrecken sich jeweils in einem Winkel
C, der kleiner als der Winkel B und beispielsweise auf 14° begrenzt
ist.
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Zunächst wird
die so gebildete Vorrichtung in einem in 1 dargestellten
Ruhezustand betrachtet. Der beiderseits zwischen dem in dieser Figur
erkennbaren Segment 33 und einem der beiden Anschläge 51 verfügbare Zwischenraum,
der sich über einen
Winkel von etwa 80° erstreckt
(d.h. ein Viertel des Kreisumfangs abzüglich der Hälfte des Winkels B), wird durch
die Aneinanderfügung
der Endstücke 43, 44 der
Haarnadelfedern 401 bis 404 einerseits und 405 bis 408 andererseits
eingenommen, die mit einer Vorspannung zusammengedrückt werden,
die durch ihren jeweiligen Verlauf zwischen dem Segment 33 und
dem entsprechenden An schlag vorgegeben ist. Dabei ist festzustellen,
daß die
Fußachsen relativ
dichter als die Köpfe
um das Segment 33 herum gruppiert sind. Während die
Haarnadelfeder 401, deren Kopf mit dem Segment 33 in
Berührung kommt,
eine praktisch radiale Ausrichtung aufweist, weist die Haarnadelfeder 404,
deren Kopf mit dem Anschlag 51 in Berührung kommt, im Verhältnis zu der
durch ihre Fußachse
hindurchgehenden radialen Richtung R0 einen Winkelversatz D in der
gleichen Größenordnung
wie der Winkel A auf. Dieser Winkelversatz verringert sich fortschreitend
mit zunehmender Annäherung
der Haarnadelfedern an das Segment 33.
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Nun
soll die Anordnung der Vorrichtung in der in 3 veranschaulichten
Arbeitsposition betrachtet werden, in der sich im Zuge einer größeren Verschiebung
der Sekundärschwungmasse
im Verhältnis
zur Primärschwungmasse
die Angriffsteile 53 um einen bestimmten Winkel E gegen
den Uhrzeigersinn gedreht haben. Während eines ersten Teils E1 dieser
Drehung hat sich das Angriffsteil nur innerhalb des Anschlags 51 verschoben.
Diese Anfangsauslenkung, die ohne Auswirkung auf die Federn bleibt, entspricht
dem sogenannten Leerlaufspiel. Nach der Beseitigung dieses Spiels
hat sich das Angriffsteil um den Winkel E2 verschoben, wobei es
die anliegende Haarnadelfeder 408 und durch progressive
Wirkungen, aufgrund der Berührung
der Endstücke 43, 44 untereinander,
die Gesamtheit der beiden Gruppen mit vier Haarnadelfedern 408–405 und 404–401 unter
Mitnahme des zwischen ihnen angeordneten Segments 33 in
eine Position 33' zurückdrängt. Dadurch
hat das Segment eine Winkelverschiebung erfahren, die in etwa auf
die Hälfte
der Auslenkung E begrenzt ist.
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Während die
Haarnadelfedern 401 und 405, die sich beiderseits
des Segments 33 befinden, ihre in etwa radiale Ausrichtung
beibehalten haben, sind die endseitigen Haarnadelfedern 408 und 401 im
Verhältnis
zu ihrer anfänglichen
Ruhestellung gekippt, wobei sie auf die andere Seite der radialen
Ebene gelangt sind, die ihre Fußachse
enthält.
In dieser Bewegung waren alle Haarnadelfedern einer Druckbeanspruchung
ausgesetzt, die eine Annäherung
bis zur Berührung
ihrer Schenkelpaare und anschließend eine Annährung ihrer
Endstücke
bewirkt hat.
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Diese
aufeinanderfolgenden Druckbeanspruchungen bewirken insgesamt ein
elastisches Rückwirkungsmoment,
das proportional zu den Auslenkungen ausfällt. Die betrachtete Vorrichtung
führt jedoch
auch zu Reibungsbeanspruchungen, die durch die relativen Kippbewegungen
der Haarnadelfedern in einem Maße
bewirkt werden, das sich von der Nähe des Segments, wo es keine
Kippbewegung gibt, zu den äußeren Haarnadelfedern 401 und 408, wo
der Kippeffekt maximal ausfällt,
fortschreitend vergrößert. Diese
zu den Winkelgeschwindigkeiten proportionalen Reibungsbeanspruchungen
kommen zu den Wirkungen der Reibungsdämpfungsvorrichtung 16–20 hinzu,
die, wie bereits dargelegt, außerhalb
des Zweimassen-Dämpfungsschwungrads
angeordnet ist.
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Es
ist jedoch auch möglich,
vorzugsweise eine Minimalbegrenzung dieser Reibungsbeanspruchungen
vorzusehen. Dazu kann beispielsweise für die Gesamtheit der erfindungsgemäßen Haarnadelfedern
eine radiale Anordnung im Ruhezustand zum Einsatz kommen, wobei
auf die Einengung ihrer Fußachsen
beiderseits der Einstellarme 33 verzichtet wird.
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Außerdem kann
an der Stelle der Einstellarme die Anordnung anderer Paare von Anschlag- 51 und
Angriffsteilen 53 in Betracht gezogen werden.
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Anstelle
der parallelen Funktionsweise der beiden Paare mit Gruppen von vier
Haarnadelfedern ergäbe
sich dann der parallele Einsatz von vier Haarnadelgruppen, die jeweils
in einem auf ein Viertel des Umfangs begrenzten Sektor wirksam sind.
Dadurch würden
sich die elastischen Rückwirkungsmomente erhöhen und
die zulässigen
Auslenkungen entsprechend verringern.
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Die
in 5 veranschaulichte Ausführungsvariante unterscheidet
sich von der vorangehenden Variante dadurch, daß die Fußachsen 35 der Haarnadelfedern
aus zwei entsprechend angepaßten
Teilen 35A, 35B ausgeführt sind, um durch beiderseitiges Aufnieten
Einstellscheiben 30A, 30B zusammenzufügen. Die
Führungsqualität muß durch
die Festigkeit der durch den Verbindungsniet gebildeten Achse gewährleistet
sein. Durch diese Anordnung kann die Verschwächung durch radiale Versplintung
der einteiligen Achse der ersten Ausführungsform vermieden werden.
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Die
beiden Einstellscheiben 30A, 30B könnten natürlich auch
durch eine einzige Scheibe mit zwei diametral gegenüberliegenden
Segmentarmen ersetzt werden. Die beschriebene Ausführungsform mit
zwei Scheiben mit jeweils nur einem Arm, die durch die Gesamheit
der Fußachsen
der Haarnadelfedern fest verbunden sind, erweist sich jedoch aufgrund
der vereinfachten Herstellung durch Tiefziehen als besonders vorteilhaft.
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Unabhängig davon,
ob es sich um eine einfache oder eine zweifache Einstellscheibe
handelt, ist auf die vorteilhafte Ausführungsform des bei 24 auf einer
Auflagefläche
gebildeten Führungslagers
hinzuweisen, die dazu an der Nabe der Primärschwungmasse hinter dem Keilring 25 des
Wälzlagers 14 vorgesehen
ist. Diese Anordnung ermöglicht
die einfache Ausführung
eines ausgezeichneten Führungslagers
für die
Einstellscheibe bzw. die Einstellscheiben anhand von angesetzten
ringförmigen
Teilen.
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Die
Einstellarme 31–33 werden
wirksam, um die Kippbewegungen der Haarnadelfedern beiderseits ihrer
mittleren (radialen) Position beim Übergang von ihrer Ruhestellung
in ihre Arbeitsstellung zu verteilen.
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In
allen Fällen
behalten die erfindungsgemäßen Haarnadelfedern
ihren großen
Vorteil, daß sie praktisch
frei von jeder nachteiligen Auswirkung der Fliehkraft sind. Ihre
Gestaltung ermöglicht
die Ausführung
von erheblichen Auslenkungen mit der Möglichkeit, die zulässigen Weiten
dank den Kippwirkungen noch zu vergrößern, die sich durch die Einengung
der Fußachsen
um die vorgesehenen Einstellarme herum herbeiführen lassen.
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Die
an der Grundseite der Haarnadelfedern eingearbeiteten Aussparungen 39 ermöglichen
eine Verringerung des axialen Bauraumbedarfs der Vorrichtung und/oder
eine Vergrößerung der
Breite der Haarnadelfedern.
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Es
dürfte
verständlich
geworden sein, daß sich
die Breitenabmessung der Haarnadelfedern, das heißt die Länge der
großen
Seite des rechteckigen Querschnitts des für ihre Herstellung benutzten Federblatts,
vorteilhafterweise in der gesamten verfügbaren Tiefe des ringförmigen Raums 22 erstreckt, der
dazu in einer der beiden koaxialen Massen, hier in der Primärschwungmasse 10,
eingearbeitet ist. Die dadurch gebildete Seitenfläche wird
benutzt, um auf einfache Weise formschlüssige und unterschiedliche
Auflageflächen
für die
Anschlagteile 51 einerseits und für das Angriffsteil andererseits
zu schaffen.
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Desweiteren
ist auf die gebogene Form der Endstücke 43, 44 hinzuweisen,
die eine punktuelle Berührung
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Haarnadelfedern ermöglicht,
und zwar unabhängig von
deren Neigung. Außerdem
ist zu beachten, daß die
Einstellscheiben eine Verringerung der Beanspruchungen der Haarnadelfedern
ermöglichen,
wobei sich gleichzeitig eine große relative Winkelverschiebung
zwischen den beiden Massen ergibt.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann das Spiel E1 von 3 natürlich entfallen.
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Darüber hinaus
ist festzustellen, daß es
zu keiner Berührung
zwischen den Haarnadelfedern 40 und dem axial ausgerichteten
Kranz kommt, den die Primärschwungmasse 10 an
ihrem Außenumfang aufweist.
Die relativen Winkelverschiebungen zwischen den beiden Massen, die
hier aus den Schwungmassen 10, 15 bestehen, sind
besonders groß,
ohne daß eine
Schmierung der elastischen Mittel 40 erforderlich wäre. Im Vergleich
zu der DE-A-19506157 besteht daher nicht die Notwendigkeit, eine
dichte Kammer vorzusehen.