DE19700422A1 - Drehschwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer entsprechend dem Ober­ begriff von Patentanspruch 1.

Ein Drehschwingungsdämpfer ist beispielsweise aus der DE 34 29 373 bekannt und besteht aus einem mit Flügeln bestückten Rotor und Stator, die die Arbeits­ kammern des Drehschwingungsdämpfers bilden. Beim Federungsvorgang eines Rades verdrehen sich Rotor und Stator zueinander, so daß sich abwechselnd eine Arbeitskammer in ihrem Volumen vergrößert und eine andere verkleinert.

In den Flügeln sind Drosselventile angeordnet, die ein Überströmen des unter Druck stehenden Dämpfmediums aus der sich verkleinernden Arbeitskammer in die sich vergrößernde ermöglicht. Folglich muß der Drehschwingungsdämpfer mindestens halb so viele Drosselventile wie Rotor- oder Statorflügel aufweisen, um eine hydraulische Blockierung zu vermeiden. Die Anzahl der eingesetzten Ventile ist sicherlich auch ein Problem. Viel wichtiger ist jedoch, daß alle einge­ setzten Drosselventile eine möglichst identische Dämpfkraftkennlinie aufweisen, da unterschiedliche Druckniveaus in den Arbeitskammern zwangsläufig zu Quer­ kräften zwischen dem Rotor und dem Stator führen, die nur durch eine aufwen­ dige Lagerung beherrscht werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Drehschwingungsdämpfer zu realisieren, bei dem die Dämpfkräfte keine nennenswerten Querkräfte hervorru­ fen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst.

Der ganz entscheidende Vorteil liegt darin, daß man die Anzahl der zu verwen­ denden Dämpfeinrichtung drastisch reduzieren kann, da man unabhängig von der Anzahl der Flügel ist.

Eine ganz besonders vorteilhaft raumsparende Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Dämpfeinrichtung zentrisch zur Drehachse des Dreh­ schwingungsdämpfers angeordnet ist.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Dämpfeinrichtung einen Sammel­ raum aufweist, der über die radialen Strömungsverbindungen mit jeder Arbeits­ kammer verbunden ist. Man kann mit einer einzigen Dämpfeinrichtung die gesam­ te mögliche Dämpfkraft erzielen. Leichte Schwankungen in der Dämpfkraft der Dämpfeinrichtung können sich nicht mit weiteren Dämpfeinrichtungen überla­ gern. Die innenliegende Anordnung des Sammelraums ermöglicht den Verzicht auf besonders geschützte Leitungen.

Vorteilhafterweise ist vorgesehen, daß der Sammelraum zweigeteilt ist, wobei jeder der Sammelräume alle Arbeitskammern einer Drehrichtung verbindet. Folg­ lich läßt sich eine Dämpfeinrichtung einsetzen, die eine durchströmungsrich­ tungsabhängige Dämpfkraftkennlinie aufweist.

Im Hinblick auf eine kompakte und einfache bauliche Ausgestaltung sind die bei­ den Einzelsammelräume durch eine Trennwand separiert, in der die eigentliche Dämpfeinrichtung angeordnet ist. Dabei weist die Dämpfeinrichtung Drosselöff­ nungen auf, die teilweise von Ventilplatten abgedeckt sind.

Zusätzlich ist es möglich, daß die Dämpfeinrichtung oder ein in Kombination vor­ gesehenes Dämpfventil in ihrer Dämpfkraft verstellbar ausgeführt ist. Unter Ver­ stellbarkeit ist bevorzugt eine elektrische Verstellung eines der Ventile während des Betriebes zu verstehen. Man kann selbstverständlich auch eine pneumatische oder hydraulische Ansteuerung wählen.

Als weitere Möglichkeit für die Einflußnahme auf die maximale Dämpfkraft ist zwischen zwei Arbeitsräumen unterschiedlicher Indizierung eine Bypassnut ange­ ordnet, die die Dämpfkraft verdrehwinkel- und damit hubabhängig verlaufen läßt.

Zur Vermeidung von Querkräften aufgrund unterschiedlicher Druckniveaus in den Arbeitskammern ist die Zahl und Lage der Bypassnuten so gewählt, daß eine symmetrische Anordnung zu den Arbeitskammern möglich ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung weist der Drehschwingungsdämpfer einen Ausgleichsraum für die bei der Erwärmung auftretenden Volumenausdehnung auf, der zentrisch zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers angeordnet ist. Damit wird die Nabe des Drehschwingungsdämpfers optimal genutzt.

Es ist vorgesehen, daß der Ausgleichsraum in Reihe zum Sammelraum angeord­ net ist. Ein einfacher axial beweglicher Trennkolben den Ausgleichsraum trennt vom Sammelraum.

Gemäß einem Unteranspruch ist die Dämpfkrafteinstellung der Dämpfeinrichtung für die eine Drehbewegung größer ist als für die andere Drehbewegung bei an­ sonsten vergleichbaren Bedingungen, so daß die einzelnen Sammelräume ein un­ terschiedliches Druckniveau aufweisen, wobei der Ausgleichsraum von dem Teil des Sammelraums mit dem geringeren Druckniveau beaufschlagt wird. Die Druckvorspannung im Ausgleichsraum kann erfreulich niedrig gehalten werden. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, daß ein Teil des Gehäuses aus Kunststoff gefertigt werden kann, wobei im Umkehrschluß mindestens ein mit dem Dämpf­ medium in Kontakt stehendes Gehäuseteil aus einem wärmeleitfähigem Material besteht.

Anhand der folgenden Figurenbeschreibung soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1a Drehschwingungsdämpfer im Querschnitt;

Fig. 1b Drehschwingungsdämpfer im Längsschnitt;

Fig. 2 und 3 Drehschwingungsdämpfer mit verstellbarem Dämpfventil;

Fig. 4-8 Fahrzeugachse mit Drehschwingungsdämpfer.

In der Fig. 1a ist ausschnittweise ein Drehschwingungsdämpfer 1 dargestellt, der u. a. aus einem Rotor 3 mit Rotorflügeln 5 und einem Stator 7 mit Statorflü­ geln 9 besteht. Der Rotor und der Stator bilden mit ihren Flügeln dämpfmittelge­ füllte Arbeitskammern 11; 13 die sich bei einer rotatorischen Relativbewegung gegensinnig in ihrem Volumen ändern. Die Arbeitskammern 11; 13 sind jeweils durch Dichtungen 15; 17 in den Flügeln getrennt. Die Festlegung Rotor-Stator kann in Abhängigkeit der Einbausituation sich auch umgekehrt erfolgen.

Bei einer Federungsbewegung eines nicht dargestellten Rades eines Kraftfahrzeu­ ges wird der Rotor zum Stator verdreht, wodurch sich in einer der Arbeitskam­ mern gleicher Indizierung ein Überdruck aufbaut, der durch mindestens eine radia­ le Strömungsverbindung 19; 21 pro Arbeitsraum Dämpfmittel in einen zentralen Sammelraum 23 abfließen bzw. zufließen läßt. Für die weitere Beschreibung ist die Fig. 1b heranzuziehen.

Wie im Längsschnitt zu erkennen ist, ist der Sammelraum 23 durch eine Trenn­ wand 25 in zwei Einzelsammelräume 23a; 23b unterteilt, wobei beispielsweise der Einzelsammelraum 23b für die Arbeitskammern 11 und der Einzelsammel­ raum 23a für die Arbeitskammern 13 vorgesehen ist. Innerhalb der Trenn­ wand 25 ist eine Dämpfeinrichtung 27 angeordnet. Die Dämpfeinrichtung verfügt über Drosselöffnungen 29; 31 die zumindest teilweise in Abströmrichtung durch federbelastete Ventilplatten 33; 35 abgedeckt sind.

Bei der Dämpfeinrichtung handelt es sich im Prinzip um eine Ausgestaltung, die einem Kolben eines Einrohrschwingungsdämpfers herkömmlicher Bauart ent­ spricht. Man kann im Hinblick auf eine einfache Herstellung des Rotors sogar er­ wägen einen Einrohrschwingungsdämpferkolben in den Sammelraum 23 zu pres­ sen. Die Dämpfwirkung der Dämpfeinrichtung 27 kann wie beim Teleskop­ schwingungsdämpfer strömungsrichtungsabhängig ausgestaltet sein, was durch unterschiedliche Federn oder Ventilplattenbestückung leicht erreicht werden kann.

In der zentralen Öffnung des Rotors ist dem Sammelraum 23 ein druckvorge­ spannter Ausgleichsraum 37, beispielsweise mit einem Gaspolster, nachgeord­ net. Ein Trennkolben 39 separiert den Einzelsammelraum 23b vom Ausgleichs­ raum. Es ist vorgesehen, daß der Ausgleichsraum dem Sammelraum benachbart ist, der durch die Ausgestaltung der Dämpfeinrichtung das niedrigere Druckni­ veau zu erwarten hat, um die Druckvorspannung niedrig zu halten. Ein endseitiger Stopfen 41 verschließt den Ausgleichsraum.

Wie in der Fig. 1b dargestellt ist, besteht das Gehäuse des Stators aus zwei Tei­ len, einem ersten Deckel 43 und einem Zylinder 45 mit einem zweiten Deckel 47. Eines der beiden genannten Bauteile sollte aus einem wärmeleitfähigen Werkstoff bestehen, damit das bei der Drosselung erwärmte Dämpfmedium durch den Fahrtwind wieder abgekühlt werden kann.

Die Funktion des Drehschwingungsdämpfers 1 ist denkbar einfach. Es soll davon ausgegangen werden, daß in Einfederungsrichtung des Rades der Rotor 3 gegen den Uhrzeigersinn zum Stator 7 verdreht wird. Das in den Arbeitskammern 11 eingeschlossene Dämpfmedium wird von den Rotorflügeln 5 vorgespannt, kann aber durch die radialen Strömungsverbindungen 19 in den zentralen Sammel­ raum 23b abfließen. In dem Sammelraum 23 bewirkt die Dämpfeinrichtung 27 mit ihren Drosselöffnungen 29 eine Widerstandskraft gegen die momentane Re­ lativbewegung zwischen dem Stator und dem Rotor.

Sobald das Dämpfmedium die Drosselöffnungen 29 passiert hat, gelangt es in den ersten Einzelsammelraum 23a. Die radialen Strömungsverbindungen 21 las­ sen das Dämpfmedium in die Arbeitskammern 13 abfließen, die sich in Druckrich­ tung stetig vergrößern.

In Zugrichtung, also wenn sich der Rotor im Uhrzeigersinn relativ zum Stator be­ wegt, wird das Dämpfmedium aus allen Arbeitskammern 13 durch die radialen Strömungsverbindungen 21 in den ersten Einzelsammelraum 23a verdrängt, wo es weiter durch die Drosselöffnungen 31 in den zweiten Einzelsammelraum sei­ nen Strömungsweg fortsetzt. Von dort aus strömt es durch die radialen Strö­ mungsverbindungen 19 in die Arbeitskammern 11.

Es findet ein ständiges Umpumpen des Dämpfmediums statt. Der Ausgleichs­ raum muß lediglich die temperaturbedingten Volumenänderungen kompensieren. Folglich ist der axiale Verschiebeweg des Trennkolbens sehr gering.

Mit einem Drehschwingungsdämpfer lassen sich auch lastabhängige Dämpfkräfte erzielen. Dazu wird eine Bypassnut 49 oder alternativ eine Bypassnut 49' in eine von einem Flügel 5; 9 bestrichene Wandung der Arbeitskammer eingebracht, die einen hydraulischen Kurzschluß zwischen einer Arbeitskammer 11 und einer Ar­ beitskammer 13 ermöglicht. Der Anteil des durch die Dämpfeinrichtung 27 ver­ drängten Dämpfvolumens verringert sich. Die möglichen Anordnungen für die Bypassnut sind in den Fig. 1a und 1b dargestellt. Dabei ist vorgesehen, daß die Anzahl und Lage der Bypassnuten zwischen zwei Arbeitskammern eine sym­ metrische Anordnung ermöglicht, um Querkräfte zwischen dem Rotor und dem Stator zu vermeiden.

Selbstverständlich kann, wie die Fig. 2 zeigt, anstelle oder in Kombination mit der Dämpfeinrichtung 27 auch ein verstellbares Dämpfventil 51 eingesetzt werden. Das Dämpfventil sollte wechselseitig durchströmbar sein. In diesem Zusammen­ hang wird der Inhalt der EP 0 616 146, DE 39 37 454, DE 41 09 471 und der DE 42 39 160 beispielhaft als zur Beschreibung gehörend betrachtet.

Die Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 2, bei der das verstellbare Dämpfven­ til 51 in Reihe zur Dämpfeinrichtung 27 angeordnet ist. Bei einer Parallelschal­ tung nach Fig. 2 wird der maximal mögliche Volumenstrom der gesamten Dämpfeinrichtung aufbauend auf die Dämpfeinrichtung durch das verstellbare Dämpfventil vergrößert, wodurch sich insgesamt eine Verringerung der Dämpf­ kraft in Relation zu einem Schwingungsdämpfer ohne verstellbares Dämpfventil ergibt. Bei einer Reihenschaltung nach Fig. 3 wird das Dämpfniveau wiederum bezogen auf eine Ausführung ohne ein verstellbares Dämpfventil 51 angehoben, da das Dämpfmedium beide Ventile durchströmen muß. Beide Varianten sind als gleichwertig zu betrachten. Die Entscheidung für die eine oder andere Variante muß immer im Zusammenhang mit der gewünschten Dämpfkraftkennlinie getrof­ fen werden.

Eine Fahrzeugachse 100 mit einem Drehschwingungsdämpfer 101 zeigt eine Anwendung für den verstellbaren Reibungsdämpfer auf, wobei die Fahrzeugachse als Draufsicht in der Fig. 4 als Lenker 103 einen Schräglenker aufweist, der mit dem Fahrzeugrad 105 verbunden ist. Der Schräglenker ist mit einem ortsfest zum Fahrzeugaufbau angeordnetem Bauteil, beispielsweise einem Fahrschemel 107 verbunden. Als Bindeglieder werden an sich bekannte Drehlager 109 verwendet, die hier nur schematisch dargestellt sind. Der Drehschwingungsdämpfer liegt in der Schwenkachse des Schräglenkers. Ggf. können die Drehlager elastisch aus­ gebildet sein, um Verspannungen zu vermeiden. Ein Übertragungshebel 111 sorgt für die Bewegungseinleitung vom Rad 105 über den Schräglenker 103 auf den Drehschwingungsdämpfer 101.

In der Fig. 5 ist schematisch eine Draufsicht einer Fahrzeugachse 100 als Quer­ lenkerachse zu sehen. Das Prinzip der Anordnung des Drehschwingungsdämp­ fers 101 entspricht exakt der Fig. 4, was durch die Verwendung identischer Be­ zugsziffern für gleiche oder gleichartige Bauteile verdeutlicht werden soll. Auch bei diesem Beispiel liegt die Drehschwingungsachse des Drehschwingungsdämp­ fers in der Schwenkachse der Fahrzeugachse.

Die Fig. 6 zeigt eine Vorderansicht einer Doppel-Querlenkerachse, bei der eines der Drehlager 109 elastisch beweglich sein muß, um die Überbestimmung der Führung des Fahrzeugrades 105 auszugleichen.

In der Fig. 7, dargestellt ist die Vorderansicht der Fahrzeugachse 100, wurde das Problem der Überstimmung der Lagerung der Lenker gelöst, indem der Übertra­ gungshebel 111 winkelbeweglich zweigeteilt ist, so daß keine Längsspannungen aufgrund von unterschiedlichen Kurvenbahnen der Anlenkpunkte der Drehla­ ger 109 auftreten können.

Auch bei einer Fahrzeugachse 100 in der Bauform einer Raumlenkerachse kann ein Drehschwingungsdämpfer 101 eingesetzt werden, wie die Fig. 8 zeigt.

Claims (14)

1. Drehschwingungsdämpfer, umfassend einen mit Statorflügeln ausgestatteten Stator und einen flügelbesetzen Rotor, wobei der Stator und der Rotor min­ destens zwei mit Dämpfmedium gefüllte Arbeitskammern bilden, die bei der Schwingungsbewegung wechselseitig ihr Volumen verändern, mindestens ei­ ne Dämpfeinrichtung, die mit mindestens einem der Arbeitsräume verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Dämpfeinrichtung (27) verbundene Arbeitsraum (11; 13) mindestens eine radiale Strömungsverbindung (19; 21) zu der Dämpfeinrich­ tung aufweist, die außerhalb der Rotor (5)- oder Statorflügel (9) angeordnet ist

2. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfeinrichtung (27) zentrisch zur Drehachse des Drehschwin­ gungsdämpfers (1) angeordnet ist.

3. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfeinrichtung (27) einen Sammelraum (23) aufweist, der über die radialen Strömungsverbindungen (19; 21) mit jeder Arbeitskammer (11; 13) verbunden ist.

4. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelraum (23) zweigeteilt ist, wobei jeder der Sammelräu­ me (23a; 23b) alle Arbeitskammern (11; 13) einer Drehrichtung verbindet.

5. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einzelsammelräume (23a; 23b) durch eine Trennwand (25) separiert sind, in der die eigentliche Dämpfeinrichtung (27) angeordnet ist.

6. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfeinrichtung (27) Drosselöffnungen (29; 31) aufweist, die teil­ weise von Ventilplatten (33; 35) abgedeckt sind.

7. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfeinrichtung (27) oder ein in Kombination vorgesehenes Dämpf­ ventil (51) in ihrer Dämpfkraft verstellbar ausgeführt ist.

8. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Arbeitsräumen (11; 13) unterschiedlicher Indizierung eine Bypassnut (49; 49') angeordnet ist, die die Dämpfkraft verdrehwinkel- und damit hubabhängig verlaufen läßt.

9. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl und Lage der Bypassnuten (49; 49') eine symmetrische Anord­ nung zu den Arbeitskammern (11; 13) ermöglicht.

10. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschwingungsdämpfer (1) einen Ausgleichsraum (37) für die bei der Erwärmung auftretenden Volumenausdehnung des Dämpfmediums auf­ weist, der zentrisch zur Drehachse des Drehschwingungsdämpfers angeord­ net ist.

11. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsraum (37) in Reihe zum Sammelraum (23) angeordnet ist.

12. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial beweglicher Trennkolben (39) den Ausgleichsraum vom Sam­ melraum (23) trennt.

13. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfkrafteinstellung der Dämpfeinrichtung (27) für die eine Dreh­ bewegung größer ist als für die andere Drehbewegung bei ansonsten ver­ gleichbaren Bedingungen, so daß die einzelnen Sammelräume (23a; 23b) ein unterschiedliches Druckniveau aufweisen, wobei der Ausgleichsraum (37) von dem Teil des Sammelraums (23b) mit dem geringeren Druckniveau be­ aufschlagt wird.

14. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein mit dem Dämpfmedium in Kontakt stehendes Gehäuse­ teil (43; 45,47) aus einem wärmeleitfähigem Material besteht.