DE19730001A1 - Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Dämpfungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Durch die DE 41 28 868 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem an­ triebsseitigen Übertragungselement und einem gleichachsig hierzu drehauslenkba­ ren abtriebsseitigen Übertragungselement bekannt, wobei das letztgenannte mit dem antriebsseitigen Übertragungselement über eine mit Energiespeichern in Form von Torsionsfedern versehene Dämpfungseinrichtung verbunden ist. Die Torsionsfedern sind durch an jedem der Übertragungselemente vorgesehene An­ steuerelemente beaufschlagbar. Fig. 1 zeigt beispielsweise ein sich von der Na­ benscheibe nach radial außen erstreckendes Ansteuerelement, das beidseitig über Federtöpfe auf jeweils eine Torsionsfeder einwirkt, die ihrerseits wiederum über Gleitschuhe mit anderen Torsionsfedern verbunden ist. Die Gleitelemente, also die Federtöpfe sowie die Gleitschuhe, weisen jeweils sich in Richtung zum be­ nachbarten Element in Umfangsrichtung verlaufende Vorsprünge auf, die gegen­ über den eingezeichneten Torsionsfedern zum jeweiligen freien Ende hin nach radial außen ansteigen und sowohl als Radialabstützungen für die Torsionsfedern als auch als Anschläge zur Begrenzung der Federstauchung wirksam sind. Zu­ gunsten einer guten Gleitfähigkeit sind die Federtöpfe und die Gleitschuhe zumin­ dest an ihrer radialen Außenseite mit einer Beimischung von Teflon versehbar. Als Grundwerkstoff ist mit Glasfasern oder Kohlefasern verstärkter Kunststoff denkbar. Durch diese Federtöpfe und Gleitschuhe sind auch Energiespeicher an­ steuerbar, die gemäß Fig. 2 der OS zwei radial ineinander liegende Federn auf­ weisen.

Bei Torsionsschwingungsdämpfern mit einer derartigen Dämpfungseinrichtung wird die radial äußerste Torsionsfeder, welche die höchsten Momente übertragen soll, üblicherweise so abgestimmt, daß die Torsionsspannung in deren Windun­ gen möglichst dicht an eine vorbestimmte Belastungsgrenze herangeht. Eine ra­ dial innerhalb dieser Torsionsfeder liegende zweite Torsionsfeder wird ebenfalls so abgestimmt, daß sie nahe an diesen Grenzwert heran kommt, jedoch ist auf­ grund ihres kleineren Windungsdurchmessers das durch diese Torsionsfeder über­ tragbare Moment geringer als bei der äußeren Torsionsfeder.

Sobald die Torsionsfeder bei Einleitung einer Relativbewegung zwischen den Übertragungselementen verformt wird , weicht sie aus ihrer in Fig. 1 gezeichne­ ten Lage relativ zu Federtopf und Gleitschuh aus und kommt mit ihren innerhalb der jeweiligen Radialabstützung liegenden Erstreckungsbereichen, die jeweils letz­ ten Windungen betreffend, an dieser Radialabstützung in Anlage. Der zwischen jeweils zwei dieser Radialabstützungen verbleibende Windungsbereich der Torsi­ onsfeder erfährt dagegen fliehkraftbedingt eine Durchbiegung nach radial außen. Bei zunehmender Stauchung der Torsionsfeder kommt die in Druckrichtung dem freien Ende der zugeordneten Radialabstützung benachbarte Windung an dieser Radialabstützung in Anlage, so daß die die Verformung der Torsionsfeder bewir­ kende, eingeleitete Kraft von dieser durch die Radialabstützung an einer weiteren Bewegung gehemmte Windung nicht weiter auf die radial innerhalb der Radialab­ stützung verbleibenden Windungen geleitet werden kann. Dadurch verkürzt sich um den Anteil der letztgenannten Windungen der Verformungsweg der Torsions­ feder. Die Folge hiervon ist, daß sich die Windungen jenseits dieser an der Ra­ dialabstützung festhängenden Windung stärker aneinander annähern können, als durch die Bemessung der Radialabstützungen in Umfangsrichtung vorgegeben ist. Dadurch werden diese Windungen einer Belastung ausgesetzt, die jenseits des vorbestimmten Grenzwertes liegt und, insbesondere wenn die Windungen sogar miteinander auf Block gehen, zu einem Bruch der Torsionsfeder führt. Dieses Problem wird nochmals dadurch verstärkt, wenn gemäß Fig. 2 radial innerhalb der Torsionsfeder eine weitere Torsionsfeder angeordnet ist, die sich unter Flieh­ krafteinfluß an der äußeren Torsionsfeder radial abstützt und damit die fliehkraf­ trelevante Federgesamtmasse erhöht.

Prinzipiell liegt für die radial innen liegende Torsionsfeder die gleiche Problematik vor, indem deren Windungen unter hoher Flächenpressung gegen den Innen­ durchmesser der radial äußeren Torsionsfeder gepreßt werden. Durch das gerin­ gere Gewicht der radial inneren Torsionsfeder reduziert sich aber die fliehkraft­ bedingte Durchbiegung. Außerdem sind beide Torsionsfedern zumeist in einem mit viskosem Medium zumindest teilweise befüllten Fettraum angeordnet, so daß sich bei Stahl/Stahl-Kontakt der Torsionsfedern untereinander ein relativ kleiner Reibwert einstellt. Anders ist die Situation im Fall der äußeren Torsionsfeder, wenn der Federtopf oder der Gleitschuh, mit welchen sie jeweils Reibkontakt hat, aus Kunststoff bestehen, der aus Festigkeitsgründen Glas- oder Kohlefasern ent­ hält, die durch Verschleiß an die Oberfläche gelangen. Erhöhte Brems- bzw. Blockierwirkung ist die Folge.

Aus der DE 40 18 321 A1 ist in Fig. 2 ein Torsionsschwingungsdämpfer darge­ stellt, der, ebenfalls zwischen zwei Übertragungselementen, eine Dämpfungsein­ richtung mit Energiespeichern in Form von Torsionsfedern aufweist. Auch hier sind zwei Torsionsfedern radial ineinander angeordnet, wobei für die radial äußere Torsionsfeder eine Führungsbahn, an welcher sie sich radial außen abstützt, vor­ gesehen ist. Bei Auslegung beider Torsionsfedern dicht an einem vorbestimmten Grenzwert sind zwar die höchsten Momente durch diese Torsionsfedern über­ tragbar, jedoch besteht das Problem, daß fliehkraftbedingt die Windungen nach radial außen gedrängt werden und insbesondere die Windungen der radial äuße­ ren Torsionsfeder hierbei in reibschlüssiger Verbindung mit der Führungsbahn kommen. Was aus der Fig. 2 nicht ersichtlich ist, ist, daß die einzelnen Windun­ gen einer solchen Torsionsfeder nicht absolut gleichen Durchmesser aufweisen, sondern innerhalb bestimmter Durchmessertoleranzen schwanken. Hierdurch be­ dingt, können Windungen mit relativ großem Durchmesser an der radial äußeren Führungsbahn hängenbleiben, so daß die Windungen, die an der vom eingeleite­ ten Moment abgewandten Seite der festhängenden Windung liegen, zur Aufnah­ me dieses Moments nicht mehr herangezogen werden. Statt dessen erfolgt für die Windungen vor der festhängenden Windung eine stärkere Verformung als konstruktiv beabsichtigt, so daß sich der Torsionsspannung in den Windungen eine zu hohe Biegespannung überlagert. Die Folge hiervon ist eine Schädigung oder gar ein Bruch von Windungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Dämpfungseinrichtung an einem Torsionsschwingungsdämpfer so auszubilden, daß eine Schädigung oder ein Bruch von Energiespeichern, insbesondere von Torsionsfedern derselben, vermie­ den wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wie eingangs bereits erwähnt, werden alle radial ineinanderliegenden Torsionsfe­ dern eines Energiespeichers derart abgestimmt, daß sich deren Torsionsspannung einem bestimmten Grenzwert nähert. Erfindungsgemäß wird aber die Torsions­ spannung der radial äußersten Torsionsfeder reduziert, während die Torsions­ spannung der radial darinnenliegenden Torsionsfeder gleichbleibt oder, für eine zumindest teilweise Kompensation des Verlustes an übertragbarem Drehmoment, bedingt durch die Torsionsspannungsminderung an der radial äußersten Torsions­ feder, sogar geringfügig erhöht wird. Dadurch bedingt, kann die radial äußerste Torsionsfeder aufgrund des eingangs geschilderten Problems, wonach eine Win­ dung an einem Federführungselement, wie beispielsweise einen Gleitelement oder einer Führungsbahn, festhängt, zwar immer noch stärker als konstruktiv be­ absichtigt zusammengedrückt und dadurch die in den Windungen anliegende Bie­ gespannung höher als gewünscht werden, jedoch wird diese bei Minderung der Torsionsspannung in den Windungen nicht mehr zu einem Bruch der Torsionsfe­ der führen, da deren Ausgangsbelastung gegenüber einer Torsionsfeder mit höhe­ rer Torsionsspannung bereits reduziert ist. Bei der radial inneren Torsionsfeder ist dagegen trotz der gleichbleibend hohen oder sogar höheren Torsionsspannung kein Bruch zu erwarten, da diese Feder wegen geringeren Eigengewichtes und der Abstützmöglichkeit an der radial äußeren Torsionsfeder einer geringeren Bie­ gespannung ausgesetzt ist als die radial äußere Torsionsfeder.

Es zeigt:

Fig. 1 die Teilansicht eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einer Dämp­ fungseinrichtung, an welcher Torsionsfedern über Federtöpfe und Gleit­ schuhe gehalten sind;

Fig. 2 wie Fig. 1, aber mit Führung der Torsionsfedern in einer Führungsbahn;

Fig. 3 eine Herauszeichnung zweier radial ineinanderliegender Torsionsfedern unter Last- und Fliehkrafteinwirkung.

In Fig. 1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer in Form eines Zweimassen­ schwungrades herausgezeichnet, das eine erste Schwungmasse als antriebsseiti­ ges Übertragungselement 1 und eine mit demselben um die gleiche Drehachse 13 drehbare Schwungmasse als abtriebsseitiges Übertragungselement 3 aufweist. Auf den konstruktiven Aufbau eines derartigen Torsionsschwingungsdämpfers soll nicht näher eingegangen werden, da er im wesentlichen aus der eingangs bereits genannten DE 41 28 868 A1 entnehmbar ist. An dieser Stelle soll ledig­ lich auf die Dämpfungseinrichtung 6 zwischen den beiden Übertragungselemen­ ten 1, 3 eingegangen werden.

Zur Aufnahme dieser Dämpfungseinrichtung 6 ist im antriebsseitigen Übertra­ gungselement 1 ein Ringraum 7 ausgebildet, in welchen ein an der radialen Au­ ßenseite einer dem abtriebsseitigen Übertragungselement 3 zugeordneten Naben­ scheibe 5 vorgesehenes Ansteuerelement 9 ragt. Mit diesem Ansteuerelement 9 sind, in Umfangsrichtung gesehen, beidseits jeweils ein Federtopf 17 in Anlage, von denen in Fig. 1 einer dargestellt ist. Dieser weist eine Umfangsabstützung 10 für ein Ende einer radial äußeren Torsionsfeder 22 und einer in derselben ange­ ordneten zweiten Torsionsfeder 24 auf. Die radial äußere Torsionsfeder 22 wird auf ihren letzten, dem Federtopf 17 zugewandten Windungen 25 von einer Ra­ dialabstützung 19 dieses Federtopfes 17 gehalten, wobei das umfangsseitige freie Ende 20 dieser Radialabstützung 19 auf einen Gleitschuh 29 zu gerichtet ist, an dessen Umfangsabstützung 10 sich die jeweils anderen Enden der Torsi­ onsfedern 22 und 24 abstützen und der ebenso wie der Federtopf 17 als Gleite­ lement 30 wirksam ist. Auch die letzten Windungen 25, 26 an diesem Ende der Torsionsfedern 22, 24 sind von einer Radialabstützung 31 des Gleitschuhs 29 umhüllt, wobei diese Radialabstützung 31 auf den Federtopf 17 zu gerichtet ist. Zwischen dem freien Ende 33 der Radialabstützung 31 und dem freien Ende 20 der Radialabstützung 19 verbleibt, solange die Torsionsfedern 22, 24 nicht ex­ trem gestaucht sind, ein Zwischenraum 34, der ebenso wie der restliche Rin­ graum 7 zumindest teilweise mit viskosem Medium befüllt und demnach Teil ei­ ner Fettkammer 11 ist. Durch die beiden Torsionsfedern 22, 24 wird ein Energie­ speicher 27 gebildet. Dieser ist über den Gleitschuh 29 mit einem weiteren Energiespeicher 27 verbunden, wobei der Gleitschuh 29 an seiner einem weiteren Gleitschuh 29 zugewandten Seite eine Radialabstützung 32 aufweist. Nach einer vorbestimmbaren Anzahl solcher Energiespeicher 27 stützt sich diese Dämp­ fungseinrichtung 6 in nicht dargestellter Weise an einem weiteren Ansteuerele­ ment ab, das am antriebsseitigen Übertragungselement 1 vorgesehen ist. Auf diese Weise werden eingeleitete Torsionsschwingungen über die Dämpfungsein­ richtung 6 von einem der Übertragungselemente auf das jeweils andere geleitet.

In Fig. 1 sind die Torsionsfedern 22, 24 in lastfreiem Zustand ohne Drehbewe­ gung des Torsionsschwingungsdämpfers dargestellt. Unter Last sind die einzel­ nen Windungen 25, 26 gemäß Fig. 3 dichter aneinander angenähert, während fliehkraftbedingt gleichzeitig die Torsionsfedern 22, 24 nach radial außen gebogen sind und hierbei sowohl im Bereich der Radialabstützung 19 des Federtopfes 17 als auch im Bereich der Radialabstützung 31 des Gleitschuhs 29 jeweils an deren radialen Innenseiten 40, 41 zur Anlage kommen, während sie im Zwischen­ raum 34 sogar in den Radialbereich der Radialabstützungen 19, 31 eindringen. Für den Fall, daß das Moment entgegen des Uhrzeigersinns gemäß Fig. 1 durch das Ansteuerelement 9 eingeleitet wird, sich also der Federtopf 17 in Richtung zum benachbarten Gleitschuh 29 bewegt, wird die dem Ende 33 der Radialabstüt­ zung 31 benachbarte, sich im Zwischenraum 34 befindliche Windung, die in Fig. 2 und 3 mit dem Bezugszeichen 28 versehen ist, am freien Ende 33 der Radial­ abstützung 31 zur Anlage kommen. Dadurch ergibt sich die Situation, daß die gegenüber der Windung 28 vom eingeleiteten Moment abgewandten Windun­ gen 25, 26 keine weitere Verformung erfahren, und somit nicht mehr einen Teil des Federwegs der Torsionsfedern 22, 24 liefern. Aufgrund des Wegfalls dieses Teils des Federwegs werden die Windungen 25, 26 jenseits der Windung 28, also die dem eingeleiteten Moment zugewandten, bis zu der Windung 28 stärker zu­ sammengedrückt als erwünscht, so daß diese ungewollt hohe Biegespannungen erfahren und möglicherweise sogar auf Block miteinander gehen. Hierbei können die beiden Radialabstützungen 19 und 31 von Federtopf 17 und Gleitschuh 29 nicht wirksam werden, da sie trotz der zu dichten Annäherung der Windun­ gen 25, 26 der Torsionsfedern 22, 24 aneinander sich noch nicht berühren. Zur Lösung dieses Problems wird erfindungsgemäß die Torsionsspannung in der radial äußeren Torsionsfeder 22 so weit reduziert, daß auch bei höherer Biegespannung die Gesamtspannung in den Windungen 25, 26 ein zulässiges Gesamtmaß nicht überschreitet. Dadurch wird die radial äußere Torsionsfeder 22 gegen Schaden geschützt. Die radial innere Torsionsfeder 24 kann dagegen mit unverändert ho­ her Torsionsspannung ausgebildet werden, weil die Gesamtbelastung dieser Tor­ sionsfeder 24 geringer als diejenige der radial äußeren Torsionsfeder 22 ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Fettkammer 11 im antriebsseitigen Übertragungselement 1 von einer als Führungsbahn 35 wirksamen Hülse 37 um­ schlossen, an welcher sich die radial äußere Torsionsfeder 22 eines Energiespei­ chers 27 radial abstützt. Da die einzelnen Windungen 25 der Torsionsfeder 22 sich hinsichtlich ihres Außendurchmessers innerhalb eines bestimmten Toleranz­ bereiches bewegen, kann fliehkraftbedingt eine Windung 28 mit relativ großem Außendurchmesser leicht an der Führungsbahn 35 unter Momentenbelastung bei gleichzeitigem Fliehkrafteinfluß festhaken. Auch in diesem Fall würde der Feder­ weg an der von der Momenteneinleitung abgewandten Seite der festgehakten Windung 28 für den Energiespeicher 27 verlorengehen. Die Konsequenz eines Federbruchs an der Gegenseite der besagten Windung 28 kann aber in erfin­ dungsgemäßer Weise durch Reduzierung der Torsionsspannung in der radial äu­ ßeren Torsionsfeder 22 verhindert werden. Auch bei dieser Ausführung kann die innere Torsionsfeder 24 mit unveränderter Torsionsspannung ausgebildet bleiben.

Bedingt durch die Ausbildung der beiden Torsionsfedern 22, 24 mit unterschiedli­ chen Torsionsspannungen ist, sowohl bei der Ausführung nach Fig. 1 als auch bei derjenigen nach Fig. 2, jeweils zwischen zwei Windungen 25 der radial äuße­ ren Torsionsfeder 22 der Abstand kleiner als zwischen je zwei Windungen 26 der radial inneren Torsionsfeder 24.

Bezugszeichenliste

1

antriebss. Übertragungselement

3

abtriebss. Übertragungselement

5

Nabenscheibe

6

Dämpfungseinrichtung

7

Ringraum

9

Ansteuerelement

10

Umfangsabstützung

11

Fettkammer

13

Drehachse

17

Federtopf

19

Radialabstützung

20

freies Ende

22

,

24

Torsionsfeder

25

,

26

Windung

27

Energiespeicher

28

Windung

29

Gleitschuh

31

,

32

Radialabstützungen

33

freies Ende

34

Zwischenraum

35

Führungsbahn

37

Hülse

40

,

41

radiale Innenseiten

Claims (4)

1. Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Übertragungsele­ ment und einem gleichachsig hierzu drehauslenkbaren abtriebsseitigen Über­ tragungselement, das mit dem antriebsseitigen Übertragungselement über ei­ ne mit Energiespeichern in Form von Torsionsfedern versehenen Dämpfungs­ einrichtung verbunden ist, wobei die einzelnen Torsionsfedern radial ineinan­ der angeordnet sind, und daß jedem Übertragungselement zumindest ein An­ steuerelement für wenigstens einen der Energiespeicher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsspannung der radial äußersten Torsionsfeder (22) kleiner als die Torsionsspannung der zumindest einen in dieser äußersten Torsionsfe­ der (22) aufgenommenen radial inneren Torsionsfeder (24) ist.

2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen je zwei Windungen (26) der inneren Torsionsfe­ der (24) wenigstens in unbelastetem Zustand größer als derjenige zwischen je zwei Windungen (25) der äußeren Torsionsfeder (22) ist.

3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsspannung der radial äußersten Torsionsfeder (22) soweit re­ duziert ist, daß auch bei überhöhter Biegespannung in den Windungen (25) die von denselben schadensfrei ertragbare Gesamtspannung nicht überschrit­ ten ist.

4. Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Übertragungsele­ ment und einem gleichachsig hierzu drehauslenkbaren abtriebsseitigen Über­ tragungselement, das mit dem antriebsseitigen Übertragungselement über ei­ ne mit Energiespeichern in Form von Torsionsfedern versehenen Dämpfungs­ einrichtung verbunden ist, wobei die einzelnen Torsionsfedern radial ineinan­ der angeordnet sind, und daß jedem Übertragungselement zumindest ein An­ steuerelement für wenigstens einen der Energiespeicher zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment/die Federkraft der radial äußersten Torsionsfeder (22) kleiner oder gleich dem Drehmoment/der Federkraft der zumindest einen in dieser äußersten Torsionsfeder (22) aufgenommenen radial inneren Torsions­ feder (24) ist.