DE19817908A1 - Torsionsschwingungsdämpfer - Google Patents

Abstract

Zur Bereitstellung eines kompakten Torsionsschwingungsdämpfers mit einer Primärmasse und einer Sekundärmasse, die über eine Reibeinrichtung miteinander wechselwirken, wird vorgeschlagen, daß die Reibeinrichtung zumindest um einen kleinen Drehwinkel drehbeweglich bezüglich einer der beiden Massen gelagert ist und daß Mittel vorgesehen sind, die die Reibeinrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahl mit dieser Masse koppeln. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, daß ein Steuerelement zur drehzahlabhängigen Steuerung der Reibung vorgesehen ist, welches mit drehzahlabhängiger Kraft mit einer radialen Komponente auf die Reibeinrichtung und/oder die erste der beiden Massen wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Primärmasse und Sekundärmasse, die über einer Reibeinrichtung miteinander welchselwirken.

Bei derartigen Torsionsschwingungsdämpfern dient die Reibeinrichtung dazu, bei einer Relativbewegung zwischen den beiden Massen dem Torsionsschwingungsdämpfer Energie zu entziehen und auf diese Weise Drehschwingungen zu dämpfen.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Primärmasse und einer Sekundärmasse, die über eine Reibeinrichtung miteinander wechselwirken, bereitzustellen, welcher mit einem minimalen Raumbedarf auskommt.

Als Lösung schlägt die Erfindung einerseits einen gattungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer vor, bei welchem die Reibeinrichtung zumindest um einen kleinen Drehwinkel drehbeweglich bezüglich einer ersten der beiden Massen gelagert ist und bei welchem Mittel vorgesehen sind, die die Reibeinrichtung ein Abhängigkeit von der Drehzahl mit dieser Masse koppeln. Bei einer derartigen, erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt eine Regulierung der Reibung durch ein Koppeln zwischen Reibeinrichtung und der ersten Masse. Insofern brauchen die Koppelmittel lediglich die zur Kopplung notwendige Kraft aufzubringen, die weitaus geringer gewählt werden kann, als die zur Erzeugung der erwünschten Reibung notwendige Kraft. Aus diesem Grunde können die Koppelmittel und somit der gesamte Torsionsschwingungsdämpfer äußerst kompakt ausgestaltet werden.

Eine vorteilhafte Anordnung folgt, wenn die Reibeinrichtung wenigstens mit der anderen der beiden Massen reibend wechselwirkt. Auf diese Weise ist es möglich, die Gesamtanordnung derart auszugestalten, daß die Reibeinrichtung bei niedrigen Drehzahlen mit der ersten der beiden Massen gekoppelt ist und an der anderen der beiden Massen reibt, während bei hohen Drehzahlen die Reibeinrichtung und die erste Masse entkoppelt sind und so die Reibeinrichtung bezüglich der ersten Masse eine Relativbewegung ausführen kann. Wahlweise können die erste Masse und die Reibrichtung auch derart ausgestaltet sein, daß diese bei einer Relativbewegung mit einer definierten Kraft reibend wechselwirken.

Vorzugsweise umfassen die Koppelmittel zumindest ein radial wirksames Federelement. Auf diese Weise läßt sich die erfindungsgemäße Anordnung besonders einfach realisieren.

Als weitere Lösung schlägt vorliegende Erfindung einen gattungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer vor, welcher ein Steuerelement zur drehzahlabhängigen Steuerung der Reibung umfaßt, das mit drehzahlabhängiger Kraft, die eine radiale Komponente aufweist, auf die Reibeinrichtung und/oder eine erste der beiden Massen wirkt. Durch die unmittelbare Wirkung über die radiale Kraftkomponente ist die Kraftwirkung des Steuerelementes durch Fliehkräfte bedingt ohne weitere Maßnahmen drehzahlabhängig. Somit zeichnet sich auch diese zweite Lösung durch eine außerordentlich einfache und geradlinige Bauweise aus, die eine äußerst kompakte Ausgestaltung des Torsionsschwingungsdämpfers ermöglicht.

Eine besonders einfache Umsetzung dieser zweiten Lösung folgt, wenn das Steuerelement zumindest ein radial wirksames Federelement umfaßt.

Bei beiden Lösungen kann das radialwirksame Federelement derart angeordnet sein, daß es bei niedrigen Drehzahlen an einer Anlage der Reibeinrichtung und/oder an einer Anlage der ersten Masse anliegt. Bei einer derartigen Anordnung addieren sich die durch die Zentrifugalkraft bedingten Kräfte zu den ohnehin auf die Anlage bzw. die Anlagen aufgebrachten Kräfte des Federelements, so daß eine drehzahlabhängige Kraft unmittelbar folgt.

Liegt das radialwirksame Federelement radial von außen an einer Anlage der Reibeinrichtung und/oder der ersten Masse an, so folgt eine drehzahlabhängige Kopplung bzw. Reibungssteuerung, die sich bei hohen Drehzahlen löst. Hierdurch kann auf verhältnismäßig einfache Weise eine hohe, reibungsbedingte Dämpfung bei niedrigen Drehzahlen und eine niedrige, durch das gelöste Federelement reduzierte Dämpfung bei hohen Drehzahlen gewährleistet werden, was für einen derartigen Torsionsschwingungsdämpfer erwünscht ist.

Vorteilhafterweise wechselwirkt das radial wirksame Federelement zumindest bei niedrigen Drehzahlen reibend mit der Reibeinrichtung und/oder der ersten Masse. Dieses gewährleistet ein besonders einfaches Entkoppeln des radialwirksamen Federelements. Darüber hinaus gewährleistet eine derartige Anordnung, daß die Kopplung nicht zu starr erfolgt, so daß bei entsprechend hohen Kräften trotz des anliegenden Federelements eine Relativbewegung zwischen Federelement und entweder der Reibeinrichtung oder der ersten Masse möglich ist. So können sich bei entsprechend hohen Kräften die Reibeinrichtung und die erste Masse trotz anliegenden Federelementes relativ zueinander bewegen.

Je nach Erfordernissen kann die erste Masse oder die Reibeinrichtung allerdings auch einen Mitnehmer aufweisen, der in das radial wirksame Federelement eingreift. Durch diesen Formschluß wird eine zuverlässige Antriebsverbindung zwischen der den Mitnehmer umfassenden Baugruppe und dem radial wirksamen Federelement gewährleistet. Bleibt die reibende Wechselwirkung mit der anderen Baugruppe bestehen, so ist der zuvor beschriebene Schlupf bei hohen Kräften und ein einfaches Lösen der Kopplung weiterhin möglich.

Die vorbeschriebenen Merkmale des radial wirksamen Federelements können auch unabhängig von dem radial wirksamen Federelement für die Koppelmittel und/oder das Steuerelement Anwendung finden.

Es versteht sich, daß es bei vorliegender Erfindung keinerlei Rolle spielt, ob die Primärmasse oder die Sekundärmasse antreibendes bzw. abtreibendes Element des Torsionsschwingungsdämpfers ist oder welche der beiden Massen mit der Reibeinrichtung koppelt. Des weiteren versteht es sich, daß der Einfluß der Masse von Primär- bzw. Sekundärmasse für vorliegende Erfindung von nur untergeordneter Bedeutung ist, so daß vorliegende Erfindung auch für Torsionsschwingungsdämpfer, bei welchen antreibende bzw. abtreibende Baugruppen nur geringe Massen aufweisen, vorteilhaft Verwendung finden kann.

Darüber hinaus können zur Reibungssteuerung Mittel vorgesehen sein, die in wenigstens eine Richtung eine Relativdrehung zwischen Reibeinrichtung und eine der beiden Massen begrenzen. Auf diese Weise tritt nur bis zu diesem Punkt die definierte Reibung zwischen Reibeinrichtung und dieser Masse auf, während darüber hinausgehende Verdrehungen zwischen den beiden Massen anders und somit auch mit anderem Reibungskoeffizienten begegnet werden kann.

Eine einfache Anordnung zur Begrenzung der Relativdrehung folgt, wenn die Begrenzungsmittel einen Anschlag an der Reibeinrichtung und einen Anschlag an einer der beiden Massen umfassen, die bei einem bestimmten Drehwinkel gegenseitig zur Anlage kommen.

Ein platzsparender Aufbau läßt sich erreichen, wenn das Federelement einen Federring umfaßt, der in radialer Richtung dehnbar ist. Ein derartiger Federring kann radial umlaufend an einer oder mehreren, im wesentlichen radial zu beaufschlagenden Anlagen anliegen. Hierbei verbraucht ein derartiger Federring nur einen geringen Raum und kann insbesondere auch außerhalb des Raumes für die Dämpfungsfedern des Torsionsschwingungsdämpfers vorgesehen sein. Somit wird durch eine derartige Anordnung der für die Dämpfungsfedern vorhandene Raum nicht bzw. nur sehr unwesentlich eingeschränkt.

Insbesondere kann der Federring einen geschlitzten, vorzugsweise metallischen, Ring umfassen. Weist der Federring des weiteren eine Feder auf, die beidseits des Schlitzes an dem Ring angebracht ist und die den Ring an seinen, den Schlitz begrenzenden Enden zusammenzieht, folgt eine besonders kostengünstige Anordnung, die dennoch die erforderlichen Feder- bzw. Anpreßkräfte aufbringt.

Andererseits kann der geschlitzte Ring auch radial außen von einer umlaufenden Feder, vorzugsweise einer Spiralfeder oder einer Blattfeder, umschlossen sein. Darüber hinaus kann der Federring - auch unabhängig von dem Vorhandensein eines geschlitzten Ringes - ein mäanderförmiges Band oder eine mäanderförmige Vierkantschleife umfassen, wobei auch an dem Band bzw. an der Vierkantschleife noch weitere Federelemente, wie eine Spiralfeder oder Blattfeder, vorgesehen sein können.

Vorteilhafterweise weist der Federring zumindest eine Baugruppe aus Messing auf oder besteht zur Gänze aus diesem Material. Dieses hat den Vorteil, daß wegen des hohen Eigengewichtes von Messing bereits bei geringen Drehzahlen ausreichend hohe Fliehkräfte zum Tragen kommen. Es versteht sich, daß statt Messing auch andere Materialien mit ähnlich hohem oder höherem Eigengewicht gewählt werden können.

Um die Montage des Federringes zu erleichtern, kann dieser im Querschnitt radial innen eine konvexe Oberfläche aufweisen. Auf diese Weise kann er einfacher auf die ihm lagernde Baugruppe, wie z. B. die Anlage oder die Anlagen der Reibeinrichtung und/oder einer der Massen aufgeschoben werden. Aus demselben Grunde ist es vorteilhaft, wenn wenigstens ein konkaver Bereich als Anlage für den Federring bei niedrigen Drehzahlen vorgesehen ist und dieser konkave Bereich eine Anlage der Reibeinrichtung und/oder eine Anlage der ersten Masse umfaßt. So kann der Federring in die durch die konkave Oberfläche gebildete Halbschale bei der Montage hineingleiten und ruht dann in diesem konkaven Bereich stabil.

Die Begriffe der konkaven bzw. konvexen Oberfläche sind in vorliegendem Zusammenhang sehr weit zu verstehen. Sie umfassen insbesondere auch polygonale Flächenstrukturen und Oberflächenteilbereiche, die konvex bzw. konkav angeordnet oder ausgerichtet sind. Insbesondere brauchen diese Flächenstrukturen und Oberflächenteilbereiche nicht durchgängig bzw. durchgehend ausgeformt sein.

Durch eine Variation der zur Anlage kommenden Oberflächenbereiche von Federelement bzw. Koppelmitteln und Steuerelement sowie der entsprechenden Anlage bzw. Anlagen kann des weiteren die Reibung zwischen der Reibeinrichtung und dem Federelement bzw. zwischen der Reibeinrichtung und der ersten Massen den Erfordernissen angepaßt werden. Dieses kann insbesondere durch Variation der Oberflächenneigung der Anlage bzw. des Federelements geschehen.

Darüber hinaus kann auch zwischen der Reibeinrichtung und der ersten Masse eine definierte Reibung vorgesehen sein, so daß selbst bei gelöstem Federelement eine gewisse Grundreibung zwischen dieser Masse und der Reibeinrichtung vorhanden ist.

Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfers werden nachfolgend anhand der Beschreibung anliegender Zeichnung näher erläutert, in welcher beispielhaft ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer dargestellt ist.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 den Torsionsschwingungsdämpfer im Schnitt entlang der Linie I-I nach Fig. 4,

Fig. 2 den Torsionsschwingungsdämpfer im Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 4,

Fig. 3 den Torsionsschwingungsdämpfer im Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 4,

Fig. 4 eine schematische Ansicht des Torsionsschwingungsdämpfers nach Fig. 1 bis 3 im Schnitt,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Federringes für den Torsionsschwingungsdämpfer nach Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 eine Aufsicht auf einen weiteren Federring,

Fig. 7 einen dritten Federring im Schnitt,

Fig. 8 einen vierten Federring im Schnitt und

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines fünften Federringes.

Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer umfaßt eine Primärmasse 1, an welcher mittels eines Lagers 10 eine Sekundärmasse 2 drehbar befestigt ist. Während die Primärmasse 1 ihrerseits mit einem Motor verbunden ist, dient die Sekundärmasse 2 als Abtrieb zu einer Kupplung.

Primärmasse 1 und Sekundärmasse 2 sind über eine Kopplungsscheibe 20, die drehfest mit der Sekundärmasse 2 verbunden ist, und Dämpfungsfedern 4 entkoppelt. Beidseits der Kopplungsscheibe 20 sind Reibscheiben 3' und 3" vorgesehen, die reibend mit der Primärmasse 1 wechselwirken. Die Primärmasse 1, die Kopplungsscheibe 20 sowie die Reibscheiben 3' und 3" weisen jeweils Fenster auf, in welchen die Dämpfungsfedern 4 angeordnet sind (siehe Fig. 4).

Des weiteren weist die Kopplungsscheibe 20 radial innenliegend kleinere Fenster auf, in welchen Vordämpferfedern 5 angeordnet sind. Beidseits jeder Vordämpferfeder 5 sind Mitnehmer 6 der Reibscheibe 3' vorgesehen.

Die beidseits der Kopplungsscheibe 20 angeordneten Reibscheiben 3' und 3" sind durch Reibscheibenmitnehmer 30, die jeweils die Fenster der Kopplungsscheibe 20 durchgreifen, miteinander verbunden.

Eine Relativbewegung der Reibscheiben 3' und 3" und der Sekundärmasse 2 wird durch Anschläge 60 (siehe Fig. 4) begrenzt, an denen die Mitnehmer 6 der Reibscheibe 3' bei einem bestimmten Verdrehwinkel anschlagen.

Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich, ist ein Federring 7 vorgesehen, der radial außen an den Reibscheiben 3' und 3" sowie an der Kopplungsscheibe 20 anliegt. Hierbei weisen die Reibscheiben 3' und 3" jeweils einen schrägen Anschlag auf, so daß ein konkaver Bereich aus Anlagen der Reibeinrichtung und aus einer Anlage der Kopplungsscheibe 20 bzw. der Sekundärmasse 2 gebildet wird, in welchem der Federring 7 anliegt.

Bei niedrigen Drehzahlen sind Sekundärmasse 2 und die Reibscheiben 3' und 3" miteinander gekoppelt. Das Verhalten des Torsionsschwingungsdämpfers wird somit durch die Reibung zwischen Reibscheiben 3' und 3" und der Primärmasse 1 sowie durch die Dämpfungsfedern 4 bestimmt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, sind zwar die Fenster der Primärmasse 1, welche die Dämpfungsfedern 4 aufnehmen, gleich groß gewählt, so daß jede der Dämpfungsfedern 4 ganz leicht vorgespannt in diesen Fenstern ruht. Die Fenster der Kopplungsscheibe 20 sowie der Reibscheiben 3' und 3" weisen unterschiedliche Größen auf. Tritt nun ein Drehmoment auf, so verschiebt sich die Primärmasse 1 bezüglich der Reibscheiben 3' und 3" und der Sekundärmasse 2. Bei kleinen Verdrehwinkeln werden nur zwei der Dämpfungsfedern 4 hierbei komprimiert. Mit ansteigendem Verdrehwinkel werden dann schrittweise, entsprechend der Fenstergröße, auch die übrigen Dämpfungsfedern 4 komprimiert. Der Energieabbau an sich erfolgt über die Reibung der Reibscheiben 3' und 3" an der Primärmasse 1.

Übersteigt bei niedrigen Drehzahlen das zwischen Primärmasse 1 und Sekundärmasse 2 auftretende Drehmoment, die durch den Federring 7 aufgebrachte Reibungskraft, so schlupfen die Reibscheiben 3' und 3" aufgrund der Dämpfungsfedern 4 bezüglich der Kopplungsscheibe 20 bzw. der Sekundärmasse 2. In diesem Falle wird das Verhalten des Torsionsschwingungsdämpfers sowohl durch die Dämpfungsfedern 4 als auch durch die Vordämpferfedern 5 und durch die Reibung zwischen Primärmasse 1 und Reibscheiben 3' und 3" sowie durch die Reibung des Federrings 7 beeinflußt. In diesem Falle liegt eine außerordentlich hohe Dämpfung vor, wie bei niedrigen Drehzahlen und sehr hohen Drehmomenten für einen derartigen Torsionsschwingungsdämpfer erwünscht.

Bei hohen Drehzahlen hingegen hebt der Federring 7 von der Kopplungsscheibe 20 und den Reibscheiben 3' und 3" ab, so daß Sekundärmasse 2 und Reibscheiben 3' und 3" entkoppelt sind. Aufgrund dieser Entkopplung wird das Verhalten des Torsionsschwingungsdämpfers bei hohen Drehzahlen vornehmlich durch die Vordämpferfedern 5 bestimmt, und es findet bei niedrigem Drehmoment eine Relativdrehung zwischen Sekundärmasse 2 und Reibscheiben 3', 3", die mit der Primärmasse 1 wegen der zwischen diesen beiden Baugruppen auftretenden Reibung gekoppelt sind, statt. Die Reibung zwischen Reibscheiben 3' und 3" sowie der Sekundärmasse 2 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Hinblick auf eine Dämpfung vernachlässigbar.

Erst bei höheren Drehmomenten kommen die Mitnehmer 6 an den Anschlägen 60 zum Anschlag, wodurch eine weitere Relativdrehung zwischen Reibscheiben 3' und 3" und Sekundärmasse 2 verhindert wird. Ab diesem Drehmoment wird das Verhalten des Torsionsschwingungsdämpfers bei hohen Drehzahlen wieder durch die Dämpfungsfedern 4 sowie die Reibung zwischen Reibscheiben 3' und 3" und der Primärmasse 1 bestimmt.

Der in Fig. 1 bis 3 und 5 dargestellte Federring 7 besteht im wesentlichen aus einer mäanderförmigen Vierkantschleife mit konvexer Oberfläche. Die konvexe Oberfläche ermöglicht einerseits eine einfache Montage des Federrings 7 und andererseits eine stabile Anlage desselben an der Kopplungsscheibe 20 und den Reibscheiben 3' und 3".

Andererseits kann als Federring 7 auch ein mäanderförmiges Band Verwendung finden, wie in Fig. 6 angedeutet. Zur Herstellung dieses Federrings 7 sind die Enden des mäanderförmigen Bandes nach Fig. 6 an einer Schweißstelle 70 miteinander verbunden.

Um die Federwirkung zu verstärken, kann der Federring 7 zusätzliche Federn umfassen. Dieses können z. B. parallel zueinander angeordnete, den Federring 7 umlaufende Spiralfedern 71 (siehe Fig. 7) oder auch Blattfedern 72 (siehe Fig. 8) sein.

Die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform eines Federrings 7 umfaßt ein geschlitztes Metallband 73, bei welchem die den Schlitz begrenzenden Enden durch eine Spiralfeder 74 zusammengezogen werden. Dieser letztere Federring 7 zeichnet sich durch seine besonders kostengünstige Herstellung und durch eine gute Anpaßbarkeit der Federkonstante aus. Die Federkonstante dieses Federrings 7 kann zum einen durch Variation der Spiralfeder 74 und zum anderen durch das Vorsehen weiterer Schlitze und Spiralfedern angepaßt werden.

Der vorbeschriebene Torsionsschwingungsdämpfer hat insbesondere auch den Vorteil, daß er vollkommen fettfrei ausgelegt werden kann, da bei diesen in vorteilhafter Weise die reibenden Elemente von den federnden Elementen getrennt sind. Dieses ermöglicht einen Verzicht auf komplexe und kostenintensive Abdichtungsmaßnahmen.

Claims (10)

1. Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Primärmasse (1) und einer Sekundärmasse (2, 20), die über eine Reibeinrichtung (3', 3") miteinander wechselwirken, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibeinrichtung (3', 3") zumindest um einen kleinen Drehwinkel drehbeweglich bezüglich einer ersten der beiden Massen (1; 2, 20) gelagert ist und daß Mittel (7) vorgesehen sind, welche die Reibeinrichtung (3', 3") in Abhängigkeit von der Drehzahl mit dieser Masse (2, 20) koppeln.

2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibeinrichtung (3', 3") wenigstens mit der anderen der beiden Massen (1) reibend wechselwirkt.

3. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelmittel (7) zumindest ein radial wirksames Federelement umfassen.

4. Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Primärmasse (1) und einer Sekundärmasse (2, 20), die über eine Reibeinrichtung (3', 3") miteinander wechselwirken, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Steuerelement (7) zur drehzahlabhängigen Steuerung der Reibung, welches mit drehzahlabhängiger Kraft, die eine radiale Komponente aufweist, auf die Reibeinrichtung (3', 3") und/oder eine erste der beiden Massen (1; 2, 20) wirkt.

5. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (7) zumindest ein radial wirksames Federelement umfaßt.

6. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das radial wirksame Federelement bei niedrigen Drehzahlen an einer Anlage der Reibeinrichtung (3', 3") und/oder an einer Anlage der ersten Masse (2, 20) anliegt.

7. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das radial wirksame Federelement zumindest bei niedrigen Drehzahlen reibend mit der Reibeinrichtung (3', 3") und/oder der ersten Masse (2, 20) wechselwirkt.

8. Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das radialwirksame Federelement einen Federring (7) umfaßt.

9. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Federring (7) radial innen eine konvexe Oberfläche aufweist.

10. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch wenigstens einen konkaven Bereich als Anlage für den Federring (7) bei niedrigen Drehzahlen, wobei der konkave Bereich vorzugsweise eine Anlage der Reibeinrichtung (3', 3 ") und/oder eine Anlage der ersten Masse (2, 20) umfaßt.