DE29708574U1

DE29708574U1 - Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung

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Publication number: DE29708574U1
Application number: DE29708574U
Authority: DE
Original assignee: PALSIS SCHWINGUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: PALSIS SCHWINGUNGSTECHNIK GmbH
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-14
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2007-05-15
Also published as: DE19621460C1; US5979390A; JPH1054443A

Description

"Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwinaunasdämpfunq"

Die Erfindung betrifft ein Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung mit einem eine Arbeitskammer umschließenden Dämpfergehäuse mit daran befestigtem Verschlußdeckel, wobei das Dämpfergehäuse einstükkig 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 Profilierung zur Übertragung der Drehbewegungen eingeformt ist.

Ein solches Bauteil ist aus EP 0 503 424 Bl bekannt. Diese Druckschrift beschreibt nämlich einen mit einer Riemenscheibe verbundenen Drehschwingungsdärapfer, der zum Einsatz als Kurbelwellenschwingungsdämpfer vorgesehen ist. Dabei besteht dieses Bauteil, abgesehen von der Dämpfungsmasse und dem Verschlußdeckel des Dämpfergehäuses, im wesentlichen nur aus einem Bauteil, welches sowohl das Riemenprofil als auch das Dämpfergehäuse und den Nabenbereich aufweist und vorzugsweise durch spanlose Verformung hergestellt ist. Dieses bekannte Bauteil stellt einen sogenannten Viskosedämpfer dar, dessen physikalisches 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 gedämpft.

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 abgestimmt ist, so daß durch Tilgung und Dämpfung Kurbelwellenschwingungen minimiert werden können.

Werden Torsionsschwingungsdämpfer an Kurbelwellen in der Regel eingesetzt, so hat man es bisher für den Antriebsstrang 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 Nockenwelle 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-, Ket-

ten- oder Rädergetriebe von der Kurbelwelle aus angetrieben werden. Ein derartiger Antriebsstrang ist ein System mit verteilten Massen und Steifigkeiten, das durch die diskontinuierliche Arbeitsweise der Verbrennungsmotoren zu Schwingungen angeregt wird. Bedingt durch die periodisch angreifenden Gaskräfte bei der Verbrennung in den einzelnen Zylindern treten bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehzahlschwankungen des Motors auf. Diese sogenannte Drehungsungleichförmigkeit ist eine niederfrequente Starrkörperschwingung der gesamten Kurbelwelle, die beispielsweise bei einem Vierzylinderviertaktmotor durch zwei Gaskraftimpulse pro Umdrehung aufgeprägt wird. Hierbei können am freien Kurbelwellenende und damit auch im Nockenwellentrieb Schwingungswinkel von ±3° und mehr auftreten, wenn durch Einsatz von Mehrventiltechnik höhere 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 Torsionsschwingungen angeregt. Dieser Effekt wird bei Dieselmotoren zusätzlich durch den Antrieb der Einspritzpumpe 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 Herstellbarkeit eine Schwingungsdämpfung einer Nockenwelle ohne Verstellvorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einem Bauteil der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bauteil als vorzugsweise durch spanlose Verformung hergestelltes Nockenwellenrad mit einer als Nockenwellenradverzahnung ausgebildeten Profilierung am Außenumfang des Dämpfergehäuses ausgebildet ist.

Mit der Erfindung wird der schwingungsdämpfende Mechanismus eines Viskosedämpfers in das Zahnriemenrad einer Nockenwelle 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 Nockenwellenrad wird für den schwingungsdämpfenden Mechanismus nur ein ausgesprochen geringer Bauraum benötigt.

Nach einer besonders bevorzugten Auführungsform ist vorgesehen, 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 Ringspalten abwechselnd mehrere Außen- und Innenlamellen vorgesehen sind. Die mit dem Zahnriemenrad formschlüssig verbundenen Außenlamellen bilden zusammen mit den frei drehbeweglichen Innenlamellen mehrere Ringspalte, welche mit der viskosen Flüssigkeit gefüllt sind. Durch diese Lamellenbauweise des Viskosedämpfers wird gegenüber der herkömmlichen 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 vorzugsweise 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 Abstandhalter axial fixiert sind. Diese Abstandhalter können in die Lamel-

len 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 ringförmige Dämpfungsmasse verwandt werden, wobei wesentlich ist, daß die Innenseite der Nockenwellenverzahnung glatt ausgebildet ist.

Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, daß die Dämpfungsmasse 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 einschränken, aber eine zusätzliche Reibungsdämpfung hervorrufen.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise 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 einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Dieses Nockenwellenrad 1 weist zunächst einen nabenförmigen Befestigungsbereich 2 zur Befestigung an einer nicht dargestellten Nockenwelle eines Kraftfahrzeuges oder dergl. auf. Dieser nabenförmige Bereich 2 geht in ein querschnittlich U-förmiges Dämpfergehäuse 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 Verschlußdekkel 4 bildet eine geschlossene Arbeitskammer zur Aufnahme eines Torsionsviskosedämpfers, auf dessen Aufbau nachfolgend näher eingegangen wird.

Die axiale Außenwand 3a des Dämpfergehäuses ist außenseitig mit einer Nockenwellenradverzahnung 5 versehen, welche innenseitig als sich in die Arbeitskammer erstreckende 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 herstellbar ist.

Die Hohlverzahnung 6 auf der Innenseite der Nockenwellenradverzahnung 5 dient zur formschlüssigen Aufnahme von wenigstens einer, vorzugsweise aber mehreren (im Ausführungsbeispiel vier) radial nach innen gerichteten scheibenförmigen Außenlamellen 7, die axial voneinander beabstandet in der Arbeitskammer innerhalb des Dämpfergehäuses 3 drehfest angeordnet sind. Um die Beabstandung der Außenlamellen 7 zu gewährleisten, sind dabei die Fußbereiche der Außenlamellen 7 als ringförmige Abstandhalter 8 ausgebildet, alternativ wäre es auch möglich, diese Abstandhalter 8 als eigene einzelne Bauteile auszugestalten, die dann entsprechend zwischen den Außenlamellen 7 einzusetzen wären.

Die Dämpfungsmasse des Viskosedämpfers wird von wenigstens einer, vorzugsweise mehreren (im dargestellten Ausführungsbeispiel vier) radial nach außen gerichteten scheibenförmigen Innenlamellen 9 gebildet, welche abwechselnd zwischen den Außenlamellen 7 angeordnet sind und frei drehbar in der Arbeitskammer des Dämpfergehäuses 3 gelagert sind. Dazu ist radial innenseitig in der Arbeitskammer eine Gleitlagerung 10 vorgesehen, welche beispielsweise 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 Bestandteil der Innenlamellen 9 bilden. Diese Abstandhalter

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8 bzw. 10 gewährleisten, daß zwischen den einzelnen Lamellen 7 bzw. 9 jeweils ein Ringspalt mit weitgehend gleichbleibender Dicke bestehen bleibt, diese Ringspalte sind mit 12 bezeichnet. Die Arbeitskammer wird nach Einsetzen der Lamellen und dichtem Verschließen des Verschlußdeckels 4 in üblicher Weise mit einem viskosen Fluid gefüllt, welches insbesondere den Bereich der Ringspalte 11 ausfüllt. Dieses Fluid ist mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet.

Durch die Lamellenbauweise des Viskosedämpfers wird gegenüber 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 Fertigungstoleranzen des Spaltes erheblich aufgeweitet werden können.

Wie aus Figur 1 erkennbar, sind, um eine ausreichende Dämpfungsmasse zur Verfügung zu stellen, die Innenlamellen 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 erfindungsgeraäßen Nockenwellenrades ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei dieselben Bezugszeichen mit dem zusätzlichen Index "'"

wie in den Figuren 1 und 2 verwandt sind, sofern gleiche Teile betroffen sind.

Diese Ausführungsform des Nockenwellenrades 1' unterscheidet sich im wesentlichen von derjenigen nach Figur 1 und 2 dadurch, daß die axiale Außenwand 3a' des Dämpfergehäuses 3, welches außenseitig mit der Nockenwellenradverzahnung 5' versehen ist, auf der der Arbeitskammer zugewandten Innenseite 3b' ringförmig glatt ausgebildet ist. Die Arbeitskammer ist somit im wesentlichen ringförmig, so daß auch die Dämpfungsmasse 9' eine ringförmige Form aufweist. Diese Dämpfungsmasse 9' ist drehbar in der Arbeitskammer gelagert, wobei radial innenseitig 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 Ausführungsformen ein kompaktes Bauteil zur Verfügung, welches den Bauraum des Nockenwellenrades praktisch nicht vergrößert und sich auf einfache Weise herstellen läßt. Selbstverständlich sind weitere Ausgestaltungen möglich, ohne den Grundgedanken zu verlassen. So kann bei dem Ausführungsbeispiel nach Figuren 1 und 2 beispielsweise die Anzahl der Lamellen variieren und dergl. mehr.

Claims

Ansprüche:

1. Bauteil zur Übertragung von Drehbewegungen und zur Drehschwingungsdämpfung mit einem eine Arbeitskammer umschließenden Dämpfergehäuse mit daran 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 Därapfungsmedium 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 Verformung hergestelltes Nockenwellenrad (1,1') mit einer als Nockenwellenradverzahnung (5,5') ausgebildeten Profilierung am Außenumfang des Dämpfergehäuses (3,3') ausgebildet 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 wenigstens einer radial nach außen gerichteten scheibenförmigen Innenlamelle (9) gebildet ist.

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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) integriert 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') gelagert ist.

9. Bauteil nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Gleitlagerung (10,10') von einer separaten Lagerbuchse oder einer Beschichtung gebildet ist.