DE3839435A1 - Drehschwingungsdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Außenkörper und mit einem im Außenkörper angeord­ neten Innenkörper, welche beiden Körper um eine theoretische Körperdrehachse entgegen einer Federkraft relativ zueinander drehbar sind, die in Gegen-Drehrichtung wirkt. Der Drehschwingungsdämpfer kann auch als drehelastische Kupplung verwendet werden.

Ein solcher Drehschwingungsdämpfer ist aus den österreichischen Patentschriften 3 65 752 und 3 58 884 und der deutschen Patentschrift 24 44 787 bekannt. Diese bekannten Drehschwingungsdämpfer und drehelastischen Kupplungen haben zwei konzentrisch zueinander angeordnete Körper und eine Vielzahl von Federpaketen, von welchen jedes Federpaket aus einer Vielzahl von radial zur theoretischen Drehachse angeordneten Blattfedern besteht. Die radial inneren Enden der Federpakete sind jeweils mit dem Innenkörper, und die radial äußeren Enden der Federpakete sind mit dem Außenkörper verbunden. Die Federpakete fangen Drehmomentstöße zwischen den beiden Körpern federnd auf. Die Reibkraft zwischen den aneinander anliegenden Blattfedern der einzelnen Federpakete bewirkt eine Dämpfung der aufgefangenen Drehstöße oder Drehschwingungen. Eine weitere Dämpfung von Drehstößen und Drehschwingungen wird dadurch erreicht, daß zwischen den Federpaketen radial verlaufende Stege angeordnet sind, so daß sich die Federpakete in Kammern befinden, welche in Umfangsrichtung durch je zwei radiale Stege, innen durch den Innenkörper und außen durch den Außenkörper begrenzt sind. Die Kammern sind an eine Ölumlaufanlage angeschlossen, welche durch die Kammern Öl hindurchleitet. Bei Relativdrehungen der beiden Kupplungskörper zueinander wird in den Kammern befindliches Öl von den Federpaketen verdrängt, so daß die Relativbewegungen durch das Öl gedämpft werden.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, einen Drehschwingungsdämpfer zu schaffen, welcher kleinere Außenmaße und ein geringeres Gewicht hat, und billiger hergestellt werden kann, als die bekannten Drehschwingungsdämpfer, ohne Einschränkung von Drehelastizität und Dämpfungseffekt. Der Drehschwingungsdämpfer soll aus wenigen Komponenten bestehen und nur wenige unterschiedliche Komponenten enthalten. Ferner soll er auch als drehelastische Kupplung verwendbar sein.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeich­ nenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Der Drehschwingungsdämpfer nach der Erfindung hat folgende Vorteile: Er kann auch als drehelastische Kupplung verwendet werden, benötigt weniger Einzelteile, ist verschleißarm durch Rollreibung statt Gleitreibung, hat kleine Außenmaße und geringes Gewicht, hat eine hohe Dämpfung, ist leicht montierbar, und benötigt nur eine geringe Wartung. Er ermöglicht große Verdrehwinkel zwischen Außenkörper und Innenkörper, weshalb Drehmomentstöße weicher absorbiert werden als beim Stand der Technik.

Der Drehschwingungsdämpfer oder die drehelastische Kupplung nach der Erfindung kann allgemein als Stoßminderer zur Reduzierung von Drehmomentstößen verwendet werden. Sie können in allen Rotationsantriebsanlagen verwendet werden, so beispielsweise in Werkzeugmaschinen, Bergwerksmaschinen, Pumpen, Kompressoren und Mühlen, außerdem auch in Antriebsanlagen für Schiffe, Fahrzeuge und Flugzeuge.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der folgenden Beschreibung enthalten.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnun­ gen anhand von mehreren Ausführungsformen als Beispiele be­ schrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungform eines Drehschwingungsdämpfers nach der Erfindung im Radialschnitt längs der Ebene I-I von Fig. 2,

Fig. 2 einen Axialschnitt längs der Ebene II-II von Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Radialschnitt von Fig. 1, jedoch für eine abgewandelte Ausfüh­ rungsform,

Fig. 4 einen Ausschnitt im Radialschnitt ähnlich Fig. 3, jedoch einer nochmals weiteren Aus­ führungsform nach der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehschwingungsdämpfer, der auch als elastische Kupplung verwendet werden kann, enthält einen Innenkörper in Form einer Nabe 2 und einen Außenkörper 4 in Form einer Ringfeder. Der Außenumfang des Innenkörpers 2 ist mit einer Vielzahl von ebenen Klemmflächen 6 versehen, die jeweils tangential verlaufen und um den Außenumfang herum gleichmäßig verteilt angeordnet sind, so daß der Innenkörper 2 an seinem Außen­ umfang die Form eines Vieleckes hat. Der Innenkörper 2 ist konzentrisch innerhalb des Außenkörpers 4 angeordnet. Die beiden Körper 2 und 4 sind um eine theoretische Körper­ drehachse 8 relativ zueinander um einen Verdrehwinkel von weniger als 90° zueinander verdrehbar. Die Ringfeder 4 umgibt mit radialem Abstand konzentrisch den Innenkörper 2. Zwischen die Klemmflächen 6 und die gegenüberliegende Innenumfangsfläche 10 der Ringfeder 4 sind je Klemmfläche 6 je eine Klemmrolle 12 eingespannt. Dabei preßt die Ringfeder 4 mit einer bestimmten Vorspannung die Klemmrollen 12 gegen die Klemmflächen 6 des Innenkörpers 2. Die Ringfeder 4 ist radial federnd nachgiebig. Wenn durch eine äußere Kraft der Innenkörper 2 relativ zum Außenkörper 4 verdreht wird, so rollen die Klemmrollen 12, in Folge ihrer Reibverbindung mit den Klemmflächen 6 und 10 ähnlich wie die Planetenräder eines Planetengetriebes, aus der in Fig. 1 dargestellten mittigen Ausgangsposition heraus. Wenn die Drehrichtung des Innen­ körpers 2 im Gegenuhrzeigersinn verläuft, dann rollen die Rollen 12 entsprechend der gestrichelt dargestellten Rol­ lenposition 14 in Richtung zum einen Ende der Klemmflächen 6 des Innenkörpers 2 hin. Da die Klemmflächen 6 des Innen­ körpers 2 tangential geradlinig sind, jedoch die jeweils gegenüberliegenden Klemmflächen 10/2, welche durch die In­ nenumfangsfläche 10 der Ringfeder 4 gebildet sind, bogen­ förmig um die Körperdrehachse 8 sich erstrecken, bilden die radial innen gelegenen Klemmflächen 6 des Innenkörpers 2 und die jeweils zugehörigen radial außen gelegenen Klemm­ flächen 10/2 der Ringfeder 4 Doppel-Klemmspalte 16. Diese Doppel-Klemmspalte 16 bestehen jeweils aus einem im Uhrzei­ gersinn keilartig kleiner werdenden Klemmspaltteil 18 und einem im Gegenuhrzeigersinn keilartig kleiner werdenden Klemmspaltteil 20, mit jeweils einem engen Spaltende 22 in Uhrzeigerdrehrichtung und einem entgegengesetzt weisenden, in Gegenuhrzeigerrichtung zeigenden engen Spaltende 24. Das weite Spaltende 26 der beiden Klemmspaltteile 22 und 24 liegt genau in der Mitte des Doppel-Klemmspaltes. In der Ausgangsposition, wenn auf die drehelastische Kupplung keine externe Drehkraft ausgeübt wird, befinden sich die Klemmrollen 12 jeweils genau an dem für beide Klemmspalt­ teile 16 und 18 gemeinsamen weiten Klemmspaltende 26 in der Mitte zwischen diesen beiden Klemmspaltteilen, wie dies in Fig. 1 durch ausgezogene Linien dargestellt ist. Wenn beim Verdrehen des Innenkörpers 2 relativ zum Außenkörper 4 durch eine externe Kraft die Klemmrollen 12 beispielsweise in Richtung zum engen Ende 22 rollen, wie dies durch eine gestrichelte Klemmrolle 14 in Fig. 1 auf der linken Seite dargestellt ist, wird die Ringfeder 4 stärker verspannt und radial aufgeweitet. Die in der Ringfeder 4 gespeicherte Fe­ derungsenergie dreht den Innenkörper 2 nach Wegfall des ex­ ternen Drehmomentes wieder in die in Fig. 1 in ausgezogenen Linien dargestellte Ausgangsstellung zurück. Die Aufweitung der Ringfeder 4 wird durch einen Außenring 28 begrenzt, welcher die Ringfeder 4 mit radialem Spiel 11 umgibt. Die Kupplung wird drehstarr, wenn die Ringfeder 4 so weit auf­ geweitet wird, daß sie am Innenumfang des Außenringes 28 anliegt. Zur Drehmomentübertragung zwischen der Ringfeder 4 und dem Außenring 28 ist die Ringfeder 4 an beiden Enden jeweils aneinander diametral gegenüberliegenden Stellen mit zwei axial-parallelen Vorsprüngen 30 versehen. Diese Vor­ sprünge greifen in radiale Nuten 32 von stirnseitigen Deckeln 34, welche mit dem Außenring 28 drehfest verbunden sind, jedoch über Dichtungen 36 drehbar auf dem Innenkörper 2 angeordnet sind. Dadurch sind die radial äußeren Klemm­ flächen 10/2, gebildet durch die Innenumfangsfläche der Ringfeder 4, zusammen mit dem Außenring 28 relativ zu den radial inneren Klemmflächen 6 drehbar, welche durch den In­ nenkörper 2 gebildet sind. Die von der Ringfeder 4 erzeugte Einspannkraft der Klemmrollen 12 erzeugt über die Klemmrol­ len 12 jeweils eine tangential zur Körperdrehachse 8 ge­ richtete Federkraft, welche einer Verdrehung des Innenkör­ pers 2 relativ zum Außenkörper bzw. der Ringfeder 4 entge­ genwirkt.

Wie in Fig. 1 zu sehen ist, ragen zwischen benachbarten Klemmflächen 6 vom Innenkörper 2, mit ihm einstückig gebil­ dete, Stege 38 im wesentlichen radial nach außen bis in die Nähe der Innenumfangsfläche 10 der Ringfeder 12. Dadurch sind die Doppel-Klemmspalte 16 jeweils als Kammern ausge­ bildet, welche in Umfangsrichtung jeweils durch zwei Stege 38, innen durch eine innere Klemmfläche 6 und außen durch eine äußere Klemmfläche 10/2, sowie stirnseitig durch die Deckel 34 begrenzt sind. Diese als Kammern ausgebildeten Doppel-Klemmspalte 16 können mit Öl gefüllt sein. Dies hat den Vorteil, daß bei einer äußeren Torsionskraft zwischen dem Innenkörper 2 und dem Außenkörper 4 die Klemmrollen 12 gegen das im Doppel-Klemmspalt 16 vorhandene Öl gerollt werden und dadurch dieses Öl diese Bewegungen dämpft. Hier sind zwei Ausführungen möglich. Bei der einen Ausführungs­ form sind alle Doppel-Klemmspalte 16 mit Öl gefüllt. Bei einer Verdrehung der beiden Körper 2 und 4 relativ zueinan­ der verdrängen die Klemmrollen 12 je nach Verdrehrichtung das Öl im einen Klemmspaltteil 18 oder im anderen Klemmspaltteil 20. Die Stege 38 ragen bis zur Innenumfangs­ fläche 10 des Federringes 4 und stirnseitig bis zu den Deckeln 34, jedoch sind die Stege 38 gegenüber diesen Tei­ len nicht abgedichtet. Dadurch können die Klemmrollen 12 Öl zwischen den Grenzflächen dieser aneinander angrenzenden Elemente jeweils in den anderen Klemmspaltteil 20 oder 18 des jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Doppel-Klemm­ spaltes 16 verdrängen. In anderer Ausführungsform können die als Kammern ausgebildeten Doppel-Klemmspalte 16 an eine externe Ölumlaufeinrichtung angeordnet sein, in welche die Klemmrollen 12 das Öl verdrängen und aus welcher auf der jeweiligen Bewegungsrückseite der Klemmrollen das Öl wieder zugeführt wird. Die Drosselwirkung der Strömungswege des Öles bewirkt, daß das Öl in den Doppel-Klemmspalten 16 nur verzögert ausgetauscht wird, so daß Relativbewegungen zwi­ schen Innenkörper 2 und Außenkörper bzw. Ringfeder 4 und dem damit drehfest verbundenen Außenring 28 gedämpft wer­ den.

Der Außenring 28 ist biegestarr. Dadurch kann als besondere Ausführungsform die Außenumfangsfläche des Außenringes 28 mit einer Verzahnung 42 versehen sein. Damit hat man ein Zahnrad in Form des Außenringes 28, in welches die drehela­ stische Kupplung integriert ist.

Federn, und damit auch der Federring 4, haben von Haus aus eine mit zunehmender Federverformung progressiv zunehmend stärkere Federkraft. Durch Veränderung der Keilform des Doppel-Klemmspaltes 16 kann die Federcharakteristik der drehelastischen Kupplung verändert werden. Da der Innenkör­ per 2 auf einfachere Weise bearbeitet werden kann als die Ringfeder 4, wird hierzu zweckmäßigerweise nicht die Innen­ umfangsfläche 10 der Ringfeder 4 besonders bearbeitet, son­ dern es wird der Klemmfläche 6 des Innenkörpers 2 eine an­ dere Form als die in Fig. 1 dargestellte ebene Form gege­ ben.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die am Außen­ umfang des Innenkörpers 2 gebildeten Klemmflächen 6/2 nicht eben sind, sondern je aus zwei schräg zueinander ver­ laufenden ebenen Teilen 6/3 und 6/4 bestehen. Dadurch wird die Federkraft noch progressiver bei relativer Verdrehung von Innenkörper 2 und Außenkörper 4 zueinander. Eine weniger progressive Federkraft erreicht man dann, wenn entsprechend Fig. 4 die Klemmfläche 6/5 des Innenkörpers 2 bogenförmig der Bogenform der Ringfeder 4 angenähert wird. Da der Klemmspalt 16 ein Doppel-Klemmspalt ist, besteht die Klemmfläche 6/5 aus zwei bogenförmigen Klemmflächenteilen 6/6 und 6/7, die sich in der Mitte, d.h. am weiten Spal­ tende, kreuzen, wo sich in der Ausgangsstellung auch die Klemmrolle 12 befindet.

Falls in einem Wellenstrang nur Anfahrstöße in einer Dreh­ richtung federnd aufgefangen werden sollen, genügt es, an­ stelle eines Doppel-Klemmspaltes 16 nur einen Klemmspalt­ teil 18 oder 20 vorzusehen. Normalerweise sind jedoch Dreh­ schwingungsdämpfungen in beiden Drehrichtungen erforder­ lich. Solche Drehschwingungen und auch Drehstöße können in einem Antriebsstrang beispielsweise bei Zündaussetzern ei­ nes Antriebsmotors entstehen.

Anstelle von rollenförmigen Klemmrollelementen 12 können auch kugelförmige Klemmrollelemente verwendet werden. Damit könnte die drehelastische Kupplung auch winkelbeweglich ge­ staltet werden. Kugelförmige Klemmrollelemente haben jedoch den Nachteil, daß sie die Klemmflächen 6 und 10/2 nur punktförmig berühren, so daß an der punktförmigen Berüh­ rungsstelle eine sehr hohe Oberflächenbelastung entsteht.

Zur Bildung einer sowohl drehelastischen als auch winkelbe­ weglichen Kupplungsanordnung kann der Drehschwingungsdämpfer nach der Erfindung mit einer winkelbeweglichen Kupplung verbunden oder in eine winkelbewegliche Kupplung integriert werden, beispielsweise eine Doppelgelenkzahnkupplung oder eine Membrankupplung. Alle Teile des Drehschwingungsdämpfers bestehen vorzugsweise aus Metall.

Claims (11)

1. Drehschwingungsdämpfer,

• - mit einem Außenkörper (4, 28),
• - mit einem im Außenkörper (4, 28) angeordneten In­ nenkörper (2),
• - welche beiden Körper um eine theoretische Körper­ drehachse (8) entgegen einer Federkraft relativ zu­ einander drehbar sind, die in Gegen-Drehrichtung wirkt,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß zwischen den beiden Körpern (2, 4, 28) min­ destens zwei radial zur Körperdrehachse (8) einander gegenüberliegende Klemmflächen (6, 10/2) gebil­ det sind, von denen die eine Klemmfläche (10/2) mit dem Außenkörper (4, 28) drehfest und die an­ dere Klemmfläche mit dem Innenkörper drehfest ist,
• - daß die beiden Klemmflächen (6, 10/2) zwischen sich mindestens einen, in mindestens einer Umfangs­ richtung um die Körperdrehachse (8) keilartig klei­ ner werdenden, Klemmspalt (16, 18, 20) bil­ den,
• - daß mindestens eine der beiden Klemmflächen (10/2) im wesentlichen in radialer Richtung federnd elastisch ist,
• - daß mindestens ein Klemmrollelement (12) am weiten Ende (26) des keilartigen Klemmspaltes (16, 18, 20) zwischen den Klemmflächen (6, 10/2) mit einer bestimmten Einspannkraft in einer Aus­ gangsposition federelastisch eingespannt ist, in welcher das Klemmrollelement (12) den Außenkörper (4) und den Innenkörper (2) in einer be­ stimmten Drehwinkel-Ausgangsposition zueinander hält,
• - daß der eine Körper (2, 4, 28) relativ zum an­ deren Körper (28, 4, 2) in Keilrichtung des Klemmspaltes (16, 18, 20) entgegen der Feder­ kraft durch eine externe Kraft drehbar ist,
• - daß bei einer solchen Drehung die beiden Klemm­ flächen (6, 10/2) auf dem Klemmrollelement (12) im Klemmspalt in Richtung zu dessen engem Ende (22, 24) hin rollen,
• - daß die in Gegen-Drehrichtung wirkende Federkraft der Teil (Kraftkomponente) der Einspannkraft des Klemmrollelements (12) ist, welcher vom Klemmroll­ element (12) in Gegen-Drehrichtung auf die Klemm­ flächen (6, 10/2) wirkt,
• - daß das Klemmrollelement (12) zusammen mit den beiden Körpern (2, 4, 28) von der Federkraft wieder in ihre Ausgangspositionen zurückbewegt wer­ den, wenn die externe Kraft kleiner ist als die Federkraft,
• - daß die radial äußere Klemmfläche (10/2) die federelastische Klemmfläche ist und sie durch eine Ringfeder (4) gebildet ist, welche die radial innere Klemmfläche (6) konzentrisch zur Körperdreh­ achse (8) umgibt.

2. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfeder (4) in einem biegesteifen Außenring (28) untergebracht ist unter Freilassung eines dazwi­ schenliegenden Ringspaltes (11) für radiale Federbewe­ gungen der Ringfeder (4), und daß die Ringfeder (4) mit dem Außenring (28) drehfest, jedoch relativ zuein­ ander radial beweglich verbunden (30, 32) ist.

3. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial innere Klemmfläche (6) Teil eines In­ nenringes (2) ist, welcher konzentrisch zur Körper­ drehachse (8) innerhalb der Ringfeder (4) angeordnet ist (Fig. 1, 2).

4. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Innenringes (2) eine Vielzahl von radial inneren Klemmflächen (6) gebildet ist, die um den Außenumfang des Innenringes (2) herum symme­ trisch zueinander angeordnet sind, und daß zwischen jeder dieser radial inneren Klemmflächen (6) und einer gleichen Vielzahl von radial äußeren, durch die Ring­ feder (4) gebildeten federelastischen Klemmflächen (10/2) je ein Klemmrollelement (12) federelastisch eingespannt ist.

5. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmspalt ein Doppel-Klemmspalt (16) ist, welcher aus einem in der einen Umfangsrichtung keilar­ tig kleiner werdenden Klemmspaltteil (18) und einem in entgegengesetzter Umfangsrichtung keilartig kleiner werdenden Klemmspaltteil (20) besteht, deren weite Spaltenden (22, 24) voneinander wegragen, und daß der Doppel-Klemmspalt (16) ein für bei Klemmspaltteilen (18) gemeinsames Klemmrollelement (12) enthält.

6. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmspalt in beiden Umfangsrichtungen an sei­ nen beiden Umfangsenden durch Stege (38) begrenzt ist, welche sich über die gesamte axiale Breite des Klemmspaltes (16) erstrecken und vom Innenkörper (2) im wesentlichen radial bis in die Nähe des Außenkör­ pers (4, 28) ragen.

7. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klemmspalt (16) mit Öl gefüllt ist, und daß Kanäle vorgesehen sind, über welche das Klemm­ rollelement (12) Öl aus dem Klemmspalt gedrosselt ver­ drängen kann und über welche Öl in den Klemmspalt als Ersatz für das verdrängte Öl einströmen kann.

8. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Klemmspalten (16) symmetrisch um die Kör­ perdrehachse (8) verteilt sind, und daß die Klemmspalte über die Kanäle miteinander ver­ bunden sind und je aus einem Klemmspalt verdrängtes Öl über die Kanäle einem anderen Klemmspalt zugeführt wird.

9. Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle durch Zwischenräume zwischen benach­ barten Teilen (28, 34, 38) der Kupplung gebildet sind.

10. Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Körper (4, 28) als Zahnradring ausgebildet ist.