DE3923749C1

DE3923749C1 -

Info

Publication number: DE3923749C1
Application number: DE3923749A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7920 Heidenheim De Haenke
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1989-07-18
Filing date: 1989-07-18
Publication date: 1991-02-21
Anticipated expiration: 2009-07-19
Also published as: GB2234039A; IT9067520A1; US5194045A; JPH0356717A; IT1240392B; GB2234039B; GB9014075D0; IT9067520A0; JP2599490B2; FR2650039B1; FR2650039A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung mit einer Dämp fungseinrichtung, insbesondere für einen Kraftfahrzeug-Antrieb, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Kupplungen dieser Art sollen beim Antrieb durch Brennkraftmaschinen die auftretenden Drehschwingungen vom nachfolgenden Antriebsstrang fernhalten. Eine besondere Rolle spielt dabei die Dämpfungsfähigkeit der üb licherweise am Motorschwungrad befestigten elastischen Kupplung in kritischen Betriebszuständen.

Bekannt ist aus der DE-PS 28 48 748 eine elastische Kupplung mit einer hydrodynamischen Dämpfungseinrichtung. In einer radial außen angeordneten Verdrängungskammer wird eingeschlossenes Dämpfungsmedium durch festgelegte Spalte verdrängt. Die dabei entstehende Dämpfung nimmt proportional zum Verdrehwinkel der beiden Kupplungshälften zu. Der Verdrehwinkel jedoch ist lastab hängig und folglich auch die Dämpfungscharakteristik der Kupp lung, unabhängig von den bei den jeweiligen Lastzuständen auf tretenden Schwingungsamplituden. Zwar sind bei der bekannten Kupplung schon Vorkehrungen getroffen, um mittels vergrößerter Spalte bei kleinen Verdrehwinkeln eine nur schwache Dämpfung zu erzielen. Bei der Übertragung hoher Drehmomente jedoch kann die Kupplung nur mit einer starken Dämpfung reagieren, obgleich Brennkraftmaschinen bei der Entfaltung hoher Drehmomente oftmals auch nur geringe Schwingungsamplituden erzeugen. Die Kupplung vermag nicht zwischen Betriebsbereichen kleiner bzw. großer Schwingungsamplituden zu unterscheiden, sondern reagiert nur auf relative Verdrehung der Kupplungshälften unter der Wirkung des übertragenen Drehmomentes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der ein gangs geschilderten Gattung mit einer Dämpfungseinrichtung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln unabhängig von der momenta nen Drehmomentbelastung bei kleinen Schwingungsamplituden eine geringe Dämpfung, bei großen Schwingungsamplituden, insbesondere im Resonanzbereich, eine starke Dämpfung entwickeln kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist in dem mit Dämpfungsme dium gefüllten Innenraum der Kupplung ein sogenannter schwimmen der Dämpfungsring angeordnet, der weder mit der einen, noch mit der anderen Kupplungshälfte in formschlüssiger Verbindung steht. Der schwimmende Dämpfungsring bildet mit der ersten Kupplungs hälfte zumindest eine erste Verdrängungskammer und mit der zwei ten Kupplungshälfte zumindest eine zweite Verdrängungskammer. Auf diese Weise ist dieser schwimmende Dämpfungsring dem freien Kräftespiel während der Relativbewegung der beiden Kupplungs hälften ausgesetzt, wobei er gegenüber jeder der beiden Kupp lungshälften jeweils begrenzt verdrehbar ist. Unter Berücksich tigung der Eigenmasse des schwimmenden Dämpfungsringes sowie der zur Verfügung stehenden Spaltquerschnitte ist es somit möglich, daß bei kleinen Schwingungsamplituden nur die eine Verdrängungs kammer zur Dämpfung wirksam wird. Bei größeren Schwingungs amplituden, insbesondere auch bei niedrigerer Schwingungsfre quenz, kommt auch die zweite Verdrängungskammer zur Wirkung, nämlich wenn die begrenzte Verdrehbarkeit des schwimmenden Dämp fungsringes gegenüber der einen Kupplungshälfte ausgenützt und die Verdrehbarkeit gegenüber der anderen Kupplungshälfte noch zur Verfügung steht. Die Wahl zweier getrennter Verdrängungskam mern an einem schwimmenden Dämpfungsring bringt den Vorteil mit sich, daß die Kupplung selbsttätig mit einer von den erregenden Schwingungsamplituden abhängigen Dämpfung der Drehschwingungen reagieren kann und auch bei Lastwechselvorgängen bessere Laufru he bringt.

In den Unteransprüchen sind folgende vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben: Gemäß den Ansprüchen 2 bis 4 kann der schwimmende Dämpfungsring zwischen der Außenkontur der Mittel scheibe, also der zweiten Kupplungshälfte, und dem äußeren Durchmesser des Innenraumes, der von der ersten Kupplungshälfte gebildet ist, drehbeweglich und dichtend geführt sein. Die erste Verdrängungskammer, die zwischen dem Dämpfungsring und der ersten Kupplungshälfte gebildet ist, befindet sich auf einem größeren Radius als die zweite Verdrängungskammer zwischen dem schwimmenden Dämpfungsring und der Mittelscheibe. Die erste Ver drängungskammer weist ein größeres Volumen auf und erstreckt sich über einen größeren Verdrehwinkel als die zweite Verdrän gungskammer. Ferner sind zur Verdrängung von Dämpfungsmedium in der ersten Verdrängungskammer kleine Drosselspalte, in der zwei ten Verdrängungskammer dagegen große Drosselspalte vorgesehen. Durch diese Maßnahmen bekommen die beiden Verdrängungskammern unterschiedliche Charakteristik, wobei die zweite Verdrängungs kammer eine schwache Dämpfung für kleine Schwingungsamplituden entwickelt, während die erste Verdrängungskammer eine starke Dämpfung aufweist für große Schwingungsamplituden.

In den Ansprüchen 5 bis 7 ist beschrieben, daß der schwimmende Dämpfungsring zweigeteilt ausgebildet sein kann, wobei er die Mittelscheibe beidseitig einschließt. Zur Bildung der besagten zweiten Verdrängungskammern sind am Außenumfang der Mittelschei be Einbuchtungen vorgesehen, in welche radial nach innen weisen de Vorsprünge am schwimmenden Dämpfungsring mit radialem und axialem Spiel eintauchen. Die ersten, größer ausgebildeten Ver drängungskammern, werden gebildet durch radial nach außen wei sende Nocken, die am Außenumfang des schwimmenden Dämpfungsrin ges angebracht sind und radial außen mittels einer kreisförmigen Außenkontur dichtend an der inneren Mantelfläche des Innenraumes anliegen. Gemäß Anspruch 8 sind die ersten Verdrängungskammern in Umfangsrichtung durch Bolzen zwischen den Seitenscheiben der ersten Kupplungshälfte begrenzt. Gemäß den Ansprüchen 9 und 10 kann der schwimmende Dämpfungsring aus Kunststoff bestehen und die Mittelscheibe beidseitig so einschließen, daß deren Einbuch tungen zur Bildung der zweiten Verdrängungskammer radial nach innen überdeckt sind. Die Ansprüche 11 und 12 beschreiben eine vorteilhafte Ausbildung der Axialspalte. Gemäß Anspruch 13 kann vorgesehen sein, daß die beiden Hälften des schwimmenden Dämp fungsringes im Bereich der äußeren Nocken axial wirkende Spreiz elemente aufweisen, die die beiden Hälften des schwimmenden Dämpfungsringes gegen die Innenseiten der Seitenscheiben drücken und damit sogar noch eine zusätzliche Reibungsdämpfung herbei führen, sofern dies für bestimmte Betriebszustände erforderlich ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Teil-Querschnitt durch die er findungsgemäße Kupplung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den schwimmenden Dämp fungsring entlang der Schnittlinie II-lI in Fig. 1;

Fig. 3 einen Teil-Längsschnitt durch die Kupplung entlang der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausbil dung des schwimmenden Dämpfungsringes ähnlich Fig. 2.

Die Fig. 1 und 3 zeigen schematische Schnitte durch die er findungsgemäße Kupplung mit einer ersten Kupplungshälfte 1, die mit einer nicht dargestellten Antriebsmaschine verbunden ist. Eine zweite Kupplungshälfte 2 ist mit einem nicht dargestellten Getriebe eines Fahrzeugantriebes verbunden. Die erste Kupplungs hälfte 1 umfaßt zwei Seitenscheiben 7, 8, die am äußeren Umfang verbunden sind und einen flüssigkeitsdichten Innenraum 11 bilden und die aus einer Mittelscheibe 6 und einer Nabe 3 bestehende zweite Kupplungshälfte in sich einschließen. Die Drehmomentüber tragung zwischen den beiden Kupplungshälften erfolgt wie bekannt über tangential angeordnete Federn 9, die in entsprechenden Aus schnitten 10 in der Mittelscheibe 6 bzw. den Seitenscheiben 7 und 8 eingelegt sind. Zwischen dem äußeren Umfang 14 der Mittel scheibe 6 und dem radial äußeren Umfang des Innenraumes 13 be findet sich ein schwimmender Dämpfungsring 50. Dieser ist inner halb der ersten Kupplungshälfte 1 drehbeweglich gelagert und so wohl gegenüber der ersten Kupplungshälfte 1 als auch der zweiten Kupplungshälfte 2, nämlich der Mittelscheibe 6, jeweils begrenzt verdrehbar geführt. Mit keiner der beiden Kupplungshälften 1, 2 steht er jedoch in formschlüssiger Verbindung. Der schwimmende Dämpfungsring 50 bildet dagegen sowohl mit der ersten Kupplungs hälfte 1 eine radial außenliegende erste Verdrängungskammer 16 und mit der zweiten Kupplungshälfte, nämlich der Mittelscheibe 6, eine zweite Verdrängungskammer 17. Dazu weist der schwimmende Dämpfungsring 50 am äußeren Umfang mehrere Nocken 51 auf, die mit axial angeordneten Bolzen 12 zwischen den beiden Seiten scheiben 7, 8 die ersten Verdrängungskammern 17 begrenzen. Zur Bildung der zweiten Verdrängungskammern ist der schwimmende Dämpfungsring mit radial nach innen weisenden Vorsprüngen 53 versehen, die in entsprechende Einbuchtungen 15 an der Mittel scheibe eintauchen. Die beiden Verdrängungskammern 16 und 17 sind unterschiedlich groß ausgebildet, nämlich die erste Ver drängungskammer 16 erstreckt sich über einen großen Verdrehwin kel zwischen dem Nocken 51 und dem Bolzen 12, bei dessen Über windung der schwimmende Dämpfungsring das in dem Innenraum 11 befindliche Dämpfungsmedium durch einen Spalt 18 zwischen dem Bolzen 12 und dem schwimmenden Dämpfungsring 50 verdrängen muß. Die Verdrängung von Dämpfungsmedium in der zweiten Verdrängungs kammer 17 erfolgt durch Spalte 19 zwischen dem schwimmenden Dämpfungsring und den Ausbuchtungen 15 der Mittelscheibe.

Wie man insbesondere aus Fig. 3 erkennen kann, schließt der schwimmende Dämpfungsring 50 die Mittelscheibe 6 zwischen sich ein, wobei radial nach innen weisende Seitenteile 52 einen teil weisen seitlichen Abschluß für die zweiten Verdrängungskammern 17 bilden. Die relative Verdrehbarkeit des schwimmenden Dämpfungs ringes 50 gegenüber der Mittelscheibe 6 wird begrenzt durch die Vorsprünge 53 und den Flanken der Ausbuchtungen 15.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß der Verdrehwinkel des schwimmenden Dämpfungsringes innerhalb der ersten Verdrängungskammern 16 viel größer ist als in den zweiten Verdrängungskammern 17. Gleichzeitig sind die Spalte 18 inner halb der ersten Verdrängungskammern 16 deutlich enger gehalten als die Spalte 19 in den zweiten Verdrängungskammern 17. Auf diese Weise können den beiden Verdrängungskammern unterschied liche Dämpfungseigenschaften zugewiesen werden. Im vorliegendem Falle also ist die Wahl so getroffen, daß die zweiten Verdrän gungskammern die Dämpfung von Schwingungen kleiner Amplituden übernimmt und dabei aufgrund der großen Radial- und Axialspalte 19 eine nur schwache Dämpfung entwickelt. Dabei aber ist der schwimmende Dämpfungsring 50 aufgrund der engen Spalte 18 in den ersten Verdrängungskammern 16 schwingungsmäßig der ersten Kupp lungshälfte 1 zugeordnet, weil die ersten Verdrängungskammern 16 gegenüber dem schwimmenden Dämpfungsring einen vergleichsweise hohen Verdrehwiderstand entgegensetzen. Bei Schwingungen mit kleinen Amplituden und insbesondere höherer Frequenz sind somit in erster Linie die zweiten Verdrängungskammern 17 wirksam. Bei Schwingungen mit größeren Amplituden, also insbesondere beim Durchfahren kritischer Drehzahlen, wird der Verdrehwinkel inner halb der zweiten Verdrängungskammer 17 sofort überwunden, so daß die Vorsprünge 53 an den Einbuchtungen 15 anliegen und eine formschlüssige Mitnahme des schwimmenden Dämpfungsringes mit der Mittelscheibe 6 eintritt. Auf diese Weise entsteht die Verdrän gung von Dämpfungsmedium durch die Spalte 18 in den ersten Ver drängungskammern 16 und damit eine starke Dämpfung für Schwin gungen mit großen Amplituden. Durch diese wechselweise Zuordnung des schwimmenden Dämpfungsringes zu einer der beiden Kupplungs hälften, je nachdem ob es sich um Schwingungen kleiner oder großer Amplituden handelt, ist eine auf die jeweilige Schwingungsform zugeschnittene Dämpfung erzielbar. Eine Anpas sung an verschiedene Betriebszustände, insbesondere an das typi sche Schwingungsverhalten einer bestimmten Antriebsmaschine, ist durch geeignete Wahl der Verdrehwinkel innerhalb der beiden Ver drängungskammern möglich, sowie durch geeignete Wahl der Spalte 18 und 19.

Im rechten Teil der Fig. 1 ist eine alternative Ausbildung der zweiten Verdrängungskammer 17 dargestellt. Die Seitenteile 52 des schwimmenden Dämpfungsringes ragen dabei wesentlich weiter nach radial innen als die Ausbuchtungen 15 in der Mittelscheibe 6. Dadurch wird vor allem erreicht, daß sich die Vorsprünge 53 am schimmenden Dämpfungsring 50 nach Überwindung des Verdrehwin kels in der zweiten Verdrängungskammer 17 besser gedämpft an die Flanken der Ausbuchtungen 15 anlegen. Die Seitenteile 52 weisen dazu einen kleinsten Durchmesser d auf, während auf der linken Seite der Fig. 1 die Seitenteile 52 den kleinsten Durchmesser D aufweisen.

Aus den Fig. 2 und 4 ist zu erkennen, daß der schwimmende Dämpfungsring 50 axial in zwei Hälften 50a und 50b geteilt ist. Die beiden Hälften 50a und 50b weisen darüber hinaus axiale Boh rungen 55 auf, in denen Federelemente 56 eingelegt sind. Diese Federn 56 spreizen die beiden Hälften 50a und 50b in axialer Richtung gegen die Innenseiten der Seitenscheiben 7, 8. Dadurch entsteht eine zusätzliche Reibdämpfung zwischen dem schwimmenden Dämpfungsring und der ersten Kupplungshälfte 1. Durch Fliehkraft entsteht darüber hinaus zwischen den beiden Hälften 50a und 50b ein Innendruck, der die Wirkung der Federn 56 noch weiter unter stützt. Es kann gemäß Fig. 2 eine labyrinth-ähnliche Zentrie rung vorgesehen sein, wobei ein Außenring 54 an der einen Hälfte 50a elastisch ausgebildet sein kann, insbesondere, wenn der schwimmende Dämpfungsring aus Kunststoff hergestellt ist. Zwi schen den beiden Hälften 50a und 50b ist ein Spalt 20 vorhanden, durch den Dämpfungsmedium von einer Verdrängungskammer zur ande ren übertreten kann, wobei die Dimensionierung dieser Spaltes auch der Optimierung der Dämpfungsfähigkeit der Kupplung dienen kann.

Der radial äußere Spalt zwischen dem Nocken 51 und der inneren Oberfläche 13 des Innenraumes 11 wird vorteilhaft so gewählt, daß eine dichtende Berührung gerade bei Erreichen der Betriebs temperatur der Kupplung eintritt. Dadurch ist die Dämpfung bei kühlerem Dämpfungsmedium und noch großem Spalt etwa so groß wie bei kleinerem Spalt und dünnflüssigerem Dämpfungsmedium. Tempe ratureinflüsse werden dadurch kompensiert. Dasselbe gilt auch für die Bemessung des Spaltes 18. Dieselbe Temperaturkom pensation tritt an der zweiten Verdrängungskammer 17 ein, bei der sich die Spalte 19 mit steigender Temperatur vergrößern.

Claims

1. Elastische Kupplung in Scheibenbauweise, insbesondere zum Einbau in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe, mit den folgen den Merkmalen:

a) eine erste Kupplungshälfte (1) umschließt mittels zweier am Außenumfang drehstarr verbundener Seitenscheiben (7, 8) eine zweite Kupplungshälfte (2), die durch min destens eine einer Nabe (3) zugeordneten Scheibe (Mit telscheibe 6) gebildet ist;
b) beide Kupplungshälften (1, 2) sind über elastische Kupp lungselemente (9) miteinander verbunden und begrenzt ge geneinander verdrehbar;
c) die Seitenscheiben (7, 8) begrenzen einen die Mittel scheibe (6) aufnehmenden flüssigkeitsdichten Innenraum (11), der mit einem Dämpfungsmedium gefüllt ist;
d) im radial äußeren Bereich des zwischen den Seitenschei ben (7, 8) befindlichen Innenraumes (11) befindet sich wenigstens eine, beim gegenseitigen Verdrehen der Kupp lungshälften (1, 2) im Volumen veränderliche und mit dem Dämpfungsmedium füllbare Verdrängungskammer (16); gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
e) in dem Innenraum (11) ist ein gegenüber den beiden Kupp lungshälften (1, 2) jeweils begrenzt verdrehbarer schwimmender Dämpfungsring (50) angeordnet;
f) der schwimmende Dämpfungsring (50) bildet mit der ersten Kupplungshälfte (1) wenigstens eine erste Verdrängungs kammer (16) und mit der zweiten Kupplungshälfte (2) we nigstens eine zweite Verdrängungskammer (17).

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der schwimmende Dämpfungsring (50) auf der Außenkontur (14) der Mittelscheibe (6) und dem äußeren Durchmesser des von den Seitenscheiben (7, 8) und der ersten Kupplungshälfte (1) ge bildeten Innenraumes (11) drehbeweglich und dichtend geführt ist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den schwimmenden Dämpfungsring (50) und die erste Kupplungshälfte (1) gebildete erste Verdrängungskammer (16) ein größeres Volumen aufweist und sich über einen größeren Verdrehwinkel erstreckt, als die zwischen dem schwimmenden Dämpfungsring (50) und der Mittelscheibe (6) gebildete zwei te Verdrängungskammer (17).

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Verdrängung von Dämpfungsmedium in der ersten Verdrängungskammer (16) kleine Drosselspalte (18), in der zweiten Verdrängungskammer (17) große Drosselspalte (19) vorgesehen sind.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der schwimmende Dämpfungsring (50) in axialer Richtung geteilt ist und die Mittelscheibe (6) beidseitig einschließt.

6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittelscheibe (6) zur Bildung von Verdrän gungskammern (17) an ihrem Außenumfang (14) Einbuchtungen (15) aufweist, in welche radial nach innen weisende Vor sprünge (53) am schwimmenden Dämpfungsring (50) mit radialem und axialem Spiel eintauchen.

7. Kupplung nach einem der Ansprüch 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der schwimmende Dämpfungsring (50) am Außenum fang radial nach außen weisende Nocken (51) aufweist, zwi schen denen die Verdrängungskammern (16) gebildet sind, und deren Außenkontur kreisförmig ausgebildet sind, wobei der Durchmesser so gewählt ist, daß der schwimmende Dämpfungs ring (50) dichtend an der inneren Mantelfläche der ersten Kupplungshälfte (1) beweglich geführt ist.

8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß zur tangentialen Begrenzung der ersten Ver drängungskammer (16) Bolzen (12) zwischen den Seitenscheiben (7, 8) vorgesehen sind.

9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß der schwimmende Dämpfungsring (50) Seitenwände (52) aufweist, die die Mittelscheibe (6) beidseitig ein schließen und die Einbuchtungen (15) radial nach innen über decken.

10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß der schwimmende Dämpfungsring (50) aus Kunst stoff besteht.

11. Kupplung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die innere lichte Weite (a) zwischen den Sei tenwänden (52) des schwimmenden Dämpfungsringes (50) größer ist als die Dicke (s) der Mittelscheibe (6).

12. Kupplung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die äußere Breite (b) im wesentlichen der lichten Weite zwischen den Seitenscheiben (7, 8) entspricht.

13. Kupplung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen zwei Hälften (50a, 50b) des schwim menden Dämpfungsringes (50) im Bereich der äußeren Nocken (51) axialwirkende Spreizelemente (56) vorgesehen sind, die auf die beiden Hälften (50a, 50b) des schwimmenden Dämp fungsringes (50) eine gegen die Innenseiten der Seitenschei ben (7, 8) gerichtete Kraft ausüben.