DE3937957A1

DE3937957A1 - Elastische kupplung

Info

Publication number: DE3937957A1
Application number: DE3937957A
Authority: DE
Inventors: Viktor Kuehne
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1988-12-15
Filing date: 1989-11-15
Publication date: 1990-06-21
Also published as: JPH02203041A; US5088964A; DE3937957C2; FR2640709B1; JPH0768995B2; FR2640709A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elastische Kupplung, insbesondere für ein Mehrmassenschwungrad im Antriebsstrang eines Kraftfahr zeugantriebes mit einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1. Eine Kupplung dieser Gattung ist bekannt aus der DE-OS 37 21 712.

Die bekannte Kupplung weist eine der Antriebsmaschine zugeord nete erste Masse und eine dem nachgeordneten Getriebe zugeord nete dritte Masse auf, zwischen denen sich eine zweite Masse befindet, welche gegenüber der ersten und dritten Masse jeweils getrennt über erste und zweite Federn verbunden ist. Die Massen sind über die Federn im Kraftfluß jeweils in Reihe geschaltet. Die zwischen der ersten und zweiten Masse angeordnete Feder ist eine sich über einen großen Winkelbereich in Umfangsrichtung erstreckende Spiralfeder. Als Dämpfungseinrichtung ist eine im wesentlichen torusförmig gekrümmte Federkammer vorgesehen, de ren Wände eng am äußeren Umfang der Federwindungen anliegen. Die Abstützung der in der Federkammer angeordneten Spiralfeder in Umfangsrichtung erfolgt durch axiale Ansätze.

Bei gegenseitiger Verdrehung der beiden Massen unter der Wir kung des Drehmomentes wird das in der Federkammer befindliche Dämpfungsmedium in die benachbarten Bereiche des Innenraumes der Kupplung verdrängt. Das Dämpfungsmedium strömt dabei durch das Innere der Spiralfeder an der Federabstützung vorbei. Die Querschnitte sind dabei sehr groß, was nur eine schwache Dämpfung der Schwingungsbewegungen hervorrufen kann. Ist das Dämpfungsmedium aus der Federkammer verdrängt, kann es nur zeitlich verzögert wieder zurückströmen, vornehmlich durch Fliehkraft, wenn sich das Volumen der Federkammer in Betriebs zuständen mit kleinen Schwingungsamplituden nur wenig verän dert. Die bekannte Kupplung weist somit nicht in allen Be triebszuständen und Temperaturen die erforderlichen Dämpfungs eigenschaften auf. Insbesondere ist keine Möglichkeit gegeben, die Dämpfungsarbeit über den Verdrehwinkel zu beeinflussen.

Aus der DE-PS 28 48 748 ist ferner eine Kupplung bekannt, die am Umfang des Innenraumes mehrere im Volumen veränderliche Ver drängungskammern aufweist, in denen bei lastabhängiger Verdre hung der beiden Kupplungshälften ein Dämpfungsmedium durch Drosselspalte gedrückt wird. Die damit verbundene Dämpfung von Drehschwingungen ist über dem Verdrehwinkel im wesentlichen konstant. Zwar ist auch dort schon an die Möglichkeit einer An passung der Dämpfungsarbeit an den Verdrehwinkel gedacht, z.B. durch stufenweise Verkleinerung der Drosselspalte. In der Pra xis hat sich jedoch gezeigt, daß dies in kritischen Anwendungs fällen noch nicht ausreichend ist. Das Hauptproblem ist die Re alisierung einer optimalen Leerlauf- und Teillastabstimmung bei gleichzeitig unkritischem Resonanzverhalten. Gefordert ist eine geringe Dämpfung im Leerlaufbetrieb, bei Teil- und Vollast und im Schubbetrieb, hohe Dämpfung jedoch beim Durchfahren der Re sonanzdrehzahl und beim Lastwechsel. Die Bauform der bekannten Verdrängungskammer läßt auch den Einbau in ein Mehrmassen schwungrad aus Platzgründen nicht zu.

Die DE-PS 36 41 962 sieht eine Lösung vor, welche auf mechani sche Weise eine Schwingungsentkoppelung beim Durchfahren des kritischen Resonanzbereiches erreicht. Die vorgesehene Lösung ist jedoch baulich sehr aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung gemäß dem Gattungsbegriff derart zu gestalten, daß die Schwingungs amplituden sowohl beim Durchfahren des Resonanzbereiches als auch in den verschiedenen Betriebsbereichen kleiner als seither gehalten werden können, und zwar mit möglichst geringem Platz und Bauaufwand.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruches 1 gelöst. Die zweite Masse weist dazu Nocken auf, die jeweils in eine der Verdrängungskammern hineinragen, die am äußeren Umfang des durch die Seitenscheiben der ersten Masse gebildeten Innenraumes angeordnet sind. Jeweils zwei dieser Nocken schließen ein als Feder ausgebildetes elastisches Ele ment zwischen sich ein, wobei die Feder selbst in einer Feder kammer geführt ist. Über den Umfang gesehen wechseln sich je weils Federkammern und Verdrängungskammern ab. Die Verdrän gungskammern im Bereich der Nocken weisen eine lichte Weite auf, die nur zur Einhaltung eines Minimalspaltes größer ist als die Dicke des Nockens. Zur Bildung einer axialen Schulter zur Abstützung der Federn über entsprechende Federteller ist die Federkammer im Bereich der Federn verbreitert.

Durch diese Anordnung wird folgendes erreicht: Die an der zwei ten Masse angeordneten Nocken erfüllen drei Funktionen. Jeweils zwei Nocken bilden ein Nockenpaar, zwischen denen sich über Fe derteller, wie an sich bekannt, im Mittenbereich die Feder ab stützt. Die Federteller liegen aber gleichzeitig auch an den Schultern der Seitenscheiben im Bereich der Federkammer an. Bei Einleitung eines Drehmomentes übernimmt einer der Nocken die Umfangskraft zur Beaufschlagung der Feder, während sich der an dere Nocken von dem entsprechenden Federteller abhebt und in die ihn umgebende Verdrängungskammer eintaucht. Er wirkt dabei in für sich allein bekannter Weise wie ein Kolben, der bei Ver drängung von Dämpfungsmedium durch enge Spalte zwischen den an grenzenden Wänden eine wirksame Schwingungsdämpfung herbeiführt.

Bei Kraftrichtungsumkehr hebt sich der andere Nocken vom Feder teller ab, und der eine Nocken übernimmt das Zusammenpressen der Feder. Jeder Nocken hat somit während des Kräftespieles in jeder Hubrichtung unterschiedliche Funktion, nämlich Stauchen der Feder in Umfangsrichtung oder Aufbringen einer Dämpfungs kraft auf die zweite Masse während einer Hubbewegung in der Verdrängungskammer.

Wird die Verdrängungskammer in Umfangsrichtung von einem festen Distanzstück begrenzt, so stellt dies eine Hubbegrenzung für den Nocken bzw. die zweite Masse dar, an die sich der Nocken als dritte Funktion bei großen Amplituden mit wirksamer hydrau lischer Pufferung anlegt.

Die Anordnung der Dämpfungseinrichtung am äußeren Umfang des Innenraumes erlaubt platzsparende Unterbringung im Bereich zwi schen den Federn, wobei der Bauaufwand dadurch besonders redu ziert ist, daß den Nocken mehrere Funktionen zugewiesen sind.

Die Unteransprüche 2 bis 4 beschreiben vorteilhafte konstrukti ve Weiterbildungen der Erfindung. Im Anspruch 5 ist eine zu sätzliche Dämpfungseinrichtung beschrieben, die aus einer Kom bination zwischen einer hydraulischen Dämpfung über zusätzliche Verdrängungskammern und einer Reibungsdämpfung über axial an einen weiteren Nocken anpreßbare Bauteile besteht. Eine solche zusätzliche Dämpfungseinrichtung kann erforderlich sein, wenn das Schwingungsverhalten der Antriebsmaschine dazu zwingt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher er läutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt Resonanzkurven zweier vorbekannter Kupplun gen A, B sowie für eine Kupplung C gemäß der Er findung, dargestellt als Verlauf des Vergröße rungsfaktors V über der Drehzahl n.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung den grund sätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung.

Fig. 3 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht der Kupp lung.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Kupplung entlang der Schnittlinie IV in Fig. 3.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt durch die Kupplung entlang der Schnittlinie V in Fig. 3.

Fig. 6 zeigt eine schematische Draufsicht in Umfangsrich tung im Bereich der Verdrängungskammer.

Fig. 7 zeigt einen Längsschnitt durch die Kupplung entlang der Schnittlinie VII in Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellten Diagramme zeigen im einzelnen fol gendes: Die Resonanzkurve A veranschaulicht das Verhalten einer Kupplung mit geringer Dämpfung. Sie zeigt große Überhöhungen V beim Resonanzdurchgang und eine gute Schwingungsisolation im überkritischen Betriebsbereich. Die Kurve B zeigt das Verhalten einer Kupplung mit hoher Dämpfung. Die Kurve C stellt den idea len Verlauf dar: Geringe Überhöhung V im Resonanzbereich bei gleichzeitig hervorragender Schwingungsisolation im überkriti schen Bereich - das Verhalten einer Kupplung gemäß der Erfin dung.

Das in Fig. 2 dargestellte Schema läßt im einzelnen folgendes erkennen: Eine erste Masse 1 wird von einem nicht gezeigten Mo tor angetrieben; eine dritte Masse 12 treibt ein nicht darge stelltes Getriebe an. Dazwischen ist eine zweite Masse 6 ange ordnet, wobei der Kraftfluß wie folgt stattfindet:

An die erste Masse 1 schließt sich ein erstes Federelement 8 an, hier lediglich durch eine Welle dargestellt; sodann folgt die zweite Masse 6; hieran schließt sich eine zweite Feder 13 an, wiederum nur als Welle dargestellt. Den beiden Federn 8 und 13 sind schematisch dargestellte Dämpfungseinrichtungen zuge ordnet, und zwar jeweils den Federn parallel geschaltet. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Dämpfungsein richtung 15 zwischen der ersten Masse 1 und der zweiten Masse 6.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Kupplung geht aus den Fig. 3 bis 5 hervor. Die erste Masse 1 besteht im wesentlichen aus zwei Seitenscheiben 2 und 3, die einen flüssigkeitsdichten In nenraum 5 zwischen sich einschließen, in dem die zweite Masse 6 und die dritte Masse 12 eingeschlossen sind. Zwischen den Sei tenscheiben 2 und 3 einerseits und der zweiten Masse 6 anderer seits sind mehrere Federn in Umfangsrichtung angeordnet, welche das erste Federelement 8 bilden. Zwischen der zweiten Masse 6 und der dritten Masse 12 befindet sich das zweite Federelement, bestehend aus mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Federn 13. Letztere sind, wie für sich allein bekannt, in deckungs gleichen Ausschnitten 14 in der zweiten und dritten Masse ein gesetzt.

Zur Abstützung der ersten Federn 8 sind Federteller 10 vorgese hen, die zwischen radial nach außen ragenden Nocken 7 an der zweiten Masse 6 in Umfangsrichtung anliegen. Wie insbesondere aus der Fig. 6 hervorgeht, liegen die Federteller 10 gleich zeitig an axialen Schultern 11 an den beiden Seitenscheiben 2 und 3 an. Bei relativer Verdrehung der ersten Masse 1 gegenüber der zweiten Masse 6 überträgt somit einer der Nocken 7 die Um fangskraft auf den entsprechenden Federteller, während sich der andere Federteller an den Schultern 11 abstützt, wobei sich der andere Nocken an dieser Seite vom Federteller 10 abhebt. Bei Kraftrichtungsumkehr tritt dasselbe am anderen Federende ein. Die Federn 8 bewegen sich dabei in Federkammern 9. Die Schul tern 11 zur Abstützung der Federteller 10 schließen in axialer Richtung eine Verdrängungskammer 16 ein, und die Nocken 7 wei sen eine axiale Dicke auf, die nur um die Weite von Spalten 17 geringer ist als die lichte Weite der Verdrängungskammer 16. Zwischen den beiden Seitenscheiben 2 und 3 befinden sich Di stanzstücke 4, die einerseits die beiden Seitenscheiben zusam menhalten, andererseits aber auch in Umfangsrichtung die Be grenzungswand der Verdrängungskammern darstellen. Die Nocken 7 bewegen sich somit in Umfangsrichtung innerhalb der Verdrän gungskammern 16 ähnlich eines Kolbens in einem Zylinder. Den Nocken 7 kommen somit zwei Funktionen zu, nämlich einmal die Übertragung der Umfangskraft von der ersten Masse über die Fe dern auf die zweite Masse, zum anderen Übertragung einer Dämp fungskraft, die durch die Bewegung innerhalb der Dämpfungskam mern 16 und Verdrängung des im Innenraum 5 und den Verdrän gungskammern 16 befindlichen Dämpfungsmediums vorbei an den Spalten entsteht. Da sich in Umfangsrichtung jeweils Federkam mern 9 und Verdrängungskammern 16 abwechseln, übernimmt jeweils einer der Nocken 7 eines Nockenpaares mit dazwischen einge spannter Feder 8 die Übertragung der Umfangskraft, während der andere Nocken in der benachbarten Verdrängungskammer die Dämp fungskraft aufbringt. Die Federteller 10 bilden dabei jeweils die andere in Umfangsrichtung wirksame Wand der Verdrängungs kammer 16, wobei der Federteller aufgrund der momentanen Kraft richtung fest auf die Schultern 11 gedrückt ist.

In den Fig. 3 und 7 ist eine zusätzliche Dämpfungsein richtung 18 dargestellt. Diese besteht aus einem zusätzlichen Nocken 20, der ebenfalls Bestandteil der zweiten Masse 6 ist, aus einer zusätzlichen Verdrängungskammer 19, begrenzt durch die Radialwände der Distanzstücke 4 und einer Reibeinrichtung. Die Reibeinrichtung besteht aus zwei Reibbacken 21, die mittels Federn 22 axial gegen den Nocken 23 gepreßt werden. Gleichzei tig entwickelt der Nocken 20 auch eine hydraulische Dämpfung, da er in beiden Bewegungsrichtungen innerhalb der zusätzlichen Verdrängungskammer 19 Dämpfungsmedium über einen Spalt 23 ver drängt. Diese zusätzliche Dämpfungseinrichtung mit Reibeinrich tung kann notwendig werden, wenn die Dämpfung der Kupplung über die von den Nocken 7 in den Verdrängungskammern 16 entwickelte Dämpfungskraft bei bestimmten Anwendungsfällen nicht ausreicht.

Claims

1. Elastische Kupplung in Scheibenbauweise, insbesondere für ein Mehrmassen-Schwungrad in einem Fahrzeugantrieb mit Brennkraftmaschine, mit den folgenden Merkmalen:

a) eine mit der Antriebsmaschine verbundene erste Kupp lungshälfte stellt eine erste Masse (1) dar und weist mindestens zwei Seitenscheiben (2, 3) auf, die einen flüssigkeitsdichten und mit Dämpfungsmedium füllbaren Innenraum (5) bilden;
b) innerhalb des Innenraumes (5) befindet sich eine zweite Masse (6), die an ihrem Umfangsbereich gegen axiale Verschiebung durch die Seitenscheiben (2, 3) geführt und mit der ersten Masse (1) über elastische Elemente (Feder 8) verbunden ist;
c) innerhalb des Innenraumes (5) ist eine mit dem Getriebe verbundene Masse (12) angeordnet, die die zweite Kupp lungshälfte darstellt und mit der zweiten Masse (6) über elastische Elemente (Feder 13) verbunden ist;
d) die Massen (1, 6, 12) sind über die elastischen Elemen te (8, 13) im Kraftfluß in Reihe geschaltet und be grenzt gegeneinander verdrehbar;
e) es ist mindestens eine zu einer der elastischen Elemen te (8, 13) parallel geschaltete Dämpfungseinrichtung (15) mit einer Verdrängungskammer (16) für Dämpfungs medium vorgesehen;

gekennzeichnet durch die Kombination der weiteren folgenden Merkmale:

f) der zweiten Masse (6) sind Nocken (7) drehfest zugeord net, deren jeder in eine der Verdrängungskammern (16) hineinragt;
g) jeweils zwei Nocken (7) bilden ein Nockenpaar und schließen eines der elastischen Elemente (Feder 8) zwi schen sich ein;
h) jeweils zwei Verdrängungskammern (16) schließen eine Federkammer (9) zwischen sich ein;
i) jede Federkammer (9) hat zur Bildung einer axialen Schulter (11) eine größere lichte Weite (s) als die beiden angrenzenden Verdrängungskammern (16);
j) es sind Federteller (10) vorgesehen, über die sich die Federn (8) auf den Schultern (11) abstützen.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungskammer (16) im radial äußeren Bereich des In nenraumes (5) der ersten Masse (1) angeordnet ist und die Nocken (7) der zweiten Masse (6) nach radial außen gerich tet sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der ersten und zweiten Masse (1, 6) ange ordneten Federn (8) eine höhere Steifigkeit aufweisen als die Federn (13) zwischen der zweiten und dritten Masse (6, 12).

4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen den Seitenscheiben (2, 3) der ersten Masse (1) Distanzstücke (4) angeordnet sind, die eine Weg begrenzung für die Nocken (7) darstellen.

5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Dämpfungseinrichtung (18), die zwei zusätzliche Verdrängungskammern (19) umfaßt, und daß diese zusätzlichen Verdrängungskammern (19) aus zwei Bauteilen (21) aufgebaut sind, die auf einem Teil ihres Umfanges je weils einen weiteren Nocken (20) am äußeren Bereich der zweiten Masse (6) zwischen sich einschließen, und daß auf die beiden Bauteile (Reibbacken 21) der zusätzlichen Ver drängungskammer (19) eine Axialkraft (Feder 22) aufgebracht ist, die deren Anpressung an die Seitenflächen des weiteren Nockens (20) bewirkt.