DE4430393C1 - Drehelastische Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehelastische Kupplung mit einem integrierten Tor­ sionsschwingungsdämpfer, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer einen Schwungring und einen Nabenring umfaßt, die durch einen ersten Federkörper aus elastomerem Werkstoff zur Dämpfung von Torsionsschwingungen verbun­ den sind.

Eine solche Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer ist aus der DE 40 18 596 A1 bekannt. Die Kupplung und der Torsionsschwingungsdämpfer sind in einer funktionstechnischen Parallelschaltung angeordnet. Die drehelasti­ sche Kupplung besteht aus einer Riemenscheibe, die durch ein Rillenkugellager auf einem Nabenring abgestützt ist. Der Nabenring ist mit einem U-förmigen Ring drehfest verbunden, wobei die Riemenscheibe durch einen Federkörper drehelastisch mit dem Ring verbunden ist. Radial außenseitig ist der Ring von einem Schwungring des Torsionsschwingungsdämpfers unter Zwischenfügung eines weiteren Federkörpers umschlossen. Das vorbekannte Bauteil weist gute Gebrauchseigenschaften und geringe Abmessungen in axialer Richtung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung mit integriertem Tor­ sionsschwingungsdämpfer der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß diese einen einfachen, aus wenigen Einzelteilen bestehenden Aufbau aufweist, in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstig herstellbar ist und gute Gebrauchseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprü­ che Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Kupplung und der Torsionsschwingungsdämpfer in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet sind. Der erste Federkörper und der Schwungring sind derart aufeinander abgestimmt, daß Torsionsschwingungen der Kurbelwelle einer Ver­ brennungskraftmaschine wirkungsvoll gedämpft werden. Die in den Torsions­ schwingungsdämpfer eingeleiteten Torsionsschwingungen können beispielswei­ se eine Frequenz von 300 bis 400 Hz aufweisen. Der einfache, teilearme Aufbau der Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer wird dadurch er­ zielt, daß die relativ torsionsweiche, Drehmomente übertragende Kupplung kei­ nen separat erzeugten Nabenring benötigt, sondern im wesentlichen nur aus zwei Einzelteilen besteht, die durch den zweiten Federkörper und eine Riemen­ scheibe gebildet sind. Der Schwungring des wesentlich steiferen Torsions­ schwingungsdämpfers bildet gleichzeitig den Innenring der Kupplung, wobei der zweite Federkörper zur Schwingungsentkopplung der Riemenscheibe von der Kurbelwelle vorgesehen ist.

Die Kupplung weist einen zweiten Federkörper zur Entkopplung von den Torsionsschwingungen auf, wobei der zweite Federkörper die Riemenscheibe der Kupplung mit dem Schwungring des Torsionsschwingungsdämpfers verbindet. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann es vorgesehen sein, daß die Riemenscheibe den Schwungring mit radialem Abstand außenseitig umschließt und daß in dem durch den Abstand gebildeten Spalt der zweite Federkörper angeordnet ist. Der zweite Federkörper besteht bevorzugt aus ela­ stomerem Werkstoff. Im Hinblick auf eine einfache, kostengünstige Herstellung und gute Gebrauchseigenschaften während der gesamten Gebrauchsdauer, können der erste Federkörper und der zweite Federkörper gleichzeitig vulkani­ siert werden, so daß ein kompletter Fertigungsschritt entfällt.

Die Riemenscheibe, die bevorzugt zum Antrieb von Nebenaggregaten ausgebil­ det ist, kann beispielsweise Poly-V-Riemen oder Zahnriemen aufnehmen.

Die Riemenscheibe kann zur Vermeidung radialer und axialer Relativverlagerun­ gen durch einen Stützring geführt sein, wobei der Stützring und der Schwung­ ring bevorzugt drehfest miteinander verbunden sind. Hierbei ist von Vorteil, daß eine stets übereinstimmende Zuordnung von Schwungring und Riemenscheibe in radialer und axialer Richtung relativ zueinander sichergestellt ist und gebrauchsdauerverringernde Zug- und Schubspannungen innerhalb des zweiten Federkörpers vermieden werden. Dadurch, daß der Schwungring des Torsionsschwingungsdämpfers in radialer Richtung vergleichsweise weit innen angeordnet ist, kann durch die einstückige Ausgestaltung des Stützrings mit dem Schwungring eine Vergrößerung des Massenträgheitsmoments bewirkt werden, was im Hinblick auf eine effiziente Schwingungsdämpfung von Vorteil ist. Nach einer anderen Ausgestaltung kann der Stützring mit dem Nabenring drehfest verbunden sein.

Der Stützring kann einen in axialer Richtung offenen, im wesentlichen C-förmi­ gen Querschnitt aufweisen und mit seinem Axialvorsprung in einer kongruent geformten Ausnehmung der Riemenscheibe relativ verdrehbar angeordnet sein. Die Lagerung erfolgt dabei vorzugsweise sowohl in radialer als auch in axialer Richtung, wobei der Stützring und der Außenring bevorzugt durch ein Gleitlager aufeinander abgestützt sind. Hierbei ist von Vorteil, daß durch die Gleitlagerung die Ausdehnung des Außenrings in radialer Richtung auf ein Minimum begrenzt ist, so daß auch Außenringe mit vergleichsweise kleinen Außendurchmessern als Riemenscheiben zur Anwendung gelangen können. Die Relativbeweglichkeit des Außen rings in Umfangsrichtung, bezogen auf den Schwungring des Torsions­ schwingungsdämpfers, erfolgt bei Verwendung von Wälzlagern mit relativ ver­ ringerter Reibung. Das Wälzlager weist sehr gute Gebrauchseigenschaften wäh­ rend einer außerordentlich langen Gebrauchsdauer auf. Eine gute, nahezu rei­ bungsfreie Relativbeweglichkeit der Riemenscheibe, bezogen auf den Stützring, ist bei der Schwingungsentkopplung des Außenrings vom Torsionsschwin­ gungsdämpfer von ausschlaggebender Bedeutung. Auch im Hinblick auf die sehr geringe Federsteifigkeit des zweiten Federkörpers ist die Lagerung der Riemenscheibe auf einem Stützring von Vorteil.

Der erste und der zweite Federkörper können aus voneinander abweichenden Werkstoffen bestehen und/oder eine voneinander abweichende Gestalt aufwei­ sen, wobei der erste Federkörper im Querschnitt betrachtet im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und der zweite Federkörper einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Die frequenzmäßig deutlich unterschiedli­ chen Wirkbereiche des ersten und des zweiten Federkörpers werden genutzt, in­ dem die niederfrequent wirksame, torsionsweiche Kupplung in Reihe hinter dem hochfrequent wirksamen, relativ steiferen Torsionsschwingungsdämpfer ange­ ordnet ist.

Das Verhältnis aus radial wirksamer Dicke zu größter axial wirksamer Ausdeh­ nung des zweiten Federkörpers kann, im Querschnitt betrachtet, zumindest 0,5 betragen. Um eine geringe Federsteifigkeit des zweiten Federkörpers zu erzielen, hat sich ein derartiges Verhältnis in Verbindung mit einer geeigneten Werkstoffauswahl für die meisten Anwendungsfälle vorteilhaft bewährt.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämp­ fer werden im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 weiter erläutert.

In Fig. 1 sind die beiden Federkörper separat erzeugt, und der Stützring und der Schwungring sind drehfest miteinander verbunden.

In Fig. 2 sind die beiden Federkörper einstückig ineinanderübergehend ausgebil­ det und umschließen den Schwungring, wobei der Stützring und der Nabenring relativ verdrehbar miteinander verbunden sind.

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine drehelastische Kupplung 5 mit einem inte­ grierten Torsionsschwingungsdämpfer gezeigt. Zum Dämpfen von Torsions­ schwingungen einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, in diesem Beispiel im Bereich von 300 bis 400 Hz, sind der Schwungring 1 und der Na­ benring 2 durch einen ersten Federkörper 4 drehelastisch aufeinander abge­ stützt. Der innerhalb des Spalts 3 angeordnete erste Federkörper 4 ist - im Querschnitt betrachtet - im wesentlichen rechteckig ausgeführt und weist ein Verhältnis aus radialer Dicke zu axialer Ausdehnung von 1 : 8 auf.

Die torsionsweiche Kupplung 5 ist in einer funktionstechnischen Reihenschal­ tung hinter dem wesentlichen torsionssteiferen Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet. Die einstückige Ausgestaltung des Torsionsschwingungsdämpfers mit der Kupplung 5 bewirkt einen teilearmen, einfachen Aufbau, da der Schwungring 1 des Torsionsschwingungsdämpfers gleichzeitig den Innenring der Kupplung 5 bildet. Der zweite Federkörper 6 ist - im Querschnitt betrachtet - im wesentlichen trapezförmig ausgebildet und verbindet die Riemenscheibe 7 der Kupplung 5 mit dem Schwungring 1 des Torsionsschwingungsdämpfers.

Durch die unterschiedlichen Zielrichtungen, einerseits Dämpfung von höherfre­ quenten Schwingungen, beispielsweise der Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugs, durch den Torsionsschwingungsdämpfer und andererseits möglichst weitge­ hende Schwingungsentkopplung der Riemenscheibe 7 vom Torsionsschwin­ gungsdämpfer, ist es in diesem Beispiel vorgesehen, daß der erste und der zweite Federkörper 4, 6 aus Werkstoffen mit unterschiedlichen Steifigkeiten bestehen und eine voneinander abweichende Gestalt aufweisen. Das Verhältnis aus radialer Höhe des zweiten Federkörpers 6 zu dessen maximaler axialer Ausdehnung beträgt in diesem Beispiel 0,7.

Um gebrauchsdauerverringende Deformierungen des zweiten Federkörpers 6 zu vermeiden und daraus resultierende nachteilige Gebrauchseigenschaften, ist ein Stützring 8 vorgesehen.

In Fig. 1 ist der Stützring 8 relativ unbeweglich mit dem Schwungring 1 ausge­ führt. In diesem Beispiel ist der Stützring 8 durch Laserschweißen mit dem Schwungring verbunden. Im Hinblick auf ein möglichst großes Massenträg­ heitsmoment, ist die Anbindung des Stützrings 8 an den Schwungring 1 von Vorteil. Die für die Dämpfung der Torsionsschwingungen wirksame Trägheits­ masse setzt sich in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel aus der Masse des Schwungrings 1 und der Masse des Stützrings 8 zusammen. Die Riemenscheibe 7 weist eine in axialer Richtung offene, im wesentlichen C-förmige Ausnehmung 11 auf, in der der Axialvorsprung 9 des Stützrings 8 angeordnet ist. Um eine gute Relativverdrehbarkeit des Stützrings 8 bezogen auf die Riemenscheibe 7 sicherzustellen, ist ein Gleitlager 10 vorgesehen, das in diesem Ausführungs­ beispiel zweiteilig ausgebildet ist. Das zweiteilige Gleitlager 10.1, 10.2 ist als Radial- und Axiallager ausgeführt. Das Radiallager 10.1 ist am Innenumfang des Axialvorsprungs 9 und der radial inneren Begrenzung der Ausnehmung 11 der Riemenscheibe 7 angeordnet. Das Axiallager 10.2 berührt in axialer Richtung einerseits die Stirnseite des Axialvorsprungs 9 und in axialer Richtung anderer­ seits den Nutgrund der nutförmigen Ausnehmung 11. Die Verwendung von Gleitlagern ist hinsichtlich einer kostengünstigen Herstellbarkeit der drehelasti­ schen Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer von Vorteil.

In Fig. 2 ist eine drehelastische Kupplung 5 mit integriertem Torsionsschwin­ gungsdämpfer, ähnlich dem Bauteil aus Fig. 1 gezeigt. Der Stützring 8 ist in die­ sem Beispiel mit dem Nabenring 2 des Torsionsschwingungsdämpfers drehfest verbunden. Der erste und der zweite Federkörper 4, 6 sind einstückig ineinan­ derübergehend ausgebildet und umschließen den Schwungring 1 mit einem Gummiüberlauf 12. Durch die gleichzeitige Vulkanisation der beiden Federkörper 4, 6 in die Kupplung 5 und den Torsionsschwingungsdämpfer, kann im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 ein kompletter Fertigungsschritt entfallen.

In den hier gezeigten Ausführungsbeispielen sind die beiden Federkörper 4, 6 je­ weils mit den angrenzenden Metallteilen vulkanisiert, wobei der Nabenring 2 des Torsionsschwingungsdämpfers im Anschluß an die Vulkanisation in radialer Richtung nach außen aufgeweitet ist, um eine Druckvorspannung innerhalb des ersten Federkörpers 4 zu erzeugen. Gebrauchdauerverringernde Zugspannungen sind dadurch ausgeschlossen. Das gesamte erfindungsgemäße Bauteil weist gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaft während einer langen Gebrauchsdau­ er auf.

Claims (9)

1. Drehelastische Kupplung mit einem integrierten Torsionsschwingungs­ dämpfer, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer einen Schwungring und einen Nabenring umfaßt, die durch einen ersten Federkörper aus elastomerem Werkstoff zur Dämpfung von Torsionsschwingungen verbunden sind, dadurch kennzeichnet, daß die Kupplung (5) und der Torsionsschwingungsdämpfer in einer funktionstechnischen Reihen­ schaltung angeordnet sind.

2. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5) einen zweiten Fe­ derkörper (6) zur Entkopplung von den Torsionsschwingungen aufweist, der eine Riemenscheibe (7) der Kupplung mit dem Schwungring (1) des Torsionsschwingungsdämpfers verbindet.

3. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) den Schwungring (1) mit radialem Abstand außenseitig umschließt und daß in dem durch den Abstand gebildeten Spalt der zweite Federkörper (6) an­ geordnet ist.

4. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Federkörper (6) aus elastomerem Werkstoff besteht.

5. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenscheibe (7) zur Vermei­ dung radialer und axialer Relativverlagerungen durch einen Stützring (8) geführt ist und daß der Stützring (8) und der Schwungring (1) drehfest miteinander verbunden sind.

6. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (8) einen in axialer Richtung offenen, im wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweist und mit seinem Axialvorsprung (9) in einer kongruent geformten Ausnehmung (11) der Riemenscheibe (7) relativ verdrehbar angeordnet ist.

7. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (8) und die Riemen­ scheibe (7) durch ein Gleitlager (10) aufeinander abgestützt sind.

8. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Federkörper (4, 6) aus voneinander abweichenden Werkstoffen bestehen und/oder ei­ ne voneinander abweichende Gestalt aufweisen, daß der erste Federkör­ per (4), im Querschnitt betrachtet, im wesentlichen rechteckig ausgebildet ist und daß der zweite Federkörper (6) einen im wesentlichen trapez­ förmigen Querschnitt aufweist.

9. Kupplung mit integriertem Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus radial wirksamer Dicke zu größter axial wirksamer Ausdehnung des zweiten Federkörpers (6), im Querschnitt betrachtet, zumindest 0,5 beträgt.