DE69827180T2

DE69827180T2 - Mittellager mit rheologischer Flüssigkeit zur Dämpfung von Schwingungen

Info

Publication number: DE69827180T2
Application number: DE69827180T
Authority: DE
Inventors: Andrew F. Clarkston Pinkos; Emil M. Marina Del Ray Shtarkman
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-03-21
Also published as: ES2231912T3; US5730531A; DE69827180D1; EP0866232A3; CA2233106C; CA2233106A1; EP0866232A2; EP0866232B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Eine Mittellageranordnung trägt einen Abschnitt einer Fahrzeugantriebswelle auf dem Fahrzeugrahmen. Die Mittellageranordnung umfasst ein Rollenlager, welches in direktem Eingriff mit dem Abschnitt der Antriebswelle steht und ihn für die Rotation bzw. Drehung trägt. Die Mittellageranordnung weist ferner ein Gehäuse auf, welches das Rollenlager enthält und es auf dem Fahrzeugrahmen trägt.
Wenn die Antriebswelle rotiert, werden Schwingungen radial durch die Mittellageranordnung von der Antriebswelle zu dem Fahrzeugrahmen übertragen. Daher umfasst die Mittellageranordnung ferner eine Dämpfervorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen radial zwischen dem Rollenlager und dem Gehäuse.
Es wird ferner auf US-A-5 452 957 hingewiesen, welche einen Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 offenbart. Dieses Dokument des Standes der Technik zeigt insbesondere eine Mittellageranordnung, die ein Rollenlager aufweist, das angepasst ist, eine Kupplungswelle aufzunehmen und diese drehbar zu tragen und einen Bügel, der angepasst ist, um an einem Fahrzeugrahmen befestigt zu werden. Ein Tragglied ist vorgesehen, welches das Rollenlager in dem Bügel trägt. Das Tragglied umfasst eine aus einem Elastomer-Material gebildete Blase. Die Blase enthält ein rheologisches Strömungsmittel, welche bei der Anwendung eines geeigneten Energiefelds eine signifikante Veränderung seiner Fließ- oder Scherfähigkeit zeigt. Vorzugsweise enthält die Blase ein magneto-rheologisches magnetisches Strömungsmittel. Durch Verändern der Leistung, die an einen, der benachbart zur Blase gelagerten Elektromagneten geliefert wird, kann die Schwingungsdämpfungscharakteristik des Tragglieds abhängig von den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs verändert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung, die ein Rollenlager und eine Dämpferanordnung umfasst, gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Bevor zugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangenen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann des Gebiets, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, beim Berücksichtigen der folgenden Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich werden, wobei zeigt:
1 eine Ansicht einer Vorrichtung, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist.
2 eine vergrößerte Teilansicht von Teilen, die in 1 gezeigt sind; und
3 eine schematische Ansicht, die andere Teile der Vorrichtung zeigt.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Eine Vorrichtung 10, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst, ist in 1 gezeigt. Die Vorrichtung 10 weist eine Fahrzeugantriebswelle 12 und eine Mittellageranordnung 14 auf. Die Mittellageranordnung 14 umfasst ein Rollenlager 16, welches die Antriebswelle 12 für die Rotation trägt. Die Mittellageranordnung 14 weist ferner ein ringförmiges Gehäuse 18 auf, welches das Rollenlager 16 enthält und es auf einem Fahrzeugrahmen trägt. Eine Dämpferanordnung 20 ist auch in dem Gehäuse 18 enthalten. Die Dämpferanordnung 20 dämpft Schwingungen radial zwischen dem Rollenlager 16 und dem Gehäuse 18.
Die Antriebswelle 12 besitzt eine Vielzahl von miteinander verbundenen Abschnitten, die zusammen rotieren, um das Drehmoment von einem Fahrzeuggetriebe zu einem Differential an einer angetriebenen Hinterachse des Fahrzeugs zu übertragen. Wie teilweise in 1 dargestellt, umfassen die Abschnitte der Antriebswelle 12 ein mittig angeordnetes Rohr (midship tube) 22 und eine Mittelwelle 24. Das Mittschiffsrohr 22 ist an einem vergrößerten vor deren Endteil 26 der Mittelwelle 24 befestigt. Ein Joch bzw. eine Gabel 28 in einem Universal- bzw. Kreuzgelenk 30 (teilweise dargestellt) ist an einen hinteren Endteil der Mittelwelle 24 befestigt. Das Universalgelenk 30 verbindet auf bekannte Art und Weise die Mittelwelle 24 drehbar mit einem anderen Abschnitt (nicht dargestellt) der Antriebswelle 12. Alle in der Technik bekannten geeigneten Befestigungsstrukturen, wie beispielsweise Schweißungen, Keile, Stifte oder dergleichen, können verwendet werden, um das Mittschiffrohr 22, die Mittelwelle 24 und die Gabel 28, ebenso wie miteinander verbundene Teile der unten beschriebenen Vorrichtung 10 miteinander zu verbinden. Solche Befestigungsstrukturen sind aus Gründen der Darstellungsklarheit in den Zeichnungen weggelassen.
Das Rollenlager 16 besitzt zwischen einem Innenlaufring 34 und einem Außenlaufring 36 eine Vielzahl von Rollen 32. Der Innenlaufring 34 ist an der Mittelwelle 24 zwischen einem vergrößerten Endteil 26 und einem zylindrischen Abstandsrohr 38 befestigt. Das Abstandsrohr 38 erstreckt sich axial über die Mittelwelle 24 von dem Innenlaufring 34 zu der Gabel 28. Der Außenlaufring 36 ist eng in einem gekrimpten rohrförmigen Wandteil 40 der Mittellageranordnung 14 aufgenommen und daran befestigt. Die Mittelwelle 24 und der Innenlaufring 34 sind somit zusammen um eine Achse 41 relativ zu dem Außenlaufring 36 und der umgebenden Mittellageranordnung 14 drehbar.
Eine Hinterwand 50 des Gehäuses 18 ist als ein zylindrisches Rohr geformt, das sich umfangsmäßig vollständig um die Achse 41 herum erstreckt. Eine Vorderwand 52 des Gehäuses 18 besitzt einen kanalförmigen Querschnitt und erstreckt sich nur teilweise um die Achse 41 herum. Genau gesagt erstreckt sich ein Oberteil 54 der vorderen Gehäusewand 52 in Form eines Halbkreisbogens umfangsmäßig um die Oberhälfte der Mittellageranordnung 14. Ein Paar paralleler Armteile 56 der vorderen Gehäusewand 52, von denen einer in der Schnittansicht der 1 gezeigt ist, ragt tangential nach unten auf gegenüberliegenden Seiten der Unterhälfte der Mittellageranordnung 14. Ein entsprechendes Paar von Befestigungsteilen 58 ragt gegenüberliegend nach außen (in Richtungen senkrecht zu der Seite, wie in 1 gezeigt) von den Un terenden der Armteile 56. Die Befestigungsteile 58 der vorderen Gehäusewand 52 werden verwendet, um die Mittellageranordnung 14 in einer bekannten Art und Weise an dem Fahrzeugrahmen zu befestigen. Ein Paar konzentrischer Ringe 60 und eine Gummidichtung 62 schließen das Vorderende der Mittellageranordnung 14 radial außerhalb der gekrimpten Rohrwand 40 ab.
Die Dämpferanordnung 20 umfasst eine Vielzahl von ringförmigen Teilen, die radial zwischen der Mittelwelle 24 und dem Gehäuse 18 angeordnet sind. Diese umfassen eine Hülse 70 und einen Innenring 72. Die Hülse 70 ist ein relativ dünner zylindrischer Teil, welcher in den Innenring 72 pressgepasst ist. Der Innenring 72 besitzt eine etwas konische Konfiguration, welche radial nach außen abgestuft ist, und erstreckt sich dicht in die gekrimpte rohrförmige Wand 40. Eine Schweißnaht oder, wie oben erwähnt, jede andere geeignete Befestigungsstruktur, befestigt den Innenring 72 an der gekrimpten rohrförmigen Wand 40. Bei dieser Anordnung sind die Hülse 70 und der Innenring 72 an den äußeren Lagerlaufring 36 befestigt, um radial mit dem äußeren Lagerlaufring 36 zu schwingen.
Ein Paar von Dämpferflügeln bzw. -klingen 80 und 82 ragen radial nach außen von der Hülse 70 an Stellen, die in einer kurzen Entfernung voneinander beabstandet sind. Die erste Dämpferklinge 80 ist ein flacher kreisförmiger Ring. Die erste Dämpferklinge 80 besitzt somit eine radiale äußere freie Außenkantenoberfläche 86 (2) und ein Paar planare sich gegenüberliegender Seitenoberflächen 88. Die zweite Dämpferklinge 82 ist auch ein flacher kreisförmiger Ring mit einer radialen freien Außenkantenoberfläche 92 und einem Paar planarer sich gegenüberliegender Seitenoberflächen 94. Ein entsprechendes Paar von Befestigungsstrukturen (vorzugsweise Schweißungen) befestigt die ersten und zweiten Dämpferringe 80 und 82 an die Hülse 70. Demgemäß sind die ersten und zweiten Dämpferringe 80 und 82 auch an den äußeren Lagerlaufring 36 befestigt, um radial mit dem äußeren Lagerlaufring 36 zu schwingen.
Zahlreiche ringförmige Teile der Dämpferanordnung 20 sind nicht an dem äußeren Lagerlaufring 36 befestigt. Wie in 1 dargestellt, umfassen solche Teile ein Paar von Tragringen 100 und 102, eine dritte Dämpferklinge 104 und eine Elektromagnetfeldanordnung 106. Diese Teile 100–106 sind für eine Schwingbewegung radial relativ zu der Hülse 70, den Ring 72 und den äußeren Lagerlaufring 36 getragen.
Der erste Tragring 100 besitzt einen L-förmigen Querschnitt, der durch eine zylindrische Seitenwand 110 und eine ringförmige Endwand 112 definiert ist. Die Seitenwand 110 und eine umgebende Kunststoffbuchse 114 sind in der hinteren Gehäusewand 50 zusammen pressgepasst. Die Endwand 112 ragt radial einwärts von der Seitenwand 110, und kann radial gegen einen benachbarten Teil 115 des Innenrings 72 gleiten. Ein radialer Innenkantenteil 116 (2) der Endwand 112 hält einen geschlossenzelligen Schaumstoffeinsatz 118 in einer Nut 120 in dem Innenring 72 unter Druck.
Wie weiterhin in 2 dargestellt, besitzt der zweite Tragring 102 einen im Allgemeinen T-förmigen Querschnitt, der durch einen Randteil 122 und einen Flanschteil 124 definiert ist. Die dritte Dämpferklinge 104, welche auch ein flacher kreisförmiger Ring ist, ist an dem Flanschteil 124 des zweiten Tragrings 102 (vorzugsweise durch eine Schweißung) befestigt, und ragt radial einwärts von dem Flanschteil 124 zwischen den ersten und zweiten Dämpferklingen 80 und 82. Die dritte Dämpferklinge 104 besitzt eine radiale freie Innenkantenoberfläche 130 und ein Paar planarer sich gegenüberliegender Seitenoberflächen 132. Die sich gegenüberliegenden Seitenoberflächen 132 der dritten Dämpferklinge 104 sind von den benachbarten Seitenoberflächen 88 und 94 der ersten und zweiten Dämpferklingen 80 und 82 axial beabstandet. Da die dritte Dämpferklinge 104 an den Tragringe 100 und 102 befestigt ist, ist sie in gleicher Art und Weise radial zu dem Innenring 72 und der Hülse 70 bewegbar. Die dritte Dämpferklinge 104 ist somit bei radialer Schwingung des äußeren Lagerlaufrings 36 radial relativ zu den ersten und zweiten Dämpferklingen 80 und 82 bewegbar.
Die Elektromagnetfeldanordnung 106 ist in den ersten Haltering 100 an der zylindrischen Seitenwand 110 des ersten Halterings 100 eingeschraubt. Eine Spule 140 (schematisch dargestellt) in der Elektromagnetfeldanordnung 106 erstreckt sich umfangsmäßig um die Achse 41 herum. Ein anderer geschlossenzelliger Schaumstoffeinsatz 142 liegt über der die Spule 140.
Die Dämpferanordnung 20 definiert eine geschlossene Strömungsmittelkammer 150, die mit einem rheologischen Strömungsmittel 152 gefüllt ist. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Strömungsmittel 152 ein auf ein Magnetfeld ansprechendes Strömungsmittel und kann irgendeine in der Technik bekannte geeignete Zusammensetzung besitzen. Die Kammer 150 hat eine ringförmige Form, die sich umfangsmäßig um die Achse 41 herum erstreckt. Wie am Besten im vergrößerten Detail in 2 dargestellt, erstreckt sich die Kammer 150 axial zwischen der Elektromagnetfeldanordnung 106 und der Endwand 112 des ersten Tragrings 100. Die Kammer 150 erstreckt sich ferner radial zwischen der Hülse 70 und dem Randteil 122 des zweiten Tragrings 102. Die Dämpferklingen 80, 82 und 104 ragen somit radial in das Strömungsmittel 152 in der Kammer 150. Die Schaumstoffeinsätze 118 und 142 und ein Paar von O-Ringen 154 und 156 blockieren bzw. hindern das Strömungsmittel 152 daran, aus der Kammer 150 zu lecken.
Wie schematisch in 3 gezeigt, ist die Spule 140 betriebsmäßig mit einer Steuervorrichtung 160 und einem Sensor 162 verbunden. Die Steuervorrichtung 160 spricht auf den Sensor 162 an, indem sie die Spule 140 erregt, d. h. durch Leiten von elektrischem Strom durch die Spule 140, und zwar in einer Menge, die im Zusammenhang steht mit einem Fahrzeugbetriebszustand, der von dem Sensor 162 abgefühlt und angezeigt wird. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ist der Fahrzeugbetriebszustand die Drehzahl der sich drehenden Antriebswelle 12. Wenn sich die Drehzahl der rotierenden Antriebswelle 12 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs relativ niedriger Drehzahlen befindet, leitet die Steuervorrichtung 160 Strom durch die Spule 140 und verändert den Strom umgekehrt relativ zu den Ver änderungen der Wellendrehzahl. Das resultierende Magnetfeld besitzt Flusslinien, die sich von der Elektromagnetfeldanordnung 106 (1) durch das rheologische Strömungsmittel 152 in der Kammer 150 erstrecken. Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Dämpferklingen 80, 82 und 104 aus magnetischem Material gebildet, wie beispielsweise Stahl 1008 oder Weicheisen, um die Magnetflusslinien nicht zu hemmen, sich vollständig durch das Strömungsmittel 152 zwischen ihren sich gegenüberliegenden Seitenoberflächen 88, 130 und 94 zu erstrecken.
Wenn die Steuervorrichtung 160 den Strom in der Spule 140 ansprechend auf die Drehzahländerungen der rotierenden Antriebswelle 12 verändert, verändert sich demgemäß die Intensität des Magnetfeldes, das auf das Strömungsmittel 152 in der Kammer 150 wirkt. Dies bewirkt, dass sich der Scherwiderstand des Strömungsmittels 152 in entsprechenden Größen verändert. Das Strömungsmittel 152 leistet somit Widerstand gegenüber der Bewegung der Dämpferklingen 80, 82 und 104 radial relativ zueinander in der Kammer 150, um so die radialen Schwingungen des äußeren Lagerlaufrings 36 in einem Betrag zu dämpfen, der mit der Drehzahl der rotierenden Antriebswelle 12 in Beziehung steht.
Aus obiger Beschreibung der Erfindung werden Fachleute Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen entnehmen. Solche Verbesserungen, Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Fachkönnens sollen von den angehängten Ansprüchen abgedeckt werden.

Claims

Vorrichtung (10), die Folgendes aufweist: ein Rollenlager (16), das einen Innenring (34) drehbar innerhalb eines Außenringes (36) beinhaltet; und eine Dämpferanordnung (20), die einen geschlossenen Raum (150) definiert, in dem eine rheologische Flüssigkeit (152) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass, die Dämpferanordnung (20) ein Paar von ringförmigen Teilen beinhaltet, die radial beweglich sind relativ zueinander, und zwar ansprechend auf radiale Vibrationen des Außenringes (36), wobei die Dämpferanordnung (20) weiterhin eine Dämpferklinge bzw. Flügel (80, 82, 104) besitzt, die sich radial in die Flüssigkeit (152) von einem der ringförmigen Teile in Richtung des anderen ringförmigen Teils erstreckt, wobei die Dämpferklinge (80, 82, 104) innerhalb der Flüssigkeit (152) radial beweglich ist, und zwar ansprechend auf die erwähnten radialen Vibrationen des Außenrings (36).
Vorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin Folgendes aufweist: eine Fahrzeugantriebswelle (12); wobei das Rollenlager (16) die Antriebswelle (12) für eine Rotation trägt; ein Gehäuse (18), das das Rollenlager (16) in einem Fahrzeug aufnimmt und trägt; wobei die Dämpferanordnung (20) radial zwischen dem Rollenlager (16) und dem Gehäuse (18) Vibrationen dämpft; und wobei die Dämpferklingen (80, 82, 104) einen Strömungs- bzw. flussinduzierendes Teil bildet, das in die Flüssigkeit ragt.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Flüssigkeit (152) eine Flüssigkeit ansprechend auf ein magnetisches Feld ist und die Dämpferklinge (80, 82, 104) aus einem magnetischen Material gebildet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dämpferklinge (80, 82) und das erwähnte eine der ringförmigen Teile (70) an dem Außenring (36) befestigt sind.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Dämpferklinge (80, 82, 104) einen umlaufenden Ring bzw. kreisförmigen Ring mit planaren entgegengesetzten Seitenoberflächen und mit einer freien Kantenoberfläche beweglich innerhalb der Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dämpferklinge (80, 82, 104) eine Vielzahl von Dämpferklingen (80, 82, 104) ist, die radial in die Flüssigkeit (152) ragen, wobei jede der Dämpferklingen einen umlaufenden Ring mit planaren entgegen gesetzten Seitenoberflächen und mit einer freien Kantenoberfläche beweglich innerhalb der Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6, wobei die Dämpferklingen (80, 82, 104) ein Paar (80, 82) von axial-benachbarten Dämpferklingen aufweist, die sich entgegengesetzt von den ringförmigen Teilen der Dämpferstruktur aus erstrecken.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die benachbarten Dämpferklingen (80, 82) axial von einander beabstandet sind, und zwar über einen Flüssigkeitsströmungsraum hinweg innerhalb der Kammer (150).
Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei die Flüssigkeit (152) eine Flüssigkeit ansprechend auf ein Magnetfeld ist, wobei die Vorrichtung (10) weiterhin eine elektrische Spule (140) aufweist, die, wenn sie erregt ist, ein magnetisches Feld, das auf die Flüssigkeit (152) wirkt, generiert.