WO2000063579A2 - Dämpfungsfluid - Google Patents

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WO2000063579A2
WO2000063579A2 PCT/EP2000/003106 EP0003106W WO0063579A2 WO 2000063579 A2 WO2000063579 A2 WO 2000063579A2 EP 0003106 W EP0003106 W EP 0003106W WO 0063579 A2 WO0063579 A2 WO 0063579A2
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damping
vibration damper
damping fluid
fluid according
temperature
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WO2000063579A3 (de
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Armin Hartleitner
Franz Brenner
Georg Jung
Manfred Rimkus
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Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/16—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using a fluid or pasty material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2222/00—Special physical effects, e.g. nature of damping effects
    • F16F2222/02—Special physical effects, e.g. nature of damping effects temperature-related
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F2224/00—Materials; Material properties
    • F16F2224/04—Fluids

Definitions

  • the invention relates to a damping fluid for vibration dampers, in particular hydraulic torsional vibration dampers and dual mass flywheels.
  • a torsional vibration damper is a component which is preferably arranged between a motor and a shaft to be driven in a drive train, any components between the torsional vibration damper and the motor and the one to be driven
  • Torsional vibration dampers are known in a large number of designs, for example from the publications a) DE 28 48 748.1 b) DE 28 57 579.3 mentioned below.
  • a dual-mass flywheel also referred to as a divided flywheel, is also preferably arranged between an engine and a coupling of a shaft to be driven, any components being able to be arranged between the dual-mass flywheel and the engine and the shaft to be driven, and preferably a first flywheel for connection to the crankshaft an internal combustion engine and a second flywheel is provided for connection to a friction clutch.
  • a vibration damping device is provided between the two inertial masses.
  • the torsional vibration dampers mentioned each have a damping space which can be divided into a plurality of damping chambers.
  • flywheels that perform a limited rotational movement relative to one another.
  • grease flows from one compartment into another.
  • springs are usually provided, which extend essentially in the circumferential direction. Inertia are understood to mean the components arranged on the input and output sides, which can be rotated relative to one another in the circumferential direction, the description being made on the input and output side with respect to the direction of force flow.
  • greases are generally used in order to ensure the damping or lubrication properties between the components which are moved relative to one another.
  • the invention is therefore based on the object to take measures to avoid the disadvantages of the prior art, in particular in drive trains successfully starting the engine in the cold, without requiring an expensive starter, special injection pumps or additional components to be provided.
  • such a fluid be used as a damping medium in the torsional vibration damper, which changes from a liquid or viscous to a solid or almost solid state in certain temperature and / or pressure ranges.
  • the flywheel masses of a vibration damper are made rotationally fixed relative to one another by means of a mechanically acting locking bolt, namely an almost form-fitting coupling of the flywheel masses which can be moved in the circumferential direction relative to one another in the normal state.
  • the fluid takes over in one
  • Torsional vibration damper for example in a dual-mass flywheel, in addition to the previously taken on tasks of damping and / or lubricating components that are moved relative to one another, the new function of coupling or decoupling on the input and output side, for example performed by the mechanical components partially or completely decoupled state of relatively movable components.
  • a temperature at which the damping medium is to change from the liquid or viscous to the solid or almost solid state is use at low temperatures, such as e.g. can occur in the winter months in North America and Northern Europe.
  • Medium that changes in temperature and / or Pressure of the environment changes its physical flow properties, especially the viscosity.
  • Such fluids include so-called mesogenic liquids. These are organic compounds that have an isotropic liquid phase at certain temperatures and / or pressures in the environment and change to a liquid-crystalline phase when the temperature and / or pressure changes. During the transition from one phase to the other, properties of the fluid, such as viscosity, change dramatically.
  • mesogenic fluid can be used as the fluid that can perform this additional function.
  • mesogenic substances can also assume liquid-crystalline phases. These phases have direction-dependent physical properties, such as those found in crystals, but can also be moved under certain conditions. When changing from one fluid phase to another, the properties, such as the viscosity, change drastically.
  • This group includes oils and fats, whose solidification point, i.e. the point at which the base oil of the fluid changes from a liquid to a no longer flowable aggregate state, is dimensioned such that the transition to achieving the change between the adjustable coupling or decoupling of the on the input and output side Components of the torsional vibration damper or the dual mass flywheel is used.
  • Another possibility is to influence the changes in the state of the fluid in a targeted manner by means of a control device in which the fluid used is subjected to appropriate temperatures and / or pressures. This offers the advantage of universal applicability for different purposes with different
  • composition of such fluids e.g. by choosing an appropriate one
  • Decoupling properties are set to the requirements or goals necessary in the respective operating case, e.g. by setting the
  • the fluid used for damping also serves to lubricate the movable components. This has the advantage that to implement the two functions - implementation of the coupling and
  • a very specific fat is preferably used as a damping medium in the torsional vibration damper, which is used at low temperatures, such as e.g. can occur in the winter months in Northern Europe or North America, changes to a solid or almost solid state.
  • the flywheel masses of a vibration damper are made rotationally fixed relative to one another by means of a mechanically acting locking bolt, namely an almost form-fitting coupling of the flywheel masses which can be moved in the circumferential direction relative to one another in the normal state.
  • a fat with the property of a solidification point which is in a range from 0 ° C to -40 ° C inclusive, is used.
  • the grease used for damping preferably also serves to lubricate the movable components. This has the advantage that only one operating medium has to be used to implement the two functions - implementation of the coupling and lubrication, which is why a complex design of corresponding guide channels is also not necessary.
  • base oils can be used for the composition of the fat, for example: a) a synthetic hydrocarbon oil b) a fluorinated polyether oil c) a polyalkylene glycol oil
  • the solidification point can be set according to the specific application requirement via the special composition of the fat.
  • the solution according to the invention ie the use of the damping fluid characterized by the features of claim 1 in a vibration damper is not dependent on a specific type of vibration damper, but leads to the same result for a wide variety of designs.
  • the vibration dampers can, as described in the publications mentioned, be constructed. It is also conceivable to apply the solution according to the invention to a so-called dual-mass flywheel.
  • the device for vibration damping on rotating components comprises at least one primary mass and one secondary mass, which can be rotated relative to one another to a limited extent in the circumferential direction.
  • the primary mass and the secondary mass can be coupled to one another via a damping and spring coupling.
  • the means for realizing the spring coupling each comprise at least one spring device.
  • One of the two components - primary mass or secondary mass - is formed by at least two disc-shaped elements which enclose an interior space which can be at least partially filled with a damping medium and in which the respective other component, secondary part or primary part, is arranged.
  • the means for realizing the spring coupling and the other means for realizing the damping can each be integrated in one device or can be designed as independent structural units.
  • the means for implementing the damping can act hydraulically or mechanically.
  • these comprise at least one chamber which can be filled with a hydraulic fluid and / or another damping medium, which in turn has means for Influencing the damping behavior can be assigned.
  • the means for influencing the damping behavior preferably comprise at least one throttle point which is associated with a damping chamber and which is integrated in the device for vibration damping. The throttle point is then preferably arranged directly in the damping chamber.
  • Damping chamber can be assigned and divide the damping chamber into two subchambers which are connected to one another via at least one throttle point, the third means being involved in the formation of the throttle point.
  • the third means being involved in the formation of the throttle point.
  • the viscosity of the damping fluid used can be set such that it can move back and forth between the damping subchamber at the operating temperatures of the vibration damper.
  • a so-called floating damping ring is arranged in the interior space filled with a damping medium between the two components primary part and secondary part, which is not in positive connection with either the one or with the other mass.
  • This floating damping ring forms with the first
  • Component for example the primary part, at least one first displacement chamber and with the second component, in this case the secondary part, at least one second displacement chamber.
  • the floating damping ring is exposed to the free play of forces during the relative movement of the primary part and secondary part, whereby it can be rotated to a limited extent in relation to each of the two components.
  • the second displacement chamber comes into effect, namely whenever the limited rotatability of the floating damping ring with respect to one component is used and the rotatability with respect to the other component is still available.
  • the damping ring can be made in one piece or in multiple pieces in the circumferential direction.
  • Fig. 1 shows a torsional vibration damper
  • Fig. 2 shows a dual mass flywheel.
  • Fig. 3 shows a partial cross section of a torsional vibration damper.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a torsional vibration damper of a known type, comprising two flywheels 1 and 2, which are also referred to as primary part and secondary part.
  • One of the two centrifugal masses can be connected in a rotationally fixed manner to the drive side in traction mode, in particular an internal combustion engine, and the other, viewed in the direction of force flow in traction mode from a drive machine to the output, considers the drive-side flywheel mass with the output side.
  • the two flywheels can be rotated relative to one another to a limited extent in the circumferential direction, specifically against the force of energy storage units, in particular springs 3, of which several are preferably arranged distributed over the circumference of the torsional vibration damper.
  • the springs are located within a damping chamber 4. This is filled with the fluid according to the invention. It is also conceivable to arrange the spring units and the damping means in separate chambers.
  • the device shown in Figure 2 is a so-called dual mass flywheel. This also has two flywheels 1 and 2, which are also referred to as primary mass and secondary mass, and which are supported on one another via a bearing 5. The one of the two
  • the drive-side flywheel mass 1 is considered to be non-rotatable with the drive side when transmitting power in traction mode, in particular can be connected to an internal combustion engine, and the other second flywheel mass 2 is arranged downstream of the first flywheel mass 1 in the direction of force flow in traction mode, the output-side flywheel mass is connected to a friction clutch: there is a possibility that the flywheel mass on the output side already forms a friction surface of the friction clutch.
  • springs 3 are provided as well as a damping chamber 4. This is completely or partially filled with the fluid according to the invention.
  • damping chambers 4 are shown in a partial cross section of a torsional vibration damper with a floating damping ring divided into segments in the circumferential direction. These each consist essentially of two subchambers 4a, 4b, which are connected to one another via a throttle 6.
  • the throttle 6 shown in FIG. 3 is formed by a stud bolt 7, which projects into the damping chamber 4 and is connected to the flywheel 1, and a plastic segment 8 pushed onto the stud bolt 7.
  • the stud bolt 7 with the plastic segment 8 moves within the damping chamber 4 and displaces fluid from one part chamber 4a, 4b into the other part chamber 4b, 4a.
  • the damping is generated by the fluidity of the fluid and by the throttling effect when pumping back and forth between the subspaces 4a, 4b.
  • the fluidity and the component geometry can be adjusted to set the desired damping.
  • the desired phase transitions and the required damping and flow properties of the fluid can be specified for a drive train with an associated vibration damper. Based on these specifications, a suitable mixing ratio of individual can be determined in the laboratory
  • Fluid components are determined in order to set the desired phase change and the flow properties of the fluid according to the invention.
  • the damping properties of the vibration damper can also be adjusted by adjusting the throttle and the fluidity of the fluid.
  • Figure 4 illustrates the molecules of a mesogenic liquid in several possible arrangements.
  • the molecules are completely disordered in the isotropic phase. In the nematic phase, they have a preferred direction. In the smectic phase, the molecules are completely disordered in the isotropic phase. In the nematic phase, they have a preferred direction. In the smectic phase, the molecules are completely disordered in the isotropic phase. In the nematic phase, they have a preferred direction. In the smectic phase
  • Plate-shaped molecules are also conceivable. They can also occur in the isotropic and diskoid-nematic phases, and finally in so-called columnar-discotic phases. The higher order phases arise at lower temperatures and high pressures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsfluid zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, der seinerseits zwei Schwungmassen (1, 2) umfasst, die relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind und der eine Dämpfungskammer (4a, 4b) zur Aufnahme von wenigstens einem Dämpfungsmedium aufweist. Die Erfindung is dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmedium ein Fluid ist, das bei Temperatur- und/oder Druckänderungen sein Fliessverhalten, insbesondere seine Viskosität und/oder Aggregatzustand ändert, wobei das Fluid zusätzlich zur Dämpfung und/oder Schmierung die Funktion der Kopplung bzw. Entkopplung an- und abtriebsseitiger Bauteile übernehmen.

Description

Dämpfungsfluid
Die Erfindung betrifft ein Dämpfungsfluid für Schwingungsdämpfer, insbesondere hydraulische Torsionsschwingungsdampfer und Zweimassenschwungräder.
Bei einem Torsionsschwingungsdampfer handelt es sich um ein Bauelement, das vorzugsweise zwischen einem Motor und einer anzutreibenden Welle in einem Antriebsstrang angeordnet ist, wobei beliebige Bauteile zwischen dem Torsionsschwingungsdampfer und dem Motor sowie der anzutreibenden
Welle vorgesehen sein können. Torsionsschwingungsdampfer sind in einer Vielzahl von Ausführungen beispielsweise aus den nachfolgend genannten Druckschriften a) DE 28 48 748.1 b) DE 28 57 579.3 bekannt.
Ausführungen von Schwingungsdämpfern in Zweimassenschwungrädern sind z. B. in den Druckschriften c) DE 36 30 398 C2 d) EP 0 212 041 B1 offenbart.
Ein Zweimassenschwungrad, auch als geteiltes Schwungrad bezeichnet, ist ebenfalls vorzugsweise zwischen einem Motor und einer Kupplung einer anzutreibenden Welle angeordnet, wobei beliebige Bauteile zwischen dem Zweimassenschwungrad und dem Motor sowie der anzutreibenden Welle angeordnet sein können, und vorzugsweise eine erste Schwungmasse zur Verbindung mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und eine zweite Schwungmasse zur Verbindung mit einer Reibungskupplung vorgesehen ist. Zwischen den beiden Schwungmassen ist eine Schwingungsdämpfungseinrichtung vorgesehen.
Die genannten Torsionsschwingungsdampfer weisen jeweils einen Dämpfungsraum auf, der in mehrere Dämpfungskammem unterteilt sein kann.
Sie weisen ferner Schwungmassen auf, die relativ zueinander eine begrenzte Verdrehbewegung ausführen. Hierbei strömt ein Fett von einer Teilkammer in eine andere. Ferner sind meist mehrere Federn vorgesehen, die sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstrecken. Unter Schwungmassen werden dabei die an- und abtriebsseitig angeordneten Bauteile verstanden, welche relativ zueinander in Umfangsrichtung verdrehbar sind, wobei die Beschreibung an- und abtriebsseitig bezogen auf die Kraftflußrichtung erfolgt.
Bei bisher ausgeführten Schwingungsdämpfern werden im allgemeinen Fette eingesetzt, um die Dämpfungs- oder Schmiereigenschaften zwischen den relativ zueinander bewegten Bauteilen sicherzustellen.
Beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeugantriebsstrang können tiefe Umgebungstemperaturen dazu führen, daß der Motor nicht auf die zum Zünden notwendige Drehzahl kommt. Zum Lösen des Problems hat man bereits stärkere Anlasser verwendet. Dies ist selbstverständlich entsprechend teuer. Auch hat man schon versucht, durch Wahl besonderer Einspritzpumpen das Problem zu lösen. Auch dies war nicht befriedigend. Als weitere Möglichkeit hat man bereits erkannt, daß die schwingungstechnische Entkopplung von An- und Abtriebsbauteilen nicht unbedingt gewünscht wird. Wird nämlich ein Verbrennungsmotor mit nachgeschalteten weiteren Komponenten eines Antriebsstranges angefahren, so tritt bei besonders niedrigen Außentemperaturen beim Hochfahren ein Resonanzbereich auf, der mit dem gegebenen Drehmoment des Motors nur schwer oder gar nicht durchfahren werden kann. Zur Lösung dieses
Problemes ist aus der DE 197 29 421 A1 bekannt, eine feste bzw. nahezu feste Kopplung zwischen den relativ zueinander bewegbaren Gliedern der Baugruppe Torsionsschwingungsdampfer bzw. der Baugruppe Zweimassenschwungrad mit Hilfe mechanisch wirkender Sperriegel, zum Beispiel über Fliehkraftkupplungen ausgeführt, vorzusehen. Derartige Lösungen sind jedoch hinsichtlich der konstruktiven Ausführung und der verwendeten Bauelemente relativ aufwendig und damit teuer.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, um die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, insbesondere in Antriebssträngen das Anlassen des Motors in der Kälte erfolgreich auszuführen, ohne daß es eines teuren Anlassers, besonderer Einspritzpumpen oder zusätzlich vorzusehender Bauelemente bedarf.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß ein derartiges Fluid als Dämpfungsmedium im Torsionsschwingungsdampfer eingesetzt wird, das in bestimmten Temperatur- und/oder Druckbereichen von einem flüssigen oder viskosen in einen festen oder nahezu festen Zustand übergeht. Es wird damit dasselbe erreicht, wie wenn man mittels eines mechanisch wirkenden Sperriegels die Schwungmassen eines Schwingungsdämpfers relativ zueinander drehfest macht, nämlich eine nahezu formschlüssige Kopplung der im Normalzustand relativ zueinander in Umfangsrichtung bewegbaren Schwungmassen. Damit übernimmt das Fluid in einem
Torsionsschwingungsdampfer, beispielsweise in einem Zweimassenschwungrad zusätzlich zu den bisher schon übernommenen Aufgaben der Dämpfung und/oder Schmierung relativ zueinander bewegter Bauteile, die bisher z.B. durch die mechanischen Bauteile erfüllte neue Funktion der Kopplung bzw. Entkopplung an- und abtriebsseitiger, im teilweise oder vollständig entkoppelten Zustand relativ zueinander bewegbare Bauteile.
Als Beispiel für eine Temperatur, bei der das Dämpfungsmedium von dem flüssigen oder viskosen in den festen oder nahezu festen Zustand wechseln soll, sei der Einsatz bei tiefen Temperaturen, wie diese z.B. in den Wintermonaten in Nordamerika und Nordeuropa auftreten können, genannt.
Ein solches Medium muß natürlich nach einigen Umdrehungen den Erstarrungszustand verlassen und wieder pastös werden, so daß die relative begrenzte Drehbewegung zwischen den Schwungmassen ausgeführt werden kann. Wenn der Anlaßvorgang abgeschlossen ist und sich der Schwingungsdämpfer anschließend auf seine Normalbetriebstemperatur erwärmt, wird das zuvor feste Fluid wieder viskos und übernimmt dämpfende und schmierende Aufgaben. Zugleich wird damit die zuvor im Anlaßzustand benötigte feste oder nahezu feste Kopplung zwischen den Schwungmassen aufgehoben und der Schwingungsdämpfer kann die an- bzw. abtriebsseitigen Schwungmassen in der im Normalbetrieb schwingungstechnisch benötigten oder gewünschten Art und Weise entkoppeln.
Der besondere Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß keine zusätzlichen Bauteile innerhalb oder außerhalb des Schwingungsdämpfers benötigt werden, um während des Anlaßvorganges bei tiefen Temperaturen die starre Ankopplung der beiden Schwungmassen aneinander zu erzielen. Dies erfolgt aufgrund des Erstarrens des Fluids automatisch. Eine dementsprechende
Dimensionierung der einzelnen Bauelemente des Antriebsstranges ist ebenfalls nicht erforderlich. Bauteilanzahl, Montageaufwand und Kosten werden minimiert.
Die allgemeine Lehre der Erfindung besteht darin, daß als Dämpfungsfluid ein
Medium verwendet wird, das bei Änderungen der Temperatur und/oder des Druckes der Umgebung seine physikalischen Fließeigenschaften, insbesondere die Viskosität stark ändert. Zu solchen Fluiden gehören sogenannte mesogene Flüssigkeiten. Dies sind organische Verbindungen, die bei bestimmten Temperaturen und/oder Drücken der Umgebung eine isotrope flüssige Phase aufweisen und bei Änderung von Temperatur und/oder Druck in eine flüssigkristalline Phase übergehen. Beim Übergang der einen in die andere Phase ändern sich Eigenschaften des Fluids, wie etwa die Viskosität, dramatisch.
Als Fluid, das diese zusätzliche Funktion übernehmen kann, kann ein sogenanntes mesogenes Fluid zum Einsatz kommen. Mesogene Stoffe können neben der allen mesogenen Stoffen eigenen isotropen flüssigen Phase auch flüssigkristalline Phasen annehmen. Diese Phasen besitzen richtungsabhängige physikalische Eigenschaften, wie diese in Kristallen vorkommen, lassen sich aber unter bestimmten Bedingungen zugleich bewegen. Beim Übergang von einer fluiden Phase in eine andere ändern sich mitunter die Eigenschaften, etwa die Viskosität, drastisch.
Neben den mesogenen Fluiden sind weitere Fluide, die als erfindungsgemäßes Fluid eingesetzt werden können, solche Fluide, die bei
Temperatur- und/oder Druckänderung ihr Fließverhalten, insbesondere ihre Viskosität ändern, und zwar dergestalt, daß ein gewünschter Kopplungs- und Entkopplungszustand in bestimmten Betriebszuständen des Torsionsschwingungsdampfers, insbesondere des Zweimassenschwungrades, unter Verwendung der Fluideigenschaften eingestellt werden kann, ohne daß weitere z.B. mechanische Kopplungs- bzw. Verrieglungsmechanismen eingesetzt werden müssen, bekannt. In diese Gruppe gehören Öle und Fette, deren Erstarrungspunkt, also der Punkt, an dem das Grundöl des Fluids vom flüssigen in einen nicht mehr fließfähigen Aggregatszustand übergeht, derart bemessen ist, daß der Übergang zur Erzielung des Wechsels zwischen der einstellbaren Kopplung bzw. Entkopplung der an- und abtriebsseitigen Bauteile des Torsionsschwingungsdampfers oder des Zweimassenschwungrades ausgenutzt wird.
Vorzugsweise werden derartige Fluide eingesetzt, die allein Umgebungstemperatur gesteuert Erstarrungspunkt-Übergänge zwischen zwei
Fließfähigkeitszuständen, Übergänge zwischen verschiedenen Aggregatszuständen oder Phasenübergänge zwischen zwei oder mehreren Phasen innerhalb des Betriebsbereiches des Torsionsschwingungsdampfers, bzw. innerhalb des Zweimassenschwungrades vollziehen, um sich ohne zusätzlich notwendige Steuersignale oder Steuerungsenergie den jeweiligen
Anforderungen des Betriebspunktes oder den gewünschten Zielvorgaben optimiert anzupassen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zustandsänderungen des Fluides auch über eine Steuerungseinrichtung gezielt zu beeinflussen, in dem das eingesetzte Fluid mit entsprechenden Temperaturen und/oder Drücken beaufschlagt wird. Dies bietet den Vorteil einer universellen Einsetzbarkeit für unterschiedliche Verwendungszwecke bei unterschiedlichen
Randbedingungen.
Durch die Auswahl entsprechender Fluide oder über die spezielle
Zusammensetzung derartiger Fluide, z.B. durch Auswahl eines geeigneten
Grundöls, können die gewünschten Kopplungs- bzw.
Entkopplungseigenschaften auf die im jeweiligen Betriebsfall notwendigen Vorgaben oder Ziele eingestellt werden, z.B. durch Einstellung des
Phasenüberganges entsprechend des konkreten Einsatzerfordernisses.
Vorzugsweise dient das zur Dämpfung verwendete Fluid gleichzeitig der Schmierung der bewegbaren Bauteile. Dies bietet den Vorteil, daß zur Realisierung der beiden Funktionen - Realisierung der Kopplung und
Schmierung - lediglich ein einziges Betriebsmedium verwendet werden muß, weshalb eine aufwendige Gestaltung von entsprechenden Führungskanälen ebenfalls nicht erforderlich ist.
Vorzugsweise wird ein ganz bestimmtes Fett als Dämpfungsmedium im Torsionsschwingungsdampfer eingesetzt, das bei tiefen Temperaturen, wie diese z.B. in den Wintermonaten in Nordeuropa oder Nordamerika auftreten können, in einen festen oder nahezu festen Zustand übergeht. Es wird damit dasselbe erreicht, wie wenn man mittels eines mechanisch wirkenden Sperriegels die Schwungmassen eines Schwingungsdämpfers relativ zueinander drehfest macht, nämlich eine nahezu formschlüssige Kopplung der im Normalzustand relativ zueinander in Umfangsrichtung bewegbaren Schwungmassen. Erfindungsgemäß wird daher ein Fett mit der Eigenschaft eines Erstarrungspunktes, welches in einem Bereich von einschließlich 0°C bis einschließlich -40°C liegt, eingesetzt.
Vorzugsweise dient das zur Dämpfung verwendete Fett gleichzeitig der Schmierung der bewegbaren Bauteile. Dies bietet den Vorteil, daß zur Realisierung der beiden Funktionen - Realisierung der Kopplung und Schmierung - lediglich ein einziges Betriebsmedium verwendet werden muß, weshalb eine aufwendige Gestaltung von entsprechenden Führungskanälen ebenfalls nicht erforderlich ist.
Für die Zusammensetzung des Fettes können beispielsweise die folgenden Grundöle verwendet werden: a) ein synthetisches Kohlenwasserstoff-Öl b) ein fluoriertes Polyether-Öl c) ein Polyalkylenglykol-Öl
Der Erstarrungspunkt kann entsprechend des konkreten Einsatzerfordernisses über die spezielle Zusammensetzung des Fettes eingestellt werden. Die erfindungsgemäße Lösung, d. h. die Anwendung des durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisierten Dämpfungsfluides in einem Schwingungsdämpfer ist nicht von einer bestimmten Bauart des Schwingungsdämpfers abhängig, sondern führt für unterschiedlichste Ausführungen zum gleichen Ergebnis. Die Schwingungsdämpfer können dabei, wie in den eingangs genannten Druckschriften beschrieben, aufgebaut sein. Auch ist es denkbar, die erfindungsgemäße Lösung bei einem sogenannten Zweimassenschwungrad anzuwenden.
Die Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung an rotierenden Bauelementen umfaßt wenigstens eine Primärmasse und eine Sekundärmasse, welche in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Die Primärmasse und die Sekundärmasse sind dabei über eine Dämpfungs- und Federkopplung miteinander koppelbar. Die Mittel zur Realisierung der Federkopplung umfassen wenigstens jeweils eine Federeinrichtung. Eines der beiden Bauelemente - Primärmasse oder Sekundärmasse - wird dabei von wenigstens zwei scheibenförmigen Elementen gebildet, die einen mit einem Dämpfungsmedium wenigstens teilweise befüllbaren Innenraum umschließen, in welchem das jeweils andere Bauelement, Sekundärteil oder Primärteil, angeordnet wird. Die Mittel zur Realisierung der Federkopplung und die weiteren Mittel zur Realisierung der Dämpfung können jeweils in einer Einrichtung integriert werden oder aber als eigenständige Baueinheiten ausgeführt sein. Im letzten Fall ist es denkbar, die ersten Mittel zur Realisierung der Federkopplung und die zweiten Mittel zur Realisierung der Dämpfung des Systems unterschiedlichen Einrichtungen zuzuordnen, beispielsweise diese in separaten, räumlich voneinander getrennt angeordneten Kammern, welche zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse ausgebildet werden, anzuordnen. Die Mittel zur Realisierung der Dämpfung können dabei hydraulisch oder mechanisch wirken. Diese umfassen dazu wenigstens eine mit einer Hydraulikflüssigkeit und/oder einem anderen Dämpfungsmedium befüllbare Kammer, welcher wiederum Mittel zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens zugeordnet sein können. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens wenigstens eine, einer Dämpfungskammer zugeordnete Drosselstelle, welche in der Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung integriert ist. Vorzugsweise ist die Drosselstelle dann direkt in der Dämpfungskammer angeordnet.
Des weiteren ist es denkbar, die Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung mit weiteren dritten Mitteln zur Begrenzung des Verdrehwinkels zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil auszustatten, wobei diese Mittel der
Dämpfungskammer zugeordnet sein können und die Dämpfungskammer in zwei Teilkammern unterteilen, welche über wenigstens eine Drosselstelle miteinander verbunden sind, wobei die dritten Mittel an der Bildung der Drosselstelle beteiligt sind. Für die Ausbildung der Drosselstelle bestehen wiederum folgende Möglichkeiten: a) Integration der Drosselstelle in den dritten Mitteln; b) Ausbildung der Drosselstelle zwischen den dritten Mitteln und den räumlichen Begrenzungen der Dämpfungskammer durch Primärteil und Sekundärteil.
Die Viskosität des verwendeten Dämpfungsfluides kann dabei derart eingestellt sein, daß es sich bei Betriebstemperaturen des Schwingungsdämpfers zwischen Dämpfungsteilkammer hin- und herbewegen kann.
Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Dämpfungsfluides ist bei Ausführungen der Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung, beispielsweise wie in der Druckschrift DE 39 23 749 C1 beschrieben, denkbar. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift bezüglich der Ausführung der Vorrichtung zur Schwingungsdämpfung soll hiermit vollumfänglich in den
Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit aufgenommen werden. Bei dieser Vorrichtung wird in dem mit einem Dämpfungsmedium gefüllten Innenraum zwischen den beiden Bauelementen Primärteil und Sekundärteil ein sogenannter schwimmender Dämpfungsring angeordnet, der weder mit der einen, noch mit der anderen Masse in formschlüssiger Verbindung steht. Dieser schwimmende Dämpfungsring bildet dabei mit dem ersten
Bauelement, beispielsweise dem Primärteil, zumindest eine erste Verdrängungskammer und mit dem zweiten Bauelement, in diesem Fall dem Sekundärteil, zumindest eine zweite Verdrängungskammer. Auf diese Weise ist der schwimmende Dämpfungsring dem freien Kräftespiel während der Relativbewegung von Primärteil und Sekundärteil ausgesetzt, wobei er gegenüber jedem der beiden Bauelemente jeweils begrenzt verdrehbar ist. Unter Berücksichtigung der Eigenmasse des schwimmenden Dämpfungsringes sowie der zur Verfügung stehenden Spaltquerschnitte ist es somit möglich, daß bei kleinen Schwingungsamplituden nur die eine Verdrängungskammer zur Dämpfung wirksam wird, während bei größeren
Schwingungsamplituden, insbesondere auch bei niedrigerer Schwingungsfrequenz die zweite Verdrängungskammer zur Wirkung kommt, nämlich immer dann, wenn die begrenzte Verdrehbarkeit des schwimmenden Dämpfungsringes gegenüber einem Bauelement ausgenützt und die Verdrehbarkeit gegenüber dem anderen Bauelement noch zur Verfügung steht. Der Dämpfungsring kann dabei einteilig oder aber mehrteilig in Umfangsrichtung ausgeführt werden.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren zeigen mögliche Arten von Dämpfern, die alle jeweils wenigstens einen
Dämpfungsraum zur Aufnahme eines Dämpfungsfluids aufweisen.
Fig. 1 zeigt einen Torsionsschwingungsdampfer.
Fig. 2 zeigt ein Zweimassenschwungrad. Fig. 3 zeigt einen Teilquerschnitt eines Torsionsschwingungsdampfers.
Fig. 4 veranschaulicht mögliche Anordnungen von Molekülen von erfindungsgemäßen mesogenen Dämpfungsfluiden.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Torsionsschwingungsdampfer bekannter Bauart, umfassend zwei Schwungmassen 1 und 2, welche auch als Primärteil und Sekundärteil bezeichnet werden. Die eine der beiden Schwungmassen ist drehfest mit der Antriebsseite im Traktionsbetrieb betrachtet, insbesondere einem Verbrennungsmotor, verbindbar, und die andere bei Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb von einer Antriebsmaschine zum Abtrieb betrachtet abtriebsseitige Schwungmasse mit der Abtriebsseite. Die beiden Schwungmassen sind in Umfangsrichtung relativ zueinander begrenzt verdrehbar, und zwar entgegen der Kraft von Energiespeichereinheiten, insbesondere Federn 3, von denen vorzugsweise mehrere über den Umfang des Torsionsschwingungsdampfers verteilt angeordnet sind. Die Federn befinden sich innerhalb einer Dämpfungskammer 4. Diese ist mit dem erfindungsgemäßen Fluid gemäß der Erfindung gefüllt. Es ist auch denkbar, die Federeinheiten und das Dämpfungsmittel jeweils in separaten Kammern anzuordnen.
Die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung ist ein sogenanntes Zweimassenschwungrad. Dieses weist ebenfalls zwei Schwungmassen 1 und 2 auf, welche auch als Primärmasse und Sekundärmasse bezeichnet werden und die über ein Lager 5 aufeinander gelagert sind. Die eine der beiden
Schwungmassen, die antriebsseitige Schwungmasse 1 ist drehfest mit der Antriebsseite bei Kraftübertragung im Traktionsbetrieb betrachtet, insbesondere mit einem Verbrennungsmotor verbindbar, und die andere der ersten Schwungmasse 1 in Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb betrachtet nachgeordnete zweite Schwungmasse 2, die abtriebsseitige Schwungmasse ist mit einer Reibungskupplung verbunden: Dabei besteht die Möglichkeit, daß bereits die abtriebsseitige Schwungmasse eine Reibfläche der Reibungskupplung bildet. Auch hier sind wiederum Federn 3 vorgesehen sowie eine Dämpfungskammer 4. Diese ist ganz oder teilweise mit dem erfindungsgemäßen Fluid gemäß der Erfindung gefüllt.
In Fig. 3 sind in einem Teilquerschnitt eines Torsionsschwingungsdampfers mit in Segmente in Umfangsrichtung unterteiltem schwimmendem Dämpfungsring Dämpfungskammern 4 näher dargestellt. Diese bestehen jeweils im wesentlichen aus zwei Teilkammern 4a, 4b, die über eine Drossel 6 miteinander verbunden sind. Die in Fig. 3 dargestellte Drossel 6 wird durch einen in die Dämpfungskammer 4 ragenden, mit der Schwungmasse 1 verbundenen Stehbolzen 7 und ein auf den Stehbolzen 7 aufgeschobenes Plastiksegment 8 gebildet. Bei Dämpfungsbewegungen zwischen den beiden Schwungmassen 1 , 2 verschiebt sich der Stehbolzen 7 mit dem Plastiksegment 8 innerhalb der Dämpfungskammer 4 und verdrängt Fluid aus der einen Teilkammer 4a, 4b in die andere Teilkammer 4b, 4a. Die Dämpfung wird durch die Fließfähigkeit des Fluides und durch die Drosselwirkung beim Hin- und Herpumpen zwischen den Teilräumen 4a, 4b erzeugt. Zur Einstellung der gewünschten Dämpfung lassen sich die Fließfähigkeit des Fluides und die Bauteilegeometrie anpassen.
Für einen Antriebsstrang mit zugehörigem Schwingungsdämpfer lassen sich die gewünschten Phasenübergänge und die erforderlichen Dämpfungs- und Fließeigenschaften des Fluides vorgeben. Aufgrund dieser Vorgaben kann im Labor durch Versuche ein geeignetes Mischungsverhältnis von einzelnen
Fluidkomponenten ermittelt werden, um die gewünschte Phasenänderung und die Fließeigenschaften des erfindungsgemäßen Fluides einzustellen. Eine Einstellung der Dämpfungseigenschaften des Schwingungsdämpfers kann auch durch eine Abstimmung der Drossel und der Fließfähigkeit des Fluides erfolgen. Figur 4 veranschaulicht die Moleküle einer mesogenen Flüssigkeit in mehreren möglichen Anordnungen.
Wie man sieht, sind die Moleküle in der isotropen Phase völlig ungeordnet. In der nematischen Phase haben sie eine Vorzugsrichtung. In den smektischen
Phasen haben sie Schichtstrukturen; die molekulare Beweglichkeit ist hierbei weitgehend eingeschränkt.
Auch tellerförmige Moleküle sind denkbar. Sie können ebenfalls in der isotropen und der diskoid-nematischen Phase auftreten, und schließlich in sogenannten columnar-diskotischen Phasen. Die höher geordneten Phasen entstehen bei tieferen Temperaturen und hohen Drücken.

Claims

Patentansprüche
1. Dämpfungsfluid zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, der seinerseits zwei Schwungmassen umfaßt, die relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind und der wenigstens eine Dämpfungskammer zur Aufnahme von wenigstens einem Dämpfungsmedium aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmedium ein Fluid ist, das bei Temperatur- und/oder Druckänderungen sein Fließverhalten, insbesondere seine Viskosität und/oder Aggregatzustand ändert, wobei das Fluid zusätzlich zur Dämpfung und/oder Schmierung die Funktion der Kopplung bzw. Entkopplung an- und abtriebsseitiger Bauteile übernehmen kann.
2. Dämpfungsfluid nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Funktionszustände Kopplung und Entkopplung unterschiedlichen Temperatur- und/oder Druckbereichen zugeordnet sind.
3. Dämpfungsfluid nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität und/oder der Aggregatzustand derart eingestellt ist, daß es sich bei den im Betriebszustand Entkopplung auftretenden Temperatur- und/oder Druckverhältnissen des Schwingungsdämpfers zwischen Dämpfungsteilkammern hin und herbewegen kann.
4. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität und/oder der Aggregatzustand derart eingestellt ist, daß es sich bei den im Betriebszustand Kopplung auftretenden Temperatur- und/oder Druckverhältnissen des Schwingungsdämpfers zwischen Dämpfungsteilkammern nicht hin und herbewegen kann.
5. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität und/oder der Aggregatzustand derart eingestellt ist, daß es sich bei den im Betriebszustand nahezu feste Kopplung auftretenden Temperatur- und/oder Druckverhältnissen des Schwingungsdämpfers zwischen Dämpfungsteilkammern nahezu nicht hin und herbewegen kann, so daß es die Funktion eines mechanisch oder über Reibeinrichtungen wirkenden Sperr- bzw. Kopplungssystems übernimmt.
6. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid bei nicht vollständiger Kopplung an- und abtriebsseitiger Bauteile gleichzeitig die Schmierung der bewegbaren Bauteile bewirkt.
7. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsfluid ein sogenanntes mesogenes Fluid ist, das bei Temperatur- und/oder Druckänderungen seine Phase ändert.
8. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsfluid ein Fluid auf Wasserbasis, ein Öl, ein Fett, ein Gel oder eine Paste oder eine Kombination der genannten Stoffe ist.
9. Dämpfungsfluid nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Dämpfungsfett ein Fett mit der Eigenschaft ist, daß der Erstarrungspunkt in einem Bereich von einschließlich 0°C bis einschließlich -40°C liegt.
10. Dämpfungsfluid nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Erstarrungspunkt zwischen -20 und -40°C liegt.
11. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundöl des Fettes ein synthetisches Kohlenwasserstoff-Öl ist.
12. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundöl des Fettes ein fluoriertes Polyether- Öl ist.
13. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundöl des Fettes ein Polyalkylenglykol-Öl ist.
14. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsfluid nichtmetallische oder metallische Partikel, Teilchen oder Additive in Form von Verbindungen,
Lösungen, Emulsionen, Dispersionen, Suspensionen und/oder Kolloiden enthält.
15. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsfluid aus chemisch-organischen und/oder chemisch-anorganischen Bestandteilen zusammengesetzt ist.
16. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer mit zwei Schwungmassen, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß die
Schwungmassen relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, mit wenigstens einer Dämpfungskammer, die wenigstens teilweise mit einem Dämpfungsfluid gefüllt ist.
17. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Einrichtung zum Verändern der Temperatur und/oder des Druckes in der Dämpfungskammer vorgesehen ist.
18. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer nach Anspruch 17, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung zum Verändern der Temperatur und/oder des Druckes in der Dämpfungskammer eine elektronische Steuerungseinrichtung umfaßt, welche als Eingangsdaten Daten von Umgebungs- und/oder
Betriebsbedingungen und/oder von Motor- und/oder Getriebesteuerungen erfaßt und eine Stellgröße zum Verändern der Temperatur und/oder des Druckes in der Dämpfungskammer bildet.
19. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung zum Verändern der Temperatur und/oder des Druckes in der Dämpfungskammer eine pneumatisch und/oder hydraulisch und/oder elektrisch und/oder magnetisch wirkende Steuerungseinrichtung umfaßt, welche als Eingangsdaten Daten von Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen und/oder von Motor- und/oder Getriebesteuerungen erfaßt und eine Stellgröße zum Verändern der Temperatur und/oder des Druckes in der Dämpfungskammer bildet.
20. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schwungmassen als Kupplungsbauteile ausgeführt sind.
21. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen beiden Schwungmassen mindestens ein Kraftspeicher angeordnet ist.
22. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer nach Anspruch 21 , wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß der Kraftspeicher innerhalb der Dämpfungskammer angeordnet ist.
23. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dämpfungskammer in wenigstens zwei Teilkammern unterteilt ist.
24. Dämpfungsfluid nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Anwendung bei einem Schwingungsdämpfer, wobei der Schwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, daß der Schwingungsdämpfer als Zweimassenschwungrad ausgebildet ist.
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