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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors.
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Hubkolbenmaschinen in Form von Verbrennungsmotoren setzen die antreibende lineare Bewegung der Kolben mittels Kurbelwellen in Drehbewegungen um und erzeugen damit einen nutzbaren Antrieb. Neben der Drehungleichförmigkeit führt eine Zündung im Zylinder mit seinen Gas- und anschließenden Massekräften zu einem Stoß auf die Kurbelwelle, so dass diese an der Stelle leicht tordiert. Dies führt dann zu Torsionseigenschwingungen der Kurbelwelle. Durch die Regelmäßigkeit der Torsionsschwingungsanregungen kann es unter bestimmten Bedingungen zu Resonanzüberhöhungen kommen, die zu einem Versagen von Bauteilen führen können. Um derartige Resonanzüberhöhungen innerhalb des Motors zu verringern, werden Drehschwingungsdämpfer, die auch Drehschwingungstilger genannt werden, eingesetzt.
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Es sind so genannte Gummi-Drehschwingungsdämpfer mit einer drehstarr mit dem zu dämpfenden System (z. B. Kurbelwelle, Nockenwelle) verbundenen Primärmasse (Nabe) und einer mittels eines Gummifederelements elastisch mit der Primärmasse verbundenen Sekundärmasse (Dämpfermasse) bekannt. Gummidämpfer wurden bisher als ausreichend z. B. für gewöhnliche 4-Zylinder-PKW-Motoren erachtet. Mit zunehmender Leistung solcher Motoren entsteht insbesondere bei Dieselmotoren Bedarf für leistungsfähigere Schwingungsdämpfer ohne zusätzlichen Bauraumbedarf.
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Eine Alternative zum Gummidämpfer bildet der so genannte Viskositätsdämpfer, bei dem die Sekundärmasse (seismische Masse) in einem Gehäuse der Primärmasse frei drehbar gelagert ist. Ein Spalt zwischen dem Gehäuse und der Sekundärmasse ist mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt (z. B. Silikonöl). Die durch Drehschwingungen induzierte Scherströmung dissipiert mechanische Leistung, wodurch der Viskositätsdämpfer eine hohe Dämpfungswirkung erhält, die einen Einsatz selbst an Großmotoren ermöglicht. Bei Verwendung von Silikonöl verwendet man zudem die nicht-newtonschen Effekte der Flüssigkeit, die zu einer Federankopplung der Sekundärseite führen, so dass der Schwingungsdämpfer zusätzlich auf die Torsionseigenfrequenz der Kurbelwelle abgestimmt werden kann, was zu einem insgesamt besseren Wirkungsgrad des Schwingungsdämpfers führt.
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Die
DE 10 2004 060 754 A1 offenbart beispielsweise einen Viskositätsdämpfer, mit einer Mehrzahl von Sekundärmassen, die in dem Gehäuse angeordnet sind und jeweils über die viskose Flüssigkeit schwingungstechnisch an das Gehäuse angekoppelt sind. Hierbei ist zwischen zwei nebeneinander angeordneten Sekundärmassen zumindest ein Abstandshalter anzuordnen, der drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Diese Abstandhalter bzw. Trennwände machen die Dämpfermontage aufwändig und erschweren die Befüllung des Dämpfergehäuses mit viskoser Flüssigkeit. Außerdem verteuern die Trennwände und vor allem deren Fixierung das System.
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Ein weiterer Viskositätsdämpfer mit zwei Sekundärmassen ist aus der
DE 10 2012 107 554 A1 bekannt, bei dem die wenigstens zwei Sekundärmassen so ausgebildet sind, dass sich eine der beiden Sekundärmassen wenigstens bereichsweise radial außerhalb der anderen Sekundärmasse erstreckt und in diesem Bereich durch einen axialen Spalt von der anderen Sekundärmasse getrennt ist. Nachteilig an diesem Aufbau ist, dass die Einstellung und/oder die Anpassung der Dämpfungswirkung aufwändig und schwierig ist.
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Das Dokument
DE 10 2006 014 952 A1 offenbart einen Schwingungstilger, umfassend wenigstens einen um eine Drehachse drehbaren Tilgerkörper und wenigstens eine auf eine Anregungsfrequenz abgestimmte Tilgermasse, wobei die Tilgermasse bezüglich des Tilgerkörpers in wenigstens einer Ebene verlagerbar ist, bei deren Verlagerung sich ihr radialer Abstand zur Drehachse verändert.
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Dokument
US 2,585,382 A offenbart eine Vorrichtung zur Reduzierung von Drehschwingungen rotierender Wellen, wie z.B. der Kurbelwellen von Motoren.
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Dokument
US 3,121,347 A offenbart einen viskosen Drehschwingungsdämpfer, bei dem die Scherfestigkeit einer viskosen Flüssigkeit zwischen den eng beabstandeten gegenüberliegenden Oberflächen eines oder mehrerer Schwungräder und eines Schwungradgehäuses als nachgiebige Kupplung zwischen den gegenüberliegenden Schwungrad- und Gehäuseflächen genutzt wird.
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Dokument
DE 693 05 988 T2 offenbar eine Methode und eine Vorrichtung zur Kompensierung einer Unwucht, speziell eine Methode und eine Vorrichtung zur dynamischen Kompensierung einer Unwucht in einem Rotationskörper.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, den bekannten Stand der Technik weiterzubilden, um einen Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, mit dem Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, einen Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, dessen Dämpfungswirkung auf einfache Weise einstellbar und/oder anpassbar ist.
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Diese Aufgaben werden durch einen Drehschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Der Drehschwingungsdämpfer wird nachfolgend auch als Schwingungsdämpfer oder Dämpfer bezeichnet.
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Gemäß allgemeinen Gesichtspunkten der Erfindung wird ein Drehschwingungsdämpfer bereitgestellt, insbesondere zur Dämpfung von Drehschwingungen eines Verbrennungsmotors, z. B. Drehschwingungen einer Kurbelwelle oder Nockenwelle des Verbrennungsmotors. Der Drehschwingungsdämpfer ist ein Viskositätsdämpfer. Der Drehschwingungsdämpfer umfasst ein Gehäuse, das mindestens eine erste Kammer und eine zweite Kammer aufweist. Hierbei ist in der ersten Kammer eine erste Sekundärmasse, die über eine in der ersten Kammer angeordnete erste Viskoseflüssigkeit mit dem Gehäuse in Kontakt ist, angeordnet. Ferner ist in der zweiten Kammer eine zweite Sekundärmasse, die über eine in der zweiten Kammer angeordnete zweite Viskoseflüssigkeit mit dem Gehäuse in Kontakt ist, angeordnet. Ferner sind die mindestens eine erste Kammer und die zweite Kammer nicht fluidisch miteinander verbunden. Die mindestens zwei Sekundärmassen sind somit jeweils in einer eigenen, separaten Kammer untergebracht, die nicht in Fluidverbindung mit einer anderen Kammer steht.
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Ein besonderer Vorzug des Drehschwingungsdämpfers ist, dass die unterschiedlichen Kammern somit mit unterschiedlichen Viskoseflüssigkeiten befüllt werden können. Die Dämpfungswirkung kann auf diese Weise durch die unterschiedlichen Viskoseflüssigkeiten auf einfache Weise und sehr gezielt eingestellt werden. Hierdurch ist eine besonders genaue und leicht zu handhabende Frequenzabstimmung, auch für unterschiedliche Antriebsstrangkonfigurationen, möglich.
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Beispielsweise können die erste und zweite Viskoseflüssigkeit unterschiedlich sein, insbesondere kann die erste Viskoseflüssigkeit eine von der zweiten Viskoseflüssigkeit unterschiedliche Viskosität aufweisen. Durch Wahl der Viskoseflüssigkeit, insbesondere durch Variation der Viskosität, kann eine genaue und leicht zu handhabende Abstimmung der Dämpfungswirkung des Drehschwingungsdämpfers vorgenommen werden. Die Viskoseflüssigkeiten in den Kammern können auch gleich sein. Die Viskoseflüssigkeit kann insbesondere eine viskoelastische Flüssigkeit, z. B. Silikonöl oder eine andere Flüssigkeit, sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gehäuse genau zwei Kammern, wobei in jeder der Kammern eine Sekundärmasse angeordnet ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann mehr als zwei Kammern und mehr als zwei Sekundärmassen aufweisen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weist das Gehäuse demzufolge mindestens eine weitere Kammer auf, die fluidisch nicht mit einer anderen, eine Sekundärmasse aufweisenden Kammer des Gehäuses verbunden ist und in der eine Sekundärmasse angeordnet ist, die über eine in der weiteren Kammer angeordnete Viskoseflüssigkeit mit dem Gehäuse in Kontakt ist.
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Die mindestens eine erste Kammer und eine zweite Kammer sind vorzugsweise in das gleiche Gehäuseteil, vorzugsweise in ein einstückig ausgeführtes Gehäuseteil, integriert. Die mindestens eine erste Kammer und eine zweite Kammer sind vorzugsweise in ein Gehäuseteil integriert, das nur eine Anbindungsstelle, z. B. eine Nabe, aufweist zur drehfesten Anbringung des Drehschwingungsdämpfers bzw. Gehäuses an einer Welle, insbesondere der Kurbelwelle, des Verbrennungsmotors.
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Die Sekundärmassen können sich in ihrer jeweiligen Kammer um eine Drehachse des Schwingungsdämpfers herum erstrecken. Der Drehschwingungsdämpfer und/oder das Gehäuse, die Kammern und die Sekundärmassen können im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu der Drehachse des Dämpfers sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform können die Sekundärmassen jeweils kreisringförmig ausgebildet sein, vorzugsweise mit unterschiedlicher Größe. Der Begriff „ringförmig“ soll insbesondere auch flache Ringformen umfassen, d. h. Ringformen mit unteren und oberen Planseiten. Gemäß einem weiteren Aspekt können die Sekundärmassen ein unterschiedliches Gewicht aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsvariante können die Sekundärmassen im Gehäuse axial versetzt, zueinander angeordnet sein. Dies bedeutet, dass die Sekundärmassen in Richtung der Dreh-achse des Schwingungsdämpfers versetzt angeordnet sind.
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Gemäß einer Ausführungsvariante können die Sekundärmassen im Gehäuse radial versetzt zueinander angeordnet sein.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, mit einem Drehschwingungsdämpfer wie in diesem Dokument beschrieben.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
- 2 einen axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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1 zeigt einen axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Der Drehschwingungsdämpfer ist in 1 allgemein mit 10 bezeichnet. Dieser Drehschwingungsdämpfer weist zunächst ein Gehäuse 11 (Primärmasse) auf, welches radial innen mit einem Nabenbereich (nicht dargestellt) versehen ist, der je nach Einbausituation, wie dargestellt, entweder scheibenförmig und mit Befestigungsöffnungen 4 versehen ist oder mit einem buchsenartigen nabenförmigen Bereich zum Aufschieben auf eine Welle 2. Die Welle 2 ist vorliegend eine Kurbelwelle 2 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine. Die Mittelachse der Kurbelwelle ist mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Mittelachse 1 legt die Axialrichtung fest. Die Radialrichtung ist senkrecht hierzu.
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Das Gehäuse 21 des Drehschwingungsdämpfers 10 ist querschnittlich so gestaltet, dass es im radial äußeren Bereich einen Bereich größerer Dicke in Axialrichtung aufweist. In diesem Bereich bildet das Gehäuse zwei voneinander getrennte Kammern bzw. Hohlräume 12 und 14 aus. In jeder der Kammern befindet sich eine Sekundärmasse 13, 15. Jede Kammer 12, 14 ist zudem mit einer viskosen Flüssigkeit (Viskoseflüssigkeit) befüllt, z. B. Silikonöl.
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Lediglich beispielhaft kann der Drehschwingungsdämpfer 10 so hergestellt werden, dass in die offene, noch nicht mit einem Deckelteil verschlossene Kammer 12 bzw. 14 zunächst die Sekundärmasse 13 bzw. 15 eingebracht wird. Dann werden die Kammern 12 und 14 jeweils mit einem Deckelteil (nicht gezeigt) verschlossen (beispielsweise verschweißt). Anschließend werden die Kammern 12 und 14 durch eine oder mehrere Füllöffnungen (nicht gezeigt) mit der viskosen Flüssigkeit befüllt. Anschließend wird die Füllöffnung bzw. werden die Füllöffnungen verschlossen.
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Die beiden Kammern 12 und 14 sind hierbei fluidisch nicht miteinander gekoppelt, d. h., Viskoseflüssigkeit aus einer Kammer kann nicht in die andere Kammer gelangen.
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Die viskose Flüssigkeit bewirkt eine Kraftkopplung der Sekundärmassen 12 oder 15 mit dem Gehäuse 11, wodurch die Drehschwingungen der Welle 2 wirksam gedämpft werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 sind die beiden Kammern 12 und 14 axial versetzt zueinander angeordnet. Demzufolge sind die Sekundärmassen 13, 15 in den beiden Kammern 12, 14 ebenfalls axial zueinander versetzt angeordnet.
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Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Sekundärmassen 13 und 15 kreisringförmig ausgeführt, jedoch mit unterschiedlicher Ringstärke in Radialrichtung und demzufolge mit unterschiedlichem Gewicht ausgebildet.
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2 zeigt einen axialen Querschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer 20 gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Dieser Drehschwingungsdämpfer 20 weist zunächst wieder ein Gehäuse 21 (Primärmasse) auf, das querschnittlich wiederum so gestaltet ist, dass es im radial äußeren Bereich einen Bereich größerer Dicke in Axialrichtung aufweist. In diesem Bereich bildet das Gehäuse 21 zwei wiederum voneinander getrennte Kammern bzw. Hohlräume 22 und 24 aus. In jeder der Kammern befindet sich eine Sekundärmasse 23, 25. Jede Kammer 22, 24 ist zudem mit einer viskosen Flüssigkeit (Viskoseflüssigkeit) befüllt, z. B. Silikonöl. Die beiden Kammern 22 und 24 sind hierbei fluidisch nicht miteinander gekoppelt, d. h., Viskoseflüssigkeit aus einer Kammer kann nicht in die andere Kammer gelangen.
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Die Besonderheit der in 2 dargestellten Ausführungsform liegt darin, dass die beiden Kammern 22 und 24 und damit auch die darin angeordneten Sekundärmassen 23, 25 radial versetzt zueinander angeordnet sind. Die beiden Sekundärmassen 13 und 25 sind wiederum kreisringförmig ausgeführt, jedoch mit unterschiedlicher Ringstärke in Radialrichtung und Axialrichtung und mit unterschiedlichem Durchmesser.
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Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass der Drehschwingungsdämpfer auch mehr als zwei Kammern und mehr als zwei Sekundärmassen aufweisen kann.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mittelachse der Kurbelwelle
- 2
- Kurbelwelle
- 10
- Drehschwingungsdämpfer
- 11
- Gehäuse
- 12
- Erste Kammer
- 13
- Erste Sekundärmasse
- 14
- Zweite Kammer
- 15
- Zweite Sekundärmasse
- 20
- Drehschwingungsdämpfer
- 21
- Gehäuse
- 22
- Erste Kammer
- 23
- Erste Sekundärmasse
- 24
- Zweite Kammer
- 25
- Zweite Sekundärmasse