DE19626729A1 - Rotierende drehschwingungsdämpfende Kraftübertragungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende drehschwingungsdämpfende Kraftübertragungseinrichtung wie eine Kupplung oder einen Drehschwingungstilger. Insbesondere betrifft die Erfindung eine derartige Kraftübertragungseinrichtung, die einen antriebsseitigen Primärteil und einen gegenüber dem Primärteil um einen vorgegebenen Drehwinkel verdrehbaren abtriebsseitigen Sekundärteil und zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil vorgesehene drehschwingungsdämpfende Übertragungselemente enthält, die bei einer Relativverdrehung von Primärteil und Sekundärteil aufgrund einer Drehschwingung ihre Gestalt verändern und die bei einer Gestaltveränderung der diese bewirkenden Relativverdrehung und damit der Drehschwingung entgegenwirken.

Eine Kupplung dient der Übertragung von Rotationsbewegung und Drehmoment von einem Motor o. ä. auf eine anzutreibende Einrichtung, wie etwa einen Generator oder eine Propellerwelle eines Schiffs o. ä. Dabei überträgt die Kupplung sowohl das während des Betriebs bei höherer Drehzahl aufzubringende Drehmoment als auch das beim Inbewegungsetzen der anzutreibenden Einrichtung aufzubringende Anfahrdrehmoment. Demgegenüber ist ein Drehschwingungstilger nicht in der Lage, das zum Inbewegungsetzen erforderliche höhere Drehmoment zu übertragen, sondern seine Funktion beschränkt sich darauf, Drehschwingungen der sich bereits mit höherer Drehzahl drehenden Einrichtung durch Verlagerungseffekte der Resonanzlagen zu dämmen. Die vorliegende Erfindung befaßt sich sowohl mit Kupplungen als auch mit Drehschwingungstilgern, die beide hier als rotierende drehschwingungsdämpfende Kraftübertragungseinrichtungen bezeichnet werden sollen.

Bei herkömmlichen Kupplungen wird das Drehmoment des Motors von einem antriebsseitigen Primärteil über zumindest in Umfangsrichtung elastisch federnde Übertragungselemente auf ein abtriebsseitiges Sekundärteil der Kupplung übertragen. Die Federsteifigkeit dieser elastischen Übertragungselemente bzw. deren Übertragungsverhalten ist material- und formabhängig und konstruktiv vorgegeben und bildet eine Kenngröße der Schwingungscharakteristik der Kupplung. Hierdurch ist ein Schwingungsverhalten mit drehzahlunabhängiger, im wesentlichen konstanter Lage der Eigenfrequenz vorgegeben. Dieser drehzahlunabhängigen Eigenfrequenzlage der Kupplung stehen die schwingungsanregenden Momente des antreibenden Motors gegenüber, die naturgemäß von der Motordrehzahl abhängig sind. Diese Motoranregungsfrequenzverläufe können in einem Strahlendiagramm, welches von der Motordrehzahl und der Eigenfrequenz aufgespannt wird, als lineare Ursprungsstrahlen dargestellt werden, deren Steigung mit zunehmender Ordnung größer ist. Demzufolge treten zwischen der drehzahlunabhängigen Eigenfrequenzlage der Kupplung und den drehzahlabhängigen Anregungen des Motors Schnittpunkte auf, an denen jeweils Resonanzen bei dem aus Motor-Kupplung-Anlage bestehenden Drehschwingungssystem auftreten können. Diese Resonanzen führen zu einer übermäßigen Beanspruchung und unter Umständen zu einem übermäßigen Verschleiß oder einer Beschädigung der Kupplung. In ausgeprägter Form treten diese Effekte bei irregulärem Betrieb (z. B. Ausfall eines Zylinders) auf und bedingen eine Überdimensionierung der Kupplung.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 27 01 205 ist ein Drehschwingungsdämpfer bzw. eine schwingungsdämpfende drehelastische Kupplung bekannt, die einen Innenteil und einen Außenteil aufweist und zwischen Innenteil und Außenteil mit federnden Elementen und flüssigkeitsgefüllten Kammern versehen ist. Die federnden Elemente sind in mit den Kammern in Verbindung stehenden Aufnahmeräumen vorgesehen, so daß der in den Kammern herrschende Flüssigkeitsdruck auf diese federnden Elemente übertragen wird. Hierdurch soll ein Drehschwingungsdämpfer bzw. eine schwingungsdämpfende Kupplung geschaffen werden, die nur wenig Verschleiß erfährt und deren Schwingungsverhalten temperaturunabhängig sein soll. Jedoch auch bei dieser bekannten Kraftübertragungseinrichtung ist die Eigenfrequenz im wesentlichen drehzahlunabhängig, da diese durch die Federsteifigkeit der federnden Elemente bestimmt ist, so daß auch hier das oben geschilderte Problem von Resonanzen zwischen der Eigenfrequenz der Kupplung und den Motoreigenfrequenzen auftritt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Kraftübertragungseinrichtung der vorausgesetzten Art zu schaffen, bei der Resonanzen zwischen der Kraftübertragungseinrichtung und dem Antrieb im Betriebsdrehzahlbereich ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Übertragungselemente der Kraftübertragungseinrichtung eine sich in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Kraftübertragungseinrichtung ändernde Steifigkeit aufweisen. Durch eine sich mit der Drehzahl erhöhende Steifigkeit der Übertragungselemente erhöht sich die Eigenfrequenz der Kraftübertragungseinrichtung mit der Kupplung, so daß Anregungen der Kupplungseigenfrequenz durch den Motor im Betriebsdrehzahlbereich unterbleiben.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Steifigkeit der Übertragungselemente im wesentlichen quadratisch mit der Drehzahl der Kraftübertragungseinrichtung ansteigt.

Gemäß einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil eine Anzahl von Kammern ausgebildet sind, die durch Trennelemente in zwei Teilkammern geteilt sind und die eine Dämpfungsflüssigkeit enthalten, wobei die eine Teilkammer bei Relativverdrehung von Primärteil und Sekundärteil ihre Breite in Umfangsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung verringert und die andere Teilkammer ihre Breite in Umfangsrichtung vergrößert, so daß die Dämpfungsflüssigkeit in der Teilkammer mit verringerter Breite radial einwärts ansteigt und in der Teilkammer mit vergrößerter Breite radial auswärts abfällt und aufgrund des unterschiedlichen Flüssigkeitsstandes in den beiden Teilkammern eine mit wachsender Drehzahl ansteigende Rückstellkraft erzeugt. Hierdurch wird vorteilhafterweise eine praktisch verschleißfrei arbeitende Kraftübertragungseinrichtung geschaffen, deren Eigenfrequenz so zunimmt, daß es zu keinen Resonanzen mit dem Motor bzw. dem Antrieb kommt.

Gemäß einer Ausführungsform werden die Kammern durch zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil vorgesehene lamellenartige Elemente gebildet, wobei die lamellenartigen Elemente so ausgebildet sind, daß sie eine Relativverdrehung zwischen Primärteil und Sekundärteil gestatten.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann dies so weitergebildet werden, daß die lamellenartigen Elemente durch an einem Innenkörper des Sekundärteils angebrachte, sich radial auswärts erstreckende Schaufeln gebildet sind, die an ihren radial äußeren Enden gegenüber dem Primärteil abdichtend entsprechend der Relativverdrehung in Umfangsrichtung gleitfähig ausgebildet sind, und daß die Trennelemente sich radial einwärts erstreckend an dem Primärteil angeordnet sind.

Die jeweils zu einer Kammer gehörenden Teilkammern können radial einwärts der Trennelemente miteinander verbunden sein, oder die Teilkammern können durch Trennelemente flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sein.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in den Teilkammern zwischen den Trennelementen und den lamellenartigen Elementen jeweils ein elastisch ausgebildetes, die Dämpflingsflüssigkeit enthaltendes Übertragungselement vorgesehen, wobei sich die Übertragungselemente jeweils entsprechend der Gestaltveränderung der Teilkammern verformen und eine Veränderung des Flüssigkeitsstandes der in den Übertragungselementen enthaltenen Dämpfungsflüssigkeit entsprechend der Gestaltveränderung der Teilkammern bewirken. Hierdurch ist das in jeder der Teilkammern enthaltene Flüssigkeitsvolumen dauerhaft und zuverlässig eingeschlossen, so daß ein Austreten der Dämpfungsflüssigkeit oder ein allmählicher Verlust derselben durch Verschleiß zuverlässig verhindert ist und somit über lange Zeit gleichbleibende Dämpfungseigenschaften der Kraftübertragungseinrichtung erhalten bleiben.

Gemäß einer Weiterbildung sind diese Übertragungselemente durch geschlossene Hohlkörper aus einem elastomeren Material gebildet, die die Dämpfungsflüssigkeit enthalten. Dies ist besonders von Vorteil, da derartige Übertragungselemente einfach und kostengünstig herstellbar sind und so hergestellt werden können, daß sie eine große Lebensdauer aufweisen.

Es ist von Vorteil, derartige aus einem elastomeren Material gebildete Hohlkörper nur teilweise mit der Dämpfungsflüssigkeit zu füllen. Auf diese Weise muß der sich entsprechend der Gestaltveränderung der Teilkammer ändernde Flüssigkeitsstand in dem Hohlkörper nicht allein durch die Elastizität desselben aufgefangen werden, sondern der Dämpfungsflüssigkeit steht innerhalb des Hohlkörpers durch Kompression des darin enthaltenen Gaspolsters zusätzlich Raum zur Verfügung.

Gemäß einer anderen sehr vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, daß in den Hohlkörpern in die Dämpfungsflüssigkeit eintauchende Wärmeableitungsbleche zur Ableitung von Wärme aus der Dämpfungsflüssigkeit nach außen vorgesehen sind. Hierdurch wird die beim Betrieb der Kraftübertragungseinrichtung in den Hohlkörpern entstehende Wärme leichter nach außen abgeleitet, die sonst wegen der nur geringen Wärmeleitfähigkeit des elastomeren Materials zu einer starken Erhitzung der Dämpfungsflüssigkeit führen könnte.

Vorteilhafterweise sind die Wärmeableitungsbleche in das elastomere Material der Hohlkörper einvulkanisiert.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Wärmeableitungsbleche an ihren radial äußeren Enden mit in Form von durch Teile des Primärteils geführten Achsen ausgebildeten Einfüllstutzen versehen, die die radial äußeren Enden der Hohlkörper am Primärteil fixieren und durch die die Dämpfungsflüssigkeit in die Hohlkörper einfüllbar ist.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist es vorgesehen, daß die Hohlkörper an ihrer Außenseite von einem verschleißmindernden Mantel umgeben sind, der zwischen dem Material des Hohlkörpers und den Trennelementen bzw. den lamellenartigen Elementen vorgesehen ist. Hierdurch wird die Verschleißfestigkeit der Übertragungselemente und damit der Kraftübertragungseinrichtung weiter verbessert.

Vorteilhafterweise ist der Mantel aus einem Metallblech gebildet.

Alternativ kann der Mantel aus einem verschleißfesten Kunststoffmaterial gebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, daß der verschleißmindernde Mantel zwei Schenkelbereiche ausbildet, welche über einen Scheitelbereich einstückig miteinander verbunden sind.

Vorteilhafterweise umschlingt der Scheitelbereich den Einfüllstutzen der Wärmeableitungsbleche teilweise, so daß dieser in Umfangsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung festgelegt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung wird vorteilhafterweise Öl als Dämpfungsflüssigkeit verwendet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Primärteil vorgesehen, der einen Ring aus einzelnen Segmentteilen umfaßt, und als Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite zur Kraftübertragung vorgesehen ist. Jeder der Segmentteile bildet ein Trennelement aus, an dem in Umfangsrichtung beiderseits jeweils eines der Übertragungselemente befestigt ist. Hierbei ist vorgesehen, die Segmentteile als kostengünstig herzustellende Strangpreßprofile zu fertigen. Neben einer einfachen und damit kostengünstigen Montage liegen weitere Vorteile dieser Ausführungsform in einer Gewichtsersparnis und in der Möglichkeit, einzelne umfassende Übertragungseinheiten der aus Segmentteil und zwei Übertragungselementen ohne großen Aufwand austauschen zu können.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1a) eine Schnittansicht einer rotierenden drehschwingungsdämpfenden Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 1b) eine Schnittansicht der in Fig. 1a) gezeigten Kraftübertragungseinrichtung entlang der Linie A-A;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Schnittansicht von Fig. 1a) zur Erläuterung der Wirkungsweise der Kraftübertragungseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3a) eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftübertragungseinrichtung;

Fig. 3b) eine Schnittansicht der in Fig. 3a) gezeigten Kraftübertragungseinrichtung entlang der Linie B-B;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Kupplungsbelastung eines Generatoraggregats;

Fig. 5a) ein Diagramm, in welchem die Eigenfrequenzen einer herkömmlichen Kraftübertragungseinrichtung und die Eigenfrequenzen einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt sind;

Fig. 5b) ein Diagramm, in welchem die Torsionssteifigkeit gegen das Wechseldrehmoment für Normalbetrieb und Aussetzerbetrieb einer Kraftübertragungseinrichtung dargestellt sind;

Fig. 6a) eine Schnittansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6b) eine Schnittansicht der in Fig. 6a) gezeigten Kraftübertragungseinrichtung entlang der Linie D-D;

Fig. 6c) eine Schnittansicht einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 7a) und 8a) vergrößerte Ausschnitte der in Fig. 6a) gezeigten Kraftübertragungseinrichtung zur Erläuterung von deren Wirkungsweise;

Fig. 7b) und 8b) Diagramme, in welchen die Kupplungseigenfrequenz und die Anregung dieser Kupplungseigenfrequenz durch den antreibenden Motor gegen die Motordrehzahl aufgetragen sind, zur Erläuterung von auftretenden Resonanzerscheinungen;

Fig. 1a) und 1b) zeigen Schnittansichten einer rotierenden, drehschwingungsdämpfenden Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Kupplung zur Übertragung von Antriebskräften von beispielsweise einem Motor auf einen Generator. Die Kraftübertragungseinrichtung enthält einen mit dem Motor gekoppelten antriebsseitigen Primärteil 1 und einen mit dem Generator gekoppelten abtriebsseitigen Sekundärteil 2, der gegenüber dem Primärteil 1 um einen vorgegebenen Drehwinkel verdrehbar ist, um Drehschwingungen aufnehmen und ausgleichen zu können. Am Umfang eines Sekundärteilinnenkörpers 3 des Sekundärteils 2 sind sich radial auswärts erstreckende lamellenartige Elemente 4 ähnlich Schaufeln angebracht, die an der Innenseite des Außenumfangs des Primärteils 1 enden. Die radial äußeren Enden der lamellenartigen Elemente 4 sind gegenüber dem Primärteil 1 flüssigkeitsdicht, aber in Umfangsrichtung gleitfähig verschiebbar angeordnet. Durch die lamellenartigen Elemente 4 werden zwischen dem Primärteil 1 und dem Sekundärteil 2 eine Anzahl von Kammern 7 gebildet, in denen sich jeweils eine Dämpfungsflüssigkeit 5 befindet. Jede der Kammern 7 ist durch ein Trennelement 6 in zwei Teilkammern 7a und 7b unterteilt, in denen sich im Betrieb bei rotierender Kraftübertragungseinrichtung aufgrund der Fliehkraft im wesentlichen etwa die Hälfte der in jeder Kammer 7 befindlichen Dämpfungsflüssigkeit 5 befindet.

Wie in Fig. 2 gezeigt, verschieben sich bei einer Relativverdrehung von Primärteil 1 und Sekundärteil 2 die lamellenartigen Elemente 4 gegenüber der in Fig. 1a) gezeigten neutralen Lage um einen Drehwinkel ϕ. Dadurch verändern die Kammern 7 ihre Gestalt in der Weise, daß sich die eine Teilkammer 7a in Richtung des Umfangs der Kraftübertragungseinrichtung verbreitert, wogegen die Kammer 7b in Umfangsrichtung schmäler wird. Dadurch steigt der Flüssigkeitsstand in der schmäler gewordenen Teilkammer 7b in Richtung radial einwärts an, wogegen der Flüssigkeitsstand in der Kammer 7a geringer wird. Aufgrund des unterschiedlichen Flüssigkeitsstandes in den an ein lamellenartiges Element 4 angrenzenden Teilkammern 7a und 7b entsteht aufgrund der Fliehkraft eine resultierende Kraft F, die proportional zum radialen Abstand R des Massenzentrums der Dämpfungsflüssigkeit 5 und dem Quadrat der Drehzahl ω² ist, F ∼ R · ω², und das Bestreben hat, das lamellenartige Element 4 in seine neutrale Position zurückzuverschieben. Auf diese Weise wirkt die Dämpfungsflüssigkeit der durch die Drehschwingung erzeugten Relativverdrehung zwischen Primärteil 1 und Sekundärteil 2 und damit der Drehschwingung selbst entgegen. Durch entsprechende Gestaltung der Seitenflächen 6a, 6b des Trennelements 6 kann die Rückstellcharakteristik entsprechend konkreter Forderungen verändert und angepaßt werden.

Fig. 3a) und 3b) zeigen eine Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, die der in den Fig. 1a) und 1b) gezeigten Kraftübertragungseinrichtung ähnlich ist, jedoch als Drehschwingungstilger vorgesehen ist. Der Drehschwingungstilger umfaßt einen Primärteil 1 und einen Sekundärteil 2. Im Unterschied zur Kraftübertragungseinrichtung gemäß Fig. 1a) und 1b) ist beim Drehschwingungstilger der Sekundärteil 2 mit dem Motor gekoppelt und der Primärteil 1 ist als Tilgermasse fliegend am Sekundärteil 2 gelagert. Primärteil 1 und Sekundärteil 2 sind um einen vorgegebenen Drehwinkel relativ zueinander drehbar. An einem Sekundärteilinnenkörper 3 sind lamellenartige Elemente 4 angebracht, die parallel zum Radius angeordnet sind und an der Innenseite des Umfangs des Sekundärteils 2 flüssigkeitsdicht aber in Umfangsrichtung gleitend verschiebbar angeordnet sind. Durch die lamellenartigen Elemente 4 werden zwischen Primärteil 1 und Sekundärteil 2 Kammern 7 gebildet, die im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1a) und Ib) jedoch nicht vollständig voneinander getrennt sind. Durch an der Innenseite des Umfangs des Primärteils 1 angeordnete Trennelemente 6 wird jede der Kammern 7 in zwei Teilkammern 7a und 7b unterteilt. In den Teilkammern 7a, 7b befindet sich bei Betrieb der Einrichtung aufgrund der Fliehkraft im wesentlichen die gleiche Menge einer Dämpfungsflüssigkeit 5. Beim Betrieb erzeugen Drehschwingungen eine Relativverdrehung zwischen Primärteil 1 und Sekundärteil 2, die in einer ähnlichen Weise wie anhand der Fig. 2 für das erste Ausführungsbeispiel erläutert ausgeglichen werden.

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die beim Betrieb auftretende Belastung einer drehschwingungsdämpfenden elastischen Kupplung, die zwischen einem Motor und einem von dem Motor angetriebenen Generator angeordnet ist, wie stark schematisiert rechts oben im Diagramm gezeigt ist. In dem Diagramm ist die Kupplungsbelastung T_w gegen die Drehzahl n aufgetragen. Beim Normalbetrieb tritt beim Anfahren des Generators bei einer niedrigen Drehzahl von etwa 50 Umdrehungen eine kurzzeitige Belastungsspitze auf, die durch eine Resonanz zwischen der Eigenfrequenz der herkömmlichen elastischen Kupplung und der Eigenfrequenz sechster Ordnung des Motors bedingt ist. Nach dieser Belastungsspitze fällt die Kupplungsbelastung T_w schnell auf sehr kleine, im wesentlichen gleichbleibende Werte ab. Beim Auftreten von Aussetzern ergeben sich jedoch Resonanzen beträchtlicher Stärke zwischen der Eigenfrequenz der Kupplung und den Eigenfrequenzen des Motors der 0,5-ten, 1-ten, 1,5-ten, 2-ten, 2,5-ten, 3-ten sowie 6-ten Ordnung, die eine beträchtliche Höhe erreichen und in dem Diagramm für 2/3-Last und Vollast dargestellt sind. Solche Resonanzen führen zu einer übermäßigen Beanspruchung der Kupplung und damit zu einem vorzeitigen Verschleiß oder sogar zu einer Beschädigung der Kupplung.

In Fig. 5a) ist der Grund für das Auftreten der Resonanzen anhand eines Diagramms erläutert, in welchem die Eigenfrequenz von Motor und Kupplung gegenüber der Motordrehzahl aufgetragen ist. Bei einer herkömmlichen drehschwingungsdämpfenden Kupplung, beispielsweise bei einer Gummikupplung, ist die Eigenfrequenz über den Motordrehzahlbereich im wesentlichen konstant. Demgegenüber steigen die Anregungsfrequenzen der jeweiligen Ordnung naturgemäß proportional der Motordrehzahl an, wie für die Anregungen der 0,5-ten und 1-ten Ordnung dargestellt ist. An den Schnittpunkten der die Motoranregungen repräsentierenden Geraden mit der die Eigenfrequenz der herkömmlichen Kupplung repräsentierenden Geraden können bei den dort herrschenden Drehzahlen Resonanzen auftreten.

Demgegenüber wächst bei einer erfindungsgemäßen Kupplung die Eigenfrequenz in Abhängigkeit von der Drehzahl an, was in dem Diagramm der Fig. 5a) für eine Kupplung mit einer quadratischen Steifigkeitszunahme über der Drehzahl aufgetragen ist. Wie ersichtlich ist, gibt es innerhalb des Betriebsbereichs keine Schnittpunkte zwischen den Eigenfrequenzen von Motor und Kupplung.

In Fig. 5b) ist die Torsionssteifigkeit einer Kupplung gegenüber dem Wechseldrehmoment für den Normalbetrieb und einen Aussetzerbetrieb aufgetragen.

Fig. 6a) und 6b) zeigen Schnittansichten einer Kraftübertragungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Kupplung. Die Kraftübertragungseinrichtung enthält einen antriebsseitigen Primärteil 1 und einen abtriebsseitigen Sekundärteil 2, die um einen vorgegebenen Winkelbereich gegeneinander verdrehbar sind. An einem Innenkörper 3 des Sekundärteils 2 sind sich radial auswärts erstreckende lamellenartige Elemente 4 vorgesehen, die mit dem Sekundärteilinnenkörper 3 integral ausgebildet sind. Durch jeweils zwei benachbarte lamellenartige Elemente 4 ist eine Kammer 7 gebildet. Diese Kammer wird durch ein am Primärteil 2 vorgesehenes Trennelement 6, das von der Innenseite des Umfangs des Sekundärteils 2 ausgehend sich radial einwärts erstreckt und mit dem Sekundärteil 2 integral ausgebildet ist, in zwei Teilkammern 7a und 7b unterteilt. In jeder der Teilkammern 7a und 7b ist ein Übertragungselement 8 angeordnet, das durch einen aus einem elastomeren Material hergestellten Hohlkörper gebildet ist. Jeder dieser Hohlkörper 8 ist teilweise mit einer Dämpfungsflüssigkeit 5 gefüllt. Jeder Hohlkörper 8 verfügt über ein Wärmeableitungsblech 11, das vom radial äußeren Ende des Hohlkörpers 8 ausgehend in die Dämpfungsflüssigkeit 5 im Inneren des Hohlkörpers 8 eintaucht. Jedes Wärmeableitungsblech 11 ist an seinem radial äußeren Ende mit einem Einfüllstutzen 12 versehen, der im Scheitelbereich des Hohlkörpers 8 einvulkanisiert ist. Der Einfüllstutzen 12 ist in Form einer Achse ausgeführt, deren Enden durch Bereiche des Primärteils durchgeführt sind, wie in der Schnittansicht der Fig. 6b) zu sehen ist. Durch den Einfüllstutzen 12 führen Kanäle 13a, 13b in das Innere des Hohlkörpers 8. Durch diese Kanäle 13a, 13b wird die Dämpfungsflüssigkeit 5 in einer vorgegebenen Menge in das Innere des Hohlkörpers 8 gefüllt. Bei Rotation der Kupplung nimmt die Flüssigkeit 5 in jedem der Hohlkörper 8 aufgrund der Fliehkraft die in der Figur gezeigte Lage an. In der Figur ist die Kupplung in unbelastetem Zustand gezeigt, in welchem Primärteil 1 und Sekundärteil 2 eine neutrale relative Lage zueinander einnehmen. Jeder Hohlkörper 8 ist von einem verschleißmindernden Mantel 10 umgeben, das aus einem verschleißfesten Kunststoffmaterial oder aus einem Metallblech gebildet sein kann. Der verschleißmindernde Mantel 10 ist in Form eines zwei Schenkel aufweisenden Blechs um den Hohlkörper 8 herumgeführt. Im Scheitelbereich ist der Mantel 10 mit dem Einfüllstutzen 12 des Wärmeableitungsblechs 11 verbunden, so daß der Mantel 10 durch den Einfüllstutzen 12 gegenüber dem Sekundärteil 2 festgelegt ist. Der Mantel 10 dient einerseits der Minderung von Reibungsverschleiß zwischen dem Hohlkörper 8 und den Anlageflächen an den lamellenartigen Elementen 4 und den Trennelementen 6 und andererseits dazu, die Außenseite des Hohlkörpers 8 elastisch federnd abzustützen. Weiterhin wird durch den Mantel 8 eine Formversteifung des Hohlkörpers 8 in Bereichen bewirkt, in denen keine Rückstellwirkung erzielt wird und damit ein Ausbeulen verhindert. Fig. 6c) zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform des in Fig. 6a) beschriebenen dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Bei dieser Variante ist ein Segmentring 14 an Stelle eines einstückigen Rings des Primärteils 1 antriebsseitig zur kraftübertragenden Verbindung zwischen Primär- und Sekundärseite vorgesehen. Die Anzahl der Segmentteile 15 entspricht maximal der Anzahl der Kammern 7 des Sekundärteils 2, allerdings ist bei symmetrischer Verteilung auch eine geringe Anzahl an Segmentteilen 15 zur Anpassung an ein gewünschtes Kraftübertragungsverhalten denkbar, wie dies beispielsweise in Fig. 6c dargestellt ist.

Jedes der Segmentteile 15 ist vorzugsweise als Strangpreßprofil hergestellt und bildet ein Trennelement 6 mit in Umfangsrichtung jeweils beiderseits daran ausgebildeten geeigneten Aufnahmen für ein Übertragungselement 8 aus. Auf jedem Segmentteil 15 sind zwei Übertragungselemente 8 zu einer Übertragungseinheit 16 zusammengefaßt, die in einfacher Art und Weise vormontiert und gesamthaft mittels einer Schraubenverbindung im Primärteil 1 eingebaut ist.

Fig. 7a) und 8a) zeigen jeweils einen Ausschnitt der in Fig. 6a) dargestellten Kupplung. Fig. 7a) zeigt die gegenüber der neutralen Lage verdrehte relative Lage von Primärteil 1 und Sekundärteil 2 beim Anfahren des Motors, wogegen Fig. 8a) die relative Lage von Primärteil 1 und Sekundärteil 2 beim Ausgleichen von Drehschwingungen während des Betriebs zeigt.

Wie in Fig. 7a) zu sehen ist, wird beim Anfahren des Motors das Sekundärteil 2 gegenüber dem Primärteil 1 soweit verdreht, daß das in dem einen Hohlkörper 8 enthaltene Gaspolster 9 vollständig komprimiert und von der in dem Hohlkörper 8 enthaltenen Flüssigkeit 5 verdrängt wird. Demgegenüber wird der andere Hohlkörper 8 gegenüber seiner Form in der neutralen relativen Lage von Primärteil 1 und Sekundärteil 2 zueinander expandiert, so daß das Luftpolster 9 ein größeres Volumen annimmt. Durch die vollständige Kompression des einen Hohlkörpers 8 ist die Kupplung in der Lage, die beim Anfahren auftretenden hohen Drehmomente zu übertragen.

Dabei ist allerdings nur der drehzahlunabhängige Steifigkeitsanteil des elastomeren Materials des Hohlkörpers 8 zur Kraftübertragung wirksam, so daß während des Startvorgangs, wie bei herkömmlichen Kupplungen, Schnittpunkte zwischen dem in Fig. 7b fett dargestellten Verlauf der Kupplungseigenfrequenzlage und den drehzahlabhängigen Anregungsfrequenzverläufen des Motors auftreten, an denen es jeweils zu Resonanzen des Drehschwingungssystems kommt. Da der Anfahrvorgang aber nach kurzer Zeit beendet ist und dabei das Schwingungssystem nur kurz vor Ende mit höheren Drehzahlen rotiert, ist die damit verbundene Beanspruchung der Kupplung vergleichsweise gering.

Die bei höheren Drehzahlen im Betriebsbereich auftretenden Drehschwingungen bewirken eine weniger ausgeprägte Relativverdrehung von Primärteil 1 und Sekundärteil 2, wie in Fig. 8a) zu sehen ist. Fig. 8b) zeigt, daß im Betriebsbereich die Kupplungseigenfrequenz linear mit der Motordrehzahl ansteigt, wie der fett dargestellte lineare Teil des Verlaufs der Kupplungseigenfrequenz in diesem Diagramm zeigt, so daß keine Schnittpunkte zwischen dem Verlauf der Kupplungseigenfrequenz und den Anregungen auftreten. Somit sind Resonanzen ausgeschlossen, welche die Kupplung übermäßig belasten könnten.

Bezugszeichenliste

1 Primärteil
2 Sekundärteil
3 Sekundärteilinnenkörper
4 lamellenartige Elemente
5 Flüssigkeit
6 Trennelemente
7 Kammer
7a, 7b Teilkammer
8 Übertragungselement
9 Luftpolster
10 Mantelblech
11 Wärmeableitungsblech
12 Einfüllstutzen
13a, b Bohrungen
14 Segmentring
15 Segmentteile
16 Übertragungseinheit

Claims (22)

1. Rotierende drehschwingungsdämpfende Kraftübertragungseinrichtung mit einem antriebsseitigen Primärteil (1) und einem gegenüber dem Primärteil (1) um einen vorgegebenen Drehwinkel verdrehbaren abtriebsseitigen Sekundärteil (2) und mit zwischen dem Primärteil (1) und dem Sekundärteil (2) vorgesehenen drehschwingungsdämpfenden Übertragungselementen, die bei einer Relativverdrehung von Primärteil (1) und Sekundärteil (2) aufgrund einer Drehschwingung ihre Gestalt verändern und die bei einer Gestaltveränderung der diese bewirkenden Relativverdrehung und damit der Drehschwingung entgegenwirken, dadurch gekennzeichnet daß die Übertragungselemente (8) eine sich in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Kraftübertragungseinrichtung ändernde Steifigkeit aufweisen.

2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steifigkeit der Übertragungselemente (8) im wesentlichen quadratisch mit der Drehzahl der rotierenden Kraftübertragungseinrichtung ansteigt.

3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Primärteil (1) und dem Sekundärteil (2) eine Anzahl von Kammern (7) ausgebildet sind, die durch Trennelemente (6) in zwei Teilkammern (7a, 7b) geteilt sind und die eine Dämpfungsflüssigkeit (5) enthalten, wobei die eine Teilkammer bei Relativverdrehung von Primärteil (1) und Sekundärteil (2) ihre Breite in Umfangsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung verringert und die andere Teilkammer ihre Breite in Umfangsrichtung vergrößert, so daß die Dämpfungsflüssigkeit (5) in der Teilkammer mit verringerter Breite radial einwärts ansteigt und in der Teilkammer mit vergrößerter Breite radial auswärts abfällt und aufgrund des unterschiedlichen Flüssigkeitsstandes in den beiden Teilkammern eine mit wachsender Drehzahl ansteigende Rückstellkraft erzeugt.

4. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (7) durch zwischen dem Primärteil (1) und dem Sekundärteil (2) vorgesehene lamellenartige Elemente (4) gebildet sind, die so ausgebildet sind, daß sie eine Relativverdrehung zwischen Primärteil (1) und Sekundärteil (2) gestatten.

5. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lamellenartigen Elemente (4) durch an einem Innenkörper (3) des Sekundärteils (2) angebrachte, sich radial auswärts erstreckende Schaufeln gebildet sind, die an ihren radial äußeren Enden gegenüber dem Primärteil (1) abdichtend und entsprechend der Relativverdrehung in Umfangsrichtung gleitfähig ausgebildet sind, und daß die Trennelemente (6) sich radial einwärts erstreckend an dem Primärteil (1) angeordnet sind.

6. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zu einer Kammer (7) gehörenden Teilkammern (7a, 7b) radial einwärts der Trennelemente (6) miteinander verbunden sind.

7. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkammern (7a, 7b) durch die Trennelemente (6) flüssigkeitsdicht voneinander getrennt sind.

8. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Teilkammern (7a, 7b) zwischen den Trennelementen (6) und den lamellenartigen Elementen (4) jeweils ein elastisch ausgebildetes, die Dämpfungsflüssigkeit (5) enthaltendes Übertragungselement (8) vorgesehen ist, das sich entsprechend der Gestaltveränderung der Teilkammern (7a, 7b) verformt und eine Veränderung des Flüssigkeitsstandes der in den Übertragungselementen (8) enthaltenen Dämpfungsflüssigkeit entsprechend der Gestaltveränderung der Teilkammern (7a, 7b) bewirkt.

9. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungselemente (8) durch geschlossene Hohlkörper aus einem elastomeren Material gebildet sind, die die Dämpfungsflüssigkeit (5) enthalten.

10. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (8) nur teilweise mit der Dämpfungsflüssigkeit gefüllt sind.

11. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hohlkörpern (8) in die Dämpfungsflüssigkeit (5) eintauchende Wärmeableitungsbleche (11) zur Ableitung von Wärme aus der Dämpfungsflüssigkeit nach außen vorgesehen sind.

12. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitungsbleche (11) in das elastomere Material der Hohlkörper (8) einvulkanisiert sind.

13. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeableitungsbleche (11) an ihren radial äußeren Enden mit in Form von durch Teile des Primärteils (1) geführten Achsen ausgebildeten Einfüllstutzen (12) versehen sind, die die radial äußeren Enden der Hohlkörper (8) am Primärteil (1) fixieren und durch die die Dämpfungsflüssigkeit (5) in die Hohlkörper (8) einfüllbar ist.

14. Kraftübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (8) an ihrer Außenseite von einem verschleißmindernden Mantel (10) umgeben sind, der zwischen dem Material des Hohlkörpers (8) und den Trennelementen (6) bzw. den lamellenartigen Elementen (4) vorgesehen ist.

15. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) aus einem Metallblech gebildet ist.

16. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (10) aus einem verschleißfesten Kunststoffmaterial gebildet ist.

17. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der verschleißmindernde Mantel (10) durch zwei über einen Scheitelbereich einstückig miteinander verbundene Schenkelteile gebildet ist.

18. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelbereich den Einfüllstutzen (12) des Wärmeableitungsblechs (11) teilweise umschlingt und durch diesen in Umfangsrichtung der Kraftübertragungseinrichtung festgelegt ist.

19. Kraftübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsflüssigkeit ein Öl ist.

20. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil (1) eine Mehrzahl von lösbar mit dem Primärteil (1) verbundene Segmentteile (15) aufweist, wobei jedes Segmentteil (15) ein Trennelement (6) ausbildet und an den Segmentteilen (15) in Umfangsrichtung beiderseits der Trennelemente (6) jeweils ein Übertragungselement (8) befestigt ist.

21. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmentteile (15) als Strangpreßprofil ausgebildet sind.

22. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Segmentteil (15) und zwei Übertragungselemente (8) zu einer Übertragungseinheit (16) vormontiert sind und die Übertragungseinheit (16) gesamthaft lösbar mit dem Primärteil (1) verbunden ist.