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Patent Searching and Data


Title:
TORSIONAL VIBRATION DAMPER HAVING A HELICAL SPRING ASSEMBLY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/169625
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a torsional vibration damper (1) for a drive train of a motor vehicle, comprising a primary element (5) which can rotate about an axis of rotation (A) and a secondary element (8) which can twist relative to the primary element (5) counter to a stored energy source (4), the stored energy source (4) comprising a helical compression spring unit (9), the helical compression spring unit (9) being provided in a spring channel (18), and the helical compression spring unit (9) comprising an outer spring (10), the outer spring (10) being designed as a bow spring (11), and an inner spring (20) being provided inside the outer spring (10) and virtually coaxially to the outer spring (10), the inner spring (20) being designed as a straight compression spring (21) when removed from the helical compression spring unit (9), the inner spring (20) having a winding direction which opposes the winding direction of the outer spring (10), and the inner spring (20) being shorter by a value x than the outer spring (10) when installed in the torsional vibration damper.

Inventors:
CEGAR STOJAN (DE)
MANTEL JOHANNES (DE)
KRÜGER THOMAS (DE)
SHAUM JOHNATHON (US)
WACK ERWIN (DE)
KENSY MARIO (DE)
ALBERT MATTHIAS (DE)
MUNRO BRANKA (US)
WICKEL CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/054274
Publication Date:
August 27, 2020
Filing Date:
February 19, 2020
Export Citation:
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Assignee:
ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN (DE)
International Classes:
F16F15/123
Foreign References:
FR2775745A11999-09-10
DE102014215138A12015-02-19
FR2902165A12007-12-14
FR2790808A12000-09-15
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Claims:
Patentansprüche

1 . Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfas send ein um eine Drehachse (A) drehbares Primärelement (5) und ein, gegen einen Energiespeicher (4) relativ zu dem Primärelement (5) verdrehbares Sekundärelement (8), wobei der Energiespeicher (4) eine Schraubendruckfedereinheit (9) umfasst, wobei die Schraubendruckfedereinheit (9) in einem Federkanal (18) vorgesehen ist und wobei die Schraubendruckfedereinheit (9) eine Außenfeder (10) umfasst, wobei die Außenfe der (10) als eine Bogenfeder (1 1 ) ausgeführt ist und wobei innerhalb der Außenfeder (10) und nahezu koaxial zu der Außenfeder (10) eine Innenfeder (20) vorgesehen ist, wobei die Innenfeder (20) in einem aus der Schraubendruckfedereinheit (9) ausgebau ten Zustand als eine gerade Schraubendruckfeder (21 ) ausgeführt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfeder (20) eine Windungsrichtung hat, die ent gegengesetzt zu einer Windungsrichtung der Außenfeder (10) ist und wobei die Innen feder (20) in einem in dem Drehschwingungsdämpfer eingebauten Zustand um einen Wert x kürzer ist, als die Außenfeder (10).

2. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Wert x kleiner oder gleich Außendurchmesser (DaA) der Außenfeder (10) ist.

3. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfeder (20) im ausgebauten Zustand in einer axialer Staffelung zumindest einen ersten Federbereich (40), einen zweiten Federbereich (42) und einen dritten Fe derbereich (44) vorsieht, wobei der erste und der dritte Federbereich (40, 44) am jewei ligen Ende der Innenfeder (20) ist und wobei der zweite Federbereich (42) der mittlere Federbereich ist.

4. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Federbereich (40) einen ersten Windungsabstand (WA1 ) vorsieht und dass der zweite Federbereich (42) einen zweiten Windungsabstand (WA2) vorsieht und dass der dritte Federbereich (44) einen dritten Windungsabstand (WA3) vorsieht, wobei der erste und der dritte Windungsabstand (WA1 ; WA3) kürzer ist als der zweite Windungsab stand (WA2).

5. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein

Verlauf des ersten, des zweiten oder des dritten Windungsabstands (WA1 , WA2, WA3) für den jeweiligen Federbereich (40, 42, 44) konstant oder progressiv oder degressiv ist.

6. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Dal) des ersten und des dritten Federbereichs (FB1 , FB3) der Innenfeder (20) sich zum jeweiligen Federende (46, 47) hin reduziert.

7. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die beiden Federenden der Innenfeder (20) mittels jeweils eines Feder tellers (22; 23) radial geführt werden.

8. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Außenfeder (10) und/oder die Innenfeder (20) durch ein Härteverfah ren oberflächenbehandelt sind.

9. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Härteverfahren ein Nitrierverfahren ist.

10. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass zumindest eine der beiden Federendspitzen (31 , 32) im eingebauten Zustand sich radial außen befindet oder sich zumindest nahezu radial außen befindet.

11. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, dass die Schraubendruckfedereinheit (9), bestehend aus zumindest der Außenfeder (10) und der Innenfeder (20), im ausgebauten Zustand einen Krümmungs radius hat, der nahezu gleich oder gleich einem Krümmungsradius des Federkanals (8) ist.

12. Drehschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch ge kennzeichnet, dass ein Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Innenfeder (Dal) und dem Innendurchmesser der Außenfeder (10) zwischen 1 % und 9% des Au ßendurchmessers der Außenfeder (DaA) beträgt.

Description:
DREHSCHWINGUNGSDAMPFER MIT EINER SCHRAUBENFEDERANORDNUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebs strang eines Kraftfahrzeuges. Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges wie beispielsweise ein Zweimassendämpfer bzw. ein Zweimassen schwungrad (ZMS) sind an sich bekannt. Diese werden beispielsweise in einem An triebsstrang eines Fahrzeugs verwendet, um hier beispielsweise von einem Motor ein geleitete Drehungleichförmigkeiten, welche zu Drehschwingungen führen können, zu dämpfen. Dabei umfasst der Drehschwingungsdämpfer vorwiegend ein Primärelement sowie ein, gegen einen Energiespeicher verdrehbares Sekundärelement. Dabei wird der Energiespeicher vorwiegend von Schraubendruckfedern gebildet. Dabei ist weiter bekannt, dass die Schraubendruckfedern gerade oder auch gebogen ausgeführt sein können. Auch ist bekannt, dass zwei Schraubendruckfedern parallel geschaltet sind, wobei innerhalb einer Schraubendruckfeder, hier eine Außenfeder, eine weitere

Schraubendruckfeder, hier eine Innenfeder, angeordnet ist. Dabei sind beide Schrau bendruckfedern auch als Bogenfedern, also vorgebogen, ausgehführt. Dies bedeutet, dass die Schraubendruckfeder in einem nicht montierten Zustand bereits eine geboge ne Form vorsieht. Jedoch ist die Herstellung einer Bogenfeder kostenintensiv.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drehschwingungsdämpfer vorzusehen, wobei der Drehschwingungsdämpfer zumindest eine Schraubendruckfe- dereinheit vorsieht, wobei die Schraubendruckfedereinheit zumindest zwei parallel wir kende und koaxial angeordnete Schraubendruckfedern vorsieht, wobei die Schrauben druckfedern in einem verbauten Zustand gebogen sind und wobei die Schraubendruck federeinheit kostengünstig zu fertigen ist und sicher funktioniert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch einen Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, umfassend ein um eine Drehachse (A) drehbares Primärelement und ein, gegen einen Energiespeicher relativ zu dem Pri märelement verdreh bares Sekundärelement, wobei der Energiespeicher eine Schrau bendruckfedereinheit umfasst, wobei die Schraubendruckfedereinheit in einem Feder kanal vorgesehen ist und wobei die Schraubendruckfedereinheit eine Außenfeder um fasst, wobei die Außenfeder als eine Bogenfeder ausgeführt ist und wobei innerhalb der Außenfeder und nahezu koaxial zu der Außenfeder eine Innenfeder vorgesehen ist, wobei die Innenfeder in einem aus der Schraubendruckfedereinheit ausgebauten Zu stand als eine gerade Schraubendruckfeder ausgeführt ist, wobei die Innenfeder eine Windungsrichtung hat, die entgegengesetzt zu einer Windungsrichtung der Außenfeder ist und wobei die Innenfeder in einem in dem Drehschwingungsdämpfer eingebauten Zustand um einen Wert x kürzer ist, als die Außenfeder. Dabei sei hier erwähnt, dass die Bogenfeder eine Schraubendruckfeder ist, die in einem ausgebauten Zustand ge bogen ist, also sich entlang eines Krümmungsradius axial erstreckt. Innerhalb dieser Bogenfeder ist eine gerade Schraubendruckfeder als Innenfeder vorgesehen. Dabei ergeben die als Bogenfeder ausgeführte Außenfeder und die als gerade Schrauben druckfeder ausgeführt Innenfeder die Schraubendruckfedereinheit. Dabei ist weiter zu erwähnen, dass eine gerade Schraubendruckfeder kostengünstiger und einfacher her zustellen ist, als eine Bogenfeder. Von daher können durch die Verwendung einer ge raden Schraubendruckfeder als Innenfeder Herstellungskosten reduziert werden. Um auch die sichere Funktion der Schraubendruckfedereinheit sicherzustellen sind weitere Merkmale entscheidend. Dabei sei hier erwähnt, dass bei dieser Kombination von einer Bogenfeder als Außenfeder und einer geraden Schraubendruckfeder als Innenfeder die Innenfeder kürzer ausgeführt ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Innenfeder um einen Wert x kürzer ausgeführt ist, wobei der Wert x der Außendurchmesser der Außenfeder ist oder kleiner. Durch diese Auslegung der Schraubendruckfedereinheit kann eine vor teilhafte Funktionssicherheit erreicht werden. Weiter sein hier erwähnt, dass die entge gengesetzte Windungsrichtung von der Außenfeder zu der Innenfeder dazu vorteilhaft ist, dass die Windungen der Federn sich im Betrieb nicht ineinander verhaken.

Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Innenfeder im ausgebauten Zustand in einer axialer Staffelung zumindest einen ersten Federbereich, einen zweiten Federbereich und einen dritten Federbereich vorsieht, wobei der erste und der dritte Federbereich am jeweiligen Ende der Innenfeder ist und wobei der zweite Federbereich der mittlere Fe derbereich ist. Dabei sieht der erste Federbereich einen ersten Windungsabstand und der zweite Federbereich einen zweiten Windungsabstand und der dritte Federbereich einen dritten Windungsabstand vor, wobei der erste und der dritte Windungsabstand kürzer ist als der zweite Windungsabstand. Dabei kann weiter ein Verlauf des ersten, des zweiten oder des dritten Windungsabstands für den jeweiligen Federbereich kon stant oder progressiv oder degressiv verlaufen.

Auch kann es sein, dass ein Außendurchmesser des ersten und des dritten Federbe reichs der Innenfeder sich zum jeweiligen Federende hin reduziert. Dabei kann durch das sogenannte Einziehen der Federenden und bei einer Verwendung von einem Fe derteller mit einem Federtellerzapfen für die Innenfeder erreicht werden, dass sich die Innenfeder am Federtellerzapfen mit der jeweils ersten Windung abstützt. Hierdurch kann es vermieden werden, dass die Federenden der Innenfeder in Kontakt zu der Au ßenfeder kommen. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass sich dann der Federteller am Federkanal abstützt.

Wie bereits erwähnt können die beiden Federenden der Innenfeder mittels jeweils eines Federtellers radial geführt werden.

Dennoch wird im Betrieb die Innenfeder zumindest teilweise mit der Außenfeder in Kon takt kommen. Die kann vornehmlich den zweiten Federbereich der Innenfeder betreffen, also den mittleren Bereich, der durch Fliehkraft und/oder auch durch eine Kompression der Innenfeder nach Außen gegen die Innenwindung der Außenfeder gedrückt wird. Dabei können die Innenfeder und die Außenfeder an den Kontaktstellen zueinander reiben. Um hier einen möglichen Verschleiß zu reduzieren kann es vorteilhaft sein, dass die Außenfeder und/oder die Innenfeder durch ein Härteverfahren oberflächenbehandelt sind. Durch die härtere Oberfläche kann an den Kontaktstellen von Innenfeder zu Au ßenfeder der Verschleiß verringert werden. Dabei kann vorteilhaft ein ein Nitrierverfah ren als Härteverfahren verwendet werden.

Weiter kann es vorgesehen sein, dass zumindest eine der beiden Federendspitzen im eingebauten Zustand sich radial außen befindet oder sich zumindest nahezu radial au ßen befindet. Dies bedeutet, dass die Innenfeder bei dem Einbau in die Schrauben druckfedereinheit sich in einem ausgerichteten Zustand befindet, bei dem zumindest ein Federende mit der Federendspitze nach radial außen oder nahezu nach radial außen zeigt. In einer vorteilhaften Ausführung ist die Innenfeder so auszuführen, dass beiden Federendspitzen im eingebauten Zustand in die Schraubendruckfedereinheit nach radi al außen oder zumindest nahezu nach radial außen zeigen. Hierdurch haben Versuche bestätigt, dass die Haltbarkeit der Innenfeder, speziell an den Federenden, verbessert werden kann. Dabei ist darauf zu achten, dass auch im Betrieb die Federendspitzen nach außen oder nahezu nach außen zeigen und sich die Innenfeder im Betrieb nicht um ihre Längsachse verdreht. Diese Sicherung kann vorteilhaft mit den voran bereits beschriebenen Federteller gewährleistet werden, indem die Federenden auf die Feder tellerzapfen nahezu spielfrei aufgenommen sind.

Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Schraubendruckfedereinheit, bestehend aus zumindest der Außenfeder und der Innenfeder, im ausgebauten Zustand einen Krüm mungsradius hat, der nahezu gleich oder gleich einem Krümmungsradius des Federka nals ist. Dies ist vorteilhaft, da dann die Schraubendruckfedereinheit im eingebauten Zustand ebenfalls nahezu den Krümmungsradius vorsieht, den auch der Federkanal aufweist. Hierdurch können zusätzliche Spannungen an der Schraubendruckfederein heit reduziert werden.

Dabei kann weiterhin ein Abstand zwischen dem Außendurchmesser der Innenfeder und dem Innendurchmesser der Außenfeder zwischen 1 % und 9% des Außendurch messers der Außenfeder betragen. Dies bedeutet, dass ein Spiel in radialer Richtung zwischen der Innenfeder und der Außenfeder vorteilhaft 1 % bis 9% des Außendurch messers der Außenfeder ist.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt die

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer.

Fig. 2 eine Schraubendruckfedereinheit.

Fig. 3 eine gerade Innenfeder.

Fig. 4 eine Schraubendruckfedereinheit mit Federteller Fig. 5 eine Schraubendruckfedereinheit mit Federteller

Die Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer 1 mit einem Pri- märlement 5 und einem Sekundärelement 8. Dabei sind das Primärelement 5 und das Sekundärelement 8 gegen die Kraft eines Energiespeichers 4, hier eine Schrauben druckfedereinheit 9 relativ zueinander verdrehbar. Dabei umfasst die Schraubendruck federeinheit zumindest eine Außenfeder 10 und eine koaxial zu der Außenfeder vorge sehene Innenfeder 20, wobei sich die Außenfeder 10 nach radial außen an einem Fe derkanal 18 abstützt. Dabei wirken die beiden Federn 10, 20 parallel. Dabei ist hier die Außenfeder als eine Bogenfeder 11 ausgeführt und die Innenfeder als eine gerade Schraubendruckfeder 21. Der Vollständigkeit halber sei hier erwähnt, dass es sich bei der Bogenfeder um eine Schraubendruckfeder handelt, die auch in einem ausgebauten Zustand gebogen ist, also einen Krümmungsradius aufweist. Hingegen ist die Innenfe der 20 als gerade Schraubendruckfeder ausgeführt, was von den Herstellungskosten günstiger ist, als eine Bogenfeder.

Dabei ist die Schraubendruckfedereinheit 9 besser in der Figur 2 zu sehen. Hier wurde die im nicht verbauten Zustand gerade Innenfeder 20 in die Außenfeder 10 eingesetzt. Hierdurch nimmt die Innenfeder 20 den Krümmungsradius der Außenfeder 10 an. Für die sichere Funktion ist dabei entscheidend, dass die Innenfeder 20 dabei kürzer ist als die Außenfeder 10. Der Grund liegt darin, dass die Außenfeder 10 in dem Federkanal 18 bedingt durch die Fliehkraft und die dadurch entstehende Reibkraft hängen bleiben kann und die Innenfeder austritt. Hierdurch kann es zu zusätzlichen Biegebelastungen und sogar zu einem Verhaken der beiden Federn 10, 20 kommen. Durch eine zu der Auenfeder 10 verkürzte Innenfeder 20 kann dieser Effekt des Austretens bzw. des Ver- hakens verringert werden, was sich auch vorteilhaft auf die Funktionsfähigkeit und die Lebensdauer auswirken kann. Dabei ist die Innenfeder um einen Wert x kürzer auszu führen, als die Außenfeder. Dabei hat es sich vorteilhaft herausgestellt, wenn der Wert x zwischen 1 % und 9 % des Außendurchmessers der Außenfeder DaA ist.

In der Figur 3 wird die einzelne Innenfeder 20, als gerade Schraubendruckfeder 21 dar gestellt. Hierbei ist gut zu erkennen, dass die Innenfeder sich in einen ersten, einen zweiten und in einen dritten Federbereich 40, 42, 44 unterteilt. Dabei befinden sich der erste und der dritte Federbereich 40, 44 an den jeweiligen Federenden 46, 47 wohinge gen der zweite Federbereich 42 den mittleren Federbereich umfasst. Dabei zeigt die Figur 3 gut, dass ein Windungsabstand WA2 im zweiten Federbereich 42 nahezu kon stant verläuft, wohingegen der Windungsabstand WA1 am ersten Federbereich 40 zu Federende 46 hin geringer wird. Dies ist ebenso mit dem Windungsabstand WA3 am dritten Federbereich 44, der ebenfalls zum Federende 47 hin geringer wird. Ebenso ist hier gut zu erkennen, dass der Außendurchmesser der Innenfeder Dal, gemessen im zweiten Federbereich 42, im Bereich des ersten und des dritten Federbereichs 40, 44 zu den Federenden 46, 47 hin geringer wird.

In der Figur 4 und der Figur 5 sind eine Schraubendruckfedereinheit 9 gezeigt, wobei an den jeweiligen Enden der Schraubendruckfedereinheit 9 jeweils ein Federteller 22, 23 vorgesehen ist. Dabei umfasst jeweils der Federteller 22, 23, einen Federtellerzapfen 24, 25, wobei die Federtellerzapfen 24, 25 in den Innendurchmesser der Innenfeder 20 eingreifen und die Innenfeder 20 in Richtung nach radial außen führen. Dabei wird vo rausgesetzt, dass die Federteller 22, 23 sich wiederum nach radial außen an dem Fe derkanal 18, besonders gut in der Figur 5 zu sehen, abstützen. Weiter ist in der Figur 4 gut der Kontaktbereich K der Innenfeder 20 mit der Außenfeder 10 zu erkennen, wobei sich der Kontaktbereich K im mittleren Bereich der Schraubendruckfedereinheit 9 befin det. Hierbei kommen die Außenwindungen der Innenfeder 20 mit den Innenwindungen der Außenfeder 10 in Kontakt, bzw. die Innenfeder 20 stützt sich in diesem Bereich K nach radial außen an der Außenfeder 10 ab. Für den Fall, dass keine Federteller ver wendet werden sei hier weiter angemerkt, dass die Außenfeder 10, die ja als Bogenfe der 11 ausgeführt ist, im ausgebauten Zustand mit einem Krümmungsradius versehen sein kann, der geringer ist als der Krümmungsradius des Federkanals 18. Wird nun die gerade Innenfeder 20 in die gekrümmte Außenfeder 10 eingeführt, so wird sich der Krümmungsradius der Außenfeder 10 durch die Innenfeder 20 vergrößern. Dabei ist es vorteilhaft, wenn nach dem Einsetzten der Innenfeder 20 in die Außenfeder 10 der Krümmungsradius der Schraubenfedereinheit 9 dem Krümmungsradius des Federka nals 18 entspricht. Hierdurch können weitere Spannungen an den Federn 10, 20 verrin gert werden. Auch ist in der Figur 4 gut zu erkennen, dass die jeweiligen Federendspitzen 31 , 32, nach radial außen gerichtet sind. Hierdurch können weiter Spannungen in der Innenfe der 20, vor allem im Betrieb, verringert werden.

Bezuqszeichenliste

I Drehschwingungsdämpfer

4 Energiespeicher

5 Primärelement

8 Sekundärelement

9 Schraubendruckfedereinheit

10 Außenfeder

I I Bogenfeder

18 Federkanal

20 Innenfeder

21 Schraubendruckfeder

22 Federteller

23 Federteller

24 Federtellerzapfen

25 Federtellerzapfen

31 Federendspitzen

32 Federendspitzen

40 erster Federbereich

42 zweiter Federbereich

44 dritter Federbereich

46 Federende

47 Federende

50 Kontaktstelle

WA1 erster Windungsabstand

WA2 zweiter Windungsabstand

WA3 dritter Windungsabstand

Dal Außendurchmesser Innenfeder

DaA Außendurchmesser Außenfeder K Kontaktbereich