專利名稱：扭轉彈簧組的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種尤其是用于汽車的傳動系的扭轉彈簧組，包括一個位于里面的第一部件和一個位于外面的、相對第一部件可旋轉地布置的第二部件，包括一個在第一與第二部件之間作用的設計成扭轉彈簧的彈簧，以及包括一個連接彈簧的第一末段與第一部件的第一固定裝置和一個連接彈簧的第二末段與第二部件的第二固定裝置，其中彈簧基本上沿周向在至少第一部件的周邊的一部分上延伸。
這種扭轉彈簧組的使用背景是在汽車中使用的內燃機在曲軸處產生的轉矩在時間分布上不是恒定的。動力部分疊加發動機的中間力矩，這樣導致了曲軸以及與曲軸相連的部件的不均勻的旋轉運動。因此在傳動系中形成了振動，它會損害汽車的行駛舒適性。一種減少從曲軸到傳動系的旋轉振動傳遞的有效果的可能性在于，從振動技術上說是曲軸與傳動系之間的去耦。此外，通常將第二旋轉質量通過一個按比例的軟的扭轉彈簧連接到曲軸的飛輪上。當飛輪跟隨曲軸作不均勻的旋轉運動時，通過聯軸節與減速器相連的第二轉動質量的轉速波動明顯降低了。通過這種方式能夠使傳動系統安靜下來。
扭轉彈簧組的中心元件是兩個旋轉質量之間的扭轉彈簧。一方面為了將曲軸產生的振動足夠地去耦，扭轉彈簧必須具有足夠的柔性，另一方面扭轉彈簧必須具有足夠的彈簧行程，從而承受發動機的靜止轉矩。此外，還要容許由曲軸振動引起的兩個旋轉質量之間的相對運動。
從DE40 06 121 A1中已知一種旋轉彈簧的一個例子。在這里彈簧設計成螺旋彈簧，它圍繞里面的第一部件延伸成幾圈。在此彈簧安裝在安裝空間里，該安裝空間以一個外輪廓和一個內輪廓界定。在此外輪廓和內輪廓相對于旋轉軸同心布置。已知的這種裝置的缺點在于，它需要一個相對大的結構空間。彈簧的功率密度，人們理解成在這種相互關系中在保持所要求的剛性前提下彈簧可傳遞的轉矩與彈簧所需的結構空間的比例，不是在所有的情況下都是足夠的。
在帶有開頭所述特征的旋轉彈簧中這個任務是這樣解決的，至少固定裝置之一設計成，第一和/或第二末段在第一部件相對第二部件旋轉時沿徑向運動。
基于依照本發明的構造使得可能，實現彈簧在整個長度上的均勻彎曲應變。因此能夠更好地使用彈簧，以及借此獲得一個更高的功率密度。一種特別簡單的扭轉彈簧結構這樣實現，彈簧的末段與第一或第二部件牢固地連接，而另一個末段設置成可活動的。
按照本發明的一個優選結構設定為，彈簧安裝在一個以外輪廓和內輪廓界定的安裝空間中，以及通過彈簧壓靠在外輪廓或者內輪廓上限定第一部件與第二部件之間的最大扭轉角。在此，外輪廓能夠通過第二部件的內表面以及內輪廓能夠通過第一部件的外表面形成。外輪廓和內輪廓是這樣設計的，它們限定彈簧的變形，借此不僅限定第一部件與第二部件之間的扭轉角，而且也限定彈簧體的力學負荷。在彈簧拉緊時彈簧尤其全面壓靠在內輪廓上，而在彈簧扳開時彈簧尤其全面壓靠在外輪廓上。
按照本發明思想的進一步發展設定為，安裝空間的外輪廓和/或內輪廓設計成圓弧形。通過這種圓弧形的結構能夠實現，在將均勻橫截面的尤其同樣是在一個圓弧形上延伸的彈簧壓靠到外輪廓或內輪廓上時產生均勻的變形和應力。
扭轉彈簧組的功率密度的一個進一步的改進這樣實現，外輪廓和/或內輪廓偏心地布置。在此優先的情況是，外輪廓和內輪廓設計成圓弧形，圓弧的中點相互間隔。在彈簧拉緊時外輪廓和內輪廓相對繞第一部件與第二部件共同的旋轉軸旋轉。此外，圓弧的中點尤其是與旋轉軸間隔布置。
一個進一步的改進這樣實現，在彈簧拉緊直至壓靠在內輪廓上時內輪廓的中點位于或者鄰近于通過旋轉軸和牢固固定的末段的中心的直線上。在此內輪廓的中點尤其位于旋轉軸與牢固固定的末段之間。
此外，按照本發明的扭轉彈簧組能夠這樣設計，在彈簧拉松直至壓靠在外輪廓上時外輪廓的中點位于或者鄰近于通過旋轉軸和牢固固定的末段的中心的直線上。在此外輪廓的中點尤其位于直線段上，它位于旋轉軸的另一側上，位于遠離牢固固定的末段的一側上。
按照本發明的一個優選的進一步發展設定為，至少固定裝置之一是這樣設計的，第一和/或第二末段在第一部件相對第二部件旋轉時圍繞一個旋轉點旋轉。在這種關系中的旋轉認為是圍繞不同于旋轉軸的旋轉中心的轉動。通過這種方式實現彈簧末段的一個徑向運動和一個旋轉運動。在末段區域的彈簧應力借此進一步減小了。
此外優選地設定為，至少固定裝置之一具有一個彈簧側的第一固定段，它與一個第一部件或者第二部件的第二固定段共同作用。借此實現一個特別簡單的可制造和裝配的結構。在此第一和第二固定段能夠形鎖合地相互連接。
按照本發明的一個特別的優選結構設定為，第一固定段設計成一個具有一個尖端的固定腳，并且第一和第二固定段是這樣設計的，固定腳在第一部件相對第二部件旋轉時圍繞它的尖端轉動。通過這種方式實現彈簧的末段的可靠固定。與此同時由于固定腳圍繞它的尖端轉動能夠實現彈簧末段的一個徑向移動和一個轉動。
按照本發明的進一步的特征設定為，彈簧以小于360度的角度圍繞第一部件延伸。因此單個的彈簧不再圍繞第一部件纏繞幾圈。在此，角度參數只與有效的彈簧長度有關。
按照本發明的扭轉彈簧的靜態不平衡能夠這樣被避免，旋轉彈簧包括至少一個由n個彈簧組成的彈簧組合，其中彈簧平行并列并且每個彈簧錯開360/n度角布置。在此數量n大于等于2。
至于出現的動態不平衡則通過一個進一步的改進來避免，設有兩個彈簧組合，并且它們相對于一個平面鏡面對稱地、尤其是垂直于旋轉軸地布置。如果每個彈簧組合包括兩個彈簧，總共就有四個彈簧平行地連接并且沿軸向即旋轉軸并排布置。這兩個外面的彈簧處于相同的角度位置。相反位于里面的彈簧兩者相對于外面的彈簧成180度角圍繞旋轉軸旋轉。布置在左邊的其他的彈簧組合鏡面對稱于布置在右邊的其他的彈簧組合，其中對稱平面通過這兩個彈簧組合的中間。在此，位于里面的彈簧相對于外面的彈簧成180度角圍繞旋轉軸旋轉。這種結構的優點在于，彈簧組和具有內輪廓與外輪廓的第一與第二部件的重心位于旋轉軸線上，并且因此在部件旋轉時避免了靜態的和/或動態的不平衡。這個優點也可以通過相類似的方式用其他的彈簧數量來獲得，例如通過將這兩個各自位于里面的彈簧合并成一個單個的雙倍寬度的彈簧。優選地，彈簧和第一、第二部件相對于一個平面通過旋轉軸對稱地布置，以及所有彈簧的總重心位于旋轉軸上。
在第一與第二部件1、2之間作用有一個旋轉彈簧3，它安裝在第一部件1與第二部件2之間形成的安裝空間4中。安裝空間4沿徑向由外輪廓5和內輪廓6界定。在此外輪廓5通過第二部件2的內表面形成，內輪廓6通過第一部件1的外表面形成。
此外，設有一個第一固定裝置7，用于連接彈簧3的第一末段9與第一部件1，還設有一個第二固定裝置8，用于連接彈簧3的第二末段10與第二部件2。在此，彈簧3在第一與第二末段9、10之間基本上沿周向在第一部件1的周邊的一部分上延伸。
如圖2和3中可看出的，通過彈簧3壓靠在外輪廓5或者內輪廓6上限定第一和第二部件1、2之間的最大的扭轉角。在圖2中通過彈簧3完全壓靠在外輪廓5上，彈簧3處于被扳開的狀態。在圖3中通過彈簧3完全壓靠在內輪廓6上，彈簧3處于被拉緊的狀態。安裝空間4的外輪廓5與內輪廓6各自設計成圓弧形，它們幾乎沿整個周圍延伸。在此通過外輪廓5的中心A與內輪廓6的中心I相互間隔，外輪廓5與內輪廓6相互偏心地布置。安裝空間4在徑向的高度沿周圍是不同的。在第二固定裝置8區域的間距相對小，在位于對面的安裝空間4的部分間距相對大。
在此扭轉彈簧組設計成，在彈簧3壓緊直至壓靠在內輪廓6上時內輪廓6的中點I位于或鄰近于通過旋轉軸D與牢固固定的第二末段10的中心Z的直線上(參看圖3)。在此內輪廓6的中心I位于旋轉軸D與牢固固定的末段10之間。
在彈簧拉松直至壓靠在外輪廓5時外輪廓5的中心A位于或者鄰近于通過旋轉軸D與牢固固定的第二末段10的中心Z的直線上.在此外輪廓5的中心A位于旋轉軸D的另一側的直線段上，在遠離牢固固定的末段10的一側。
第一和第二固定裝置7、8設計成，它們各自包括一個彈簧側的第一固定段11、11’，第一固定段11、11’與第一或者第二部件1、2的第二固定段12、12’共同作用。在此第一與第二固定段11、11’和12、12’形鎖合地相互連接。
在第二固定裝置8處第一固定段11’與第二固定段12’之間的連接是這樣進行的，第二末段10相對于第二部件2在軸向和徑向被固定。這些是如此實現的設計成一個固定腳形式的第一固定段11’在周向在兩側與第二固定段12’形鎖合地連接。
而第一固定裝置7是這樣設計的，彈簧3的第一和/或末段9、10在第一部件1相對第二部件2旋轉時沿徑向運動。在圖中示出的結構形式不僅產生一個沿徑向的運動，而且產生一個第一末段9相對向第一部件1圍繞旋轉點P的轉動。
在此第一固定段7、8設計成具有一個尖端13的固定腳14，這時第一和第二固定段11、12是這樣設計的，固定腳14在第一部件1相對第二部件2旋轉時圍繞它的尖端13旋轉。為了使得轉動更容易，固定腳14的尖端13具有一個半徑，固定腳按鉸鏈的形式位于設計在第一部件1中的固定段11的槽里面。
在此第一和第二固定段7、8是這樣設計的，彈簧3，尤其是第一末段9在彈簧3扳開時能夠緊靠外輪廓5(參見圖2)，以及在彈簧3拉緊時能夠尤其是完全緊靠第一部件1的內輪廓6。在這種情況下固定腳14執行一個圍繞旋轉點P的旋轉運動。固定腳14的后段15設計為，它以小的間隙壓靠在第一固定裝置7的保持段16上，通過這種方式使得能夠在兩個轉動方向上幾乎無游隙地傳遞力。在此固定腳14的后段15和保持段16具有一個由圍繞旋轉點P的圓弧所構成的輪廓。
彈簧3在第一末段9與第二末段10之間的弧度為小于360度。為了取得扭轉彈簧組的一個粘滯的阻尼和潤滑效果，在安裝空間4中加入一種液體，其中流體的分布自動通過彈簧元件的局部的沿徑向的移動來實現。
當第一部件1和第二部件2設計成基本上由鋼制成的剛體時，彈簧3設計成彈性部件，它同樣尤其由鋼制成。
對于圖4和圖5的描述涉及到的
圖1至3的描述，其中相同的功能部分用相同的附圖標記表示。
在圖4和5中所示的實施形式總共設有四個彈簧3、3’、3”、3。在此彈簧3、3’形成一個包括兩個彈簧的彈簧組合17。彈簧3和3’平行連接、并排布置并且圍繞旋轉軸D錯開180度角布置。外輪廓5或5’和內輪廓6或6’也隨著彈簧3及3’錯開180度布置。相應地，在第一部件1以及第二部件2上產生一個階梯形的橫截面。
一個相同的彈簧組合17’在彈簧組合17旁邊相對于平面E鏡像對稱地布置，平面E垂直于旋轉軸D。因而圖4和5中所示的本發明的實施形式總共包括四個彈簧3、3’、3”、3，它們沿軸向即旋轉軸D并排布置。兩個外面的彈簧3和3處于相同的角度位置。相反位于里面的彈簧3’和3”兩者都相對于外面的彈簧3和3圍繞旋轉軸D旋轉180度。在此所有彈簧的總重心位于旋轉軸D上。
圖5中所示為一個通過圖4中所示的實施形式的橫截面。在這里很容易看出，在截面中所示的彈簧3和位于其后的彈簧3’，彈簧3’的位置用虛線畫出，相互錯開180度布置。
權利要求
1.一種扭轉彈簧組，尤其是用于汽車的傳動系的，包括一個位于里面的第一部件(1)和一個相對第一部件(1)可旋轉地布置的位于外面的第二部件(2)，包括一個在第一和第二部件(1，2)之間作用的彈簧(3)，彈簧(3)設計成扭轉彈簧，包括一個用于連接彈簧(3)的第一末段(9)與第一部件(1)的第一固定裝置(7)和一個用于連接彈簧(3)的第二末段(10)與第二部件(2)的第二固定裝置(8)，其中彈簧(3)基本上沿周向在至少第一部件(1)的周邊的一部分上延伸，其特征為至少固定裝置(7、8)之一是這樣設計的，第一和/或第二末段(9、10)在第一部件(1)相對第二部件(2)旋轉時沿徑向運動。
2.根據權利要求1所述的扭轉彈簧組，其特征為彈簧(3)安裝在安裝空間(4)中，該安裝空間(4)以一個外輪廓(5)和一個內輪廓(6)界定，以及通過彈簧(3)壓靠在外輪廓(5)或者內輪廓(6)上限定第一和第二部件(1，2)之間的最大扭轉角。
3.根據權利要求1或2所述的扭轉彈簧組，其特征為安裝空間(4)的外輪廓(5)和/或內輪廓(6)設計成圓弧形。
4.根據權利要求2或3所述的扭轉彈簧組，其特征為外輪廓(5)和/或內輪廓(6)相互偏心地布置。
5.根據權利要求3或4所述的扭轉彈簧組，其特征為外輪廓(5)和內輪廓(6)的圓弧的中心(I、A)相互間隔。
6.根據權利要求5所述的扭轉彈簧組，其特征為內輪廓(6)的中心(I)在彈簧(3)拉緊直至壓靠在內輪廓(6)上時位于或者鄰近于通過旋轉軸(D)與牢固固定的末段(10)的中心(Z)的直線上。
7.根據權利要求5或6所述的扭轉彈簧組，其特征為外輪廓(5)的中心(A)在彈簧(3)扳開直至壓靠在外輪廓(5)上時位于或者鄰近于通過旋轉軸(D)與牢固固定的末段(10)的中心(Z)的直線上。
8.根據權利要求1至7之一所述的扭轉彈簧組，其特征為至少固定裝置(7、8)之一是這樣設計的，第一和/或第二末段(9、10)在第一部件(1)相對第二部件(2)旋轉時圍繞旋轉點(P)旋轉。
9.根據權利要求1至8之一所述的扭轉彈簧組，其特征為至少固定裝置(7、8)之一包括一個彈簧側的第一固定段(11、11’)，第一固定段(11、11’)與一個第一或者第二部件(1、2)的第二固定段(12、12’)共同作用。
10.根據權利要求9所述的扭轉彈簧組，其特征為第一和第二固定段(11、11’、12、12’)形鎖合地相互連接。
11.根據權利要求9或10所述的扭轉彈簧組，其特征為第一固定段(11、11’)設計成一個具有一個尖端(13)的固定腳(14)，第一和第二固定段(11、11’、12、12’)是這樣設計的，固定腳(14)在第一部件(1)相對第二部件(2)旋轉時圍繞它的尖端(13)轉動。
12.根據權利要求1至11之一所述的扭轉彈簧組，其特征為彈簧(3)以一個小于360度的角度圍繞第一部件(1)延伸。
13.根據權利要求1至12之一所述的扭轉彈簧組，其特征為至少一個彈簧組合(17、17’)設有一定數量的彈簧(3、3’、3”、3)，其中彈簧(3、3’、3”、3)平行并排并且各自錯開360/n度角布置。
14.根據權利要求13所述的扭轉彈簧組，其特征為設有兩個彈簧組合(17、17’)并且它們尤其是相對于一個垂直于旋轉軸線(D)的平面(E)鏡像對稱地布置。
全文摘要
一種扭轉彈簧組，尤其是用于汽車的傳動系的，包括一個位于里面的第一部件(1)和一個位于外面的、相對第一部件可旋轉地布置的第二部件(2)，包括一個在第一與第二部件(1，2)之間作用的設計成扭轉彈簧的彈簧(3)，包括一個連接彈簧(3)的第一末段(9)與第一部件(1)的第一固定裝置(7)和連接一個彈簧(3)的第二末段(10)與第二部件(2)的第二固定裝置(8)，其中彈簧(3)基本上沿周向在至少第一部件(1)的周邊的一部分上延伸，其中至少固定裝置(7，8)之一是這樣設計的，第一和/或第二末段(9，10)在第一部件相對第二部件(2)旋轉時沿徑向運動。
文檔編號F16D3/62GK1418296SQ01806464
公開日2003年5月14日 申請日期2001年9月27日 優先權日2000年9月27日
發明者漢斯－格爾德·埃克爾, 福爾克·希爾施, 艾哈德·莫格, 安賈·孔克爾 申請人:卡爾·弗羅伊登伯格公司