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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Ankoppeln von Wellen, die ein Abtriebselement und ein innerhalb des Abtriebselements angeordnetes Antriebselement aufweist, das relativ zu dem Abtriebselement drehbeweglich ist. Das Antriebselement ist so mit dem Abtriebselement gekoppelt, dass eine Übertragung eines Drehmoments von dem Antriebselement auf das Abtriebselement möglich ist.
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Hintergrund der Erfindung
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US 2 879 873 A offenbart eine Kupplung zur Schwingungsdämpfung mit einem angetriebenen Element und einem abgetriebenen Element.
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DE 75 41 299 U offenbart ein Kupplungsglied, das aus mehreren Lagen von abwechselnd aus einem metallischen und einem elastomeren Material bestehenden, plattenförmigen Abschnitten aufgebaut ist.
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GB 1 246 261 A offenbart eine Kupplung, die ein inneres Element mit radialen Vorsprüngen und ein äußeres Element mit radialen Vorsprüngen aufweist. Die Vorsprünge greifen ineinander ein. Zwischen den Vorsprüngen sind elastische Elemente vorgesehen, die aus drei Lagen elastischer Materialien aufgebaut sind.
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Drehmomentübertragungseinrichtungen der eingangs erwähnten Art werden beispielsweise im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, so zum Beispiel zwischen der Kardanwelle und dem Getriebe, der Antriebswelle und dem Differential sowie in der Lenksäulenanordnung, eingesetzt. Dabei soll ein Drehmoment möglichst ohne Verluste von einer Welle auf eine andere Welle übertragen werden. Jedoch werden bei einer derart direkten Kopplung der beiden Wellen möglicherweise auftretende Vibrationen sowie Drehschwingungen nur unzureichend abgedämpft, was zu hörbaren Geräuschen in der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeuges führt. Aus diesem Grund werden Drehmomentübertragungseinrichtungen mit Dämpfungselementen versehen, die derartige Vibrationen oder Drehschwingungen kompensieren sollen. So kann zum Beispiel zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement ein zylindrisch ausgebildetes gummielastisches Dämpfungssegment vorgesehen werden, das zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement eingepasst ist.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentübertragungseinrichtung vorzusehen, dessen Dämpfungseigenschaften verbessert und auf den jeweiligen Verwendungszweck gezielt abgestimmt werden können.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe sieht die Erfindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung zum Ankoppeln von Wellen vor, die ein äußeres Abtriebselement und ein inneres innerhalb des Abtriebselement angeordnetes Antriebselement, das relativ zu dem Abtriebselement drehbeweglich ist, und ein zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement drehbeweglich angeordnetes Zwischenelement aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist das Zwischenelement über ein erstes Kopplungsteil mit dem Antriebselement und über ein zweites Kopplungsteil mit dem Abtriebselement reibschlüssig gekoppelt.
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Weitere bevorzugte Merkmale der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 bestimmt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Anschluss anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 eine schematische Darstellung einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung einer Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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In der 1 bis 4 sind vier verschiedene Ausführungsformen einer Drehmomentübertragungseinrichtung dargestellt. In sämtlichen Darstellungen weisen die letzten beiden Ziffern der Bezugszeichen auf identische oder hinsichtlich ihrer Funktion ähnliche Bauteile der hier beschriebenen Drehmomentübertragungseinrichtungen hin. Die erste Ziffer zeigt die jeweilige Ausführungsform an. Die linke Abbildung in der 1 bis 4 stellt jeweils eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungseinrichtungen dar, während die rechte Abbildung teilweise geschnittene Ansichten derselben zeigen. Im Anschluss an die Beschreibung der Bauteile der jeweiligen Ausführungsformen folgt eine kurze Beschreibung der Funktionsweise derselben.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 100 der 1 umfasst ein zylindrisch ausgebildetes Antriebselement 110 und ein koaxial dazu angeordnetes zylindrisch ausgebildetes Abtriebselement 120, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind. Ferner weist das Antriebselement 110 in radialer Richtung nach außen verlaufende Vorsprünge (drei radiale Rippen sind gezeigt) 130 auf, die zu gleichen Winkelabständen entlang des Umfanges des Antriebselements 110 angeordnet sind und formschlüssig an der radial innenliegenden Oberfläche des Abtriebselements 120 anliegen. Ein Zwischenelement 140 ist um die Drehachse drehbeweglich zwischen dem Antriebselement 110 und dem Abtriebselement 120 vorgesehen. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform sind drei Zwischenelemente 140 nahezu äquidistant in Umfangsrichtung angeordnet.
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Das Zwischenelement 140 bestimmt zwischen dem Antriebselement 110 und dem Abtriebselement 120 kreisbogenförmige Zwischenräume 192, 193, in denen elastische Gummiteile 192a, 193a untergebracht sind. Das Zwischenelement 140 ist als gekrümmtes H-förmiges Profil ausgebildet und besitzt eine Länge von ungefähr π/2. Ferner ist ein Zwischenraum 190 zwischen den Enden des Zwischenelements 140 und den in radialer Richtung nach außen verlaufenden Vorsprüngen 130 des Antriebselements 110 bestimmt. Überdies sind radial nach innen hervorstehende Anschläge 150 an dem Abtriebselement 120 innerhalb des Zwischenraumes 192 angeordnet, die die Drehbeweglichkeit des Zwischenelements 140 begrenzen. Vorzugsweise wird die Drehbeweglichkeit des Zwischenelements 140 auf 1-3° begrenzt.
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Wie in der rechten Abbildung der 1 zu sehen ist füllen die Gummiteile 192a, 193a die Zwischenräume 192, 193 vollständig aus. Eine vollständige Ausfüllung dieser Zwischenräume 192, 193 ist jedoch nicht notwendig. Von Bedeutung ist nur, dass die Gummiteile 192a, 193a das Zwischenteil 140 jeweils mit dem Antriebselement 110 und dem Abtriebselement 20 koppeln. Zu diesem Zweck liegt das Gummiteil 192a reibschlüssig an dem Zwischenelement 140 im Bereich des Zwischenraumes 192 und an dem Abtriebselement 120 an, und das Gummiteil 193a liegt reibschlüssig an dem Zwischenelement 140 im Bereich des Zwischenraumes 193 und an dem Antriebselement 110 an. Bei dieser Ausführungsform ist die Härte des Gummiteils 193a kleiner als die des Gummiteils 192a.
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Wird nun das Antriebselement 110 an einer nicht dargestellten Welle angebracht, so wird die Drehbewegung der Welle mit Hilfe der Drehmomentübertragungseinrichtung 100 auf eine an das Abtriebselement 120 angebrachte Nabe (nicht dargestellt) übertragen. Bei der Übertragung der Drehbewegung verschiebt sich zunächst das Antriebselement 110 relativ zu dem Abtriebselement 120. Bei dieser Relativbewegung wird das Gummiteil 193a so geschert lange (tordiert), bis der Vorsprung 130 an das Zwischenteil 140 anstößt. Gleichzeitig unterliegt das Gummiteil 192a einer Scherung. In dem Fall, dass die Härte (Schervermögen) des Gummiteils 193a deutlich geringer als die Härte des Gummiteils 192a ist, kann es passieren, dass der Vorsprung 130 an dem Zwischenteil 140 anstößt, bevor das Gummiteil 192a eine signifikante Scherung erfahren hat. Liegt der Vorsprung 130 nun am Zwischenteil 140 an und wird das Antriebselement 110, und somit der Vorsprung 130, weiter relativ zu dem Abtriebselement 120 gedreht, so bleibt das Ausmaß der Scherung des Gummiteils 193a unverändert, d. h. die Scherung des Gummiteils 193a wird „eingefroren“. Das Gummiteil 192a wird solange weiter geschert, bis das Ende des H-förmigen Zwischenteils 140 an den Anschlag 50 anstößt.
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Im Unterschied zu der in 1 dargestellten Ausführungsform weist die in 2 dargestellte Drehmomentübertragungseinrichtung 200 im Wesentlichen den gleichen Aufbau auf, allerdings mit dem Unterschied, dass die axiale Breite (Dicke) des Gummiteils 292a (entspricht dem Gummiteil 192a der 1) erhöht und hier gleich der axialen Breite (Dicke) des Gummiteils 293a (entspricht dem Gummiteil 193a der 1) ist. Durch die Veränderung der Breite des Gummiteils 292a wird dadurch dessen Schervermögen (Widerstand gegenüber einer Scherung) verringert. Somit erfährt das Gummiteil 292a bei der Drehbewegung des Antriebselements 210 und des Zwischenteils 240 eine höhere Torsion (Scherung) als das entsprechende Gummiteil 192a der 1.
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Durch gezielte Auswahl der Härte der Gummiteile 192a, 193a, 292a, 293a sowie deren Breite (Form, Geometrie) kann das Torsionsverhalten der Drehmomentübertragungseinrichtung 100, 200 gezielt beeinflusst werden. Da das Gummiteil 193a, 293a den Verlauf der Torsionskennlinie im Bereich des Nullpunktdurchganges bestimmt, und dieser möglichst flach gehalten werden soll und deshalb ein relativ weiches Material für die Gummiteile 193a, 293a verwendet wird, bestimmt die Härte der Gummiteile 192a, 292a den Bereich der Torsionskennlinie bei größeren Drehwinkeln. Durch Auswahl einer bestimmten Härte für die Gummiteile 192a, 292a kann ein entsprechend progressiver Verlauf der Torsionskennlinie erzielt werden.
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Im Unterschied zu den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen der 1 und der 2 zeigt die in 3 dargestellte Ausführungsform ein Zwischenteil 340, das zu einer geschlossenen Ringform ausgebildet ist. Das Zwischenteil 340 weist in radialer Richtung nach innen verlaufende Vorsprünge 342 auf, die mit den in radialer Richtung nach außen verlaufenden Vorsprüngen 330 des Antriebselements 310 in Eingriff bringbar sind. So ist in der 3 zu erkennen, dass jeweils zwei Vorsprünge 342 des Zwischenteils 340 in Umfangsrichtung benachbart einem Vorsprung 330 des Antriebselements 310 angeordnet sind. Die Vorsprünge 330 sind in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander entlang des Umfanges des Antriebsteils 310 angeordnet. Bezugnehmend auf die rechte Abbildung der 3 ist ein inneres Gummiteil 393a zwischen dem Zwischenteil 340 und dem Antriebsteil 310 reibschlüssig eingepasst. Die Ausführungsform der 3 umfasst drei Gummiteile 393a, die in drei bogenförmig ausgebildeten Zwischenräumen 393 eingepasst sind. Das äußere Gummiteil 392a ist geschlossen ringförmig ausgebildet und in dem geschlossenen zylindrischen Zwischenraum 392 zwischen dem Abtriebselement 320 und dem Zwischenteil 340 reibschlüssig untergebracht.
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Wird das Antriebselement 310 relativ zu dem Abtriebselement 320 gedreht, so werden beide Gummiteile 392a, 393a geschert. Sobald die Vorsprünge 330 an die Vorsprünge 342 anstoßen, wird der Scherzustand des Gummiteils 393a „eingefroren“. Bei weiter anhaltender Drehung des Antriebselements 310 wird nunmehr das Gummiteil 392a weiter geschert, bis der Scherwiderstand des Gummiteils 392a überwunden ist und das Abtriebselement 320 in Drehung versetzt wird. Auch hier kann durch gezielte Auswahl der Härte der Gummiteile 392a, 393a sowie deren Breite (Dicke) das Torsionsverhalten (Torsionskennlinie) der Drehmomentübertragungseinrichtung 300 gezielt beeinflusst werden.
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Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Ausführungsform der 4 ein geschlossen ausgebildetes Zwischenteil 440 auf, das in verzahnenden Eingriff mit einem Antriebselement 410a, 410b treten kann. Das Antriebselement umfasst ein außen als Sechskant und innen zylindrisch ausgebildetes Element 410a. An den axialen Enden des Elements 410a sind ringförmig geschlossene Elemente 410b angebracht. Die Elemente 410b weisen an ihrem radial äußeren Umfang Vorsprünge 430 auf, die in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. Der in 4 dargestellte Sechskant dient zur leichteren Montage der stirnseitigen Endelemente 410b. Dadurch, dass das Antriebselement in relativ kurzen Abständen äquidistant in Umfangsrichtung angeordnete Vorsprünge 430 aufweist, ist das Gummiteil 493a, welches das Antriebsteil 410 reibschlüssig mit dem Zwischenteil 440 koppelt, axial mittig in einem ringförmig geschlossenen Hohlraum 492 der Drehmomentübertragungseinrichtung 440 angeordnet (siehe rechte Abbildung der 4). Das Gummiteil 492a ist in einem geschlossen zylindrisch ausgebildeten Zwischenraum 492 zwischen dem Abtriebselement 420 und dem Zwischenteil 440 untergebracht.
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Wie in der rechten Abbildung der 4 zu erkennen ist, besitzen die Gummiteile 492a, 493a unterschiedliche Breiten. Ferner ist der Reibschlusskontakt des Gummiteils 492a mit dem Zwischenteil 440 größer als der des Gummiteils 493a. Auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsform bestimmt die Scherwirkung des Gummiteils 493a den Verlauf der Torsionskennlinie im Bereich des Nullpunktdurchgangs, während das relativ dünn ausgebildete Gummiteil 492a eine progressiv verlaufende Torsionskennlinie bei höheren Drehwinkeln ermöglicht.
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Die Erfindung beruht darauf, dass die Gummiteile 192a, 193a - 492a, 493a das Zwischenteil 140 - 440 in Drehrichtung des Antriebselements 110 - 410 und des Abtriebselements 120 - 440 federelastisch koppeln. Des weiteren können die Gummiteile 192a, 193a - 492a, 493a das Antriebs- und das Abtriebselement in radialer Richtung federelastisch mit dem Zwischenteil koppeln.
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Ferner kann die Funktion des Antriebselements mit der Funktion des Abtriebselements vertauscht werden, d.h. das hier beschriebene Antriebselement wird zu einem Abtriebselement und das hier beschriebene Abtriebselement wird zu einem Antriebselement.
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Überdies ist es denkbar, dass die federelastische Funktion der Gummiteile 192a, 193a - 492a, 493a durch andere Federkörper realisiert werden kann, beispielsweise durch Schraubenfedern, ebene Spiralfedern etc.
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Bei sämtlichen der hier beschriebenen Ausführungsformen kann das Antriebselement 110 - 410, das Abtriebselement 120 - 420 sowie das Zwischenteil 140 - 440 aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, oder einem Kunststoff hergestellt sein. Für die Gummiteile 192a, 193a - 492a, 493a wird bevorzugt Gummi mit einer Shore-Härte im Bereich von 40 bis 80 verwendet.
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Weiterhin kann das Antriebselement 110 - 410 durch das Gummiteil 193a-493a und das Abtriebselement 120 - 420 durch das Gummiteil 192a - 492a stoffschlüssig mit dem Zwischenteil 140 - 440 gekoppelt sein.
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Die Zwischenteile 140 - 440 können bei sämtlichen hier beschriebenen Ausführungsformen als Schwingungstilger agieren, da sie zwischen dem Abtriebsteil 120 - 420 und dem Antriebsteil 110 - 410 drehbeweglich („schwimmend“) gelagert sind. Treten in dem Antriebsteil 110 - 410 Schwingungen auf, so kann über die reibschlüssige Kopplung durch das Gummielement 193a-493a das Zwischenteil 140-440 eine zu den Schwingungen gegenphasige Schwingung aufbauen. Das Zwischenteil 140 - 440 agiert dabei als frei bewegliche Ausgleichsmasse, durch die die Schwingungen des Antriebsteils 110 - 410 ausgeglichen werden und somit nicht auf das Abtriebsteil 120-420 übertragen werden.
