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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schwingungsreduzierten Übertragen von
Drehmomenten zwischen zwei entlang einer Längsachse verlaufenden Wellenabschnitten.
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Derartige
Vorrichtungen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und
werden beispielsweise eingesetzt, um Drehmomente in einer Lenksäule oder
in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu übertragen. Gerade in diesen
Anwendungsfällen
ist es erforderlich, aufgrund der immer kleiner werdenden Bauräume und
steigenden Drehmomentanforderungen möglichst kompakt bauende Drehmomentübertragungseinrichtungen
einzusetzen, die unter Dämpfung
von Drehschwingungen die Wellenabschnitte miteinander koppeln. Insbesondere
wird an derartige Übertragungseinrichtungen
die Anforderung gestellt, die Drehmomente möglichst verlustfrei von einem
Wellenabschnitt auf den anderen Wellenabschnitt zu übertragen,
jedoch auftretende Vibrationen sowie Drehschwingungen hinreichend
abzudämpfen,
um beispielsweise an der Antriebsachse entstehenden Körperschall
nicht durch das Fahrzeug hindurch zu übertragen. Aus diesem Grund
werden Drehmomentübertragungseinrichtungen
mit Dämpfungselementen
versehen, die derartige Vibrationen oder Drehschwingungen kompensieren
können.
So werden beispielsweise fadenverstärkte Gummischeiben eingesetzt,
die eine Drehschwingungsdämpfung
bewirken.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum schwingungsreduzierten Übertragen
von Drehmomenten der eingangs bezeichnenden Art bereitzustellen,
die bei kompakter Bauweise den gestiegenen Anforderungen an die
Drehmomentübertragung
gerecht wird.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum schwingungsreduzierten Übertragen
von Drehmomenten zwischen zwei entlang einer Längsachse verlaufenden Wellenabschnitten
mit zwei in einem Kopplungsbereich in drehmomentübertragende Wechselwirkung
tretenden Übertragungsteilen
gelöst,
wobei jedes der Übertragungsteile
jeweils wenigstens eine axial vorspringende Klauenformation aufweist,
die zur Drehmomentübertragung
in axialer Überlappung
mit der wenigstens einen Klauenformation des jeweils anderen Übertragungsteils
in Eingriff bringbar ist, wobei zwischen den beiden Übertragungsteilen
eine schwingungsreduzierende Dämpfereinrichtung
vorgesehen ist.
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Durch
die Verwendung von Übertragungsteilen
mit in axialer Richtung vorspringenden Klauenformationen bietet
sich die Möglichkeit,
auch hohe Drehmomente weitgehend verlustfrei zwischen den Wellenabschnitten
zu übertragen,
wobei hinreichende konstruktive Möglichkeiten zur Unterbringung
der schwingungsreduzierenden Dämpfereinrichtung
gegeben sind.
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So
sieht eine besonders einfache und kostengünstig herstellbare Ausführungsform
der Erfindung vor, dass die beiden Übertragungsteile im Kopplungsbereich
im Wesentlichen gleichförmig
ausgebildet sind. Die Verwendung von im Wesentlichen identischen Übertragungsteilen
führt zu
einer weniger komplizierten und damit kostengünstigeren Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jedes Übertragungsteil
eine Mehrzahl, vorzugsweise zwei bis 12, von Klauenformationen aufweist, die
in regelmäßigen oder
unregelmäßigen Winkelabständen über die
Umfangsrichtung des jeweiligen Übertragungsteils
angeordnet sind. Durch eine unregelmäßige Anordnung kann eine weitere
Progression bei dem Dämpfungsverhalten
erreicht werden. In diesem Zusammenhang ist ferner festzustellen,
dass mit zunehmender Anzahl der Klauenformationen pro Übertragungsteil
die Flächenpressung
an einer einzelnen Klauenformation pro Übertragungsteil abnimmt. Dadurch
können
in vorteilhafter Weise größere Drehmomente übertragen
werden, weil die einzelne Klauenformation weniger stark belastet
wird.
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Hinsichtlich
der Geometrie der Übertragungsteile
kann vorgesehen sein, dass die Klauenformationen jeweils ein kreissektorförmiges oder kreisringsektorförmiges Querschnittsaußenprofil
aufweisen. Mit einer derartigen Geometrie lässt sich eine große Anzahl
von Klauenformationen an einem zylindrischen Übertragungsteil anordnen. Vorzugsweise
ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Klauenformationen
stirnseitig geschlossen sind. Das stirnseitige Schließen einzelner
Klauenformationen, insbesondere dann, wenn diese kreissektorförmig oder
kreisringsektorförmig
ausgebildet sind, stabilisiert die Klauenformationen zusätzlich im Hinblick
auf eine Drehmomentübertragung.
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Vorstehend
wurde bereits angedeutet, dass sich durch die Erfindung die Fertigung
vereinfacht und damit die Herstellungskosten der Drehmomentübertragungseinrichtung
senken lassen. Hinsichtlich der Herstellung kann vorgesehen sein,
dass die Übertragungsteile
durch ein Tiefziehverfahren, Schmiedeverfahren, Kaltfließpressver fahren,
spanabhebendes Fertigungsverfahren oder als glasfaserverstärkte Kunststoffteile
hergestellt sind. So lassen sich mechanisch besonders hoch beanspruchbare Übertragungsteile
im Schmiedeverfahren herstellen. Hinsichtlich ihrer hohen Stabilität zeichnen
sich aber auch glasfaserverstärkte
Kunststoffteile aus.
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Eine
besonders stabile Anordnung ergibt sich beispielsweise dann, wenn
die Übertragungsteile
im Bereich der Klauenformationen massiv ausgebildet sind. Alternativ
hierzu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Übertragungsteile im Bereich
der Klauenformationen hohl ausgebildet sind. Bei massiver Ausgestaltung
der Übertragungsteile
werden diese üblicherweise
als Schmiedeteile oder durch spanabhebende Fertigungsverfahren hergestellt.
Die hohle Ausbildung der Übertragungsteile
im Bereich der Klauenformation zeichnet sich durch besonders geringe
Masse aus. Im letztgenannten Fall lässt sich die Stabilität der Übertragungsteile
hinsichtlich der Übertragung
hoher Drehmomente dadurch steigern, dass Hohlräume im Bereich der Klauenformationen
mit einem Füllmaterial
zumindest teilweise gefüllt
sind. Je nach Bedarf und gewünschtem
Drehmomentübertragungsverhalten
und in Abstimmung auf die gewünschte
Steifigkeit, Dämpfung
und Festigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann das Füllmaterial
ausgewählt
werden. So kann vorgesehen sein, dass das Füllmaterial, vorzugsweise strukturiertes, Aluminium,
Metallschaum, Kunststoff oder Bionetic-Material umfasst. Insbesondere
die Verwendung von Bionetic-Material,
welches bedarfsweise mit Hilfe von Lasertechnik in einer gewünschten
Struktur, beispielsweise einer Wabenstruktur, in den Hohlraum eines
jeweiligen Übertragungsteils
im Bereich der Klauenformation eingebracht werden kann, erlaubt eine
auf den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere die Anforderungen
des Kfz-Herstellers,
genau abgestimmte Gestaltung mit optimiertem Gewicht.
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Hinsichtlich
der Dämpfereinrichtung
kann vorgesehen sein, dass diese eine dämpfende Materialschicht, insbesondere
Gummischicht oder Polyurethanschicht, zwischen den miteinander in
Eingriff bringbaren Klauenformationen der Übertragungsteile aufweist.
Diese dämpfende
Materialschicht kann eine progressive Kennlinie aufweisen, das heißt bei zunehmender
Pressung ein abnehmendes Dämpfungsverhalten
mit zunehmender Steifigkeit zeigen. Vorzugsweise ist vorgesehen,
dass jedes Übertragungsteile
im Bereich seiner Klauenformationen mit einer Gummischicht versehen
ist. So kann jedes der Übertragungsteile
zumindest im Bereich seiner Klauenformationen mit einer aufvulkanisierten
Gummischicht versehen sein. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein,
dass die Gummischicht einseitig oder zweiseitig an die miteinander
in Eingriff bringbaren Klauenformationen der Übertragungsteile angebunden,
insbesondere anvulkanisiert, ist. Dies bedeutet, dass die miteinander
in Eingriff bringbaren Klauenformationen bereits bei zweiseitiger
Anbindung der Gummischicht miteinander verbunden sind. In diesem
Zusammenhang ist jedoch darauf hinzuweisen, dass dann im Belastungsfall
die Gummischicht zwischen den Klauenformationen der beiden Übertragungsteile
wechselweise während
der Drehmomentübertragung
auf Zug und Druck belastet wird. Anstelle einer Gummi- oder Kautschukschicht
kann auch eine Polyurethanschicht verwendet werden.
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Die
Gummischicht oder Polyurethanschicht an den Klauenformationen kann
in axialer Richtung zum freien Ende der Klauenformationen hin in
ihrer Materialstärke
zunehmen. Dadurch kommt es bei gegenseitigem Eingriff der Klauenformationen
der beiden Übertragungsteile
zu einem vorteilhaften Verkeilungseffekt, der die Übertragungsteile
auch in axialer Richtung sichert. Beim Zusammenfügen der Übertragungsteile können diese
zur Überwindung
der Keile temporär
mit einem Gleitmittel versehen werden.
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Um
die Dämpfungskennung
zu verändern und
die Lebensdauer der Gummischicht zwischen den miteinander in Wechselwirkung
tretenden Klauenformationen der beiden Übertragungsteile zu verlängern sieht
eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass zwischen den miteinander
in Eingriff bringbaren Klauenformationen der Übertragungsteile, insbesondere
zwischen deren Gummischicht, wenigstens eine Zwischenlage, vorzugsweise
aus Kunststoff, vorgesehen ist. Die Zwischenlage kann auf das gewünschte Verhalten
der Drehmomentübertragungseinrichtung
abgestimmt werden.
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Eine
Weiterbildung sieht in diesem Zusammenhang vor, dass zwischen den
miteinander in Eingriff bringbaren Klauenformationen der Übertragungsteile,
insbesondere zwischen deren Gummischicht, wenigstens eine Zwischendämpferanordnung
vorgesehen ist. So lässt
sich die Zwischendämpferanordnung
zwischen den miteinander in Eingriff bringbaren Klauenformationen
zusätzlich
auf die gewünschten
Charakteristika der erfindungsgemäßen Vorrichtung abstimmen.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Zwischendämpferanordnung
zwei voneinander beabstandete Zwischensegmente aufweist, die über wenigstens
einen komprimierbaren Dämpfungskörper miteinander verbunden
sind. Die beiden voneinander beabstandeten Zwischensegmente können beispielsweise
um einige wenige Grad zueinander beweglich sein, wobei eine derartige
Bewegung unter Komprimierung der Dämpfungskörper erfolgt. Auch in diesem
Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass die Dämpfungskörper bei einer Drehmomentübertragung
in einer bestimmten Richtung wechselweise auf Zug und Druck belastet
werden. Vorzugsweise werden daher die Dämpfungskörper bereits unter Druckvorspannung
zwischen zwei einander benach barte Zwischensegmente eingebracht.
Dadurch kann eine an sich unerwünschte
Zugbelastung der elastisch komprimierbaren Dämpfungskörper weitgehend unterbunden
werden.
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Erfindungsgemäß kann ferner
vorgesehen sein, dass zwischen den Übertragungsteilen im Kopplungsbereich
ein Positionierstift vorgesehen ist. Je nach gewünschten Eigenschaften kann
der Positionierstift aus Metall, aus Kunststoff, aus kunststoffbeschichtetem
Metall oder aus anderweitigem Material hergestellt sein. Ein solcher
Positionierstift kann die beiden Übertragungsteile im Kopplungsbereich, das
heißt
im Bereich der sich überlappenden
Klauenformationen, relativ zueinander positionieren, insbesondere
hinsichtlich der Längsachse
im Wesentlichen koaxial zueinander ausrichten. Allerdings kann der
Positionierstift gleichermaßen
eine Art Gelenkfunktion übernehmen,
falls die beiden miteinander zu verbindenden Wellenabschnitte im
Betrieb nicht koaxial, sondern versetzt oder abgewinkelt zueinander verlaufen.
In diesem Fall sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass
der Positionierstift mit einem verdickten Lagerabschnitt versehen
ist. Die Verdickung kann entweder zylindrisch oder zur Verbesserung
der Gelenkfunktion bauchig ausgebildet sein. Der Positionierstift
kann auch in einem Kalottenlager gelagert sein.
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Vorstehend
wurde bereits angedeutet, dass zur gezielten Beeinflussung der Drehmomentübertragungseigenschaften
eine Zwischendämpferanordnung
vorgesehen sein kann. Diese kann im Rahmen der Erfindung derart
weitergebildet werden, dass der Positionierstift in der Zwischendämpferanordnung gelagert
aufgenommen ist. Mit anderen Worten positioniert der Positionierstift
die Zwischendämpferanordnung,
welche ihrerseits über
die komprimierbaren Dämpfungskörper und
die Zwischensegmente die beiden übertragungsteile
zueinander positioniert.
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Um
das Dämpfungsverhalten
der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung
in verschiedenen Betriebsbereichen gezielt einstellen zu können, sieht
eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Dämpfereinrichtung eine Vordämpferanordnung
aufweist, die eine Drehmomentübertragung über den
Positionierstift vorsieht. So kann in diesem Zusammenhang vorgesehen
sein, dass die Vordämpferanordnung
in einem bestimmten Drehmomentbereich, beispielsweise von 0 bis
150 Nm pro Winkelgrad während
einer Drehmomentübertragung
eine im Wesentlichen lineare Kennlinie aufweist. Dies kann über die
Vordämpfereinrichtung
erreicht werden. Sobald sich die beiden miteinander zu verbindenden
Wellenabschnitte um eine bestimmte Gradzahl, beispielsweise 3 Winkelgrad
relativ zueinander verdreht haben, kann dann die sogenannte Hauptdämpfereinrichtung
wirksam werden, die von der zwischen miteinander in Wechselwirkung
tretenden Klauenformationen angeordneten Gummischicht bzw. den Gummischichten
gebildet wird. Mit anderen Worten wird die Hauptdämpferanordnung
dann wirksam, wenn die beiden miteinander in Wechselwirkung tretenden
Klauenformationen über
ihre Gummischicht bzw. Gummischichten in gegenseitige Anlage geraten.
In der Folge hat die Dämpfereinrichtung
eine progressive Kennlinie, das heißt bei weiter zunehmender Relativverdrehung
zwischen den beiden Wellenabschnitten wird die Gummischicht bzw.
werden die Gummischichten stärker
komprimiert, wobei das Dämpfungsvermögen abnimmt.
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Wie
vorstehend bereits angedeutet, kann außerhalb des Wirkungsbereichs
der Vordämpferanordnung
das Verhalten der Hauptdämpferanordnung durch
eine zusätzliche
Zwischendämpferanordnung weiter
beeinflusst werden.
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Hinsichtlich
der Vordämpferanordnung
sieht eine Ausführungsvariante
der Erfindung vor, dass der Positionierstift jeweils über eine
elastische Vordämpferschicht
mit den Übertragungsteilen
gekoppelt ist. Mit anderen Worten wird das Drehmoment über eines
der Übertragungsteile
in die Drehmomentübertragungseinrichtung
gemäß der Erfindung
eingeleitet, von diesem über
eine elastische Vordämpferschicht
auf den Positionierstift übertragen
und über diesen
Positionierstift dann über
eine weitere elastische Vordämpferschicht
auf das andere der Übertragungsteile übertragen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die elastische Vordämpferschicht
an jedem der Übertragungsteile
axial vorgespannt ist. Auch hierdurch kann das Übertragungsverhalten des Vordämpfers beeinflusst
werden. Der Positionierstift wirkt im Rahmen der Zwischendämpferanordnung somit
als Drehmomentübertragungsteil.
Hierfür
kann er hinsichtlich seiner Torsionssteifigkeit gezielt aus einem
steiferen oder weniger steifen Material oder mit einer bestimmten
Querschnittsprofilierung ausgebildet sein.
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Zur
Kapselung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gegenüber
der Umgebung und ferner zur Ausrichtung der beiden Übertragungsteile
zueinander sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die
beiden Übertragungsteile
in einem Rohrelement angeordnet sind. Das Rohrelement kann beispielsweise
mit einem der Übertragungsteile
fest verbunden sein. Es wirkt einerseits als Wärmeisolierung gegenüber der
Umwelt und kann dementsprechend aus geeignetem Wärme isolierendem Material ausgebildet
sein. Außerdem
kann es eine Außenverrippung zur
Vergrößerung der
thermischen Konvektionsfläche
aufweisen, wobei die Außenverrippung
unregelmäßig auszubilden
ist, um unerwünschte
Geräuschentwicklungen
zu vermeiden.
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Alternativ
zur Verwendung eines Rohrelements kann ferner vorgesehen sein, dass
die beiden Übertragungsteile
Außenwandabschnitte
aufweisen, welche den Zwischenraum zwischen einander benachbarten
Klauenformationen ein und desselben Übertragungsteils überspannen.
Diese Außenwandabschnitte
sorgen für
eine mechanische Verbindung zweier benachbarter Klauenformationen
an ein und demselben Übertragungsteil,
so dass ggf. Belastungsspitzen an einzelnen Klauenformationen über die
entsprechenden Außenwandabschnitte
an die übrigen
Klauenformationen ein und desselben Übertragungsteils übertragen
werden können
und so die Belastung gleichmäßig auf
das Übertragungsteil
verteilt werden kann. Auch dadurch kann bei gleich bleibendem Durchmesser
das Drehmomentübertragungsvermögen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich
gesteigert werden und deren Lebensdauer erhöht werden.
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Eine
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zeichnet sich durch wenigstens eine Schwingungstilgeranordnung aus.
Dadurch können die
Schwingungen im System, welches mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgestattet ist, weiter reduziert werden. In diesem Zusammenhang kann
beispielsweise vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Schwingungstilgeranordnung
eine, vorzugsweise ringförmige,
Tilgermasse aufweist, die über
eine elastomere Anbindung mit einem der Übertragungsteile gekoppelt
ist. Sobald sich Drehschwingungen ergeben oder ändern, wirkt die Schwingungstilgeranordnung
aufgrund der Trägheit
der Trägermasse
einer Änderung
eines stationären
Schwingungszustands entgegen, was die Gesamtschwingungen im System
reduziert. Hinsichtlich der Schwingungstilgeranordnung kann weiter
vorgesehen sein, dass diese in die elastomere Anbindung eingebettete Gleitsteine
aufweist. Diese sorgen für
eine Radialführung
der Tilgermasse relativ zu dem Übertragungsteil,
an dem sie angeordnet ist. Die elastomere Anbindung der Tilgermasse
sowie die übrigen
Gummischichten des Hauptdämpfers
(zwischen den Klauenformationen) sowie gegebenenfalls des Vordämpfers können in
einem einzigen Arbeitsschritt angebracht werden, was die Herstellung
der gesamten Vorrichtung erleichtert.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden
Figuren erläutert.
Es stellen dar:
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1a und 1b Schnittansichten
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2a und 2b Schnittansichten
einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3a und 3b Schnittansichten
einer dritten Ausführungsform
der Erfindung;
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4a und 4b Schnittansichten
einer vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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5a und 5b Schnittansichten
einer fünften
Ausführungsform
der Erfindung;
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6a und 6b Schnittansichten
einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung;
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7a und 7b Schnittansichten
einer siebten Ausführungsform
der Erfindung;
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8a und 8b Schnittansichten
einer achten Ausführungsform
der Erfindung;
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9a und 9b Schnittansichten
einer neunten Ausführungsform
der Erfindung;
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10a und 10b Schnittansichten
einer zehnten Ausführungsform
der Erfindung und
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11 eine
Schnittansicht einer elften Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1a und 1b ist
eine erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung
jeweils in Schnittansichten gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet.
Dabei zeigt 1b einen achsenthaltenden Längsschnitt
entlang der Längsachse
A, wohingegen 1a einen achsorthogonalen Schnitt
durch die Anordnung zeigt. 1a weist
auch den Schnittverlauf gemäß 1b entlang
der Schnittlinie I-I auf.
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Wie
man in 1a und 1b erkennt, weist
die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung
ein erstes Übertragungsteil 12 und ein
zweites Übertragungsteil 14 auf.
Die beiden Übertragungsteile 12 und 14 überlappen
sich in einem Kopplungsbereich 16, wobei sie in diesem
Kopplungsbereich 16 im Querschnitt kreissektorförmige oder
mit anderen Worten im Außenprofil „kuchenstückförmige" Klauenformationen
aufweisen. Das Übertragungsteil 12 weist
insgesamt drei um jeweils 120° zueinander
versetzte Klauenformationen 18, 20 und 22 auf.
Diese Klauenformationen 18, 20 und 22 stehen,
wie in 1b repräsentativ für die Klauenformation 18 gezeigt,
in Richtung der Längsachse
A von einem topfartigen, das heißt zylindrischen Abschnitt 24,
in axialer Richtung vor. Sie sind an ihrem freien vorspringenden
Ende mit einer Bodenfläche 26 verschlossen.
Gleichermaßen
weist das Übertragungsteil 14 entsprechende
Klauenformationen 28, 30 und 32 auf,
wobei in 1b reprä sentativ nur die Klauenformation 30 gezeigt
ist. Die Klauenformationen 28, 30 und 32 sind
in gleicher Weise an dem zweiten Übertragungsteil 14 in
axial vorspringender Weise angeordnet und im Querschnittsprofil
kreissektorförmig
ausgebildet.
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Man
in erkennt in 1a und 1b, dass die
beiden Übertragungsteile 12 und 14 mit
einem Tiefziehverfahren hergestellte Hohlkörper sind. Ferner erkennt man
insbesondere in 1a, dass die Klauenformationen 28, 30 und 32 wechselweise
mit den Klauenformationen 18, 20 und 22 in
gegenseitigem Eingriff stehen. Im zentralen Bereich der Anordnung
ist ein Positionierstift 34 angeordnet, dessen Längsachse
im Wesentlichen mit der Längsachse
A fluchtet. Der Positionierstift 34 dient zur Ausrichtung der
ersten Übertragungsteils 12 relativ
zum zweiten Übertragungsteil 14 über die
Klauenformationen 18, 20 und 22 sowie 28, 30, 32.
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Im
Kopplungsbereich 16 sind die beiden Übertragungsteile 12 und 14 jeweils
mit einer Gummischicht überzogen.
Im Einzelnen erkennt man eine entsprechende Gummischicht 36 am Übertragungsteil 12 und
eine korrespondierende Gummischicht 38 am Übertragungsteil 14.
Die beiden Gummischichten 36, 38 sind unmittelbar
an die Übertragungsteile 12 und 14 anvulkanisiert.
Sie sind mit einer derartigen Dicke ausgebildet, dass sich die Übertragungsteile 12 und 14 im
Kopplungsbereich 16 ohne größeren mechanischen Aufwand,
jedoch auch nicht reibungsfrei ineinander fügen lassen und dass sie den
Positionierstift 34 im Wesentlichen formschlüssig umgeben.
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Die
beiden Gummischichten 36 und 38, die zwischen
den radial verlaufenden Seitenflächen
der Klauenformationen 18, 20, 22 und 28, 30, 32 liegen, sind
mit progressiver Kennlinie komprimierbar.
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Die
in 1a und 1b gezeigte
Anordnung ist ferner von einem isolierendem Rohrelement 40 umgeben,
welches fest an dem Übertragungsteil 14 angebracht
ist, beispielsweise durch Verpressen oder Verschweißen, und
welches das Übertragungsteil 12 unter
Zulassung einer Relativbewegung mit geringem Spiel umgreift. Das
Rohrelement kann auch mit unregelmäßig über den Umfang verteilten Kühlrippen
versehen werden, die nicht dargestellt sind.
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Im
Betrieb ist das Übertragungsteil 12 an
einem nicht gezeigten Wellenabschnitt beispielsweise einer Welle
einer Lenksäule
oder eines Antriebstrangs eines Kraftfahrzeugs angebracht und das Übertragungsteil 14 an
einem anderen mit dem ersten Wellenabschnitt drehmomentübertragend
zu verbindenden zweiten Wellenabschnitt. Wird auf das erste Übertragungsteil 12 über den
nicht gezeigten Wellenabschnitt ein Drehmoment übertragen, so verdreht sich
dieses um die Längsachse
A zusammen mit seinen Klauenformationen 18, 20, 22,
beispielsweise in 1a im Uhrzeigersinn. Das Übertragungsteil 14 bleibt
aufgrund seiner eigenen Trägheit und
der Trägheit
des sich anschließenden
mechanischen Systems, beispielsweise dem Lenksystem oder einem Teil
des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, zunächst lagestabil, so dass es
im Bereich der einander zugewandten radialen Flächen an den Klauenformationen
zu einer Annäherung
zwischen dem Übertragungsteil 12 und
dem Übertragungsteil 14 kommt.
Im Einzelnen nähern
sich die Klauenformationen 18 und 28, die Klauenformationen 20 und 30 sowie
die Klauenformationen 22 und 32 einander an. In
diesem Bereich unterliegen die Gummischichten 36 und 38 einer
Flächenpressung über die
Klauenformationen, wobei eventuell übertragene Schwingungen durch
das Dämpfungsverhalten
der Gummischichten 36 und 38 gedämpft werden
können.
Eine solche Dämpfung
verläuft
progressiv, das heißt
mit zunehmender Annäherung
der Klauenformationenpaare nimmt das Dämpfungsvermögen der Gummischichten ab.
Der Positionierstift 34 und auch das Rohr 14 sorgen
für eine
Zentrierung der beiden Übertragungsteile 12 und 14 zueinander
während
der Relativverdrehung, was eine gleichmäßige Belastung an den einzelnen
Klauenformationen bewirkt.
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Insgesamt
stellt die Drehmomentübertragungseinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 1a und 1b ein
Bauteil mit kompakter Bauform und hohem Drehmomentübertragungsvermögen bei
verhältnismäßig geringer
Beanspruchung der dämpfenden
Gummischichten 36 und 38 zwischen den während der
Drehmomentübertragung
wirksamen Flächen
dar.
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Im
Folgenden soll mit Bezug auf 2a und 2b ein
zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung erläutert
werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen und zur Vereinfachung
der Beschreibung werden für
gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszeichen
verwendet, wie im ersten Ausführungsbeispiel,
jedoch mit der Ziffer "1" vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 2a und 2b unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
gemäß 1a und 1b lediglich
darin, dass die beiden Übertragungsteile 112 und 114 im Kopplungsbereich
massiv ausgebildet sind, das heißt, dass die Klauenformationen 118, 120 und 122 sowie 128, 130, 132 als
massive vorspringende Teile ausgebildet sind und so besonders hohe
Stabilität aufweisen.
Die Übertragungsteile 112 und 114 werden
beispielsweise durch ein spanabhebendes Verfahren, wie ein Fräsverfahren,
oder durch Gesenkschmieden hergestellt. Ansonsten gleicht der Aufbau dem
Aufbau gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel nach 1a und 1b,
ebenso die Funktionsweise, wobei die Ausführungsform gemäß 2a und 2b unter
Inkaufnahme einer höheren
Masse stabiler ist und daher noch größere Drehmomente übertragen
kann.
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Die
dritte Ausführungsform
gemäß 3a und 3b,
die im Folgenden unter Verwendung derselben Bezugszeichen wie die
ersten beiden Ausführungsformen
für gleichartige
oder gleichwirkende Komponenten beschrieben wird, jedoch mit der
Ziffer "2" vorangestellt, unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
lediglich darin, dass die als Hohlkörper ausgebildeten Übertragungsteile 212 und 214 im
Kopplungsbereich 216 mit einem Füllmaterial versehen sind. Das
Füllmaterial
ist in 3a und 3b mit
dem Bezugszeichen 242 und 244 versehen. Dieses
Füllmaterial
kann beispielsweise ausgehärtetes,
während
der Fertigung eingegossenes Aluminium oder aber auch Metallschaum,
Kunststoff oder Bionetic-Material sein. Je nach Bedarf kann das Füllmaterial
strukturiert werden, beispielsweise mit einer schaumartigen porösen Struktur
oder einer Wabenstruktur, um den Übertragungsteilen 212 und 214 hinreichende
Stabilität
zu verleihen, um jedoch andererseits Gewichtsvorteile gegenüber der
massiven Ausführungsform
gemäß 2 zu erreichen.
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Ansonsten
entspricht der Aufbau im Wesentlichen dem Aufbau des ersten und
zweiten Ausführungsbeispiels
gemäß 1a, 1b und 2a, 2b.
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Im
Folgenden wird die vierte Ausführungsform
gemäß 4a und 4b beschrieben.
Wiederum werden für
gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszeichen
wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen
verwendet, jedoch mit der Ziffer "3" vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 4a und 4b unterscheidet
sich von den vorangehenden Ausführungsformen
einerseits dadurch, dass statt drei Klauenformationen pro Übertragungsteil
lediglich zwei entsprechend breit ausgebildete Klauenformationen 318 und 320 an
dem Übertragungsteil 312 und
entsprechende Klauenformationen 328 und 330 an
dem Übertragungsteil 314 vorgesehen
sind. Diese Klauenformationen sind an sich massiv ausgebildet, jedoch
zur Gewichtseinsparung mit Zylinderbohrungen 346 (nur für Klauenformation 318 näher bezeichnet)
ausgebildet.
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Eine
weitere Abweichung zu den vorangehenden Ausführungsformen besteht darin,
dass zwischen den einzelnen Klauenformationen 318 und 328 sowie 328 und 320 sowie 320 und 330 sowie 330 und 318 und
zwischen den diesen zugeordneten Gummischichten 336 und 338 nochmals
Zwischenlagen aus verhältnismäßig hartem
Kunststoff vorgesehen sind. Diese Zwischenlagen bilden zusammen
mit einem den Positionierstift 334 umgebenden Zentralbereich
und einem kranzförmigen
Außenbereich
ein Einlegeteil 348. Das Einlegeteil 348 bietet
den Vorteil, dass die Gummischichten 336 und 338 nicht
in unmittelbaren Kontakt zueinander treten, sondern durch die radial
verlaufenden Stege zwischen dem zentralen Abschnitt und dem Kranz
des Einlegeteil 348 voneinander getrennt sind. Dadurch
kann eine unmittelbare Reibungswechselwirkung zwischen den Gummischichten 336 und 338 vermieden
werden und deren Lebensdauer erhöht
werden.
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Ferner
kann das Einlegeteil 348 aus einem Material gewählt werden,
welches ebenfalls ein gewisses Deformationsvermögen aufweist, jedoch härter ausgebildet
ist als die Gummischichten, so dass bei wachsender Drehmomentübertragung
sich auch das Übertragungsverhalten
des Einlegeteils 348 progressiv ändert. Schließlich bietet
das Einlegeteil 348 auch hinsichtlich der Führung des Übertragungsteils 312 innerhalb
des Rohrs 340 und hinsichtlich der Führung des Positionierstifts 334 relativ
zu den Übertragungsteilen 312 und 314 Vorteile.
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5a und 5b zeigen
ein fünftes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei wiederum gleichwirkende oder gleichartige Komponenten
dieselben Bezugszeichen verwendet werden, wie bei den vorangehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen,
jedoch mit der Ziffer "4" vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 5a und 5b geht
in ihrer Grundstruktur von der Ausführungsform gemäß 4a und 4b aus,
das heißt sie
zeigt zwei Übertragungsteile 412 und 414 mit
jeweils zwei Klauenformationen 418, 420 und 428, 430. Zwischen
benachbarten Klauenformationen 418 und 428 bzw. 428 und 420 bzw. 420 und 430 sind
zwischen Dämpferanordnungen 450 vorgesehen.
Diese Zwischendämpferanordnungen 450 weisen
jeweils zwei Zwischensegmente 452 und 454 auf,
die aus Kunststoff ausgebildet sind. Die beiden Zwischensegmente 452 und 454 umgreifen
die gummibeschichteten Klauenformationen an ihren einander zugewandten
Flächen.
Zwei benachbarte Zwischensegmente 452 und 454 sind
mit einem Abstand zueinander angeordnet, so dass eine Bewegung um
bis zu drei Winkelgrad aufeinander zu möglich ist, bis die Zwischensegmente 452 und 454 in
gegenseitige Anlage kommen. Die beiden Zwischensegmente 452 und 454 sind
durch zwei kissenartige Dämpfungskörper 456 und 458,
welche unter Druckvorspannung eingesetzt sind, zueinander verspannt.
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Im
Rahmen einer Drehmomentübertragung werden
zunächst
die kissenartigen Dämpfungskörper 456 und 458 komprimiert,
bevor es zu einer wesentlichen Komprimierung der Gummischichten 436 und 438 kommt.
Mit anderen Worten kann die Anordnung gemäß 5a und 5b mit
der Zwischendämpferanordnung 450 so
eingestellt werden, dass bei kleineren Drehmomenten lediglich die
Zwischendämpferanordnung 450 Dämpfungsfunktion übernimmt
und erst bei Übertragung
höherer
Drehmomente, wenn die beiden Zwischensegmente 452 und 454 auf
Block gehen, eine Dämpfung über die
Gummischichtung 436 und 438 erfolgt. Je nach Bedarf lassen
sich natürlich
die Dämpfungskörper 456 und 458 auf
die Härte
der Gummischichten 436 und 438 sowie auf die Härte der
Zwischensegmente 452 und 454 einstellen.
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Ein
weiterer wesentlicher Aspekt besteht darin, dass der Positionierstift 434 im
zentralen Bereich der Zwischensegmente gelagert aufgenommen ist.
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Die
Ausführungsform
gemäß 6a und 6b ist
wiederum ähnlich
zur Ausführungsform gemäß 1a und 1b ausgebildet.
Zur Beschreibung dieser Ausführungsform
werden für gleichartige
oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen wie vorangehend
verwendet, jedoch mit der Ziffer 5 vorangestellt.
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Der
einzige Unterschied zwischen der Ausführungsform gemäß 1a und 1b zu
der Ausführungsform
gemäß 6a und 6b besteht
darin, dass statt der Verwendung eines Rohrelements 40,
welches die gesamte Anordnung umgibt, benachbarte Klauenformationen 518, 520 und 522 des
ersten Übertragungsteils 512 sowie
benachbarte Klauenformationen 528, 530 und 532 des
zweiten Übertragungsteils 514 jeweils
durch Außenwandsegmente 560, 562 miteinander
verbunden sind, die die Zwischenräume zwischen diesen benachbarten
Klauenformationen radial außen
umgreifen. Dadurch sind die einzelnen Klauenformationen der betreffenden Übertragungsteile 512 und 514 in
Umfangsrichtung miteinander verbunden, so dass eine gleichmäßige Lastverteilung
während
der Drehmomentübertragung
erreicht werden kann. Das Drehmomentübertragungsvermögen der
Vorrichtung 510 wird durch die Außenwandsegmente 560, 562 erheblich,
mit bis zu Faktor 4, gesteigert.
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Im Übrigen ist
der Aufbau so, wie mit Bezug auf 1a und 1b beschrieben.
Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, dass ein zusätzliches
Außenrohr
weggelassen werden kann und die Gesamtstabilität des Systems verbessert werden
kann.
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Im
Folgenden wird die Ausführungsform
gemäß 7a und 7b beschrieben.
Diese ist eine Weiterentwicklung der Ausführungsform gemäß 3a und 3b.
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Wiederum
sollen für
gleichartige oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet
werden, wie vorangehend, jedoch mit der Ziffer 6 vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 7a und 7b unterscheidet
sich von der Ausführungsform gemäß 3a und 3b darin,
dass sie eine Vordämpferanordnung 665 aufweist.
Dies ist insbesondere in 7b gezeigt.
Sie umfasst eine Vordämpferscheibe 666,
die dem ersten Übertragungsteil 612 zugeordnet
ist, sowie eine zweite Vordämpferscheibe 668,
die dem zweiten Übertragungsteil 614 zugeordnet
ist. Die beiden Vordämpferscheiben 666 und 668 sind über den
Positionierstift 634 miteinander verbunden, wobei die Anbindung
zwischen Positionierstift 634 und Vordämpferscheiben 666 und 668 formschlüssig oder
stoffschlüssig
erfolgt, jedenfalls derart, dass eine Drehmomentübertragung erfolgen kann.
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Die
Vordämpferscheiben 666 und 668 sind mit
dem Füllmaterial 642 und 644 über eine
Gummischicht 670 und 672 verbunden, wobei die
Gummischicht jeweils an das Füllmaterial 642 bzw. 644 einerseits
und an die Vordämpferscheiben 666 bzw. 668 andererseits
anvulkanisiert ist, so dass eine Drehmomentübertragung zwischen dem Füllmaterial 642, 644 und
den Vordämpferscheiben 666, 668 erfolgen
kann. Der Positionierstift 634 weist an seinen Enden kappenartige
Flansche auf, welche die Vordämpferscheiben 666, 668 axial
greifen. Dadurch kann erreicht werden, dass die gesamte Vordämpferanordnung 665 unter
axialer Spannung gehalten wird, indem über die Vordämpferscheiben 666, 668 die
Gummischichten 670 und 672 axial vorkomprimiert
werden. Hierdurch kann das Drehmomentübertragungsverhalten beeinflusst
werden.
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In
seinem zentralen Bereich weist der Positionierstift 634 eine
bauchige Verdickung auf, die eine gelenkige Verschwenkung innerhalb
der radial innenliegende Bereiche der Klauenformationen in einem gewissen
Maß zulässt.
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Die
Drehmomentübertragungsanordnung gemäß 7a und 7b funktioniert
wie folgt: Zunächst
erfolgt in niedrigen Drehmomentübertragungsbereichen
die Drehmomentübertragung
durch Krafteinleitung beispielsweise in das Übertragungsteil 612.
Die zu übertragende
Kraft wird dann über dieses
und das Füllmaterial 642 sowie über die
Gummischicht 670 und die daran angebundene Vordämpferscheibe 666 auf
den Positionierstift 634 übertragen. Der Positionierstift 634 überträgt die Kraft
dann wiederum über
die Vordämpferscheibe 668 und
die daran angebundene Gummischicht 672 auf das Füllmaterial 644 und
von diesem auf das Übertragungsteil 614.
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Sobald
der der Vordämpferanordnung 665 zugeordnete
Drehmomentübertragungsbereich überschritten
wird, kommt es zu einer spürbaren
Anlage der einzelnen Klauenformationen 618, 620, 622 und
der komplementären
Klauenformationen 628, 630 und 632 am Übertragungsteil 614.
In diesem Zustand spielt die Vordämpferanordnung 665 zur
Drehmomentübertragung
keine Rolle mehr. Die Drehmomentübertragung
erfolgt dann wie vorstehend beispielsweise mit Bezug auf 2a und 2b beschrieben, über die
Gummischichten 636 und 638.
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Die
Ausführungsform
gemäß 8a und 8b zeigt
eine weitere Möglichkeit
einer Vordämpferanordnung.
Sie ist ähnlich
ausgebildet, wie die Ausführungsform
gemäß 4a und 4b, nämlich mit
jeweils 2 Klauenformationen pro Übertragungsteil.
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Die
Vordämpferanordnung 765 umfasst
einen Übertragungsring 774,
der mit dem Übertragungsteil 712 drehfest
verbunden ist, sowie einen weiteren Übertragungsring 776,
der mit dem Positionierstift 734 drehfest verbunden ist.
Ferner umfasst die Vordämpferanordnung 765 einen
weiteren Übertragungsring 778,
der mit dem Übertragungsteil 714 drehfest
verbunden ist, sowie einen Übertragungsring 780,
der mit dem Positionierstift 734 drehfest verbunden ist.
Zwischen den Übertragungsringen 774 und 776,
sowie zwischen den Übertragungsring 778 und 780 sind
jeweils radial und axial vorgespannte Gummiringe 782, 784 einvulkanisiert,
die eine gedämpfte
Drehmomentübertragung
ermöglichen.
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Ähnlich wie
mit Bezug auf 7a und 7b beschrieben
erfolgt eine Drehmomentübertragung über die
Vordämpferanordnung 765 derart, dass
zunächst
die zu übertragende
Kraft über
das Übertragungsteil 712 eingeleitet,
von diesem über den Übertragungsring 774 auf
den dämpfenden Gummiring 782 und
von diesem dann auf den Übertragungsring 776 übertragen
wird. Über
den Übertragungsring 776 verläuft der
Kraftverlauf durch den Positionierstift 734 auf den Übertragungsring 780,
von diesem über
den Gummiring 784 auf den Übertragungsring 778 und
von diesem auf das Übertragungsteil 714.
Nach Durchlaufen eines bestimmten Drehmomentbereichs kommt schließlich die
Hauptdämpfung
zu tragen, die durch Komprimierung der Gummischichten 736 und 738 erfolgt.
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9a und 9b zeigen
eine weitere Ausführungsvariante
der Erfindung. Wiederum sollen dieselben Bezugszeichen wie vorangehend
für gleichartige
oder gleichwirkende Komponenten verwendet werden, jedoch mit der
Ziffer 8 vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 9a und 9b zeigt
eine Vielzahl von Komponenten der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele,
so beispielsweise die Außenwandsegmente 860,
welche benachbarte Klauenformationen ein und desselben Übertragungsteils 812 bzw. 814 überspannen. Ferner
erkennt man in 9a und 9b eine
Vordämpferanordnung 865,
die eine Drehmomentübertragung über den
Positionierstift 834 und unter Einbindung der Gummischicht 870 bzw. 872 erlaubt. Man
erkennt ferner, dass die beiden Übertragungsteile 812 und 814 an
ihren freien axialen Enden verjüngt
sind, was beispielsweise durch ein Schmiedeverfahren erreicht werden
kann. Hierdurch kann eine Abstimmung auf bestimmte Wellenenden erfolgen.
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Schließlich erkennt
man in 9a und 9b, dass
eine Tilgermasse 886 in Form eines Rings auf den Außenumfang
des Übertragungsteils 814 aufgebracht
ist. Die Tilgermasse 886 ist über eine Gummischicht 888,
die in Umfangsrichtung mehrfach unterbrochen sein kann, mit dem
Außenumfang
des Übertragungsteils 814 verbunden.
In der Gummischicht 888 sind Gleitsteine 890 angeordnet, die
für eine
radial Positionierung der Tilgermasse 886 sorgen.
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Die
Tilgermasse 886 wirkt aufgrund ihrer Trägheit Veränderungen gegenüber einem
stationären
Drehmomentübertragungszustand
entgegen, das heißt
sie tilgt Drehschwingungen des Gesamtsystems.
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Mit
einer solchen Ausgestaltung lassen sich über den Tilger mit der Tilgermasse 886 niederfrequente
Schwingungen von bis zu 150 Hz dämpfen, wohingegen
mit dem Vordämpfer 865 und
den Gummischichten zwischen den Klauenformationen sich höherfrequente
Schwingungsanteile von 100 Hz bis ca. 400 Hz dämpfen lassen, so dass man insgesamt eine
breitbandige Schwingungsreduzierung erhält.
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Der
Tilger mit der Tilgermasse 886 ist ferner dazu ausgeführt, sowohl
Torsionsschwingungen als auch axiale oder Biegeschwingungen zu dämpfen.
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10a und 10b zeigen
eine weitere Ausführungsvariante
der Erfindung. Wiederum sollen dieselben Bezugszeichen wie vorangehend
für gleichartige
oder gleichwirkende Komponenten verwendet werden, jedoch mit der
Ziffer 9 vorangestellt.
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Die
Ausführungsform
gemäß 10a und 10b zeigt
eine Vielzahl von Komponenten der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele. Die
Drehmomentübertragungsvorrichtung 910 ist
insbesondere so wie die Drehmomentübertragungs vorrichtung 810 aus 9a und 9b dargestellt,
jedoch ohne außen
liegende Tilgermasse 886.
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Ein
wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass der Positionierstift 934 in
einem Kalottenlager 992 angeordnet ist und somit über eine
Kalotte 994 in einer Kalottenlagerbuchse 996 in
gewissem Maße
verkippbar gelagert ist. Dies ist vorteilhaft, wenn die zu verbindenden
nicht gezeigten Wellenabschnitte nicht fluchten, sondern in einem
Winkel zueinander verlaufen.
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11 zeigt
eine Querschnittsansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Wiederum sollen dieselben Bezugszeichen wie vorangehend für gleichartige
oder gleichwirkende Komponenten verwendet werden, jedoch mit der
Zahl 10 vorangestellt.
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Dort
erkennt man, dass die Übertragungsteile 1012 und 1014 auch
vollständig
massiv ausgeführt werden
können, ähnlich wie
in 2a und 2b gezeigt
und dass eine erheblich größere Anzahl
von Klauenformationen, nämlich
im gezeigten Beispielsfall zehn Klauenformationen pro Übertragungsteil 1012 und 1014 vorgesehen
werden können.
Dadurch kann die einzelne Flächenpressung
an der Gummischicht an jeder Klauenformation äußerst gering gehalten werden
und damit hohe Drehmomente übertragen
werden.