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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft eine Gelenkscheibe zur drehmomentübertragenden
Verbindung zweier Elemente, umfassend einen Tragkörper,
welchem Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet sind, welche relativ zueinander
beweglich angeordnet sind, wobei jeder Aufnahmeeinrichtung mindestens
eine elastisch deformierbare Lage zugeordnet ist, wobei jede Aufnahmeeinrichtung
eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische
Lage und eine zumindest teilweise zylindrisch ausgebildete elastische
Lage umfasst und wobei die Lagen bei der relativen Bewegung der
Aufnahmeeinrichtungen zusammenwirken.
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Stand der Technik
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Eine
derartige Gelenkscheibe ist aus der
DE 10 2006 012 758 A1 bereits
bekannt. Zur Drehmomentübertragung zwischen zwei Wellen
werden häufig elastische Wellenkupplungen verwendet, um
auftretende Drehschwingungen und Stöße zu dämpfen. Die
bekannten elastischen Wellenkupplungen bestehen in der Regel aus
den Anschlussflanschen der miteinander verbundenen Wellen bzw. Wellenenden und
einer zwischen den Anschlussflanschen angeordneten Gelenkscheibe.
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Die
Gelenkscheibe weist an ihrem äußeren Umfang in
definierten Winkelabständen Aufnahmeeinrichtungen auf,
welche Mittel zur Verbindung der Gelenkscheibe mit den Anschlussflanschen
aufnehmen können.
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Gelenkwellen
von Heck- oder Allradfahrzeugen müssen stets einen Axial-
bzw. Winkelversatz ausgleichen. Zugleich müssen hohe Drehmomente in
Höhe von bis zu 4000 Nm übertragen werden.
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Dabei
müssen bei unterschiedlichen Drehmomenten unterschiedliche
Schwingungen gedämpft werden. Insbesondere bei einer relativen
Verdrehung der Elemente zueinander müssen verdrehwinkelabhängig
unterschiedlich hohe Drehmomente zuverlässig übertragen
und auftretende Schwingungen zuverlässig gedämpft
werden.
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Darstellung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung zu realisieren,
die an die Schwingungen selektiv anpassbar ist, die bei einer torsionalen
Auslenkung der Elemente auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung löst die zuvor genannte Aufgabe durch
die Merkmale des Patentanspruchs 1. Danach ist die eingangs genannte
Gelenkscheibe dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Radialbewegung
der Aufnahmeeinrichtungen relativ zum Tragkörper eine Lage
einen niedrigeren oder höheren Verlustwinkel aufweist als
die andere Lage.
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Der
Verlustwinkel beschreibt die Phasenverschiebung zwischen einer auf
die Lage einwirkenden Kraft und der damit einhergehenden Verformung
der Lage. Der Verlustwinkel ist ein aus der Literatur bekanntes
Maß für die durch die Lage bewirkte Dämpfung.
Dabei entspricht ein hoher Verlustwinkel einer hohen Dämpfung
und ein niedriger Verlustwinkel einer niedrigen Dämpfung.
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Erfindungsgemäß ist
erkannt worden, dass beide elastischen Lagen eine unterschiedliche
radiale Steifigkeit ausbilden. Hierdurch ist es beispielsweise möglich,
bei sogenannten Komfortfahrten in Kraftfahrzeugen eine sehr geringe
Dämpfung im Nulldurchgang einer torsionalen Kennlinie einzustellen. Die
Dämpfung im Nulldurchgang wird quasi nahezu nur von einer
Lage bewirkt. Hierdurch ist beispielsweise eine gute akkustische
Entkopplung gewährleistbar. Bei größeren
Verdrehwinkeln der Elemente, die beispielsweise durch Schaltvorgänge
oder Triebstrangstöße hervorgerufen werden, kann
eine starke Dämpfung benötigt werden. Diese stärkere Dämpfung
kann dann durch die andere Lage bewirkt werden. Die stärkere
Dämpfung setzt dann in den sogenannten Progressionsbereichen
der torsionalen Kennlinie ein. Hierdurch ist eine Anordnung an die Schwingungen
selektiv anpassbar, die bei einer torsionalen Auslenkung der Elemente
verdrehwinkelabhängig auftreten. Folglich ist die eingangs
genannte Aufgabe gelöst.
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Eine
Lage könnte einen niedrigeren Verlustwinkel als 9 Grad
aufweisen, wobei die andere einen Verlustwinkel von 9 Grad oder
höher aufweist. Dieser Verlustwinkel hat sich als vorteilhaft
erwiesen bei einer Übertragung von Drehmomenten bis zu
4000 Nm.
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Vor
diesem Hintergrund könnten die Lagen eine unterschiedliche
Härte und/oder Materialkonsistenz aufweisen. Hierdurch
ist es möglich, dass eine Lage derart ausgebildet werden
kann, dass sie einen anderen Verlustwinkel aufweist als die andere
Lage. Die Lagen könnten mittels einer 2-Komponententechnik oder
durch eine Vulkanisation in zwei Schritten mit unterschiedlichen
Dämpfungseigenschaften ausgestattet werden. Die 2-Komponententechnik
erlaubt eine Ausbildung zweier Lagen aus unterschiedlichen Materialien.
Die Vulkanisation in zwei Schritten ist ausgereift und erlaubt einen
wenig störanfälligen Fertigungsprozess.
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Jede
Aufnahmeeinrichtung könnte eine zylindrische Hülse
und eine zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse
umfassen. Die Vorkehrung einer zylindrischen Hülse erlaubt
auf problemlose Weise die Aufnahme einer Schraube oder eines Zapfens,
um eine Verbindung von Elementen, beispielsweise Anschlussflanschen,
mit der Gelenkscheibe herzustellen. Dies gilt ebenfalls für
eine teilweise sphärisch ausgebildete Hülse. Darüber
hinaus stellen Hülsen starre Elemente dar, die als Lager
für Befestigungsmittel dienen können. Die Hülsen
könnten aus Kunststoff gefertigt sein. Kunststoff stellt
einen kostengünstigen Werkstoff dar, der sich durch eine hohe
Zähigkeit und leichte Verarbeitbarkeit auszeichnet. Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass die Hülsen spritzgusstechnisch
hergestellt sind. Die Hülsen könnten aus Metallen
gefertigt sein. Metalle zeichnen sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit
und große Stabilität aus. Um eine besonders leichte
Gelenkscheibe zu fertigen, könnten Leichtmetalle wie Aluminium
Verwendung finden.
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Die
zylindrische Hülse könnte von der zumindest teilweise
zylindrischen elastischen Lage umgeben sein. Dabei könnte
die zumindest teilweise zylindrische elastische Lage von der zumindest
teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse umgeben
sein, welche ihrerseits wiederum von der zumindest teilweise sphärisch
ausgebildeten elastischen Lage umgeben ist. Bei diesem Aufbau ist
die zylindrische Hülse als Innenteil ausgestaltet. Die
zylindrische Hülse dient als Widerlager für ein
Befestigungsmittel, welches nicht in direktem Kontakt mit der zumindest
teilweise zylindrischen elastischen Lage treten kann. Hierdurch
werden Beschädigungen der elastischen Lage vermieden. Der
zwiebelschalenartige Aufbau erlaubt eine feste Verbindung der einzelnen
elastischen Lagen und Hülsen miteinander. Denkbar ist vor
diesem Hintergrund, dass auf den Außenumfang der zylindrischen
Hülse eine elastische Lage anvulkanisiert oder aufgeklebt
ist. Des Weiteren könnte an die zylindrische elastische
Lage die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Hülse
anvulkanisiert oder angeklebt sein. Am Außenmantel der
zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse
könnte die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete
elastische Lage anvulkanisiert oder angeklebt sein. Ein Anvulkanisieren oder
Verkleben stellt eine dauerhafte und feste Verbindung her, welche
erlaubt, eine Aufnahmeeinrichtung als vorgefertigtes Teil in einen
Tragkörper einzusetzen. Vor diesem Hintergrund ist denkbar,
dass die Hülsen und elastischen Lagen allein durch Presspassung
miteinander verbunden sind. Eine Presspassung bzw. Presssitz erlaubt
eine kostengünstige und rasche Fertigung einer Aufnahmeeinrichtung.
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Das
zuvor Gesagte gilt ebenfalls für eine Aufnahmeeinrichtung,
bei der die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete
Hülse als Innenteil ausgebildet ist, welche von einer zylindrischen
Hülse umgeben ist. In diesem speziellen Fall weist die
zylindrische Hülse eine sphärisch ausgebildete
Innen- und eine zylindrisch ausgebildete Außenwandung auf, um
die sphärisch ausgebildete Hülse aufzunehmen. Ganz
in Abhängigkeit von der Form des Tragkörpers kann
die Aufnahmeeinrichtung derart ausgestaltet sein, dass die zylindrische
Hülse als Innenteil oder als Außenteil ausgestaltet
ist. Die Ausgestaltung der zylindrischen Hülse als Außenteil
hat den Vorteil, dass im Tragkörper lediglich zylindrische
Bohrungen vorgesehen werden müssen, um eine solche Aufnahmeeinrichtung
aufzunehmen. Diese Ausgestaltung erlaubt daher einen einfachen Aufbau
des Tragkörpers und somit eine kostengünstige
Fertigung.
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Die
zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten elastischen
Lagen könnten abgeplattete Bereiche aufweisen. Die abgeplatteten
Bereiche könnten im Bereich des Äquators, das
heißt der größten radialen Ausdehnung,
der Aufnahmeeinrichtung ausgebildet sein. Die abgeplatteten Bereiche
erlauben vorteilhaft die Einfügung der Aufnahmeeinrichtung
in einen engen Bauraum, da die zumindest teilweise sphärisch
ausgebildete elastische Lage verpresst werden kann, wobei Lagenmaterial
in die Zone des abgeplatteten Bereiches ausweichen kann. Des Weiteren
erlauben abgeplattete Bereiche eine Einstellung der Federkennung
der Gelenkscheibe. Die abgeplatteten Bereiche bilden mit einer Wandung,
in welche die Aufnahmeeinrichtung eingepresst ist, einen Spalt.
Dieser Spalt muss bei torsionaler Bewegung zunächst geschlossen
werden, bevor die elastische Lage an der Wandung zur Anlage kommt.
Insoweit wirkt der abgeplattete Bereich zusammen mit dem Spalt quasi
als Freilauf und realisiert einen Arbeitsbereich mit einer weichen
Kennlinie.
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Vor
diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass der Tragkörper
umfänglich ausgebeult ausgestaltet ist, um einen Spalt
auszubilden. In diesem Fall müssen die elastischen Lagen
nicht abgeplattet ausgestaltet sein, um mit dem Tragkörper
einen Spalt zu begrenzen.
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Die
hier beschriebenen elastischen Lagen könnten aus Gummi
gefertigt sein. Gummi stellt einen kostengünstigen Werkstoff
dar, der sich problemlos mit metallischen Bauteilen durch Vulkanisierung verbinden
lässt. Denkbar ist auch, dass die hier beschriebenen elastischen
Lagen aus Silikon oder Silikonkautschuk gefertigt sind. Dieser Werkstoff
verhärtet weniger als andere Werkstoffe bei niedrigen und höheren
Temperaturen. Insbesondere ist dieser Werkstoff bei hohen Temperaturen
beständig. Die elastischen Lagen könnten des Weiteren
aus MCU (Microzelluläres Urethan) gefertigt sein. Dieser
Werkstoff zeichnet sich durch eine hohe Chemikalienbeständigkeit
aus. Insbesondere hat er sich als chemisch resistent gegen die meisten
verwendeten Maschinenöle erwiesen.
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Der
Tragkörper könnte zumindest bereichsweise sphärisch
ausgebildet sein. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt das Einsetzen
von zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Aufnahmeeinrichtungen
in den Tragkörper. Vor diesem Hintergrund ist denkbar,
dass der Tragkörper zweiteilig ausgebildet ist, wobei die
beiden Teile des Tragkörpers die Aufnahmeeinrichtungen
zwischen sich einschließen. Die beiden Teile des Tragkörpers
könnten als Tiefziehteile gefertigt sein. Die Verwendung
eines Tiefziehteils erlaubt einen raschen Fertigungsprozess. Das
Tiefziehteil könnte aus Stahlblech gefertigt sein, welches sich
durch eine hohe Stabilität auszeichnet. Die beiden Teile
des Tragkörpers könnten durch Umbördelung,
Verschweißen oder Verschrauben miteinander verbunden werden.
Eine Umbördelung erlaubt eine rasch durchführbare
Verbindung der beiden Teile des Tragkörpers. Das Verschweißen
der beiden Teile des Tragkörpers gewährleistet
eine sehr hohe Stabilität des Tragkörpers. Verschraubte
Tragkörper können leicht geöffnet werden,
um schadhaft gewordene Aufnahmeeinrichtungen auszutauschen.
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Der
Tragkörper könnte aus Aluminiumdruckguss gefertigt
sein. Diese Materialwahl erlaubt die Fertigung einer besonders leichten
Gelenkscheibe. Die beiden Teile des Tragkörpers könnten
durch Nut-Federverbindungen oder allgemein durch Ausnehmungen und
Ausstülpungen zusammenfügbar sein. Die Vorkehrung
zueinander komplementärer Mittel erlaubt eine einfache
Zentrierung der beiden Teile des Tragkörpers, wenn diese
zusammengefügt werden.
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Es
ist auch denkbar, dass der Tragkörper einteilig ausgebildet
ist. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, wenn die Aufnahmeeinrichtungen
mit einem Kunststoff umspritzt werden, um eine schnelle und kostengünstige
Fertigung zu realisieren.
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Im
Tragkörper könnten zumindest an seinem äußeren
Umfang Ausnehmungen ausgebildet sein. Bei hoher kardanischer Belastung
der Aufnahmeeinrichtungen können diese quasi zumindest
teilweise aus dem Tragkörper heraustreten, ohne dass die
zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische Lage
zu stark deformiert wird. Des Weiteren ist durch ein Ausweichen
der Aufnahmeeinrichtungen in die Ausnehmungen sichergestellt, dass
sich die Aufnahmeeinrichtung bei einer Drehbewegung über
einen möglichst großen Winkelbereich auf einem
Kreisbogen bewegt.
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Vor
diesem Hintergrund ist auch denkbar, dass der Tragkörper
derart ausgeformt oder ausgebeult ist, dass zwischen der elastischen
Lage und der Wandung des Tragkörpers ein Hohlraum ausgebildet ist,
in den die Aufnahmeeinrichtung bzw. die elastische Lage ausweichen
kann.
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Im
Tragkörper könnte ein Spalt ausgebildet sein,
in welchem ein verdrängbares oder verschiebbares Fluid
aufgenommen ist. Der umlaufende Spalt, nämlich ein Ringspalt,
kann bei einer Montage der Gelenkscheibe mit einem Fluid gefüllt
werden. Bei torsionaler Auslenkung und somit radialer Auslenkung
einer Aufnahmeeinrichtung relativ zum Tragkörper wird das
Fluid von einer Seite in eine gegenüberliegende Seite verschoben.
Diese Bewegung des Fluids führt zu einer hydraulischen
Dämpfung in der Gelenkscheibe. In diesem Fall wird die
Dämpfung in der Gelenkscheibe von der sphärischen
Lage mit hohem Verlustwinkel dominiert, da diese sich vor dem Schließen
des Spalts, nämlich ihrer Anlage am Tragkörper,
bewegen kann. Somit kann eine sehr hohe und temperaturstabile Dämpfung
in der Gelenkscheibe realisiert werden. Bei großen Amplituden,
nämlich nach Schließung des Spaltes, fällt
die Dämpfung dann auf das durch die zumindest teilweise
zylindrische Lage gegebene Dämpfungsmaß ab, da
die sphärische Lage nach Schließen des Spalts
in ihrer radialen Bewegung blockiert ist. Die Dämpfung
wird dann von der zumindest teilweise zylindrischen Lage dominiert.
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Vor
diesem Hintergrung könnte zwischen dem Tragkörper
und einer Lage ein durch die Lage verschliessbarer Spalt ausgebildet
sein, wobei die Lage bis zum Verschließen des Spalts den überwiegenden
Teil der Dämpfung bewirkt und nach Verschließen
des Spaltes die andere Lage den überwiegenden Teil der
Dämpfung bewirkt. Die Dämpfung der Gelenkscheibe ändert
sich am Progressionspunkt, nämlich bei Verschliessen des
Spaltes, schlagartig. Bei kleinen Amplituden wirkt die zumindest
teilweise sphärische Lage immer deutlich weicher als die
zumindest teilweise zylindrische Lage. Die zumindest teilweise zylindrische
Lage ist quasi blockiert. Der größte Teil der
Bewegung der Aufnahmeeinrichtungen relativ zum Tragkörper
findet in der sphärischen Lage statt. Somit werden die
Dämpfungseigenschaften der Gelenkscheibe zunächst
von den Dämpfungseigenschaften der sphärischen
Lage dominiert. Nach Verschliessen des Spaltes ist die sphärische
Lage quasi blockiert, so dass nun die zylindrische Lage deutlich
weicher ist. Dadurch findet der größte Teil der
Bewegung in der zumindest teilweise zylindrischen Lage statt und
somit werden die Dämpfungseigenschaften der Gelenkscheibe
von den Dämpfungseigenschaften der zumindest teilweise
zylindrischen Lage dominiert.
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Die
Gelenkscheibe könnte eine Zentrierhülse zur Aufnahme
von Wellenenden umfassen. Die Zentrierhülse stellt sicher,
dass zwei Wellenenden nahezu keinen Versatz zueinander aufweisen.
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Die
Zentrierhülse könnte eine elastische Lage aufweisen.
Die elastische Lage erlaubt einen Ausgleich geringfügiger
Bewegungen der Wellenenden und trägt zur akkustischen Entkopplung
bei.
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Innerhalb
der Zentrierhülse könnte eine elastische Lage
angeordnet sein. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Wellenzapfen
oder ein Wellenende innerhalb der Zentrierhülse durch Presspassung
aufgenommen werden kann. Die elastische Lage kann als Elastomer
oder Gummi ausgebildet sein.
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Vor
diesem Hintergrund ist denkbar, dass die elastische Lage innerhalb
der Zentrierhülse zumindest teilweise sphärisch
ausgebildet ist. Die sphärische Ausgestaltung realisiert,
dass die elastische Lage aufgrund ihrer Wölbung vorwiegend
Scherbeanspruchungen unterworfen wird. Dabei ist vorteilhaft realisiert,
dass eine gewölbte elastische Lage nahezu unabhängig
von ihrer Dicke eine hohe radiale Steifigkeit realisieren kann,
da bei radialer Auslenkung hauptsächlich Zug-Druck-Belastungen
auftreten. Hierdurch wird deren Verschleiß minimiert.
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An
die elastomere Lage könnte sich eine Innenhülse
anschließen. Diese Maßnahme erlaubt eine besonders
genaue Zentrierung eines Wellenendes, da die Innenhülse
nach Einbettung in der elastischen Lage ausgedreht werden kann,
um Unebenheiten oder azentrische Positionierungen zu kompensieren.
Die Innenhülse könnte aus Bronze gefertigt sein,
um eine hohe Verschleißfestigkeit sicher zu stellen. Eine
Fertigung der Innenhülse aus Kunststoff ist besonders kostengünstig.
Die Innenhülse und/oder die elastische Lage könnten
sphärisch ausgebildet sein. Um Wiederholungen in Bezug
auf die Vorteile einer sphärischen Ausgestaltung zu vermeiden,
sei auf die obigen Ausführungen verwiesen.
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In
die hier beschriebene Gelenkscheibe könnten Zentrierhülsen
der Ausgestaltung eingesetzt werden, wie sie in der
DE 10 2005 055 800.3-27 beschrieben
sind. Die in dieser deutschen Patentanmeldung beschriebenen Ausführungsformen
der Zentrierhülse, insbesondere deren Ausgestaltungen mit
elastischen Lagen, wird ausdrücklich auch zum Gegenstand
dieser Anmeldung gemacht.
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Ein
Element könnte fest mit dem Tragkörper und ein
Element mit den Aufnahmeeinrichtungen verbunden sein. Hierdurch
kann ein Anschlussflansch, vorzugsweise ein Dreiarmflansch eingespart
werden. Dies bewirkt eine Gewichts- und Kostenreduktion. Eine Welle,
vorzugsweise eine Gelenkwelle kann dann als Element integral mit
dem Tragkörper ausgebildet werden.
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Vor
diesem Hintergrund könnte ein Element mit dem Tragkörper
bewegungsfest verbunden sein, vorzugsweise durch Verschweissen,
Vernieten oder durch eine Presspassung. Ein Schweissprozess erlaubt,
ein Element, beispielsweise eine Gelenkwelle, durch eine Stahleinlage
mit dem Tragkörper bewegungsfest zu verschweissen. Ein
Vernieten erlaubt ein schnelles Verbinden. Eine Presspassung vermeidet
ein Verziehen des Tragkörpers durch Erwärmung.
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Die
feste Verbindung eines Elements mit dem Tragkörper ist
in der
DE 10 2008 007 761.5 beschrieben,
deren Offenbarung ausdrücklich auch zur Offenbarung der
vorliegenden Anmeldung gehört.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird des Weiteren durch eine Anordnung
gelöst. Danach umfasst eine Anordnung eine Gelenkscheibe,
wobei beiderseits der Gelenkscheibe jeweils ein Anschlussflansch
angeordnet ist, wobei jedem Anschlussflansch ein Wellenende zugeordnet
ist, wobei jeder Anschlussflansch mit mindestens einer Aufnahmeeinrichtung
fest verbunden ist und wobei jede Aufnahmeeinrichtung ausschließlich
mit einem Anschlussflansch verbunden ist.
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Um
Wiederholungen zu vermeiden, sei in Bezug auf die erfinderische
Tätigkeit auf die Ausführungen zur Gelenkscheibe
als solcher verwiesen.
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Die
hier beschriebene Gelenkscheibe bzw. Anordnung enthält
vorzugsweise vier, sechs oder acht Aufnahmeeinrichtungen. Die Vorkehrung
von vier Aufnahmeeinrichtungen erlaubt die Anordnung von Zweiarmflanschen
beiderseits der Gelenkscheibe. Dabei sind jedem Zweiarmflansch zwei
unterschiedliche Aufnahmeeinrichtungen zugeordnet. Denkbar ist vor
diesem Hintergrund auch, dass Dreiarmflansche oder Vierarmflansche
Verwendung finden, wobei jedem Arm eine Aufnahmeeinrichtung zugeordnet
ist. Alle Aufnahmeeinrichtungen der Gelenkscheibe sind relativ zueinander
in geringem Maße beweglich.
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Die
hier beschriebene Gelenkscheibe bzw. Anordnung findet vorzugsweise
in Kraftfahrzeugen Anwendung, da bei Verbrennungsmotoren hohe Drehmomente
und Vibrationen auftreten.
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Es
gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden
Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiter zu bilden.
Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits
auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Gelenkscheibe sowie der
erfindungsgemäßen Anordnung an Hand der Zeichnung
zu verweisen.
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In
Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
an Hand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen
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1 eine
Draufsicht auf eine Anordnung mit Gelenkscheibe und Dreiarmflansch,
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2 einen
Schnitt längs der Linie B-B der Anordnung gemäß 1,
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3 einen
Schnitt längs der Linie C-C gemäß 1,
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4 eine
größere Ansicht des Spalts aus 3,
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5 eine
torsionale Kennlinie, die eine Hysterese und das Rückstellmoment
in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel bei gleichdämpfender
zylindrischer und sphärischer Lage zeigt,
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6 eine
torsionale Kennlinie gemäß 5 bei hochdämpfender
zylindrischer Lage und niedrigdämpfender sphärischer
Lage und
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7 einen
Vergleich der beiden Kennlinien aus 5 und 6.
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Ausführung der Erfindung
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1 zeigt
in einer Draufsicht eine Anordnung mit einem Dreiarmflansch 2,
der mit drei Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 einer
Gelenkscheibe verbunden ist. Die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zeigen
in einer Draufsicht eine zylindrische Hülse 8,
eine zylindrisch ausgebildete Lage 7, eine zumindest teilweise sphärisch
ausgebildete Hülse 6 und eine dieser zugeordnete
zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5.
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Des
Weiteren ist aus 1 ein Teil des zweiteilig ausgestalteten
Tragkörpers 3 zu erkennen. In 1 ist
ebenfalls gezeigt, dass im Tragkörper 4 zumindest
an seinem äußeren Umfang Ausnehmungen 12 vorgesehen
sind, durch welche die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 hindurch
ragen.
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In 1 ist
eine Anordnung gezeigt, bei der eine Gelenkscheibe Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 aufweist.
Jedem Anschlussflansch 1, 2 ist jeweils ein Wellenende
zugeordnet. Die Anschlussflansche 1, 2 sind als
Dreiarmflansche ausgestaltet, wobei jedem Arm eine Aufnahmeeinrichtung 6, 8 zugeordnet
ist. Jeder Arm eines Anschlussflansches 1, 2 ist
mit einer Aufnahmeeinrichtung 6, 8 durch Verschrauben
fest verbunden. Jede Aufnahmeeinrichtung 6,8 ist
ausschließlich mit einem Anschlussflansch 1, 2 bzw.
einem Arm des Anschlussflansches 1, 2 verbunden.
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2 zeigt
eine Schnittansicht längs der Linie B-B gemäß 1.
Diese zeigt eine Anordnung mit einer Gelenkscheibe zur drehmomentübertragenden
Verbindung zweier Elemente 1, 2, welche als Dreiarmflansche
ausgestaltet sind.
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Die
Gelenkscheibe umfasst einen Tragkörper 3, 4,
welchem Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zugeordnet
sind. Die Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 sind relativ
zueinander beweglich angeordnet. Jeder Aufnahmeeinrichtung 6, 8 ist
mindestens eine elastisch deformierbare Lage 5, 7 zugeordnet.
Jede Aufnahmeeinrichtung 6, 8 weist eine zumindest
teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5 und eine
zylindrisch ausgebildete elastische Lage 7 auf. Die Lagen 5, 7 wirken
bei der relativen Bewegung der Aufnahmeeinrichtungen 6, 8 zusammen
und wirken quasi als Reihenschaltung. Diese Reihenschaltung fungiert
analog zu einer Reihenschaltung zweier Schraubenfedern, bei der
eine eine sehr hohe Federkonstante und die andere eine sehr niedrige
aufweist.
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Jede
Aufnahmeeinrichtung 6, 8 umfasst eine zylindrische
Hülse 8 und eine zumindest teilweise sphärisch
ausgebildete Hülse 6.
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Die
zylindrische Hülse 8 ist von der zylindrischen
elastischen Lage 7 umgeben. Die Lage 7 ist von
der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten Hülse 6 umgeben,
wobei die Hülse 6 von der zumindest teilweise
sphärisch ausgebildeten elastischen Lage 5 umgeben
ist. Die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete Lage 5 liegt
bereichsweise am Tragkörper 3, 4 an.
Die sphärisch ausgebildeten Lagen 5 weisen abgeplattete
Bereiche 11 auf.
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Der
Tragkörper 3, 4 ist zumindest bereichsweise
sphärisch ausgebildet und besteht aus zwei Teilen 3 und 4.
Im Tragkörper 3, 4 sind zumindest an seinem äußeren
Umfang Ausnehmungen 12 ausgebildet. In die Ausnehmungen 12 ragt
die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische
Lage 5 gemeinsam mit der zumindest teilweise sphärisch ausgebildeten
Hülse 6 hinein.
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Die
Gelenkscheibe weist eine Zentrierhülse 9 zur Aufnahme
von Wellenenden 10 auf.
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3 ist
eine Schnittansicht längs der Linie C-C gemäß 1. 3 zeigt
eine Aufnahmeeinrichtung 6, 8 gemäß 1.
Diese ist in einen zweiteilig ausgestalteten Tragkörper 3, 4 eingebettet.
Die zumindest teilweise sphärisch ausgebildete elastische
Lage 5 weist einen abgeplatteten Bereich 11 auf,
der zusammen mit der Wandung des Tragkörpers 3, 4 einen
Spalt 13 bildet, in welchen die elastische Lage 5 ausweichen
kann.
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In 3 ist
des Weiteren gezeigt, dass die Aufnahmeeinrichtung 6, 8 eine
zylindrische Hülse 8, eine zylindrische elastische
Lage 7 sowie eine zumindest teilweise sphärisch
ausgebildete Hülse 6 umfasst. Die zylindrische
Lage 7 kann jedoch auch zumindest teilweise, nämlich
mit einem balligen Bereich, ausgestaltet sein.
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Im
Tragkörper 3, 4 ist eine ovalisierte
Kugelkontur umlaufend geschlossen. Der entstehende umlaufende Spalt 13,
nämlich ein Ringspalt, kann bei einer Montage der Gelenkscheibe
mit einem Fluid gefüllt werden. Bei torsionaler Auslenkung
und somit radialer Auslenkung einer Aufnahmeeinrichtung 6, 8 relativ
zum Tragkörper 3, 4 kann das Fluid von
einer Seite in eine gegenüberliegende Seite verschoben werden.
Diese Bewegung des Fluids führt zu einer hydraulischen
Dämpfung in der Gelenkscheibe. Bei torsionaler Auslenkung
und somit radialer Auslenkung einer Aufnahmeeinrichtung 6, 8 relativ
zum Tragkörper 3, 4 wird das Fluid von
einer Seite in eine gegenüberliegende Seite verschoben.
Diese Bewegung des Fluids führt zu einer hydraulischen
Dämpfung in der Gelenkscheibe. In diesem Fall wird die Dämpfung
in der Gelenkscheibe von der sphärischen Lage 5 mit
hohem Verlustwinkel dominiert, da diese sich vor dem Schließen
des Spalts 13, nämlich ihrer Anlage am Tragkörper 3, 4,
bewegen kann. Somit kann eine sehr hohe und temperaturstabile Dämpfung
in der Gelenkscheibe realisiert werden. Bei großen Amplituden,
nämlich nach Schließung des Spaltes 13,
fällt die Dämpfung dann auf das durch die zylindrische
Lage 7 gegebene Dämpfungsmaß ab, da die
sphärische Lage 5 nach Schließen des
Spalts 13 in ihrer radialen Bewegung blockiert ist. Die
Dämpfung wird dann von der zylindrischen Lage 7 mit
niedrigem Verlustwinkel dominiert.
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4 zeigt
eine größere Ansicht des Spaltes 13,
nämlich des Ringspaltes, gemäß 3
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In
den 5 bis 7 sind Hysteresekurven gezeigt,
die sich bei einer Drehmomentübertragung von Element 1 auf
Element 2 in zwei unterschiedlichen Drehrichtungen einstellen.
In 5 ist beispielsweise gezeigt, dass bei einem Verdrehwinkel von
etwa 4,5 Grad zwischen den Elementen 1 und 2 ein
Rückstellmoment von 2100 Nm auftritt. Bei einer gegensinnigen Übertragung
und einem Verdrehwinkel von –5 Grad tritt ein Rückstellmoment
von –2100 Nm auf. Die Hysteresekurve wird von negativen
zu positiven Verdrehwinkeln auf dem unteren Zweig der Hystereskurve
durchlaufen und von positiven zu negativen Verdrehwinkeln auf dem
oberen Zweig.
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5 zeigt
eine torsionale Kennlinie, die eine Hysterese zeigt. 5 zeigt
das auftretende Rückstellmoment in Abhängigkeit
vom Verdrehwinkel der Elemente 1, 2 relativ zueinander. 5 gibt
die Verhältnisse wider, die sich bei zylindrischen Lagen 7 und
sphärischen Lagen 5 einstellen, die aus dem gleichen
Material bestehen und gleiche Dämpfungseigenschaften haben.
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6 zeigt
eine torsionale Kennlinie bei einer hochdämpfenden zylindrischen
Lage 7 und einer niedrigdämpfenden sphärischen
Lage 5. Die sphärische Lage 5 und die
zylindrische Lage 7 sind mittels einer 2-Komponententechnik
oder durch eine Vulkanisation in zwei Schritten mit unterschiedlichen Dämpfungseigenschaften
ausgestattet. Dabei weist die zylindrische Lage 7 einen
höheren Verlustwinkel auf als die sphärische Lage 5.
Der Spalt 13 gemäß 3 und 4 ist
bei diesem Ausführungsbeispiel nicht mit einem Fluid befüllt.
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Hierdurch
kann bei sogenannten Komfortfahrten eine sehr geringe Dämpfung
im Nulldurchgang der Kennlinien gemäß 5 und 6 eingestellt
werden. Diese geringe Dämpfung wird quasi nahezu nur von
der sphärischen Lage 5 erzeugt, da diese bei kleinen
Amplituden die stärkste Verformung erfährt, bis
der Spalt 13 geschlossen ist. Hierdurch ist eine gute akkustische
Entkopplung gewährleistet.
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Bei
größeren Verdrehwinkeln, die beispielsweise durch
Schaltvorgänge oder Triebstrangstöße hervorgerufen
werden, wird eine starke Dämpfung benötigt. Diese
starke Dämpfung wird durch die zylindrische Lage 7 mit
hohem Verlustwinkel bewirkt, da diese bei großen Amplituden
die stärkste Verformung erfährt. Dies hängt
damit zusammen, dass die sphärische Lage 5 mit
niedrigem Verlustwinkel bei geschlossenem Spalt 13 in ihrer
Bewegung blockiert ist. Die starke Dämpfung setzt in den
sogenannten Progressionsbereichen der Kennlinien gemäß 5 und 6 ein.
Die Progressionsbereiche befinden sich links und rechts des Nulldurchgangs
und zeigen einen hohen Betrag der Steigung in positiver und negativer
Richtung des Rückstellmoments.
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7 zeigt
einen Vergleich der beiden Kennlinien aus 5 und 6.
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Hinsichtlich
weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre
wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits
auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
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Abschließend
sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich
ausgewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur
Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre
dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele
einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006012758
A1 [0002]
- - DE 102005055800 [0030]
- - DE 102008007761 [0033]