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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Drehmomentwandler und genauer
auf einen Drehmomentwandler mit einer Turbine, die als abgestimmter Massentilger
ausgebildet ist.
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Drehmomentwandler
beinhalten allgemein eine mechanische Kupplung um den hydrodynamischen
Kreislauf zu umgehen und damit den Kraftstoffverbrauch zu verringern.
Oft ist ein Torsionsisolator in die Drehmomentwandlerkupplung eingebaut um
die Übertragung von Drehschwingungen von dem Motor auf
das Getriebe zu verringern. Die Leistung des Isolators wird verbessert,
wenn seine Federkonstante reduziert wird. Ein Weg um die Federkonstante
zu reduzieren ist es, mehrere Sätze von Federn in einer
Reihenanordnung zu verwenden.
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Das
im gleichen Eigentum befindliche
U.S. Patent
Nr. 6,244,401 (erteilt am 12. Juni 2001 an Maienschein
et al. für eine „KRAFTÜBERTRAGUNGS-VORRICHTUNG"),
welches hier vollumfänglich einbezogen wird, legt einen
Drehmomentwandler mit einem „Turbinen-Reihendämpfer"
offen, der einen Eingangsbereich aufweist, der sich im Eingriff
mit der Turbine befindet. Der Dämpfer weist eine erste
Dämpferstufe und eine zweite Dämpferstufe auf.
In
2, stellt ein Zwischenstück oder ein
beweglicher Flansch das Ausgangsteil der ersten Dämpferstufe
dar und hält zusammen mit einem sich radial erstreckenden
flanschförmigen Teil, der mit dem Zwischenstück
verbunden ist, die Energiespeichervorrichtungen der zweiten Dämpferstufe.
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Der
bewegliche Flansch weist eine beträchtliche Massenträgheit
auf und seine Anordnung in dem Drehmomentpfad zwischen Gruppen konzentrischer
Federn führt einen Freiheitsgrad (Flanschmodus) ein, der
in manchen Fahrzeugen unangenehme Vibrationen im Antriebsstrang
hervorruft. Maienschein führt eine Blattfeder ein um eine
gewünschte Menge von Reibmoment zu erreichen um die Energie des
Flanschmodus aufzunehmen. Leider verschlechtert das Hinzufügen
von Reibung die Leistung des Isolators auf allen Frequenzen außer
der Flanschmodusfrequenz.
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Die
im gleichen Eigentum befindliche U.S. Patentanmeldung Nr. 7,083,029
(erteilt am 11. August 2006 an Seebacher et al. für
eine „LEISTUNGS-ÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG MIT FLUIDISCHER
KOPPLUNG"), welche hier vollumfänglich einbezogen
wird, legt einen Drehmomentwandler offen. der einen „doppelten
Dämpfer" mit zwei Dämpferstufen aufweist, insbesondere
eine radiale Innenstufe und eine radiale Außenstufe. Ein Läufer
oder eine Turbine ist fest mit dem Träger verbunden, welcher
im Gegenzug an zwei Scheiben oder Deckelplatten befestigt ist. Die
Deckelplatten bilden das Eingangsteil der radial inneren Dämpferstufe.
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Die
Masse der Turbine erhöht die sekundäre Massenträgheit,
d. h. die Massenträgheit, welche nach der äußeren
Dämpferstufe im Drehmomentpfad angeordnet ist, um Drehschwingungen
des Motors entgegenzuwirken und die Schwingungen zu verringern,
die an den Antriebsstrang übertragen werden. Gleichfalls,
senkt das Hinzufügen von Massenträgheit von der
Turbine zu den Deckelplatten oder dem beweglichen Flansch die Resonanzfrequenz
des beweglichen Flansches ab, und in einigen Fahrzeugen außerhalb
des Fahrbereichs. Leider bleibt die Resonanzfrequenz in anderen
Fahrzeugen im Fahrbereich und verursacht unangenehme Schwingungen im
Antriebsstrang.
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Daher
gibt es seit langem einen Bedarf für eine verbesserte Drehmomentwandlerkonstruktion, wobei
ein Flanschmodus ohne die Verwendung von Reibung verringert wird.
Es gibt auch seit langem einen Bedarf für eine verbesserte
Drehmomentwandlerkonstruktion, wobei die Übertragung von
Drehschwingungen des Motors ohne Erzeugen von unangenehmen Schwingungen
im Antriebsstrang verringert wird.
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Die
vorliegende Erfindung weist allgemein einen Drehmomentwandler auf,
der eine erste Dämpferstufe, eine zweite Dämpferstufe,
einen beweglichen Flansch, der die erste und die zweite Dämpferstufe
in Bezug auf Drehung verbindet, ein Massenträgheitselement
und einen abgestimmten Torsionsdämpfer aufweist. Der Torsionsdämpfer
verbindet das Massenträgheitselement und den Flansch. In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das Massenträgheitselement
eine Turbine. In einer Ausführungsform ist die erste Dämpferstufe
eine radial äußere Dämpferstufe und die
zweite Dämpferstufe ist eine radial innere Dämpferstufe.
In einer anderen Ausführungsform erzeugt der Torsionsdämpfer
unter Drehung ein Reibmoment.
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In
einer anderen Ausführungsform weist der Torsionsdämpfer
ein elastisches Element mit einem linearen Nulldrehmomentdurchgang
auf. In einer weiteren Ausführungsform ist das elastische
Element eine Schraubenfeder. In anderen Ausführungsformen
weist das elastische Element eine in Torsionsrichtung elastische
Platte auf. Die Platte kann fest mit dem Flansch und der Turbine
verbunden werden. Die Platte und der Flansch können jeweils
einen axialen Versatz aufweisen, wobei der Versatz der Platte geringer
ist als der Versatz des Flansches.
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In
einer Ausführungsform liegt die Bewegung des Torsionsdämpfers
zwischen 2 Grad und 20 Grad. In einer anderen Ausführungsform
liegt die Bewegung zwischen 6 Grad und 10 Grad. In einer anderen Ausführungsform
ist die gesamte Drehbewegung des Torsionsdämpfers durch
eine Verbindung mit Spiel zwischen dem Massenträgheitselement
und dem Flansch begrenzt. In noch einer anderen Ausführungsform
ist die Verbindung mit Spiel ein Niet, der in einem Schlitz in dem
Flansch oder in einer Keilwellenverbindung angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung weist allgemein auch einen Drehmomentwandler
auf, der Folgendes aufweist: eine radial äußere
erste Dämpferstufe; eine radial innere zweite Dämpferstufe;
einen beweglichen Flansch mit einem ersten axial abgesetzten Bereich,
wobei der Flansch die erste und die zweite Dämpferstufe
drehfest verbindet; eine Turbine; und eine in Bezug auf Torsion
elastische Platte mit einem linearen Nulldrehmomentdurchgang und
einem zweiten axial abgesetzten Bereich, der fest mit der Turbine
und dem Flansch verbunden ist. Die erste Versatzposition ist axial
weiter abgesetzt als die zweite Versatzposition und die Berührung
zwischen der ersten und der zweiten Versatzposition erzeugt ein
Reibmoment wenn der Torsionsdämpfer gedreht wird.
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Die
vorliegende Erfindung weist auch ein Verfahren zum Betrieb eines
Drehmomentwandlers auf, welches die folgenden Schritte aufweist:
Aufnehmen eines Drehmoments in einer ersten Dämpferstufe; Übertragen
des Drehmoments von der ersten Dämpferstufe auf einen beweglichen
Flansch; Übertragen des Drehmoments von dem beweglichen Flansch
auf eine zweite Dämpferstufe; und Verbinden eines Massenträgheitselements
mit dem Flansch durch einen abgestimmten Torsionsdämpfer, um
eine Resonanz des Flansches zu unterdrücken. In einer Ausführungsform
weist das Verfahren den Schritt des Abstimmens des Torsionsdämpfers
auf um eine Hochfrequenzspitze dadurch abzubauen, dass die Federkonstante
und die Reibung des Dämpfers an den Flansch angepasst werden.
In einer Ausführungsform liegt die Reibung zwischen 5 Nm
und 20 Nm, oder die Federkonstante wird so berechnet, dass sie die
Resonanz des Massenträgheitselements an einen Punkt unterhalb
des untertourigen Fahrbereichs verschiebt.
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In
einer Ausführungsform ist das Massenträgheitselement
eine Turbine des Drehmomentwandlers. In einer anderen Ausführungsform
liegt die gesamte Verdrehung des Torsionsdämpfers zwischen
2 Grad und 20 Grad. In einer weiteren Ausführungsform liegt
die Verdrehung zwischen 6 und 10 Grad.
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Es
ist ein allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung eine verbesserte
Konstruktion für einen Drehmomentwandler zur Verfügung
zu stellen, womit der Flanschmodus abgesenkt wird. Es ist auch ein Ziel
der Erfindung eine verbesserte Drehmomentwandlerkonstruktion zur
Verfügung zu stellen, wobei die Übertragung von
Torsionsschwingungen des Motors verringert wird ohne unangenehme
Schwingungen im Antriebsstrang hervorzurufen.
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Diese
und andere Ziele und Vorzüge der vorliegenden Erfindung
werden aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung und aus den beigefügte Zeichnungen und Ansprüchen
ersichtlich.
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Die
Art und Betriebsweise der vorliegenden Erfindung wird nun in der
folgenden ausführlichen Beschreibung genauer erläutert,
insbesondere wenn diese mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
gelesen wird. Darin zeigt:
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1 ein
Schema einer Dämpferanordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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2 eine
obere Hälfte eines Drehmomentwandler Querschnitts, die
eine Ausführungsform der Dämpferkonfiguration
von 1 darstellt; und
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3 ein
Diagramm einer simulierten Differenzialreaktion für verschiedene
Dämpferanordnungen mit einem 6-Zylinder Dieselmotor.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Eingangs
ist festzuhalten, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Zeichnungsansichten gleiche
oder funktional ähnliche elementare Bestandteile der Erfindung
kennzeichnen. Obgleich die vorliegende Erfindung mit Bezug auf derzeit
bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wird, ist festzuhalten,
dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die offengelegten Ausführungsformen
beschränkt ist.
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Weiterhin
ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine
bestimmte beschriebene Methodik, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt
ist und als solche natürlich variiert werden kann. Es ist
ebenso festzuhalten, dass die hier verwendeten Bezeichnungen nur
der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dienen und
den Schutzumfang der vorliegen den Erfindung nicht einschränken,
der nur durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt
ist.
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Falls
nicht anders bestimmt, dann haben alle technischen und wissenschaftlichen
Ausdrücke, die hier verwendet werden die gleiche Bedeutung
wie sie allgemein von Fachleuten im Bereich der Technik wo die Erfindung
angesiedelt ist verstanden wird. Obgleich beliebige Verfahren, Vorrichtungen
oder Werkstoffe, die ähnlich oder gleichwertig zu den Beschriebenen
sind, beim Ausführen oder Ausprobieren der Erfindung verwendet
werden können, werden nun bevorzugte Verfahren, Vorrichtungen
und Werkstoffe beschrieben.
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1 ist
eine schematische Darstellung der Dämpferanordnung 100 gemäß der
vorliegenden Erfindung.
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2 ist
die obere Hälfte eines Drehmomentwandler Querschnitts,
der eine Ausführungsform der Dämpferanordnung
in 1 darstellt.
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3 ist
ein Diagramm einer simulierten Differentialreaktion für
verschiedene Dämpferanordnungen in Verbindung mit einem
6-Zylinder Dieselmotor, obgleich andere Motoranordnungen (4-Zylinder, 5-Zylinder,
8-Zylinder, Benzinmotor, etc.) und Drehzahlen auch möglich
sind. Das nun Folgende ist mit Bezug auf die 1 bis 3 zu
sehen. In 1 sind die Massenträgheitsmomente
als Blöcke dargestellt, obgleich sich die relative Größe
der Blöcke nicht notwenderweise auf die Massenträgheitsmomente
der Komponenten bezieht. Der Motor 101 ist fest mit dem
Drehmomentwandlergehäuse 102 gekoppelt. Die Drehmomentwandlerkupplung 104 und der
Fluidkreislauf 106 werden schematisch als parallele Drehmomentpfade
gezeigt, die von dem Gehäuse 102 ausgehen. Die
Kupplung 104 verbindet die Kolbenplatte 108 mit
dem Gehäuse 102 wenn sie eingreift. Die Feder 110 koppelt
den beweglichen Flansch 112 mit der Kolbenplatte 108 mit
Torsionselastizität. Ebenso koppelt die Feder 114 die
Ausgangsnabe 116 elastisch mit dem Flansch 112.
Allgemein verbessert die Minimierung der Reibung zwischen dem Kolben 108,
dem Flansch 112 und der Nabe 116 die Leistung
des Isolators. In dem parallelen Pfad ist das Massenträgheitselement 118 mit
dem Flansch 112 durch das nachgiebige Element 120 und das
Dämpferelement 122 gekoppelt. Das Element 122 kann
jedes in der Technik bekannte Dämpferelement sein, z. B.
ein Reibelement oder ein hydraulisches Element. Das Element 120 kann
jedes in der Technik bekannte nachgiebige Element sein. In der folgenden
Erörterung wird als nachgiebiges Element eine Feder verwendet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Massenträgheitselement 118 eine Turbine
des Flu idkreislaufs 106. Andere Ausführungsformen
(nicht gezeigt) enthalten ein zusätzliches Massenträgheitselement,
wobei in diesem Fall die symbolische Verbindung 124 zwischen
dem Massenträgheitselement 118 und dem Fluidkreislauf 106 beseitigt
ist.
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Das
Element 126 begrenzt die Verdichtung des Elements 120 und
die Bewegung des Dämpfers 122. Wenn die Kupplung 104 in
Eingriff kommt, dann ist die in dem Element 120 gespeicherte
Kraft im Allgemeinen wesentlich kleiner als die Antriebskraft des Motors 100.
Jedoch, wenn sich die Kupplung 104 nicht im Eingriff befindet,
dann überträgt der Fluidkreislauf 106 Drehmoment
von dem Motor 101 über die Verbindung 124 auf
das Massenträgheitselement 118 und das Element 120.
Der Bewegungsbegrenzer 126 begrenzt die Menge der auf das
Element 120 ausgeübten Kraft zur Erhöhung
der Lebensdauer.
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Die
Feder 120 ist dazu eingerichtet, die Resonanzfrequenz der
Turbine auf einen Punkt genau unter der Minimaldrehzahl zu verlagern,
wo die Kupplung in Eingriff kommt. Die niedrigste Motordrehzahl, bei
der die Kupplung in Eingriff kommt kann als Grenze für
untertourige Fahrweise bezeichnet werden. Zum Beispiel kann die
gewünschte Turbinenresonanzdrehzahl 955 U/min betragen
(47,75 Hz für einen 6-Zylinder Motor), wenn man annimmt,
dass die Minimaldrehzahl für untertourige Fahrweise 1000 U/min
beträgt. Die Federkonstante kann unter Verwendung der folgenden
Gleichung berechnet werden: k = 4Jπ2f2 wobei J das
Massenträgheitsmoment der Turbine von 0,035 kg·m2 ist und f die abgestimmte Frequenz von
47,75 Hz ist. Demnach sollte für dieses Beispiel die Federkonstante
k auf 3150,5 Nm/rad (55 Nm/°) für eine Grenze
des niedertourigen Fahrbereichs von 1000 U/min ausgelegt werden.
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Die
Feder 120 führt einen zusätzlichen Freiheitsgrad
in das Schwingungssystem ein und teilt die Resonanzfrequenz des
beweglichen Flansches in zwei Resonanzfrequenzen auf. Ein Abstimmen
der Feder 120 bewegt die niedrigere Resonanzfrequenz aus
dem normalen Betriebsbereich, aber die höhere Resonanzfrequenz
kann sich nach wie vor im Betriebsbereich befinden, z. B. wie für
die Linie 340 in 3 gezeigt.
Das Dämpferelement 122 ist darauf ausgelegt, die
höhere Resonanzfrequenz zu dämpfen. Reibungsdämpfung
wird allgemein für das Element 122 verwendet,
obwohl andere Dämpfungsarten (Fluid, Gummi, etc.) auch
verwendet werden können. Reibungswerte von 5 Nm bis 20
Nm sind typisch, wobei Dieselmotoren we gen der erhöhten Drehmomentschwankungen
mehr Reibung benötigen als Benzinmotoren. Das Element 122 dämpft
die höhere Resonanz ohne die Isolatorleistung bei den anderen
Frequenzen wesentlich zu verschlechtern, wie z. B. für
die Linie 350 wie in 3 gezeigt.
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In 2 weist
die Drehmomentwandleranordnung 200 eine Pumpe 202 und
einen Deckel 204 (analog zum Deckel 102 in 1)
auf. Der Deckel 204 ist an der Flexplatte 206 mit
Nasen 208 befestigt. Die Flexplatte 206 erhält
Drehmoment von einem Motor (nicht gezeigt) durch die Befestigung
mit Verbindungselementen 210. Drehmoment von der Pumpe 202 wird
auf die Turbine 212 übertragen und von dem Leitrad 214 umgelenkt.
Der Wandler 200 weist auch einen Dämpfer 216 auf.
Turbinendrehmoment wird durch den Dämpfer 216 auf
die Eingangswelle 218 übertragen. Die Kupplung 220 überbrückt
den Fluidkreislauf, der von der Pumpe 202, der Turbine 212 und
dem Stator 214 erzeugt wird zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs.
Das heißt, die Kupplung 220 verbindet den Deckel 204 direkt
mit dem Dämpfer.
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Der
Dämpfer 216 weist eine Dämpferstufe 222 (analog
zu 110 in 1), Dämpferstufe 224 (analog
zu 114 in 1) und einen beweglichen Flansch 226 (analog
zum Flansch 112 in 1) auf, der
die Stufen 222 und 224 drehfest verbindet. Mit drehfester
Verbindung ist gemeint, dass Drehmoment, welches von der Stufe 222 aufgenommen
wird, von dem Flansch auf die Stufe 224 übertragen
wird und umgekehrt. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist der bewegliche Flansch 226 eine Deckelplatte 228 und
eine Deckelplatte 230 auf. In einer anderen Ausführungsform
ist die Dämpferstufe 222 eine radial äußere
Dämpferstufe und die Dämpferstufe 224 ist
eine radial innere Dämpferstufe. In einer weiteren Ausführungsform
sind die Stufen 222 und 224 axial benachbart auf
einem ähnlichen Radius angebracht.
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Der
Dämpfer 216 weist einen abgestimmten Torsionsdämpfer 232 (analog
zum Element 120 in 1) auf,
der die Turbine 212 drehfest mit dem Flansch 226 verbindet.
Obgleich die Turbine 212 gezeigt wird, kann der Dämpfer 232 jedes
Massenträgheitselement drehfest verbinden, welches in Bezug auf
Drehung nicht gekoppelt ist, wenn sich die Kupplung 104 im
Eingriff befindet. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist der Dämpfer 232 ein beliebiges in der Technik
bekanntes Bauteil auf, welches einen linearen Nulldrehmomentübergang
aufweist. Das heißt, wenn das Element vom positiven Drehmoment
zum negativen Drehmoment umgeschaltet wird, ist die Federkonstante
beim Nulldurchgang linear. Anders ausgedrückt, der Nulldrehmomentdurchgang
ist linear, wenn das Eindrehen des Dämpfers 232 von
einer ersten Drehrichtung auf eine zweite entgegengesetzte Drehrichtung
geändert wird.
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In
einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) weist der
Dämpfer 232 eine Schraubenfeder auf. In einer
anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) weist der Dämpfer 232 eine
in Bezug auf Drehung elastische Platte auf. Die drehelastische Platte kann
kranzförmige Ringe zur Befestigung an der Turbine 212 und
dem Flansch 226 aufweisen, und dünne Füße,
welche die Ringe verbinden und gleichzeitig ein Eindrehen erlauben.
In einer anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) sind die
Füße einstückig ausgeformt und bilden
eine S-Kurve, ähnlich der in der im gleichen Eigentum befindlichen
U.S. Patentanmeldung Nr. 60/876,317 (U.S. Provisional, angemeldet
am 21. Dezember. 2006 von Kneidel und Schroeder für eine „FEDERPLATTE
ZUR VERMEIDUNG VON SPIEL"), welche hier vollumfänglich
einbezogen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform (nicht
gezeigt) ist der Dämpfer 232 fest an der Turbine 212 und
an dem Flansch 226 angebracht, z. B. jeweils durch Niete 234 und 236.
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Der
Dämpfer 232 und der Flansch 226 können
einen axialen Versatz 238 zwischen den Befestigungsorten
aufweisen. Der Versatz in dem Dämpfer 232 ist
geringer als der Versatz in dem Flansch 226 in freiem Zustand,
d. h. der Flansch befindet sich in 2 weiter
links als der Dämpfer. Der Versatz in dem Dämpfer 232 ist
größer, damit die Befestigungsorte sich nahe an
den Befestigungsorten des Flansches 226 befinden, so dass
Niete 236 angebracht werden können. In einer bevorzugten
Ausführungsform weist die Deckelplatte 228 den
Bereich des Flansches 226 mit dem Versatz 238 auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt die Kraft
des Dämpfers 232 auf dem Flansch 226 in
der Richtung 239 Reibung (analog zum Deckel 122 in 1)
um die Ungleichmäßigkeiten der Drehung zu dämpfen wenn
sich der Dämpfer 232 dreht.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Verdrehung der
mit Spiel behafteten Verbindung 240 (analog zum Element 126 in 1)
begrenzt, welche einen Abstandsniet 234 und einen Schlitz 242 im Flansch 226 aufweist.
Daher können sich die Turbine 212 und der Dämpfer 232 um
einen vorbestimmten Winkelbetrag drehen, bevor sie den Flansch 226 in Eingriff
bringen. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die
vorbestimmt Entfernung zwischen 2 Grad und 20 Grad. Genauer gesagt
kann die Entfernung auch zwischen 6 Grad und 10 begrenzt sein. In einer
anderen Ausführungsform (nicht gezeigt) ist die gesamte
Verdrehung des Torsionsdämpfers 232 durch eine
Keilwellenverbindung mit Spiel begrenzt.
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Im Überbrückungsbetrieb
wird Motordrehmoment auf den Deckel 204 durch die Flexplatte 206 übertragen.
Die Kolbenplatte 244 erhält Drehmoment von dem
Deckel 204 über die Blattfeder 246. Der
Kolben 244 ist gegenüber der Eingangswelle 218 mit
der Dichtung 248 abgedichtet und ermöglicht es
dem Kolben 244, die Kupplung 220 zu schließen
und Drehmoment auf die Platte 250 zu übertragen,
wenn der Fluiddruck in der Kammer 251 hoch genug ist. Die
Platte 250 überträgt Drehmoment auf die
Deckelplatte 252 durch die Keilwellenverbindung 254.
Der Niet 56 verbindet die Deckelplatte 252 mit
der Deckelplatte 258. Die Platten 252 und 258 treiben
die Feder 260 an, welche Drehmoment auf den beweglichen
Flansch 226 aufbringt. Die Platten 228 und 230 des
Flansches 226 drücken die Feder 262 zusammen,
welche die Eingangswelle 218 über die Keilwellenverbindung 264 auf
dem Ausgangsflansch 266 antreibt.
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Wie
oben beschrieben ermöglicht der Torsionsdämpfer 232 es
der Massenträgheit der Turbine 212 sich relativ
zum Flansch 226 zu schwingen. Der Dämpfer 232 und
die Turbine 212 sind an der Turbinennabe 268 vernietet.
Die Bohrung 270 in dem Flansch 266 stellt einen
Freiraum für ein Nietwerkzeug zur Verfügung um
den Niet 234 zu stauchen. Der vergrößerte
Kopfbereich 272 des Niets 234 hindert die Deckelplatte 228 daran
sich axial zu bewegen, während er es der Platte 228 nach
wie vor ermöglicht, sich während des Verdrehens
des Torsionsdämpfers 232 in Rotationsrichtung
zu bewegen. Die Nabe 268 ist auf dem Flansch 266 zentriert.
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Die
Lager 274 und 276 steuern die axiale Bewegung
der Bauteile im Wandler 200. Die Keilwellenverbindung 254 begrenzt
die axiale Bewegung der Platte 252. Die Nietverbindung 256 bestimmt
die axiale Anordnung der Platte 228 und der Turbine 212 und
der Nabe 268 mit dem Niet 234. Der Absatz 278 steuert
die axiale Bewegung des Flansches 266 relativ zur Nabe 268.
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In 3 ist
auf der Abszisse die Motordrehzahl aufgetragen und auf der Ordinate
sind die Spitzenschwankungen der Drehzahl des Differenzials aufgetragen.
Andersherum ausgedrückt, die Reaktion des Differenzials,
die als Spitzenschwankung der Drehzahl gemessen wird, wird über
der Motordrehzahl für verschiedene Dämpferanordnungen
aufgetragen. Ein typischer Dieselmotor kann zwischen 800 U/min und
3500 U/min betrieben werden, wobei die Drehmomentwandlerkupplung
bei einer Drehzahl, die im niedrigsten Fall bei 1000 U/min liegen
kann, in Eingriff kommt. Größere Spitzenschwankungen
führen mit größerer Wahrscheinlichkeit
zu unerwünschten Vibrationen und zur Beeinträchtigung
des Fahrers.
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Die
gepunktete Linie 310 bildet die Differenzialreaktion eines
Antriebsstranges ab, der einen Reihendämpfer ohne Reibung
auf der Turbine aufweist. Wie oben beschrieben, zeigt die Linie 310 teilweise
wegen der Massenträgheit des beweglichen Flansches eine
Resonanzstelle bei ungefähr 1900 U/min. Die Strichpunktlinie 320 stellt
die Reaktion dar, wenn Reibung zu dem Dämpfer der Linie 310 hinzugefügt
wird. Obgleich die Spitze bei 900 U/min beseitigt ist, ist die Isolierung
bei Motordrehzahlen über und unter der Resonanzstelle verringert,
wie die größeren Schwankungen zeigen. Zum Beispiel
liegt die Linie 320 über der Linie 310 für
Drehzahlwerte unter ungefähr 1500 und über 2500
U/min.
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Die
strichpunktierte Linie 330 bildet die Reaktion eines Antriebsstranges
mit einer doppelten Dämpferanordnung ab. Eine zusätzliche
Massenträgheit der Turbine verursacht eine niedrigere Resonanzstelle
als der Turbinen-Reihendämpfer (ungefähr 1000
U/min), aber die Resonanz liegt immer noch im üblichen
Betriebsbereich dieses Motors und würde unangenehme Vibrationen
hervorrufen.
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Die
gestrichelte Linie 340 bildet die Reaktion eines Antriebsstranges
mit einer Dämpferanordnung ohne Reibung, einem sogenannten „Turbinentilger" gemäß der
vorliegenden Erfindung, ab. In diesem Beispiel ist der Turbinentilger
auf eine Drehzahl von 955 U/min abgestimmt. Hier ist die Resonanz
des freien Flansches des Reihendämpfers auf zwei Resonanzstellen
aufgeteilt. Die niedrigere Resonanzstelle 342 liegt bei
einer Motordrehzahl von ungefähr 750 U/min unter dem üblichen
Fahrbereich. Die Resonanzstelle 344 liegt bei einer Drehzahl
von ungefähr 2600 U/min. Die Stelle 344 liegt
damit immer noch im Fahrbereich dieser Anordnung aus Motor und Antriebsstrang,
kann aber wesentlich verringert werden, wenn Reibung hinzufügt
wird, wie die strichpunktierte Linie 350 zeigt. Die Dämpferreibung
bedingt eine leichte Verringerung der Isolatorleistung bei geringen
Drehzahlen, aber sie verringert die Resonanz an der Stelle 344.
Insgesamt zeigt die Leistung des Turbinentilgers auf der Linie 350 eine
wesentliche Verbesserung gegenüber dem Reihenturbinendämpfer
und Anordnungen mit doppelten Dämpfern mit üblichen Überbrückungsdrehzahlen
von 1000 U/min bis 3500 U/min. Der Turbinentilger zeigt eine wesentliche
Isolation des Differentials aufgetragen über Zündungsschwankungen
des Motors, die von der Volllinie 360 abgebildet werden.
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Die
vorliegende Erfindung weist auch ein Verfahren zum Betreiben eines
Drehmomentwandlers auf. Obgleich das Verfahren aus Gründen
der Klarheit als Abfolge von Schritten beschrieben ist, legt dies
keine Reihenfolge der Schritte fest, es sei denn dies ist ausdrücklich
bestimmt. Ein erster Schritt nimmt ein Drehmoment in einer ersten
Dämpferstufe auf. Ein zweiter Schritt überträgt
das Drehmoment von der ersten Dämpferstufe auf einen beweglichen Flansch.
Ein dritter Schritt überträgt das Drehmoment von
dem beweglichen Flansch auf eine zweite Dämpferstufe. Ein
vierter Schritt verbindet ein Massenträgheitselement mit
dem Flansch durch einen abgestimmten Torsionsdämpfer um
eine Resonanz des Flansches zu verhindern.
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In
einer Ausführungsform stimmt der fünfte Schritt
den Torsionsdämpfer ab um eine hochfrequente Spitze durch
Anpassen der Federkonstante und der Reibung des Dämpfers
mit dem Flansch abzusenken. In einer anderen Ausführungsform
liegt die Reibung zwischen 5 Nm und 20 Nm oder die Federkonstante
wird so berechnet, dass sie die Resonanz des Trägheitselements
auf einen Punkt unter der Grenze für ruckfreien Fahrbetrieb
legt. In einer Ausführungsform ist das Trägheitselement
eine Turbine des Drehmomentwandlers. In einer anderen Ausführungsform
liegt die gesamte Verdrehung des Torsionsdämpfers zwischen
2 Grad und 20 Grad. In einer weiteren Ausführungsform liegt
die Verdrehung zwischen 6 Grad und 10 Grad.
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Daraus
wird ersichtlich, dass die Ziele der vorliegenden Erfindung wirksam
erreicht werden, obgleich Modifikationen und Änderungen
an der Erfindung für Fachleute ersichtlich sind und diese
Modifikationen sich innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten
Erfindung befinden. Festzuhalten ist auch, dass die vorangehende
Beschreibung lediglich die vorliegende Erfindung beispielhaft darstellt
und in keinster Weise einschränkt. Daher sind andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung möglich ohne über den
Schutzumfang der vorliegenden Erfindung hinauszugehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - erteilt am
11. August 2006 an Seebacher et al. für eine „LEISTUNGS-ÜBERTRAGUNGSVORRICHTUNG
MIT FLUIDISCHER KOPPLUNG" [0005]
- - U.S. Provisional, angemeldet am 21. Dezember. 2006 von Kneidel
und Schroeder für eine „FEDERPLATTE ZUR VERMEIDUNG
VON SPIEL" [0032]