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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten zwischen zwei Wellenabschnitten einer Wellenanordnung über eine Gelenkanordnung, wobei die Gelenkanordnung zum Ausgleich eines Winkelversatzes zwischen den Wellenabschnitten ausgebildet ist.
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Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik in Form von Kreuzgelenken oder Kugelgelenken, wie z. B. Kugelfestgelenken, Kugelgleichlaufgelenken und homokinetischen Gelenken, bekannt.
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Herkömmliche Kreuzgelenke weisen zwei mit je einer Welle verbindbare Gelenkgabeln auf, die über ein Gelenkteil miteinander koppelbar sind. Kreuzgelenke werden üblicherweise in Wellenanordnungen eingesetzt, bei denen Drehmomente über eine Mehrzahl von Wellen übertragen werden, die nicht parallel verlaufen bzw. die um einen gegebenenfalls variablen Winkel zueinander versetzt verlaufen. Kreuzgelenke finden insbesondere bei Gelenkwellen zur Übertragung von Antriebskräften und Lenkkräften in Kraftfahrzeugen Anwendung.
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Zudem sind aus dem Stand der Technik zur Verbindung zweier Wellenabschnitte, die zueinander nicht parallel, d. h. um einen Winkel versetzt zueinander verlaufen, neben den erwähnten Kreuzgelenken auch Kugelfestgelenke bekannt. So offenbaren die Dokumente
DE 10 2007 031 078 A1 und
DE 10 2007 031 079 A1 Kugelgleichlauffestgelenke für Antriebswellenanordnungen. Diese beiden vom Offenbarungsgehalt diesbezüglich weitgehend identischen Dokumente zeigen Kugelgleichlauffestgelenke, bei denen zwischen einem Gelenkinnenteil und einem Gelenkaußenteil Kugeln vorgesehen sind, die das Drehmoment zwischen Gelenkinnen- und Gelenkaußenteil übertragen. Eine Art Käfig dient zur Führung der Kugeln. In dem Gelenkinnenteil ist zur Drehmomentübertragung eine Längsverzahnung ausgebildet, in die ein Wellenabschnitt mit einer entsprechend korrespondierenden Außenverzahnung eingesteckt werden kann.
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Derartige Kreuzgelenke und Kugelfestgelenke erfüllen zwar die Aufgabe, zwei um einen Winkel zueinander versetzte Wellenabschnitte miteinander zu verbinden, können jedoch die heutigen Anforderungen an eine Kopplung zweier Wellenabschnitte unter gleichzeitiger Dämpfung von Drehschwingungen nicht erfüllen. Insbesondere wird an derartige Gelenke bzw. Kupplungseinrichtungen die Anforderung gestellt, die Drehmomente möglichst verlustfrei von einem Wellenabschnitt auf den anderen Wellenabschnitt zu übertragen, jedoch auftretende Vibrationen und insbesondere torsional auftretende Schwingungen hinreichend abzudämpfen, um beispielsweise an der Antriebsachse entstehenden Körperschall nicht durch das Fahrzeug hindurch zu übertragen.
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Neben den voranstehend beschriebenen Gelenkanordnungen in Form von Kugelgelenken und Kreuzgelenken sind aus dem Stand der Technik auch Kugelgelenke bekannt, die mit einer Dämpfungseinrichtung versehen sind. Ein derartiges Gelenk ist beispielsweise in
EP 1 710 459 A1 offenbart. Die für eine Lenkwelle ausgelegte Gelenkanordnung gemäß der EP 1 710 459 A1 weist ein Außenteil in Form einer Gelenkglocke auf, die einem Wellenabschnitt zugeordnet ist. Ein Innenteil bildet ein Gehäuseteil des Kugelgelenks, welches mit einem zweiten Wellenabschnitt verbunden ist. Zwischen dem Außenteil und dem darin angeordneten halbkreisförmigen Innenteil ist eine elastische Dämpfungsschicht vorgesehen. Das Innenteil weist nach außen gerichtete Vorsprünge auf. Das Außenteil weist zu den Vorsprüngen des Innenteils korrespondierende, nach innen gerichtete Vorsprünge auf. Die Vorsprünge des Außenteils und die Vorsprünge des Innenteils greifen zur Drehmomentübertragung ineinander ein. Die zwischen dem Außenteil und dem Innenteil angeordnete Dämpfungsschicht verbindet die Vorsprünge des Außenteils und des Innenteils miteinander.
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Die an den radialen Flächen der Vorsprünge des Innenteils und den entsprechenden Flächen der Vorsprünge des Außenteils angebrachte elastische Dämpfungsschicht, d. h. die Dämpfungsschicht verbindet das Außenteil und das Innenteil, wird an diesen radialen Flächen stark auf Scherung beansprucht. Mit anderen Worten kann die elastische Schicht während der Drehmomentübertragung mit dieser in axialer Richtung relativ viel Bauraum benötigenden Gelenkanordnung entweder von dem Innenteil oder dem Außenteil abgeschert werden, wodurch die Funktion der Gelenkanordnung, nämlich die Dämpfung von Vibrationen, unmöglich wird.
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DE 41 16 841 A1 offenbart eine Gelenkverbindung zwischen einem Antriebskegelrad und einer Gelenkwelle, die einen zweiteilig ausgebildeten Flansch aufweist. Der Flansch besteht aus einem dem Antriebskegelrad zugeordneten ersten Flanschteil und einem der Gelenkwelle zugeordneten zweiten Flanschteil. Das zweite Flanschteil ist als Innenring ausgebildet, der von dem als Außenring gestalteten ersten Flanschteil mit radialem Abstand konzentrisch umschlossen wird. Die Verbindung des zweiten Flanschteils mit der Gelenkwelle erfolgt über ein homokinetisches Gelenk. Das zweite Flanschteil wird mit dem homokinetischen Gelenk über eine Schraubverbindungen verbunden. Ein Drehmoment wird von der Gelenkwelle auf das Antriebskegelrad über die zwischen den beiden Flanschteilen angeordnete elastische Zwischenschicht übertragen. Das erste Flanschteil weist zu diesem Zweck eine Innenverzahnung auf und am Innenring des zweiten Flanschteils ist eine entsprechende Außenverzahnung ausgebildet.
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Auch bei dieser Gelenkanordnung wird die elastische Zwischenschicht extrem auf Scherung beansprucht, was bei der Drehmomentübertragung zu einem Abscheren der Zwischenschicht entweder an dem Außenring des ersten Flanschteils oder dem Innenring des zweiten Flanschteils führt und sowohl die Funktion als auch die Lebensdauer der Gelenkanordnung negativ beeinflusst. Ferner weist die Gelenkanordnung gemäß
DE 41 16 841 A1 einen relativ komplexen Aufbau mit einer Vielzahl von Einzelteilen auf. So wird hier ein radial außenliegendes Bauteil des homokinetischen Gelenks mit dem inneren zweiten Flanschteil verschraubt. Die Vielzahl von Einzelteilen und auch Schraubverbindung zwischen dem homokinetischen Gelenk und dem Flanschteil erhöhen die Fehleranfälligkeit dieser Gelenkanordnung beträchtlich. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehmomentübertragungsvorrichtung zum Übertragen von Drehmomenten der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, die bei kompakter Bauweise zur Schwingungsdämpfung bei gleichzeitiger Übertragung von hohen Drehmomenten geeignet ist und sowohl die voranstehend beschriebenen Probleme des Stands der Technik vermeidet als auch die Lebensdauer erhöht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungsvorrichtung der eingangs bezeichneten Art gelöst, wobei die Drehmomentübertragungsvorrichtung eine Schwingungsdämpfungseinrichtung zum Dämpfen von Torsionsschwingungen umfasst, die zumindest zwei Übertragungsteile aufweist, wobei eines der Übertragungsteile einem der Wellenabschnitte und das jeweils andere Übertragungsteil der Gelenkanordnung zugeordnet ist, und wobei die Übertragungsteile jeweils Segmentformationen mit radialen Segmentabschnitten aufweisen, die in einem Übertragungsbereich in drehmomentübertragende Wechselwirkung miteinander treten, wobei zwischen benachbarten Segmentabschnitten in dem Übertragungsbereich zumindest eine im Wesentlichen auf Druck beanspruchte Dämpferanordnung vorgesehen ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungsvorrichtung können nicht nur Winkelversätze zwischen zwei zu verbindenden Wellenabschnitten ausgeglichen werden, sondern auch im Betrieb eines Antriebsstrangs auftretende Torsionsschwingungen gedämpft werden. Durch die Zuordnung eines der Übertragungsteile zu einem Wellenabschnitt und des jeweils anderen Übertragungsteils zu der Gelenkanordnung sowie den Segmentformationen mit radialen Segmentabschnitten benötigt die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung relativ wenig Bauraum, der gerade im Bereich eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nur sehr eingeschränkt zur Verfügung steht. Mit anderen Worten können mit der äußerst kompakt ausgeführten Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung Winkelversätze ausgeglichen und gleichzeitig Torsionsschwingungen gedämpft werden können, wodurch Drehmomente nahezu verlustfrei übertragen werden und eine Übertragung von an der Antriebsachse entstehenden Körperschall durch das Fahrzeug hindurch vermieden wird. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit ineinandergreifenden Segmentformationen und dazwischen angeordneten Dämpferanordnungen kann erreicht werden, dass die Dämpferanordnung nahezu ausschließlich auf Druck beansprucht werden, was die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Vorrichtung verlängert. Lebensdauerverkürzende Scherungsbeanspruchungen, wie sie beim Stand der Technik auftreten, werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vermieden.
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Um Drehmomente bei gleichzeitiger Dämpfung von Torsionsschwingungen zuverlässig und im Wesentlichen verlustfrei übertragen zu können, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Segmentformationen der zumindest zwei Übertragungsteile in radialer Richtung zur Drehmomentübertragung miteinander in Eingriff bringbar sind. Mit anderen Worten greifen die Segmentabschnitte der Segmentformationen zur Drehmomentübertragung ineinander ein bzw. aneinander an, wodurch große Drehmomente verlustfrei übertragen werden können.
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Erfindungsgemäß sind zwei benachbarte Segmentabschnitte, von denen einer dem einen Übertragungsteil und der andere dem jeweils anderen Übertragungsteil zugeordnet ist, miteinander verbunden. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass die beiden Übertragungsteile über die Dämpferanordnung miteinander in Verbindung stehen, wobei die Dämpferanordnung im Lastfall nur auf Druck belastet wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die benachbarten Segmentabschnitte paarweise mittels zumindest einer deformierbaren Schlinge verbunden sind. Mit anderen Worten werden bei dieser Ausführungsform die Drehmomente nicht nur über ein Ineinandergreifen der Segmentabschnitte der Übertragungsteile übertragen (Druckbelastung), sondern auch über eine Verbindung zwischen zwei benachbarten Segmentabschnitten durch eine auf Zug belastete Schlinge. Mit anderen Worten werden bei dieser Ausführungsvariante die Drehmomente über eine Zugkraft und eine Druckkraft von dem einen Übertragungsteil, welches angetrieben wird, auf das jeweils andere abtriebsseitige Übertragungsteil übertragen.
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Im Zusammenhang mit der voranstehend beschriebenen Ausführungsform kann hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung der Segmentabschnitte vorgesehen sein, dass diese zumindest zwei Vorsprünge aufweisen, die jeweils von einer Schlinge zur Verbindung eines der Segmentabschnitte einer Segmentformation mit einem benachbarten Segmentabschnitt der jeweils anderen Segmentformation umschlungen sind.
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Erfindungsgemäß kann die Schlinge aus Gummi und/oder einer Fadenlage, vorzugsweise aus einem Gummi mit einer Fadeneinlage, hergestellt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist eines der Übertragungsteile im Übertragungsbereich eine Segmentformation mit radial nach innen gerichteten Segmentabschnitten und das jeweils andere Übertragungsteil eine Segmentformation mit nach radial außen gerichteten Segmentabschnitten auf, wobei die Segmentformationen miteinander in Eingriff stehen. Mit anderen Worten können die Übertragungsteile in radialer Richtung übereinander angeordnet sein, wobei das eine radial außenliegende Übertragungsteil die nach innen gerichteten Segmentabschnitte und das radial innere Übertragungsteil die nach außen gerichteten Segmentabschnitte aufweist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Dämpferanordnung die Segmentformationen im Übertragungsbereich zumindest teilweise umgibt. Die Segmentabschnitte der Segmentformationen sind demnach von der Dämpferanordnung umgeben, die bei der Drehmomentübertragung von den miteinander in Eingriff stehenden Segmentabschnitte elastisch deformiert wird, bis die einzelnen benachbarten Segmentabschnitte nahezu aneinander anliegen. Mit anderen Worten gilt hierfür, dass mit Zunahme des Betrags der zu übertragenden Drehmomente die Dämpferanordnung stärker elastisch deformiert wird, wodurch eine progressive Dämpfungskennlinie erreicht.
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Mit Bezug auf die Dämpferanordnung kann ferner erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass diese zumindest eine dämpfende Materialschicht, insbesondere eine Gummischicht oder eine Kunststoffschicht zwischen den miteinander in Eingriff bringbaren Segmentformationen der Übertragungsteile aufweist.
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Als Alternative zu einer Dämpferanordnung mit einer dämpfenden Materialschicht kann die Dämpferanordnung erfindungsgemäß auch mehrlagig ausgebildet sein, wobei neben der zumindest einen dämpfenden Materialschicht zumindest eine Schicht aus einem weiteren Material angeordnet ist. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die Segmentabschnitte einer Segmentformation mit einer dämpfenden Materialschicht überzogen sind, wobei zwischen den mit einer dämpfenden Materialschicht überzogenen Segmentformationen eine weitere Materialschicht, insbesondere eine Kunststoffschicht, vorgesehen sein kann.
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Um einen der Wellenabschnitte in axialer Richtung verschiebbar in der Gelenkanordnung der Drehmomentübertragungsvorrichtung aufzunehmen, aber weiterhin sicher Drehmomente über die Drehmomentübertragungsvorrichtung übertragen zu können, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Gelenkanordnung eine Aufnahmeöffnung mit einer Innenprofilierung, vorzugsweise einer Innenverzahnung, zum drehfesten Verbinden mit einem der Wellenabschnitte aufweist, wobei der der jeweiligen Innenprofilierung zugeordnete Wellenabschnitt eine korrespondierende Außenprofilierung, insbesondere eine Außenverzahnung, aufweist, und wobei der Wellenabschnitt mit der Außenprofilierung in der Aufnahmeöffnung mit einer Innenprofilierung axial verlagerbar aufgenommen ist. Mit anderen Worten werden die zu übertragenden Drehmomente über einen Formschluss zwischen der Innenprofilierung der Aufnahmeöffnung der Gelenkanordnung und der zu dieser korrespondierenden Außenprofilierung eines der Wellenabschnitte übertragen, wodurch der entsprechende Wellenabschnitt in der Gelenkanordnung zum Ausgleich von Axialbewegungen verschiebbar aufgenommen ist.
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Um die Drehmomentübertragungsvorrichtung bzw. die Schwingungsdämpfungseinrichtung der Drehmomentübertragungsvorrichtung vor Schmutz und dem Eindringen von Wasser zu schützen, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die zumindest zwei Übertragungsteile im Übertragungsbereich von einem Gehäuse umgeben sind, welches mit zumindest einem der Übertragungsteile verbunden ist.
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Da Bauraum gerade im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nur in begrenztem Umfang zur Verfügung steht, umgibt die Schwingungsdämpfungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform die Gelenkanordnung zumindest teilweise.
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Erfindungsgemäß kann die Schwingungsdämpfungseinrichtung am Außenumfang der Gelenkanordnung angeordnet sein. Wegen des nur eingeschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums, insbesondere in axialer Richtung des Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wird die Schwingungsdämpfungseinrichtung bevorzugt in radialer Richtung außen an der Gelenkanordnung angeordnet, wodurch der von der Gelenkanordnung benötigte Bauraum in radialer Richtung durch die Schwingungsdämpfungsanordnung nahezu gleich bleibt oder nur unwesentlich vergrößert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gelenkanordnung ein Kugelfestgelenk. Um die Schwingungsdämpfungseinrichtung am Außenumfang der Gelenkanordnung anbringen zu können, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Schwingungsdämpfungseinrichtung drehfest mit einem Gehäuseteil des Kugelfestgelenks verbunden.
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Eine Ausführungsform der Erfindung sieht ferner vor, dass die Gelenkanordnung ein Kreuzgelenk ist. Um auch bei dieser Ausführungsform mit einem Kreuzgelenk als Gelenkanordnung möglichst wenig Bauraum gerade in axialer Richtung in einem Antriebstrang zu verbrauchen, ist die Schwingungsdämpfungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zumindest teilweise in einer von Gelenkachsen des Kreuzgelenks aufgespannten Ebene am Außenumfang des Kreuzgelenks angeordnet. Erfindungsgemäß werden die Segmentformationen durch Tiefziehverfahren, Schmieden oder spanabhebende Verfahren hergestellt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Wellenanordnung mit einer Drehmomentübertragungsvorrichtung der voranstehend beschriebenen Art.
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Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es stellen dar:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 2;
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4 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie V-V aus 5;
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7 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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8 eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
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9 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII aus 8;
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10 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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11 eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;
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12 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XI-XI aus 11;
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13 eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
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14 eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform ohne Gehäuse;
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15 eine teilweise aufgebrochne Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform; und
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16 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XV-XV aus 15.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. Aus 1 lässt sich erkennen, dass die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 eine Gelenkanordnung 12 aufweist, die an ihrem äußerem Umfang von einer Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 (2 und 3) umgeben ist. Die Gelenkanordnung 12 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung 10 ist ein Kugelfestgelenk, dass mit Bezug auf die 2 und 3 detailliert erläutert wird. Zur Aufnahme eines hier nicht gezeigten Wellenabschnitts weist die Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 bzw. das Kugelfestgelenk 12 eine Aufnahmeöffnung 16 mit einer Innenprofilierung 18 auf.
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2 zeigt eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung und 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 2.
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Aus einer vergleichenden Ansicht der 2 und 3 erkennt man, dass die Gelenkanordnung 12 in Form eines Kugelfestgelenks ausgeführt ist, an dessen Außenumfang in radialer Richtung die Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 angeordnet ist. Das Kugelfestgelenk 12 weist eine als Kugelstern ausgebildete Innennabe 20 auf, in der die Aufnahmeöffnung 16 vorgesehen ist. In der Aufnahmeöffnung 16 ist die Innenprofilierung 18 ausgeformt, vorzugsweise in Form einer Innenverzahnung. Die Innenverzahnung 18 wird bevorzugt durch Räumen oder Fräsen hergestellt, d. h. mittels kostengünstiger, aber hoch präziser Arbeitsgänge. Der Kugelstern 20 weist an seiner Außenumfangsfläche Mulden auf, in denen Kugeln 22 aufgenommen sind. Über diese Kugeln 22 ist der Kugelstern 20 drehmomentübertragend an ein Gehäuseteil 24 gekoppelt. Durch die in einem Käfig 26, der zwischen dem Kugelstern 20 und dem Gehäuseteil 24 angeordnet ist, geführten Kugeln 22 können über die Vorrichtung 10 Winkelversätze von bis zu 40° zwischen zwei zu verbindenden Wellenabschnitten (nicht gezeigt) ausgeglichen werden.
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Aus 3 wird ferner ersichtlich, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 zwei Übertragungsteile 28 und 30 aufweist, von denen das Übertragungsteil 30 fest mit dem Gehäuseteil 24 des Kugelfestgelenks 12 verbunden ist. Die beiden Übertragungsteile 28 und 30 sind zumindest teilweise von einem Gehäuse 32 umgeben. Das Übertragungsteil 28 ist über einen reibungsreduzierenden Kunststoffring 33 mit dem Gehäuse 32 relativ verdrehbar verbunden, wohingegen das Übertragungsteil 30 drehfest mit dem Gehäuse 32 verbunden ist. Es ist auch denkbar, das Gehäuseteil 24 und das Übertragungsteil 30 als ein Teil auszuführen, beispielsweise in Form eines durch Schmieden hergestellten Teils.
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Wie man aus einer Zusammenschau der 2 und 3 weiter erkennt, überlappen sich die Übertragungsteile 28 und 30 in einem Übertragungsbereich 34 in axialer Richtung, wobei sie in diesem Übertragungsbereich 34 korrespondierende Segmentformationen 36 und 38 aufweisen. Die Segmentformationen 36 und 38 weisen jeweils eine Vielzahl von Segmentabschnitten auf, von denen in 2 nur der Segmentabschnitt 40 der Segmentformation 36 und der Segmentabschnitt 42 der Segmentformation 38 gezeigt ist. In 3 erkennt man erneut den Segmentabschnitt 40 der Segmentformation 36 des Übertragungsteils 28 sowie den Segmentabschnitt 42 der Segmentformation 38 des Übertragungsteils 30.
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Zwischen den einzelnen Segmentabschnitten 40, 42 ist eine im Wesentlichen auf Druck belastete Dämpferanordnung 44 vorgesehen (2), die die Segmentformationen 36 und 38 zumindest teilweise umgibt. Die Dämpferanordnung 44 ist mehrlagig aufgebaut, d. h. die einzelnen Segmentformationen 36 und 38 sind mit einer dämpfenden Materialschicht 46 und 48, bevorzugt einer Gummischicht, überzogen und zwischen diesen beiden Schichten 46 und 48 ist eine weitere Materialschicht 50, bevorzugt aus Kunststoff, vorgesehen.
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Im Betrieb der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 wird beispielsweise das Übertragungsteil 28 von einem mit diesem Übertragungsteil 28 verbundenen motorseitigen Wellenabschnitt angetrieben, wodurch die Segmentformation 36 des Übertragungsteils 28 unter einer elastischen Deformation der Dämpferanordnung 44 relativ in Richtung der Segmentformation 38 des Übertragungsteils 30 verlagert wird. Mit anderen Worten werden die Materialschichten 46, 48 und 50 der Dämpferanordnung 44 über die miteinander in Eingriff stehenden Segmentabschnitte 40, 42 der Übertragungsteile 28, 30 unter Druckbelastung elastisch deformiert, bis die einzelnen benachbarten Segmentabschnitte 40, 42 nahezu aneinander anliegen, d. h. je höher das zu übertragenden Drehmoment ist, umso mehr wird die Dämpferanordnung elastisch deformiert. Da das Übertragungsteil 30 drehfest mit dem Gehäuseteil 24 des Kugelfestgelenks 12 verbunden ist, wird das Drehmoment über das Übertragungsteil 30 auf das Kugelfestgelenk 12 und somit über die Innenverzahnung 18 auf einen nicht gezeigten Wellenabschnitt in der Aufnahmeöffnung 18 übertragen.
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Daher können auch sehr große Drehmomente mit der Drehmomentübertragungsvorrichtung 10 im wesentlichen verlustfrei übertragen werden. Ferner kann durch die Materialschichten 46, 48 und 50 eine bestimmte Dämpfungskennlinie erreicht werden, d. h. die Dämpferanordnung 44 kann auf bestimmte Schwingungsfrequenzen eingestellt werden. Demnach dämpft die Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 durch die Dämpferanordnung 44 zwischen den Segmentformationen 36 und 38 der Übertragungsteile 28 und 30 die in einem Antriebsstrang auftretenden Vibrationen sowie Torsionsschwingungen hinreichend ab, um einen an der Antriebswelle entstehenden Körperschall nicht durch das Fahrzeug hindurch zu übertragen, wobei Drehmomente im Wesentlichen direkt zwischen den beiden Wellenabschnitten übertragen werden.
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Die Segmentformationen 36, 38 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung sind vorzugsweise mittels eines Tiefziehverfahrens hergestellt, wodurch aufgrund der relativ dünnen Materialquerschnitte eine Schwingungsdämpfungseinrichtung 14 mit geringem Gewicht erreicht wird, die das Gewicht eines herkömmlichen Kugelfestgelenks 12 nur in geringem Maß erhöht.
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Aus 3 erkennt man ferner Abschirmelemente 52 und 54. Das Abschirmelement 52 erstreckt sich über den gesamten Innendurchmesser des Übertragungsteils 28, wohingegen das aus Gummi hergestellte Abschirmelement 54 zwischen dem Kugelstern 20 und dem Übertragungsteil 30 vorgesehen ist. Die Abschirmelemente 52 und 54 sollen verhindern, dass Schmiermittelreste oder möglicherweise durch Reibung abgeriebene Partikel in das Kugelfestgelenk 12 eindringen oder von dem Kugelfestgelenk 12 nach außen in Richtung anderer Komponenten eines Antriebsstrangs in einem Kraftfahrzeug wandern können.
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4 bis 6 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die der Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 relativ ähnlich ist. Zu Vermeidungen von Wiederholungen und zur Vereinfachung der Beschreibung werden für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wie bei der ersten Ausführungsform, jedoch mit der Ziffer „1” vorangestellt.
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Die Ausführungsform gemäß der 4 bis 6 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform gemäß der 1 bis 3 lediglich darin, dass die Innennabe bzw. der Kugelstern 120 des Kugelfestgelenks 112 eine Aufnahmeöffnung 116 in Form einer Durchgangsbohrung aufweist. In der Durchgangsbohrung 116 ist eine Innenprofilierung 118 in Form einer Innenverzahnung ausgeformt.
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Ferner erkennt man aus 6, dass gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beide Abschirmelemente 152 und 154 aus Gummi ausgebildet sind und das Abschirmelement 152 zwischen dem Kugelstern 120 und dem Übertragungsteil 128 angeordnet ist. Ansonsten sind sämtliche Komponenten mit den entsprechenden Komponenten der ersten Ausführungsform gemäß den 1 bis 3 vergleichbar, weshalb zur Vermeidung von Wiederholung auf eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird.
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Im Folgenden soll die Funktion der Drehmomentübertragungsvorrichtung 110 näher erläutert werden.
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In der Aufnahmeöffnung 116 mit der Innenprofilierung 118 wird ein hier nicht gezeigter Wellenabschnitt mit einer zu der Innenverzahnung 116 korrespondierenden Außenverzahnung axial verschiebbar aufgenommen, wohingegen der andere Wellenabschnitt fest mit dem Übertragungsteil 128 verbunden ist. Durch das Kugelfestgelenk bzw. die drehmomentübertragende Kopplung des Kugelsterns 120 mittels der Kugeln 22 an das Gehäuseteil 124 können Drehmomente über die beiden, möglicherweise zueinander abgewinkelt verlaufenden Wellenabschnitte übertragen werden. Im Betrieb werden durch einen Formschluss zwischen der Innenverzahnung 118 und der Außenverzahnung des Wellenabschnitts Drehmomente übertragen. Gleichzeitig ermöglicht diese Verbindung zwischen der Innenverzahnung 118 und der korrespondierenden Außenverzahnung, dass neben der Drehmomentübertragung axiale Aggregatsbewegungen durch den in der Aufnahmeöffnung 116 verschiebbaren Wellenabschnitt ausgeglichen werden können. Diese axialen Aggregatsbewegungen haben somit keine Auswirkungen auf die Drehmomentübertragungsvorrichtung 110 bzw. das Kugelfestgelenk 112 sowie auf die in einem Antriebsstrang folgenden Komponenten. Die Funktion der Dämpfungseinrichtung 114 ist identisch zu der Funktion der Dämpfungseinrichtung 14, die mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 3 detailliert beschrieben wurde.
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Mit Bezug auf 7 bis 9 wird eine dritte Ausführungsform der Drehmomentübertragungsvorrichtung beschrieben. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, jedoch mit der Ziffer „2” vorangestellt.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 210 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Aus 7 erkennt man, dass die Gelenkanordnung 212 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ein Kreuzgelenk ist. An einem axialen Ende des Kreuzgelenks 212 ist die Schwingungsdämpfungseinrichtung 214 angeordnet.
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Das Kreuzgelenk 212 umfasst ein äußeres Gelenkteil 256, auch Gelenkgabel genannt und ein in diesem Gelenkteil 256 angeordnetes Zwischenglied 258, in dem wiederum das Gelenkinnenteil 260 angeordnet ist. In der Gelenkgabel 256 sind Lageröffnungen 262 ausgebildet, durch die das Zwischenglied 258 mit zu den Lageröffnungen 262 korrespondierenden Lagerbolzen 264 an die Gelenkgabel 256 koppelbar ist. Das Zwischenglied 258 weist ein zu diesem Paar Lagerbolzen 264 versetztes Paar Lageröffnungen 266 auf, durch die das Gelenkinnenteil 260 mit zu den Lageröffnungen 266 korrespondierenden Lagerbolzen 268 an das Zwischenglied 258 koppelbar ist.
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Die Lageröffnungen 262 der Gelenkgabel 256 und die zu diesen korrespondierenden Lagerbolzen 264 des Zwischenglieds 258 definieren eine erste Gelenkachse A und die Lageröffnungen 266 des Zwischenglieds 258 definieren zusammen mit den Lagerbolzen 268 des Gelenkinnenteils 260 eine zweite Gelenkachse B. Die beiden Gelenkachsen A, B verlaufen durch das Zwischenglied 258.
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Aus 7 erkennt man ferner, wie bei den Ausführungsformen gemäß der 1 bis 5, eine in dem Gelenkinnenteil 260 ausgebildete Aufnahmeöffnung 216 sowie eine in der Aufnahmeöffnung 216 ausgeformte Innenprofilierung 218.
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8 zeigt eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 210. 8 zeigt erneut, dass die Lageröffnungen in der Gelenkgabel 256 und die Lagerbolzen 264 des Zwischenglieds 258 eine erste Gelenkachse A definieren. Man erkennt in 8, dass die Lageröffnungen 266 des Zwischenglieds 258 und die Lagerbolzen 268 des Gelenkinnenteils 260 eine zweite Gelenkachse B festlegen. Die beiden Gelenkachsen A, B verlaufen durch das Zwischenglied 258 und kreuzen einander. Durch die beiden Gelenkachsen A, B wird die Grundfunktion des Kreuzgelenks 212 erreicht, nämlich die Übertragung von Drehmomenten zwischen zueinander abgewinkelt verlaufenden Wellenabschnitten, d. h. eine Drehmomentübertragung bei kardanischen Beanspruchungen.
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In dem aufgebrochenen Teil von 8 erkennt man die Schwingungsdämpfungseinrichtung 214, die identisch zu der Schwingungsdämpfungseinrichtung gemäß den ersten beiden Ausführungsformen ausgebildet ist.
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9 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie VIII-VIII aus 8. So erkennt man aus 9 wiederum die Gelenkgabel 256 mit den Lageröffnungen 262 sowie das Zwischenglied 258 mit den Lagerbolzen 264, die die Gelenkachse A bilden. Aus 9 erkennt man ferner, dass an den Lageröffnungs-/Lagerbolzen-Paaren, hier nur das Paar 262 und 264 gezeigt, Lagerbuchsen 270 angeordnet sind. Durch die Lagerbuchsen 270 werden Reibungswirkungen zwischen den Lageröffnungen 262, 266 und den Lagerbolzen 264, 268 vermieden.
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9 zeigt ferner, dass die Aufnahmeöffnung 216 in dem Gelenkinnenteil 260 in Form einer Durchgangsbohrung ausgebildet ist. In der Aufnahmeöffnung 216 kann ein Wellenabschnitt (nicht gezeigt) in Richtung einer Längsachse verschiebbar aufgenommen werden. Durch die Innenprofilierung bzw. Innenverzahnung 218 und einer an einem hier nicht gezeigten Wellenabschnitt angeformten Außenprofilierung kann ein Drehmoment durch einen Formschluss zwischen der Innenverzahnung 218 und der zu dieser korrespondierenden Außenverzahnung an einem der Wellenabschnitte übertragen werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Innenverzahnung 218 eine axial verschiebbare Aufnahme des Wellenabschnitts in der Aufnahmeöffnung 216 und gleichzeitig eine Drehmomentübertragung durch einen Formschluss zwischen der Innenverzahnung 218 und einer zu dieser korrespondierenden Außenverzahnung an einem der Wellenabschnitte.
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In 9 erkennt man, dass an einem Ende der Gelenkgabel 256 des Kreuzgelenks 212 ein axialer Endabschnitt 271 ausgebildet ist, an dem die Schwingungsdämpfungseinrichtung 214 angeordnet ist.
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Aus einer vergleichenden Betrachtungsweise der 8 und 9 wird ersichtlich, dass die Übertragungsvorrichtung 214 ähnlich wie bei den beiden ersten Ausführungsformen gemäß der 1 bis 6, zwei Übertragungsteile 228 und 230 aufweist, die sich in einem Übertragungsbereich 234 überlappen und zur Drehmomentübertragung ineinander eingreifen. In 8 erkennt man die Segmentabschnitte 240 der Segmentformation 236 des Übertragungsteils 228 sowie den Segmentabschnitt 242 der Segmentformation 238 des Übertragungsteils 230. Zwischen den Segmentabschnitten 240, 242 bzw. zwischen den Segmentformationen 236 und 238 ist eine Dämpferanordnung 244 vorgesehen, die von zwei die Segmentformationen 236, 238 umgebenden Gummischichten 246, 248 sowie einer zwischen diesen beiden Gummischichten 246 und 248 angeordneten weiteren Materialschicht 250, insbesondere aus Kunststoff, gebildet wird.
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Das Übertragungsteil 230 ist drehfest mit dem axialen Endabschnitt 271 des Kreuzgelenks 212 verbunden. Im Betrieb der Drehmomentübertragungsvorrichtung 210 wird eines der Übertragungsteile 228 oder 230 von einem Wellenabschnitt angetrieben und überträgt das Drehmoment unter einer Deformation der Dämpferanordnung 244 auf das jeweils andere Übertragungsteil 228 oder 230 und somit auch über das Kreuzgelenk 212. Durch die Dämpferanordnung 244 wird verhindert, dass Drehschwingungen und Vibrationen, die in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug auftreten als Körperschall durch das Fahrzeug hindurch oder auf andere Komponenten in dem Antriebstrang übertragen werden. Mit der Dämpferanordnung 244 ist es möglich eine progressive Dämpfungskennlinie einzustellen, d. h. je höher die zu übertragenden Drehmomente sind, umso stärker wird die Dämpferanordnung 244 komprimiert, wodurch hohe Drehmomente nahezu verlustfrei zwischen den beiden Übertragungsteilen 228 und 230 übertragen werden können.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf die 10 bis 12 eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten werden dieselben Bezugszeichen verwendet, jedoch mit der Ziffer „3” vorangestellt.
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10 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 310. Wie man aus 10 erkennt, wird die Gelenkanordnung 312 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel erneut von einem Kreuzgelenk gebildet, jedoch ist die Schwingungsdämpfungsanordnung 314 bei der vierten Ausführungsform der Erfindung direkt an dem Außenumfang des Kreuzgelenks 312 angebracht, so dass die axiale Länge gegenüber der Ausführungsform nach 7 bis 9 erheblich kleiner ist.
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11 zeigt eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 310 mit dem Kreuzgelenk 312 und der Schwingungsdämpfungseinrichtung 314 und 12 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie XI-XI aus 11.
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Aus einer vergleichenden Betrachtungsweise der 11 und 12 erkennt man, dass die Schwingungsdämpfungseinrichtung 314 direkt am Außenumfang der Gelenkgabel 356 des Kreuzgelenks 312 angeordnet und drehfest mit der Gelenkgabel 356 verbunden ist. Mit anderen Worten liegt die Schwingungsdämpfungseinrichtung 314 zumindest teilweise in einer von den Gelenkachsen A, B des Kreuzgelenks 312 aufgespannten Ebene.
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Aus den 11 und 12 wird ferner ersichtlich, dass das Übertragungsteil 328 das Übertragungsteil 330 umgibt, d. h. radial außen um das Übertragungsteil 330 angeordnet ist. Das Übertragungsteil 330 ist drehfest mit der Gelenkgabel 356 des Kreuzgelenks 312 verbunden und wird als radial innenliegendes Übertragungsteil 330 von dem radial außenliegenden Übertragungsteil 330 im Übertragungsbereich 334 umschlossen.
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11 zeigt dass das Übertragungsteil 328 eine Segmentformation 336 mit nach innen gerichteten Segmentabschnitten 340 aufweist, wohingegen das Übertragungsteil 330, welches an der Gelenkgabel 356 angeordnet ist eine Segmentformation 338 mit radial nach außen gerichteten Segmentabschnitten 342 aufweist. Zwischen den Segmentformationen 336 und 338 ist erneut eine Dämpferanordnung 344 angeordnet, die neben den die Segmentformationen umschließenden dämpfenden Materialschichten 346 und 348 eine zwischen diesen beiden Schichten angeordnete weitere Materialschicht 350 aufweist.
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Mit Bezug auf die 13 bis 16 wird im Folgenden eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und für gleichwirkende oder gleichartige Komponenten werden die selben Bezugszeichen wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet, jedoch mit der Ziffer „4” vorangestellt.
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13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 410 mit einer Gelenkanordnung 412 und einer Schwingungsdämpfungseinrichtung 414, die am Außenumfang des Kugelfestgelenks 412 angeordnet und von einem Gehäuse 432 umgeben ist.
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14 zeigt eine perspektivische Ansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 410 mit der Schwingungsdämpfungseinrichtung 414 ohne das Gehäuse 432.
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Aus 14 erkennt man die einzelnen Segmentabschnitte 440 und 442 der Segmentformationen 436 und 438 der Übertragungsteile 428, 430 (die Übertragungsteile und Segmentformationen sind in 14 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichnet). Die benachbarten Segmentabschnitte 440 und 442 der Übertragungsteile 428, 430 sind paarweise von einer Schlinge 472 umschlungen. Jeder Segmentabschnitt 440 und 442 weist zwei Vorsprünge 474 und 476 auf, wobei jeweils der Vorsprung 476 des Segmentsabschnitts 442 zusammen mit dem Vorsprung 474 des Segmentabschnitts 440 von der Schlinge 472 umschlungen sind. Hier ist es wiederum denkbar, das Gehäuseteil 424 und das Übertragungsteil 430 als ein Teil auszuführen, beispielsweise in Form eines durch Schmieden hergestellten Teils.
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15 zeigt eine teilweise aufgebrochene Vorderansicht der Drehmomentübertragungsvorrichtung 410. Aus 15 erkennt man, wiederum die Segmentabschnitte 440 und 442 die jeweils zwei Vorsprünge (in 15 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichnet) aufweisen, wobei der Vorsprung des Segmentabschnitts 440 und der Vorsprung des Segmentabschnitts 442 von einer Schlinge 472 umschlungen sind.
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16 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittansicht XV-XV aus 15. Man erkennt auch hier die Schlingen 472, die zwei aufeinanderfolgende benachbarte Segmentabschnitte miteinander verbinden. Die Segmentabschnitte 440 des Übertragungsteils 428 können bei einer Übertragung von Drehmomenten relativ zu den fest auf dem Gehäuseteil 424 angebrachten Segmentabschnitten 442 des Übertragungsteils 430 verlagert werden.
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Bei vergleichender Betrachtungsweise der 15 und 16 wird ersichtlich, dass zwischen den durch eine Schlinge 472 verbundenen Segmentabschnitten 440 und 442 eine Dämpferanordnung 444 vorgesehen ist, die zwei dämpfende Materialschichten 446 und 448 umfasst, wobei zwischen diesen beiden Schichten 446 und 448 eine weitere Materialschicht 450 angeordnet ist.
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Im Betrieb der Drehmomentübertragungsvorrichtung 410 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung können die Segmentabschnitte 440 des Übertragungsteils 428 zu den drehfest auf dem Gehäuseteil 424 des Kugelfestgelenks 412 angebrachten Segmentabschnitten 442 des Übertragungsteils 430 unter einer elastischen Deformation der Schlingen 472 und der Dämpferanordnung 444 relativ verlagert werden. Mit anderen Worten wird ein Drehmoment zwischen den beiden Übertragungsteilen 428 und 430 über die Schlingen 472 und die Dämpferanordnungen 444 übertragen, d. h. von dem angetriebenen Übertragungsteil 428 auf das Übertragungsteil 430. Die Schlingen 472 sind deshalb bevorzugt aus einem Elastomer mit einer Fadeneinlage hergestellt. Die Drehmomentübertragung erfolgt demnach über eine Zugkraft, die von dem Übertragungsteil 428 bzw. dem Segmentabschnitt 440 über die Schlinge 472 auf den Segmentabschnitt 442 des Übertragungsteils übertragen wird, und einer Druckkraft, die von dem Übertragungsteil 428 bzw. dem Segmentabschnitt 440 über die Dämpfungsanordnung 444 auf den Segmentabschnitt 442 des Übertragungsteils 430 übertragen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007031078 A1 [0004]
- DE 102007031079 A1 [0004]
- EP 1710459 A1 [0006]
- DE 4116841 A1 [0008, 0009]
