DE102009049625A1

DE102009049625A1 - Antriebsstrang für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102009049625A1
Application number: DE200910049625
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Moser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-05-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang (10) für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Getriebeeinrichtung (12), mit einer der Getriebeeinrichtung (12) zugeordneten Ausgangswelle (14) und mit einer der Getriebeeinrichtung (12) zugeordneten Eingangswelle (16), welche getriebeeingangsseitig (24) mit einer zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung (18) und mit einer mittels zumindest eines Federelements (52, 52') Drehschwingungen dämpfende Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') gekoppelt ist, wobei die Ausgangswelle (14) getriebeausgangsseitig (26) mit zumindest einer weiteren, zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung (28) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für einen Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
Derartige Antriebsstränge sind aus dem Serienkraftwagenbau hinlänglich bekannt. Bei einem solchen Antriebsstrang ist bezüglich eines Momentenflusses zwischen einem Antriebsaggregat, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, und einem Getriebe, welches insbesondere als Handschaltgetriebe ausgebildet ist, ein Zweimassenschwungrad angeordnet, welches dazu dient, Schwingungen infolge von Drehungleichförmigkeiten des Antriebsaggregats zu dämpfen. Ein solches Zweimassenschwungrad weist bekanntermaßen eine Primärschwungmasse auf Seiten des Antriebsaggregats sowie eine Sekundärschwungmasse auf Seiten des Getriebes auf, die jeweils mit dem Antriebsaggregat bzw. mit dem Getriebe gekoppelt sind. Die beiden Schwungmassen wiederum sind dabei über eine Dämpfungseinrichtung verbunden, die wiederum eine Mehrzahl von Schraubenfedern aufweist. Die Schraubenfedern sind einerseits an der Primärschwungmasse und andererseits an der Sekundärschwungmasse abgestützt, wodurch eine Relativbewegung zwischen den Schwungmassen und somit eine Dämpfung der Drehungleichförmigkeiten des Antriebsaggregats ermöglicht ist.
Die DE 102 13 360 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Kompensieren von Drehstößen oder Drehmomentschwankungen einer Brennkraftmaschine mittels mindestens zwei koaxial zur Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angeordneter, entgegen der Wirkung einer Dämpfungseinrichtung gegeneinander verstellbar gelagerter Schwungmassen, von denen die eine mit einem ein Eingangsteil der Brennkraftmaschine aufweisenden Primärteil und die andere mit einem Sekundärteil aufweisenden Ausgangsteil eines Getriebes verbindbar ist, wobei das Eingangsteil mit dem Ausgangsteil über die einen Kraftspeicher aufweisende Dämpfungseinrichtung wirkungsmäßig verbunden ist. Das Primärteil ist dabei über den mindestens zwei in Reihe geschaltete Federelemente aufweisenden Kraftspeicher mit dem Sekundärteil wirkungsmäßig verbunden.
Vor dem Hintergrund stetig steigender Drehmomente der Antriebsaggregate in den beschriebenen Antriebssträngen in Verbindung mit immer längeren Übersetzungen der Getriebe reichen die herkömmlichen Maßnahmen zur Dämpfung von Drehschwingungen in diesen Antriebssträngen nicht mehr aus, um die Schwingungen zu dämpfen und somit ein komfortables Fahrgefühl zu ermöglichen.
Des Weiteren erlauben die Federraten der bekannten Dämpfungseinrichtungen insbesondere bei neuen, drehmomentstarken Antriebsaggregaten keine ausreichende Dämpfung der genannten Drehschwingungen und Drehungleichförmigkeiten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein verbesserter Fahrkomfort ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang für einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein solcher Antriebsstrang für einen Kraftwagen, insbesondere für einen Personenkraftwagen, mit einer Getriebeeinrichtung, mit einer der Getriebeeinrichtung zugeordneten Ausgangswelle und mit einer der Getriebeeinrichtung zugeordneten Eingangswelle, welche getriebeeingangsseitig mit einer zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung und mit einer mittels zumindest eines Federelements Drehschwingungen dämpfende Torsionsdämpfungseinrichtung gekoppelt ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass die Ausgangswelle getriebeausgangsseitig mit einer weiteren, zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung gekoppelt ist.
Es sei angemerkt, dass die getriebeeingangsseitige Kopplung der Eingangswelle beispielsweise über eine Kupplungseinrichtung wie eine Trennkupplung oder dergleichen dargestellt sein kann. Die getriebeeingangsseitige Kopplung der Eingangswelle bezieht sich also auf einen Fahrbetrieb des Kraftwagens bzw. des Antriebsstrangs, bei welchem ein Antriebsaggregat den Kraftwagen antreibt und ein Kraftfluss zwischen dem Antriebsaggregat und dem Getriebe geschlossen ist.
In jeglicher Hinsicht ist durch das Vorsehen der weiteren Schwungmasseneinrichtung, die beispielsweise drehfest getriebeausgangsseitig mit der Ausgangswelle gekoppelt ist, eine deutliche Dämpfung und Reduzierung von Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen, des Antriebsstrangs, was zu einem höheren Fahrkomfort des Kraftwagens führt. Somit erlaubt der erfindungsgemäße Antriebsstrang einen äußerst hohen Fahrkomfort in Folge eines sehr ruhigen Laufes und das auch vor dem Hintergrund stetig steigender Drehmomente der Antriebsaggregate, die beispielsweise als Ottomotoren oder als als sehr Drehmoment stark geltende Dieselmotoren oder dergleichen ausgebildet sind.
Ist die Federrate der Torsionsdämpfungseinrichtung des erfindungsgemäßen Antriebsstrangs ausreichend gering, so reicht eine getriebeeingangsseitige Schwungmasseneinrichtung mit nur einer Schwungmasse, insbesondere mit nur einem Schwungrad, bereits aus, um einen sehr komfortablen Betrieb des Antriebsstrangs zu ermöglichen. In diesem Falle weist der erfindungsgemäße Antriebsstrang eine geringe Teileanzahl und damit geringe Kosten sowie ein äußerst geringes Gewicht auf, was einer Energieaufwandsreduzierung für das Antriebsaggregat zum Antreiben des Kraftwagens zugute kommt. In Zusammenhang mit Verbrennungskraftmaschinen bedeutet dies, dass somit nur ein geringer Kraftstoffverbrauch und damit sehr geringe CO₂-Emissionen zum Betrieb nötig sind.
Bei der Torsionsdämpfungseinrichtung handelt es sich zum Beispiel um eine Torsionsdämpfungseinrichtung, die einer Kupplungseinrichtung der Antriebsstranganordnung zugeordnet ist, welche im Kraft- bzw. Momentenfluss vor der Getriebeeinrichtung angeordnet ist. Die Torsionsdämpfungseinrichtung ist dabei beispielsweise eine innere Dämpfungseinrichtung der Kupplungseinrichtung, die wiederum beispielsweise als Trennkupplung eines Handschaltgetriebes oder aber auch als Wandlerüberbrückungskupplung für ein Automatikgetriebe ausgebildet ist. Der Antriebsstrang mit der ersten Schwungmasseneinrichtung, der Torsionsdämpfungseinrichtung und der zweiten Schwungmasseneinrichtung bietet in Verbindung mit einer gezielten Abstimmung der Federrate der Torsionsdämfungseinrichtung eine Reduzierung des Brummens des Antriebsstrangs insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, was mit einem sehr guten Fahrkomfort einhergeht.
Auch kann vorgesehen sein, dass die mit der Eingangswelle gekoppelte Schwungsmasseneinrichtung ein Zweimassenschwungrad aufweist, welches beispielsweise die eingangs beschriebene Ausgestaltung und somit einen weiteren, inneren Torsionsdämpfer aufweist. Dadurch ist ein Antriebsstrang mit drei Schwungmassen dargestellt, der im Fahrbetrieb eine sehr gute insbesondere getriebeausgangsseitige Isolation von Schwingungen ermöglicht.
Bestand und besteht bei Drei-Massenschwungrädern das Problem, dass in Verbindung mit herkömmlichen Torsionsdämpfungseinrichtungen die zusätzliche Resonanz der Zwischenschwungmasse zwischen der Primärschwungmasse und der Sekundärschwungmasse nicht unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Antriebsaggregats liegt und daher Schwingungsausschläge bei einem Start und im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Antriebsaggregats zu groß sind, so besteht dieses Problem bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang nicht. Während eines Startvorgangs des Antriebsaggregats ist bei dem Resonanzdurchlauf die Schwungmasse der weiteren Schwungmasseneinrichtung, die also eine dritte Schwungmasse in Verbindung mit dem Zweimassenschwungrad darstellt, entkoppelt und wird ersten im Fahrbetrieb angekoppelt. Diese Kopplung sowie Entkopplung erfolgt, wie bereits angedeutet, durch die Kupplungseinrichtung, die also zwischen dem Antriebsaggregat und der Getriebeeinrichtung und damit der weiteren Schwungmasseneinrichtung angeordnet und bei dem Startvorgang des Antriebsaggregats geöffnet ist, so dass die beispielsweise drehfest mit der Ausgangswelle des Getriebes gekoppelte, weitere Schwungmasseneinrichtungen nicht mit dem Antriebsaggregat mitdreht. Erst wenn die Kupplungseinrichtung geschlossen ist, so dreht auch die weitere Schwungmasseneinrichtung mit dem Antriebsaggregat mit.
Vorteilhafterweise weist die Torsionsdämpfungseinrichtung eine geringe Hysterese und eine sehr niedrige Verdrehfederrate, die auch als Torsionsfederrate bezeichnet werden kann, auf. Beispielsweise liegt die Verdrehfederrate der Torsionsdämpfungseinrichtung in einem Bereich von einschließlich 5 Newtonmeter pro Grad bis eins einschließlich 20 Newtonmeter pro Grad, wodurch eine sehr gute Dämpfung von Drehschwingungen und damit ein hoher Fahrkomfort des Antriebsstrangs ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung liegt das Trägheitsmoment der Torsionsdämpfungseinrichtung in einem Bereich von einschließlich 0,05 kgm² bis einschließlich 0,15 kgm², was die Reduzierung der Drehschwingungen um ein weiteres Maß positiv beeinflusst.
Der erfindungsgemäße Antriebsstrang erlaubt es, die Torsionsresonanzen aus dem Fahrbereich zu verschieben, so dass der Fahrbereich frei von Torsionsresonanzen ist, und die Torsionsschwingungen an einem Hinterachseingang deutlich abgesenkt sind, insbesondere im Vergleich zu einem Antriebsstrang mit lediglich einem Zweimassenschwungrad, welches einen Innendämpfer und zusätzliche Fliehkraftpendel aufweist.
Weist die Torsionsdämpfungseinrichtung eine zweistufige Drehfederrate auf, so birgt dies den Vorteil, dass die Torsionsschwingungen gering gehalten werden können, insbesondere bei einem oben angedeuteten Entfall des Zweimassenschwungrades. Dabei dient die erste Stufe der Verdrehfederrate zur Vermeidung von Rasselgeräuschen im Leerlauf. Die erste Stufe weist dabei eine deutlich niedrigere Verdrehfederrate auf als die zweite Stufe.
Eine Anordnung der weiteren Schwungmasseneinrichtung in einem Bereich eines Einganges eines Hinterachsdifferentialgetriebes birgt den Vorteil, dass insbesondere an dieser Stelle hohe Resonanzen auftreten, die durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang und die erfindungsgemäße Anordnung deutlich reduziert und aus dem Fahrbereich verschoben sind.
Darüber hinaus ist durch den erfindungsgemäßen Antriebsstrang einerseits ein Entfall von Tilgern oder anderweitigen Schwingungsreduzierungsvorrichtungen, insbesondere getriebeausgangsseitig, ermöglicht. Zum anderen erlaubt er eine einfachere Ausführung der getriebeingangsseitigen Schwungmasseneinrichtung. So ist insbesondere bei einem Zweimassenschwungrad der Entfall des inneren Torsionsdämpfers möglich. Wie angedeutet, kann auch das gesamte Zweimassenschwungrad ersetzt werden durch eine Schwungmasseneinrichtung mit lediglich einer Schwungmasse.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Torsionsdämpfungseinrichtung einen über das zumindest eine Federelement mit einem Dämpferausgang, insbesondere mit einer Sekundärseite, gekoppelten Dämpfereingang, insbesondere eine Primärseite auf, wobei das zumindest eine Federelement mittels eines zumindest bereichsweise gekrümmtes Führungselements spannbar ist, an welchem das Federelement zumindest mittelbar abgestützt ist. Das Führungselement ist dabei mit dem Dämpfereingang oder mit dem Dämpferausgang gekoppelt, insbesondere einstückig ausgebildet. Das Spannen des Federelements gehorcht beispielsweise einer durch das gekrümmte Führungselement gebildeten Kurvenbahn, wodurch die eingangs beschriebenen Drehungleichförmigkeiten in dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang weiter reduziert werden können. Dies ist der Fall, da durch die erfindungsgemäße Torsionsdämpfungseinrichtung äußerst niedrige Federraten bei gleichzeitiger, äußerst geringer Reibung ermöglicht sind, und das auch unter einem Fliehkrafteinfluss bei hohen Drehzahlen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Federelement über ein Hebelelement spannbar, welches über einen ersten Abstützbereich zumindest mittelbar an dem zumindest einen Federelement abgestützt und über einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung des Hebelelements von dem ersten Abstützbereich beabstandeten Abstützbereich an dem zumindest bereichsweise gekrümmten Führungselement entlang bewegbar abgestützt ist.
Durch die Spannbarkeit des Federelements durch das Hebelelement ist eine integrierte Übersetzung geschaffen, welche eine wesentlich größeren Verdrehwinkel zwischen dem Dämpfereingang und dem Dämpferausgang erreicht wird, als es bei herkömmlichen Torsionsdämpfern der Fall ist. Das zumindest eine Federelement ist dabei vorteilhafterweise als Drehfeder ausgebildet, welche auch als Biegedrehfeder bezeichnet werden kann und beispielsweise koaxial zu dem Dämpfereingang und dem Dämpferausgang angeordnet ist, wobei die Drehfeder ein erstes, mit dem Dämpfereingang oder mit dem Dämpferausgang gekoppeltes Ende sowie ein zweites Ende aufweist, an welchem das Hebelelement über den ersten Abstützbereich abgestützt ist.
Das Federelement ist beispielsweise als Drehfeder ausgebildet, die aus einem Kreis oder Kreissegment ausgebildet ist oder mehrere Windungen in Form einer logarithmischen Spirale aufweist.
Dies ermöglicht den eingangs genannten, sehr großen Verdrehwinkel, wodurch also die Dämpfung von Drehschwingungen des Antriebsstrangs in besonders hohem Maße umsetzbar ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dem Dämpfereingang bzw. dem Dämpferausgang um ein Eingangsteil bzw. ein Ausgangsteil der Torsionsdämpfungseinrichtung handelt, die analog zu den bisher bekannten Torsionsdämpfern zu betrachten sind.
Das beschriebene Hebelelement ist dabei aber nicht notwendigerweise nötig. Beispielsweise kann an dem zweiten Ende eine Rolle drehbar gehalten sein, die wiederum an dem Führungselement abgestützt ist, wodurch also das Spannen wiederum der Kurvenbahn des Führungselements gehorcht.
Bei dem zumindest bereichsweise gekrümmten Führungselement handelt es sich zum Beispiel um ein Führungselement das zumindest ein Kreiskeilprofil aufweist, an dem das Hebelelement entlang bewegbar ist. Entlang dieses Kreiskeilprofils wird der Radius desselbigen in eine Verdrehrichtung immer geringer, wodurch das Federelement über einen sehr großen Verdrehwinkel ausgelenkt wird. Anderweitige Gestaltungen des gekrümmten Bereichs des Führungselements sind aber ohne weiteres möglich, wodurch nahezu beliebige Federcharakteristiken der Torsionsdämpfungseinrichtung darstellbar sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Torsionsdämpfungseinrichtung zumindest ein Hebelelement auf, das einerseits über einen ersten Kopplungsbereich mit einem Dämpfereingang, insbesondere einer Primärseite, und andererseits über einen zweiten, in Längserstreckung des Hebelelements von dem ersten Kopplungsbereich beabstandeten Kopplungsbereich mit einem Dämpferausgang, insbesondere einer Sekundärseite, der Torsionsdämpfungseinrichtung gekoppelt ist, wobei das zumindest eine Federelement der Torsionsdämpfungseinrichtung als Drehfeder ausgebildet ist, die auch als Biegedrehfeder bezeichnet werden kann, welche zwei Enden aufweist, die in einem zwischen den Kopplungsbereichen angeordneten Abstützbereich des Hebelelements in Längserstreckungsrichtung dieses voneinander beabstandet drehbar am Hebelelement befestigt sind. Wird beispielsweise die Eingangsseite gegenüber der beispielsweise durch Trägheitskräfte festgehaltenen Ausgangsseite verdreht, so bewirkt die Befestigung der Enden des Federelements eine Aufladung, also eine Spannung, des Federelements, wodurch Schwingungen und Drehungleichförmigkeiten des mit dem Dämpfereingang gekoppelten bzw. koppelbaren Antriebsaggregats reduzierbar sind.
Wie schon in Zusammenhang mit der zuvor genannten Torsionsdämpfungseinrichtung beschrieben ist durch das Hebelelement eine Übersetzung ermöglicht, durch welche ein sehr hoher Verdrehwinkel und damit eine optimale Reduzierung von Drehschwingungen im Antriebsstrang ermöglicht sind. Durch Anpassung der Hebelarme ist eine entsprechende Anpassung der Federcharakteristik ermöglicht, wodurch die Federcharakteristik nahezu beliebig eingestellt und damit an gegebene Bedingungen angepasst werden kann.
Die erfindungsgemäßen Torsionsdämpfungseinrichtungen sind als Torsionsdämpfungseinrichtungen für Kupplungen, Massenschwungräder, insbesondere Zweimassenschwungräder, Wandler, Überbrückungskupplung sowie in jedwedem anderweitigen Vorrichtungen einsetzbar zur Dämpfung von Drehschwingungen.
Weiterer Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine schematische Ansicht eines Antriebsstrangs für einen Personenkraftwagen mit einem Getriebe, das getriebeeingangsseitig mit einem Zweimassenschwungrad und mit einer Torsionsdämpfungseinrichtung aufweisenden Kupplung sowie getriebeausgangsseitig mit einer weiteren Schwungmasseneinrichtung gekoppelt ist;
2 eine schematische Ansicht einer Torsionsdämpfungseinrichtung, die bei dem Antriebsstrang gemäß 1 einsetzbar ist;
3 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Torsionsdämpfungseinrichtung, welche bei dem Antriebsstrang gemäß 1 einsetzbar ist,
4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Torsionsdämpfungseinrichtung, welche bei dem Antriebsstrang gemäß 1 einsetzbar ist; und
5 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Torsionsdämpfungseinrichtung, welche bei dem Antriebsstrang gemäß 1 einsetzbar ist.
Die 1 zeigt einen Antriebsstrang 10 für einen Personenkraftwagen mit einem Getriebe 12, das eine Ausgangswelle 14 sowie eine Eingangswelle 16 aufweist. Die Eingangswelle 16 ist getriebeeingangsseitig 24 mit einer Schwungmasseneinrichtung in Form eines Zweimassenschwungrades 18 gekoppelt bzw. koppelbar, wobei das Zweimassenschwungrad 18 eine Primärschwungmasse sowie eine Sekundärschwungmasse aufweist. Ebenso kann eine Torsionsdämpfungseinrichtung im Zweimassenschwungrad 18 zwischen der Primärschwungmasse und der Sekundärschwungmasse vorgesehen sein, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss.
Im Kraft- bzw. Momentenfluss vom Zweimassenschwungrad 18 zum Getriebe 12 zwischen dem Zweimassenschwungrad 18 dem Getriebe 12 ist eine Kupplungseinrichtung in Form einer Trennkupplung 20 vorgesehen, mittels welcher der Kraft- bzw. Momentenfluss vom Zweimassenschwungrad 18 zum Getriebe 12 bzw. umgekehrt bei geöffneter Kupplung 20 unterbrochen und bei geschlossener Kupplung 20 geschlossen werden kann. Angetrieben wird der Personenkraftwagen mit dem Antriebsstrang 10 von einer Verbrennungskraftmaschine 22, wobei die Kupplung 20 dazu vorgesehen ist, insbesondere bei einem Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine 22 die Verbrennungskraftmaschine 22 von der Eingangswelle 16 des Getriebes 12 zu entkoppeln.
Das Zweimassenschwungrad 18 hat die Aufgabe, Drehschwingungen im Antriebsstrang 10 aufgrund von Drehungleichförmigkeiten der Verbrennungskraftmaschine 22 während des Fahrbetriebs zu reduzieren. Vor dem Hintergrund immer größer werdender Drehmomente der Verbrennungskraftmaschine 22 ist dies mit herkömmlichen Antriebssträngen bzw. herkömmlichen Zweimassenschwungsrädern wie dem Zweimassenschwungrad 18 allerdings nicht mehr in vollem Maße möglich.
Zur weiteren Reduzierung der Drehschwingungen im Antriebsstrang 10 ist daher getriebeausgangsseitig 26 eine weitere Schwungmasseneinrichtung 28 des Antriebsstrangs 10 vorgesehen, welche eine weitere Schwungmasse aufweist, wodurch also in dem Antriebsstrang 10 drei Schwungmassen vorgesehen sind (zwei Schwungmassen des Zweimassenschwungrades 18 und eine Schwungmasse der Schwungmasseneinrichtung 28). Die Schwungmasseneinrichtung 28 ist dabei bei einem Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine 22 durch die geöffnete Kupplung 20 entkoppelt und wird erst im Fahrbetriebe des Antriebsstrangs 10 angekoppelt und von der Verbrennungskraftmaschine 22 angetrieben.
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist dabei die Schwungmasseneinrichtung 28 über eine Gelenkwelle 30 mit der Ausgangswelle 14 des Getriebes 12 drehfest gekoppelt.
Die Schwungmasseneinrichtung 28 ist im Bereich eines Eingangs eines Hinterachsdifferentialgetriebes 32 sehr nahe an diesem angeordnet, da dort große Resonanzen auftreten, die durch die Schwingungsmasseneinrichtung 28 reduziert bzw. aus dem Fahrbereich verschoben sind.
Im Kraft- bzw. Momentenfluss stromab des Hinterachsdifferentialgetriebes 32 werden Räder 34 und 36 des Antriebsstrangs 10 über weitere Gelenkwellen 38 und 40 von der Verbrennungskraftmaschine 22 angetrieben.
Bei dem Antriebsstrang 10 sind somit die Drehungleichförmigkeiten sowie die Drehschwingungen besonders effektiv und effizient reduziert bei gleichzeitig geringem Gewicht des Antriebsstrangs 10, was einen geringen Kraftstoffverbrauch und damit geringere CO₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine 22 begünstigt.
Als Torsionsdämpfungseinrichtung insbesondere der Kupplung 20, aber auch des Zweimassenschwungsrades 18 sind Torsionsämpfungseinrichtungen einsetzbar, die in den 2 bis 5 gezeigt sind.
So ist in der 2 eine Torsionsdämpfungseinrichtung 42 gezeigt, die ein Hebelelement 44 aufweist, das einerseits über einen ersten Kopplungsbereich 46 mit einer Primärseite und andererseits über einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 48 des Hebelelements 44 von dem ersten Kopplungsbereich 46 beabstandeten Kopplungsbereich 50 mit einer Sekundärseite der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 gekoppelt ist.
Des Weiteren weist die Torsionsdämpfungseinrichtung 42 ein Federelement in Form einer Drehfeder 52 auf, die auch als Biegedrehfeder bezeichnet werden kann und die wiederum zwei Enden 54 und 56 aufweist, die in einem zwischen den Kopplungsbereichen 46 und 50 angeordneten Abstützbereich 58 des Hebelelements 44 in Längserstreckungsrichtung gemäß dem Richtungspfeil 48 dieses voneinander beabstandet drehbar am Hebelelement 42 befestigt sind.
Zudem sind zwei weitere Hebelelemente 60 und 62 vorgesehen, die einerseits in den Kupplungsbereichen 46 und 50 mit dem Hebelelement 44 verbunden und andererseits über jeweilige Endbereiche 64 bzw. 66 an die Sekundärseite bzw. an die Primärseite angebunden sind. Durch die Hebelelemente 44, 60 und 62 sind Hebelarme geschaffen, wodurch der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 eine nahezu beliebige Federcharakteristik verliehen werden kann. Die Torsionsdämpfungseinrichtung 42 ermöglicht hohe Verdrehwinkel sowie niedrige Federraten und eine sehr niedrige Reibung, was der Dämpfung von Drehschwingungen äußerst zuträglich ist.
Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Torsionsdämpfungseinrichtung 42', mittels welcher ebenso Drehschwingungen eines Antriebsstrangs, insbesondere eines Antriebsstrangs 10, dämpfbar sind.
Die Torsionsdämpfungseinrichtung 42' weist einen über ein Federelement in Form einer Drehfeder 52', die auch als Biegedrehfeder bezeichnet werden kann, mit einer Sekundärseite gekoppelte Primärseite auf, wobei die Drehfeder 52' über ein Hebelelement 44' spannbar ist, das über einen ersten Abstützbereich 68 an der Drehfeder 25' abgestützt und über einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung gemäß einem Richtungspfeil 48' des Hebelelements 44' von dem ersten Abstützbereich 68 beabstandeten Abstützbereich 70 an einem gekrümmten Führungselement 72 entlang bewegbar abgestützt ist. Das Führungselement 72 stellt dabei die Sekundärseite dar, während die Drehfeder 52' ein erstes, mit der Primärseite gekoppeltes Ende 74 sowie ein zweites Ende 76 aufweist, an welchem das Hebelelement 44' über den ersten Abstützbereich 68 abgestützt ist.
An dem Hebelelement 44' ist in dem Abstützbereich 70 eine Rolle 78 drehbar am Hebelelement 44' gehalten, wodurch das Hebelelement 44' an dem Führungselement 72 entlang einer Kurvenbahn 80 abrollen kann. Die Kurvenbahn 80 ist als Kreiskeilprofil ausgebildet, welches einen immer kleiner werdenden Radius aufweist, wodurch die Drehfeder 52' über das Hebelelement 44' spannbar ist.
Somit ermöglicht auch die Torsionsdämpfungseinrichtung 42 hohe Verdrehwinkel bei einer geringen Federrate und einer geringen Reibung, wodurch die Drehschwingungen eines Antriebsstrangs, insbesondere des Antriebsstrangs 10 gemäß 1 dämpfbar sind.
Wie bereits angedeutet, sind die Torsionsdämpfungseinrichtungen 42 und 42' als Torsionsdämpfungseinrichtung der Kupplung 20 sowie als innere Torsionsdämpfungseinrichtung des Zweimassenschwungsrades 18 einsetzbar.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl der in der 2 und 3 gezeigten Elemente bzw. deren jeweilige Anordnung der jeweiligen Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' in diesen vorgesehen ist, die parallel geschaltet sind. Beispielsweise weist die Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' drei Drehfedern 52, 52' mit jeweiligen Hebelelementen 44, 44', 60 und 62 sowie gegebenenfalls Rollen 78 auf, die in Umfangsrichtung der Torsionsdämpfungseinrichtungen 42, 42' gleichmäßig verteilt, d. h. unter jeweils 120° zueinander, angeordnet sind, woraus sehr gute Dämpfungseigenschaften resultieren.
Zudem ist möglich, eine Mehrzahl der jeweiligen Elemente der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' in deren in der entsprechenden Fig. gezeigten Anordnung hintereinander, d. h. in Reihenschaltung anzuordnen zur Erzielung der Dämpfungswirkung.
Die in Umfangsrichtung der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' gleichmäßig verteilt angeordneten Elemente gleichen somit Unwuchten in Folge einer Drehung der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' aus. So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass eine zweite der in der 2 bzw. 3 gezeigten Anordnung der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' vorgesehen ist, die in einem Winkel von 180° versetzt zur ersten Anordnung angeordnet und mit dieser parallel geschaltet ist, wodurch also eine durch die in der 2 bzw. 3 dargestellte, alleinige Anordnung der Elemente der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' verursachte Unwucht ausgeglichen ist.
Ebenso möglich ist die Reihenschaltung einer solchen in den 2 und 3 gezeigten Anordnung mit zumindest einer weiteren derartigen Anordnung, wodurch eine Zweistufigkeit der Torsionsdämpfungseinrichtung 42 bzw. 42' geschaffen ist. Eine erste Stufe weist dabei eine Dämpfung für Startvorgänge auf, während eine zweite Stufe ohne Dämpfung vorgesehen ist zur besseren Entkopplung. Die zumindest zwei Anordnungen sind dabei so angeordnet, dass an der Primärseite über eine Übersetzung der ersten Anordnung, beispielsweise durch das Hebelelement 44 bzw. 44', die erste Drehfeder 52 bzw. 52' der ersten Anordnung beaufschlagt, also gespannt, wird, die sich an einem Zwischenelement, insbesondere einer Zwischenscheibe, abstützt. Von diesem Zwischenelement wird die Kraft bzw. das Moment in die Drehfeder 52 bzw. 52' der zweiten Anordnung eingeleitet, die sich über eine weitere Übersetzung, beispielsweise wieder durch das Hebelelement 44 bzw. 44', nun allerdings der zweiten Anordnung, an der Sekundärseite abstützt.
Zur Torsionsdämpfungseinrichtung 42' ist zu sagen, dass das Hebelelement 44' nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss. Die Rolle 78 kann dabei auch direkt drehbar am Ende 76 der Drehfeder 52' drehbar gehalten sein, wodurch also das Ende 76 lediglich über die Rolle 78 am Führungselement 42 entlang bewegbar abgestützt ist. So ergibt sich analog zur Spannung der Drehfeder 52' über das Hebelelemente 44' eine Spannung der Drehfeder 52', wenn sich also das Ende 76 entlang der Kurvenbahn 80 bewegt.
Dementsprechend zeigt die 4 die Torsionsdämpfungseinrichtung 42' bei welcher die Drehfeder 52' über die Rolle 78 spannbar ist, die einerseits an der Kurvenbahn 80 abgestützt ist und dieser folgt und die andererseits an der Drehfeder 52' abgestützt ist und infolge eines Abrollens entlang der Kurvenbahn 80 diese spannt.
Bezüglich der Torsionsdämpfungseinrichtung 42' gemäß 2 ist zu sagen, dass die entsprechenden Hebelarme auch Null sein können, was bedeutet, dass das Hebelelement 44 nicht notwendigerweise vorgesehen sein muss und die Drehfeder 52 direkt an der Primärseite bzw. Sekundärseite angekoppelt sein kann.
Die 5 zeigt die Torsionsdämpfungseinrichtung 42' mit dem Hebelelement 44', in dessen Abstützbereich 70 die Rolle 78 drehbar gehalten ist und an der Kurvenbahn 80 des Führungselements 72 abrollen kann. In dem ersten Abstützbereich 68 des Hebelelements 44'' ist das zweite Ende 76 der Drehfeder 52' befestigt.
Zudem weist nun das Hebelelement 44' einen Kopplungsbereich 69 auf, der in Längserstreckungsrichtung des Hebelelements 44' gemäß dem Richtungspfeil 48' von dem zweiten Abstützbereich 70 sowie von dem ersten Abstützbereich 68 beabstandet ist. Über diesen Kopplungsbereich 69 ist das Hebelelement 44' mit der Primärseite gekoppelt.
Ebenso ist das Ende 74 der Drehfeder 52' mit der Primärseite gekoppelt. Auch die Torsionsdämpfungseinrichtung 42' gemäß der 5 weist somit einen hohen Verdrehwinkel und eine niedrige Federrate auf, welche eine Dämpfung von Drehschwingungen sehr gut ermöglicht.
Die Rolle 78 ermöglicht dabei vorteilhafterweise eine Herabsetzung der Reibung der Torsionsdämpfungseinrichtung 42', was ihre Dämpfungswirkung um ein weiteres Maß begünstigt.
Bezüglich der in den 4 und 5 gezeigten Torsionsdämpfungseinrichtungen 42' und deren jeweilige Elemente bzw. bezüglich der jeweiligen Anordnung der Elemente gilt das zu der jeweiligen Anordnung der gemäß den 2 und 3 dargestellten Torsionsdämpfungseinrichtungen 42 bzw. 42', wonach eine Mehrzahl, beispielsweise zwei oder drei der jeweilig gezeigten Anordnung vorgesehen sein kann, die dann beispielsweise in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10213360 A1 [0003]

Claims

Antriebsstrang (10) für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einer Getriebeeinrichtung (12), mit einer der Getriebeeinrichtung (12) zugeordneten Ausgangswelle (14) und mit einer der Getriebeeinrichtung (12) zugeordneten Eingangswelle (16), welche getriebeeingangsseitig (24) mit einer zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung (18) und mit einer mittels zumindest eines Federelements (52, 52') Drehschwingungen dämpfende Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle (14) getriebeausgangsseitig (26) mit zumindest einer weiteren, zumindest eine Schwungmasse, insbesondere ein Schwungrad, aufweisenden Schwungmasseneinrichtung (28) gekoppelt ist.
Antriebsstranganordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') einer Kupplungseinrichtung (20) des Antriebsstrangs (10) zugeordnet ist, welche im Kraft- bzw. Momentenfluss vor der Getriebeeinrichtung (12) angeordnet ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Eingangswelle (16) gekoppelte Schwungmasseneinrichtung (20) ein Zweimassenschwungrad (20) aufweist.
Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehfederrate der Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') in einem Bereich von einschließlich 5 Newtonmeter pro Grad bis einschließlich 20 Newtonmeter pro Grad liegt.
Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägheitsmoment der Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') in einem Bereich von einschließlich 0,05 kgm² bis einschließlich 0,15 kgm² liegt.
Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsdämpfungseinrichtung (42, 42') eine zweistufige Verdrehfederrate aufweist.
Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Schwungmasseneinrichtung (28) mit einer Eingangswelle eines Achsdifferentialgetriebes (32), insbesondere eines Hinterachsdifferentialgetriebes (32), der Antriebsstranganordnung (10) eingangsseitig gekoppelt ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsdämpfungseinrichtung (42') einen über das zumindest eine Federelement (52') mit einem Dämpferausgang, insbesondere einer Sekundärseite, gekoppelten Dämpfereingang, insbesondere eine Primärseite, aufweist, wobei das zumindest eine Federelement (52') mittels eines zumindest bereichsweise gekrümmten Führungselements (72) spannbar ist, an welchem das Federelement (52') entlang bewegbar zumindest mittelbar abgestützt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (52') über ein Hebelelement (44') spannbar ist, welches über einen ersten Abstützbereich (68) zumindest mittelbar an dem zumindest einen Federelement (52') abgestützt und über einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung (48') des Hebelelements (44') von dem ersten Abstützbereich (68) beabstandeten Abstützbereich (70) an dem zumindest bereichsweise gekrümmten Führungselement (72) entlang bewegbar abgestützt ist.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (44') über eine drehbar diesem gehaltene Rolle an dem Führungselement (72) abgestützt ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (52') als Drehfeder (52') ausgebildet ist, welche ein erstes, mit dem Dämpfereingang oder mit dem Dämpferausgang gekoppeltes Ende (74, 76) sowie ein zweites Ende (74, 76) aufweist, welches zumindest mittelbar am Führungselement (72) entlang bewegbar abgestützt ist.
Antriebsstrang (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (74, 76) über eine drehbar am Ende (74, 76) gehaltene Rolle an dem Führungselement (72) abgestützt ist.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 11 oder 12 in dessen Rückbezug auf einen der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (74, 76) über den ersten Abstützbereich (68) des Hebelelements (44') an dem Hebelelement abgestützt ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 11 oder 12 in dessen Rückbezug auf einen der Ansprüche 9 oder 10 oder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hebelelement (44') einen in Längserstreckungsrichtung (48') des Hebelelements (44') von den beiden Abstützbereichen (68, 70) beabstandeten Kopplungsbereich (69) aufweist, über welchen das Hebelelement (44') mit dem Dämpfereingang oder mit dem Dämpferausgang gekoppelt ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (72) mit dem Dämpfereingang oder mit dem Dämpferausgang gekoppelt ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (72) zumindest ein Kreiskeilprofil aufweist, mittels welchem das Federelement (52') spannbar ist.
Antriebsstrang (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsdämpfungseinrichtung (42) zumindest ein Hebelelement (44) aufweist, das einerseits über einen ersten Kopplungsbereich (46) mit einem Dämpfereingang, insbesondere einer Primärseite, und andererseits über einen zweiten, in Längserstreckungsrichtung (48) des Hebelelements (44) von dem ersten Kopplungsbereich (46) beabstandeten Kopplungsbereich (50) mit einem Dämpferausgang, insbesondere einer Sekundärseite, der Torsionsdämpfungseinrichtung (42) gekoppelt ist, wobei das zumindest eine Federelement (52) der Torsionsdämpfungseinrichtung (42) als Drehfeder (52) ausgebildet ist, welche zwei Enden (54, 56) aufweist, die in einem zwischen den Kopplungsbereichen (48, 50) angeordneten Abstützbereich (58) des Hebelelements (44) in Längserstreckungsrichtung (48) dieses voneinander beabstandet drehbar am Hebelelement (44) befestigt sind.
Antriebsstranganordnung (10) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsdämpfungseinrichtung (42) zwei weitere Hebelelemente (60, 62) aufweist, wobei das erste Hebelelement (44) über jeweils eines der weiteren Hebelelemente (60, 62) mit dem Dämpfereingang und mit dem Dämpferausgang gekoppelt ist.
Antriebsstranganordnung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei weiteren Hebelelemente (60, 62) jeweils drehbar mit dem ersten Hebelelement (44) verbunden sind.