-
Die
Erfindung betrifft eine Dämpfereinheit insbesondere für
einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zwei drehschlüssig
miteinander verbundenen Teilen und einem dazwischen angeordneten
axial elastischen Element.
-
Derartige
Dämpfereinheiten werden beispielsweise zur Dämpfung
von Axialschwingungen und zum Ausgleich geringer Winkelversätze
zwischen zwei Wellen eingesetzt und sind in einer Variante als Hardyscheiben
bekannt geworden. Die
DE 9313417
U1 zeigt hierzu einen entsprechenden Aufbau. Hierbei werden
zwei radial erweiterte, jeweils an einem Wellenteil oder einem anderen
die Drehung der Welle übertragendem Teil angeordnete Flanschteile über
den Umfang abwechselnd mit einer elastischen, beispielsweise aus
einem Gummi-/Stahlgeflechtverbund bestehenden Scheibe verbunden.
Die elastische Scheibe dient dabei als Drehmomentdämpfer
zum Auffangen von Drehmomentschlägen sowie zum Ausgleich
eines geringen Winkelversatzes zwischen den den Flanschteilen zugeordneten Bauteilen.
-
Um
das erforderliche Drehmoment über eine derartige Dämpfereinheit übertragen
zu können, muss infolge der auf die elastische Scheibe
wirkenden Umfangskräfte der Durchmesser der elastischen Scheibe
entsprechend dimensioniert werden, so dass gegenüber dem
Durchmesser der Welle ein mehrfacher Durchmesser der Dämpfereinheit
vorgesehen und im entsprechenden Bauraum berücksichtigt
werden muss. Ein axialer Längenausgleich ist mittels derartiger
Dämpfereinheiten nicht möglich. Zwei Wellenabschnitte
werden beispielsweise gemäß der Patentschrift
DE 611 129 verschiebbar über eine
Schrägverzahnung miteinander verbunden. Ähnlich
wird auch in der Offenlegungsschrift
DE 195 25 271 A1 eine Verbindung von Wellenteilen
beschrieben, in welcher über ein Gewinde ebenfalls eine
schiebende relative Verlagerung der Wellenteile zueinander möglich
ist.
-
Es
ergibt sich daher die Aufgabe, eine Dämpfereinheit insbesondere
für eine Welle wie Gelenkwelle insbesondere eine Längs-
und/oder Seitenwelle in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorzuschlagen,
die einen geringeren Durchmesser aufweist. Weiterhin soll eine derartige
Dämpfereinheit einen Längenausgleich ermöglichen.
-
Die
Aufgabe wird durch eine Dämpfereinheit insbesondere in
einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zwischen zwei drehschlüssig
verbundenen Teilen gelöst, wobei die beiden Teile zumindest begrenzt
zueinander axial verlagerbar sind und zwischen diesen ein axial
elastisches Element angeordnet ist, das von den beiden Teilen mittels
einer gewindeartigen Drehbewegung gegeneinander beaufschlagt wird.
Durch eine derartig ausgebildete Dämpfereinheit wird das
axial elastische Element axial und nicht in Umfangsrichtung beaufschlagt,
um das geforderte Drehmoment zu übertragen. Infolgedessen kann
die Dämpfereinheit mit einem wesentlich geringeren Durchmesser
ausgeführt werden als Hardyscheiben, beispielsweise mit
maximal zweifachem, vorzugsweise eineinhalbfachem Durchmesser einer Welle
oder zwei Wellenabschnitten, an der beziehungsweise zwischen denen
die Dämpfereinheit aufgenommen ist. Eine derartige Dämpfereinheit
ist auch in der Lage, einen Längenausgleich bereitzustellen,
da durch die gewindeartige Verspannung durch leichtes Verdrehen
der Welle ein axialer Vorschub erzielt wird. Infolge eines übertragenen
Drehmoments werden daher eine angetriebene Welle oder zwei Wellenabschnitte
mit einer zwischengeschalteten Dämpfereinheit stets axial
vorgespannt. Es versteht sich, dass bei einer Drehmomentumkehr der
Axialweg der Dämpfereinheit durch eine entsprechende Einbausituation
begrenzt ist. Die vorgeschlagene Dämpfereinheit eignet
sich neben der Aufnahme der beiden Teile zwischen zwei Wellenabschnitten,
beispielsweise einer mehrteiligen Antriebswelle auch für
einen endseitigen Anschluss einer Welle an ein weiteres Bauteil
wie Differential oder einem Drehgelenk, beispielsweise für
einen Antrieb eines Rads mittels einer Seitenwelle. Es versteht
sich, dass durch ein entsprechendes Gewindespiel der beiden Teile
auch ein geringer Winkelversatz zweier Wellen ausgeglichen werden
kann. Ein erstes der beiden Teile der Dämpfereinheit weist
eine hülsenförmige Anformung auf, in die das axial
elastische Element aufgenommen ist und in die das zweite der beiden Teile
mittels eines axialen Ansatzes eingreift. Zwischen Anformung und
Ansatz ist dabei ein Teilgewinde angeordnet, mittels dessen Anformung
und Ansatz unter geringer Verdrehung das axial wirksame Element
axial beaufschlagt wird. Dabei ist in einer Ausgestaltung die Steigung
des Teilgewindes so ausgelegt, dass der axial zurückgelegte
Weg groß gegenüber dem des Verdrehwinkels ist,
indem die Axialanteile des Teilgewindes gegenüber den Umfangsanteilen
stark überwiegen. Infolgedessen besteht das Teilgewinde
in einer Ausgestaltung aus weniger als einem Gewindegang. Dies bedeutet,
dass die Teilung des Teilgewindes kleiner eins, vorzugsweise kleiner
als ein Viertel des Umfangs sein kann.
-
Abhängig
von den geforderten Elastizitäten und einer dadurch auszulegenden
Elastizität des axial elastischen Elements kann der maximale
Verdrehwinkel der beiden Teile gegeneinander beispielsweise von
wenigen Grad bis zu 90° ausgelegt werden. Im axialen Ansatz
und in der hülsenförmigen Anformung sind jeweils über
den Umfang verteilte Längsnuten mit einem Anteil in Umfangsrichtung
vorgesehen. In den sich einander gegenüberliegenden Längsnuten
ist jeweils mindestens eine Kugel untergebracht. Durch die Kugeln
in den sich einander gegenüberliegenden Längsnuten,
die somit Paare bilden, wird eine Rollbewegung zwischen den zwei drehschlüssig
verbundenen Teilen ermöglicht. Die Kugeln sind in einer
Ausgestaltung in einem Kugelkäfig gehalten. Eine solche
Rollbewegung ist gegenüber dem Stand der Technik deutlich
leichter und somit kraftärmer und verlustärmer
zu bewerkstelligen. Damit geht auch ein verminderter Verschleiß einher.
-
Das
Teilgewinde kann in einfachen Fällen aus einem gewöhnlichen
Schraubgetriebe mit ineinander greifenden Schraubgewindeabschnitten
gebildet sein. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Teilgetriebe
aus einem Kugelgewindesegment zu bilden.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform der Dämpfereinheit
kann einen axialen Ansatz enthalten, der eine zentrale Öffnung
aufweist, in dem ein Aufnahmeteil mit einem radial erweiterten Bord
aufgenommen ist, wobei das axial elastische Element zwischen einer
Stirnfläche des axialen Ansatzes und dem Bord aufgenommen
ist und der Bord an dessen Stirnfläche an der hülsenartigen
Anformung axial abgestützt ist. Auf diese Weise kann das
axial elastische Element ringförmig ausgestaltet und gleichzeitig
radial innen zentriert werden. Zur besseren Anpassung der als axiale
Stützflächen ausgebildeten Anlageflächen
des Bunds des Aufnahmeteils und der hülsenförmigen
Anformung, die beispielsweise mittels Umformverfahren oder spanend
hergestellt ist, können diese konisch ausgebildet sein.
Zur Vermeidung eines Reibmoments zwischen Aufnahmeteil und axialem
Ansatz kann zwischen diesen ein geringes Spiel vorgesehen sein.
Alternativ oder zusätzlich können die sich berührenden
Flächen feinbearbeitet wie geschliffen und/oder mit Gleitstoffen
versehen sein.
-
Zwischen
der stirnseitigen Beaufschlagungsfläche des axialen Ansatzes
und dem axial elastischen Element kann eine Zwischenscheibe angeordnet
sein, die bezüglich des verwendeten Materials und dessen
Behandlung unabhängig von der notwendigen Behandlung wie
Härtung und Materialauswahl gegenüber dem axialen
Ansatz ist und an die Anforderungen zur Beaufschlagung des axial
elastischen Elements angepasst ist. Weiterhin kann die Zwischenscheibe
zur Drehentkoppelung des axial elastischen Elements gegenüber
dem axialen Anschlag vorgesehen werden, wenn beispielsweise die Reibung
zwischen axial elastischem Element und Zwischenscheiben größer
ausgelegt wird als die Reibung zwischen axialem Anschlag und Zwischenscheibe.
-
Abhängig
von der Anwendung der Dämpfereinheit kann das axial elastische
Element vorgespannt zwischen den beiden Teilen angeordnet werden
oder mit Spiel. Als axial elastisches Element kann beispielsweise
ein Ringteil aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise Gummi,
verstärkter Gummi oder Kunststoff sowie als Composite bekannte
Mischungen dieser oder dieser mit anderen anorganischen Stoffen,
eingesetzt werden. Ein derartiges Ringteil kann ein Volumen aufweisen,
das im nicht verspannten oder lediglich vorgespannten Zustand der
beiden Teile kleiner ist als ein Einbauvolumen oder Arbeitsvolumen.
Beispielsweise kann ein im Wesentlichen zylindrisches Arbeitsvolumen
vorgesehen werden, wobei das Ringteil einen im Wesentlichen kreisrunden
Querschnitt aufweist. Durch axiale Beaufschlagung können
dadurch je nach ausgelegtem Volumen zur Verdrängung des
elastischen Ringteils vom axialen Verspannweg abhängige
Verdrängungskräfte vorgesehen werden, so dass über
die geometrischen Verhältnisse variierende Kennlinien der
Dämpfereinheit insbesondere in Verbindung mit einer variierenden
Auslegung der Steigung des Teilgewindes dargestellt werden können.
Beispielsweise kann nach vollständiger Ausfüllung
des mit zunehmender Axialkraft abnehmenden Arbeitsvolumens eine
besonders steife zweite Stufe einer Kennlinie und damit nach Aufbrauch
des elastisch gedämpften Axialwegs ein harter, jedoch nicht
metallischer Anschlag erzielt werden.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann als axial elastisches Element eine
Federeinheit aus Stahl oder vergleichbaren Materialien verwendet
werden. Diese Federeinheit kann zumindest als eine Schraubendruckfeder
oder ein Schraubenfederpaket aus radial ineinander und/oder seriell
angeordneten Schraubenfedern gebildet sein, wodurch die Kennlinien
der Dämpfereinheit entsprechend mehrstufig ausgelegt werden
können. Bei auf Block gehenden Federn kann ebenfalls ein
harter Anschlag erzielt werden. Weiterhin kann die Federeinheit
aus einem Tellerfederpaket aus axial geschichteten Tellerfedern
gebildet sein. Durch die Kennliniencharakteristik von Tellerfedern
können entsprechende Kennlinien der Dämpfereinheit
dargestellt werden.
-
Die
Aufgabe wird weiterhin durch eine Gelenkwelle insbesondere eine
Längs- oder Seitenwelle im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs
gelöst, wobei zumindest ein axial elastisches Element zwischen zwei
Wellenteilen, an zumindest einem Ende der Welle und/oder zwischen
einem Ende und einem nachfolgenden Gleichlaufgelenk oder dergleichen montiert
ist. Alternativ bzw. ergänzend ist eine Dämpfereinheit
nach einer der vorhergehenden Ausgestaltungen vorgesehen.
-
Die
Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Dabei zeigen:
-
1 eine
Dämpfereinheit mit einem axial elastischen Element aus
einem elastischen Werkstoff im Schnitt
-
2 eine
Explosionsdarstellung der Dämpfereinheit der 1,
-
3 eine
zu der Dämpfereinheit der 1 und 2 alternative
Ausführungsform einer Dämpfereinheit mit einem
axial elastischen Element in Form eines Tellerfederpakets im Schnitt,
-
4 eine
Explosionsdarstellung der Dämpfereinheit der 3,
-
5 eine
Außenansicht der in den 1 bis 4 dargestellten
Dämpfereinheiten, und
-
6 einen
Schnitt durch eine Gelenkwelle mit einer erfindungsgemäßen
Dämpfereinheit.
-
1 zeigt
die Dämpfereinheit 1 im Schnitt mit den jeweils
einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite zugeordneten ersten
Teilen 2 und einem zweiten Teil 3. Das erste Teil 2 weist
eine hülsenförmige Anformung 4 auf, in
die der axial Ansatz 5 des zweiten Teils 3 eingreift.
-
Die
beiden Teile 2, 3 sind bei axialer Belastung gegeneinander
entlang eines Teilgewindes 6 verdrehbar und belasten dabei
das axial elastische Element 7, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise einem Elastomer
wie Gummi, Kunststoff wie Viton®,
EPDM, anorganischen Elastomeren oder deren Kombination gebildet
ist. Der elastische Werkstoff kann in geeigneter Weise verstärkt
sein, beispielweise mittels Glasfasern, Kohlenstoffzusätzen
und/oder Metallzusätzen.
-
Zur
Darstellung des Teilgewindes 6 wird in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ein Kugelgewindesegment 8 verwendet,
das eine reibungsarme Verdrehung der beiden Teile 2, 3 zur
Beaufschlagung des axial elastischen Elements 7 ermöglicht.
Hierzu sind jeweils in der Anformung 4 und dem axialen
Ansatz 5 Längsnuten 9, 10 mit
einem Umfangsanteil angeordnet, die bei axialer Beaufschlagung der
beiden Teile eine Schraubbewegung erzwingen, die eine axiale Kompression
des axial elastischen Elements 7 bewirkt. Je nach Ausgestaltung
der Steigung der Längsnuten 9, 10 und
den elastischen Eigenschaften des axial elastischen Elements 7 kann
eine entsprechende Kennlinie der Dämpfereinheit 1 vorgegeben werden.
-
Das
axial elastische Element 7, das als Ringteil 11 ausgebildet
ist, wird in dem gezeigten Beispiel von einer sich an der Stirnfläche 12 des
axialen Ansatzes 5 abstützenden Zwischenscheibe 13 und
an der anderen Seite von einem radial erweiterten Bord 14 eines
Aufnahmeteils 15 abgestützt. Das Aufnahmeteil 15 ist
in einer zentralen Öffnung 16 des axialen Ansatzes 5 aufgenommen.
Die Grenzflächen zwischen dem Innenumfang der Öffnung 16 und
dem Außenumfang des Aufnahmeteils 15 können
zur Einstellung einer Hysterese der Dämpfereinheit 1 eine gezielte
Reibung aufweisen, vorzugsweise weisen diese jedoch zur Vermeidung
von Reibung Spiel auf, sind gleitbeschichtet und/oder gefettet und/oder
feinbearbeitet wie geschliffen. Das Aufnahmeteil 15 stützt
sich mittels des Bords 14 axial an einer Stirnfläche 17 der
axialen Anformung ab. Die Anlageflächen oder Stützflächen 18, 19 zwischen
Bord 14 und Stirnfläche sind konisch ausgestaltet.
-
Der
Zwischenring 13 gleitet bei axialer Beaufschlagung der
Teile 2, 3 gegeneinander vorzugsweise gegenüber
der Stirnfläche 12 des axialen Ansatzes 5,
so dass ein gegebenenfalls verschleißbehaftetes Walken
des Ringteils 11 auf der Zwischenscheibe 13 unterbleibt.
Hierzu kann zur Verminderung der Reibung an der Kontaktfläche
zwischen dem Zwischenscheibe 13 und der Stirnfläche 12 entsprechend
bearbeitet wie gleitbeschichtet und/oder befettet und/oder geschliffen
sein.
-
Das
Ringteil 11 weist einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt
auf und ist in einem vorzugsweise zylindrischen Arbeitsraum 20 untergebracht. Das
Ringteil 11 weist im nicht verspannten Zustand ein kleineres
Volumen als der Arbeitsraum 20 auf, so dass bei einer beispielsweise
infolge von Axialschwingungen oder -stößen erfolgenden
Beaufschlagung der beiden Teile 2, 3 gegeneinander
das Ringteil zuerst elastisch verformt wird und die freibleibenden
Ecken, die gerundet sein können, ausfüllt. Auf diese
Weise stellt sich eine eher leicht ansteigende Kennlinie bei zunehmender
Beaufschlagung des Ringteils ein, bis das Volumen des sich axial
mit zunehmender Beaufschlagung verringernden Volumens des Arbeitsraums 20 nahezu
vollständig ausgefüllt ist. Danach steigen die
Steifigkeit des Ringteils und damit die Kennlinie stark an, so dass
eine im Wesentlichen zweistufige Kennlinie eingestellt werden kann.
-
2 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Dämpfereinheit 1 der 1 mit
dem ersten Teil 2, das mittels eines Umformverfahrens hergestellt
sein kann, und dem zweiten Teil 3, das aus einem Rohrabschnitt
hergestellt sein kann. In die beiden Teile 2, 3 sind
die Längsnuten 9, 10 eingebracht, beispielsweise
eingeprägt. In den Längsnuten 9, 10 werden die
Kugeln 21 geführt, die in einem Kugelkäfig 22 aufgenommen
sind. In die hülsenförmige Anformung 4 wird
das Aufnahmeteil 15 aufgenommen, das das Ringteil 11 und
die Zwischenscheibe 13 sowie anschließend den
axialen Ansatz 5 des zweiten Teils 3 aufnimmt.
-
3 zeigt
ein zur Dämpfereinheit 1 der 1 leicht
verändertes Ausführungsbeispiel einer Dämpfereinheit 1a.
Hier ist das axial elastische Element 7 durch ein Tellerfederpaket 23 gebildet,
das aus einer Schichtung einzelner Tellerfedern 24 besteht.
Das Tellerfederpaket 23 kann durch eine unterschiedliche
Auswahl der Steifigkeit der Tellerfedern 24 sowie eine
unterschiedliche Anzahl von Tellerfedern 24 zur Darstellung
mehrstufiger Kennlinien der Dämpfereinheit 1a angepasst
werden. Auf Block gehende Tellerfedern 24 können
dabei für einen Kennlinienbereich mit besonders steiler
Kennlinie vorgesehen werden.
-
4 zeigt
die in der 3 dargestellte Dämpfereinheit 1a in
Explosionsdarstellung mit gegenüber der in 2 dargestellten
Explosionsdarstellung der Dämpfereinheit 1 geändertem
axial elastischen Element 7 das mit einzelnen, das Tellerfederpaket 23 bildenden
Tellerfedern 24 ausgestattet ist.
-
5 zeigt
eine Außenansicht der Dämpfereinheit 1a,
die mit der Außenansicht der Dämpfereinheit 1 identisch
ist. Die beiden Teile 2, 3 weisen zur Anbindung
an eine nicht dargestellte Welle oder ein Wellenteil jeweils einen
hülsenförmigen Flansch 25, 26 auf,
mit dem die Welle einen Formschluss bildet. Hierzu kann die jeweilige
Welle oder der entsprechende Wellenabschnitt in dem Flansch gefügt,
mit diesem verschweißt, verschraubt oder in anderer Weise
befestigt sein. Der Außendurchmesser der Dämpfereinheiten 1, 1a kann
durch geringere Ausmaße des axial elastischen Elements 7 (1 und 3)
infolge dessen axialer Beaufschlagung und der Drehmomentübertragung über
die Längsnuten 9, 10 und die Kugeln 21 gering
gehalten werden, so dass der Außendurchmesser gegenüber
dem Durchmesser der in den Flanschen 25, 26 aufzunehmenden
Wellen nur geringfügig größer ist.
-
In
der 6 ist eine Gelenkwelle 100 – insbesondere
eine Längswelle – dargestellt, welche eine erfindungsgemäße
Dämpfereinheit 1 aufweist. Seitlich sind jeweils
zwei Gelenke 101 mit Innenverzahnungen 102 zur
Anbindung an weitere Fahrzeugkomponenten vorgesehen. Die Dämpfereinheit 1 ist mit
einem Rollbalg 103 an der Seite verschlossen, an welcher
ein Wellenabschnitt als Innennabe in sie hineinragt. Dieser – in
der Zeichnung mittlere – Wellenabschnitt verfügt
auch über eine Verschiebeeinheit 104, die hier
beispielsweise für Montage- bzw. Crash-Zwecke vorgesehen
ist. Alternativ ist zusätzlich zur Dämpfereinheit 1,
welche auch eine axiale Verschiebung erlaubt, keine zusätzliche
Verschiebeeinheit 104 vorgesehen. Bei der Verschiebeeinheit 104 ist
in dieser Ausgestaltung zur Abdichtung ein Faltenbalg 105 mit
Verstärkungsringen 106 vorgesehen. Beide Abdichtungen 103, 105 können
jedoch auch identisch ausgeführt sein.
-
Eine
hier dargestellte Gelenkwelle 100 kann dabei in dieseer
oder geänderter Ausführung einfach oder mehrfach
in einer mehrteiligen Welle verbaut sein. Letzteres z. B. bei einer
zweiteiligen Welle mit Mittenlager.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 9313417
U1 [0002]
- - DE 611129 [0003]
- - DE 19525271 A1 [0003]