DE102011086452B4

DE102011086452B4 - Drehmomentübertragungseinrichtung mit Berstschutz

Info

Publication number: DE102011086452B4
Application number: DE102011086452.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Raber; Florian Schnurr; Florian Nachtmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: DE102011086452A1; DE102011086452C5

Abstract

Drehmomentübertragungseinrichtung (1) mit einem radial außerhalb von um eine Drehachse (4) mit hoher Drehzahl drehenden Bauteilen (17) angeordneten Berstschutz (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) eine gegebenenfalls notwendige Dämpfung von mit gegebener Rotationsenergie beschleunigten Bauteilen (17) mittels Reibenergie und Verformungsenergie bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit einem radial außerhalb von um eine Drehachse mit hoher Drehzahl drehenden Bauteilen angeordneten Berstschutz.
Gattungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtungen insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs werden beispielsweise von einer Brennkraftmaschine mit hohen Drehzahlen angetrieben. Die Drehmomentübertragungseinrichtungen können beispielsweise Reibungskupplungen, geteilte Schwungräder, Fliehkraftpendel und deren Kombination sein. Bersten bei diesen Drehzahlen um eine Drehachse der Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnete Bauteile, werden diese mit entsprechend hoher Rotationsenergie beschleunigt und können sich in der Nähe aufhaltende Personen wie beispielsweise Fahrzeuginsassen und Passanten gefährden und Gegenstände beschädigen.
In der DE 10 2009 042 825 A1 wird daher ein Berstschutz für ein Fliehkraftpendel vorgeschlagen, der der Masse eines Trägerteils für eine verschwenkbare Aufnahme von Pendelmassen zugeordnet ist. Bei einem Bersten einer oder mehrerer Pendelmassen wird der Berstschutz verformt und nimmt damit unter Ausbildung von Verformungsenergie Rotationsenergie der berstenden Bauteile auf. Bei entsprechender Masse dieser Bauteile und/oder Anordnung auf einem hohen Wirkdurchmesser muss der Berstschutz entsprechend mit hoher Masse ausgelegt werden. Hierdurch erhöht sich die Masse des Trägerteils gegenüber der Pendelmasse, so dass der Wirkungsgrad des Fliehkraftpendels sinkt. Bei Verringerung der Masse des Berstschutzes sinkt die aufnehmbare Verformungsenergie, wobei der Berstschutz weniger wirksam ist. Eine Verringerung des Wirkdurchmessers und/oder der Masse der Pendelmassen zur Verringerung der auftretenden Rotationsenergie, um einen geringer dimensionierten Berstschutz einsetzen zu können, verringert den Wirkungsgrad des Fliehkraftpendels. In anderen Drehmomentübertragungseinrichtungen ist es in gleicher Weise vorteilhaft, den Wirkdurchmesser von berstgefährdeten Bauteilen möglichst groß vorzusehen und dabei die Masse des Berstschutzes gering zu halten.
Ferner sind aus der DE 10 2004 039 905 B4 und der DE 10 2008 005 138 A1 Drehmomentübertragungseinrichtungen mit Berstschutz bekannt, die auf den Oberbegriff des Patentanspruchs 1 lesbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem Berstschutz weiterzubilden, der bei geringem Gewicht eine hohe Rotationsenergie gegebenenfalls berstender Bauteile aufnehmen kann.
Die Aufgabe wird durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 mit einem radial außerhalb von um eine Drehachse mit hoher Drehzahl drehenden Bauteilen angeordneten Berstschutz gelöst, wobei der Berstschutz eine gegebenenfalls notwendige Dämpfung von mit gegebener Rotationsenergie beschleunigten Bauteilen mittels Reibenergie und Verformungsenergie bewirkt. Durch die Verformung des Berstschutzes und die Verlagerung von Bestandteilen des Berstschutzes unter Aufnahme von Reibenergie wird eine Doppelfunktion des Berstschutzes ausgebildet, so dass dieser bei derselben oder geringerer Energieaufnahme kleiner dimensioniert werden kann, so dass dessen Gewicht geringer ausfällt und die Bauteile wie Funktionsbauteile der Drehmomentübertragungseinrichtung wie beispielsweise Kupplungsscheiben und Anpressplatten von Reibungskupplungen, Massenteilen und Federeinrichtungen sowie deren Steuereinrichtungen geteilter Schwungräder, Pendelmassen von Fliehkraftpendeln und dergleichen auf einen größeren Durchmesser erweitert und damit dessen Wirkungsgrad dieser erhöht werden kann. Unter Bersten ist dabei sowohl ein Bruch von Bauteilen der Drehmomentübertragungseinrichtung als auch eine Ablösung von Bauteilen unter Drehzahleinfluss, beispielsweise infolge von Fliehkraft zu verstehen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann der Berstschutz aus einem bezüglich seines Durchmessers elastischen und offenen Ringteil mit sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung überlagernden Abschnitten gebildet sein, wobei radial zwischen den Abschnitten eine Reibeinrichtung vorgesehen ist. Bei einer Aufweitung dieses Ringteils infolge eines oder mehrerer berstender Bauteile einer Drehmomentübertragungseinrichtung werden die Abschnitte des Ringteils entgegen der Wirkung der Reibeinrichtung verlagert, so dass unter Aufweitung des Ringteils durch die berstenden Bauteile Reibenergie gebildet und deren Rotationsenergie abgebaut wird. Weiterhin kann das Ringteil insbesondere auch während sogenannten „Impacts“ berstender Bauteile, also stoßförmiger Einleitung von Kräften auf entfernte Teile wie Gehäusebauteile dämpfen, indem die kleinflächigen wie punktuellen Krafteinleitungen auf größere Flächen verteilt werden. Hierzu kann das Ringteil Verformungsenergie aufnehmen und damit weiter Impacts dämpfen und/oder gegebenenfalls Rotationsenergie berstender Bauteile dämpfen.
Das Ringteil kann dabei als leichtes aus Blech hergestelltes Bauteil vorgesehen sein, dessen Endbereiche in Umfangsrichtung überlappen und an den Überlappungsflächen die Reibeinrichtung aufnehmen. Die elastische Ausbildung des Ringteils kann so vorgesehen sein, dass die Abschnitte unter Vorspannung aufeinander gelegt sind oder beispielsweise in einer einer Spiralfeder ähnlichen Form spiralförmig aufgewickelt sind. Die vom Berstschutz aufnehmbare Verformungsenergie kann weiter gesteigert werden, indem das Ringteil in Umfangsrichtung betrachtet ein Radialprofil aufweist, bei dem zumindest eine Welle oder Stufe mit einer weiteren Welle oder Stufe der darüber und/oder darunter liegenden Welle überlappt, so dass bei einer Erweiterung des Ringteils bei berstenden Bauteilen die Wellen oder Stufen unter Aufnahme von Verformungsenergie verformt wie geglättet werden.
Die radial zwischen den Abschnitten des Ringteils angeordnete Reibeinrichtung kann eine erhöhte Reibenergie aufnehmen, indem die Abschnitte radial aufeinander unter Belastung der Reibeinrichtung geklemmt sind. Hierzu können die Abschnitte radial beispielsweise mittels Nieten, Klammern oder anderen Vorspanneinrichtungen unter Einspannung der Reibeinrichtung geklemmt sein. Die Reibeinrichtung ist im einfachsten Fall aus entsprechend aufgerauten oder beschichteten Abschnitten gebildet. In bevorzugter Weise ist die Reibeinrichtung aus einem Reibbelag gebildet, der in Form und Größe dem Ringteil angepasst und aus Reibmaterial gebildet ist, wie er beispielsweise aus Kupplungs- oder Bremsbelägen bekannt ist. Vorteilhaft können Misch-, Papier-, Keramik-, Kunststoff- oder Graphitbeläge sein.
In vorteilhafter Weise kann das Ringteil mit Abschnitten für die Aufnahme der Reibbeläge oder eines Reibbelags ausgebildet sein, die mehrere Windungen des Ringteils bilden, zwischen denen die Reibeinrichtung, beispielsweise ein radial zwischen den Windungen zumindest teilweise gewickelter Reibbelag ist.
Um ein Öffnen des Ringteils unter Belastung zu vermeiden, können die Abschnitte gegeneinander in Umfangsrichtung anschlagsbegrenzt ausgebildet sein. Beispielsweise können Anschläge in Form von Nieten an einem Abschnitt vorgesehen sein, die ein am anderen Abschnitt vorgesehenes Langloch durchgreifen. Dadurch kann eine im Wesentlichen zweistufige Energieaufnahme vorgesehen werden, wobei vom Ringteil zuerst Reibenergie bis zum Erreichen der Anschlagsbegrenzung und anschließend Verformungsenergie aufgenommen wird.
Der vorgeschlagene Berstschutz kann aus einem oder mehreren im Wesentlichen gleichartigen, axial nebeneinander ausgebildeten Bauteilen wie Ringteilen ausgebildet sein. Weiterhin kann dieser beispielsweise nicht drehend an einem Gehäusebauteil, beispielsweise einer Kupplungs- oder Getriebeglocke angeordnet sein. Hierzu kann der Berstschutz quasi als Armierung auf axialer Höhe der berstgefährdeten Bauteile angeordnet sein. Alternativ kann der Berstschutz mit radialem Abstand zum Getriebebauteil angeordnet sein, so dass beispielsweise ein Ringteil unter energieaufnehmender Ringerweiterung an das Gehäusebauteil angelegt wird und damit zusätzlich eine Einleitung von Impacts in das Gehäusebauteil vermindert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Berstschutz drehend ausgebildet sein, indem dieser um die drehenden, berstgefährdeten Bauteile gelegt ist. Beispielsweise kann die Drehmomentübertragungseinrichtung als Fliehkraftpendel mit zumindest einem gegenüber einem um die Drehachse verdrehbaren Trägerteil begrenzt verschwenkbaren und auf diesem aufgenommenen Pendelmasse ausgebildet sein und der Berstschutz in Anlagekontakt um die zumindest eine Pendelmasse gelegt sein. Im Falle einer Ausbildung des Berstschutzes als Ringteil mit eine Reibeinrichtung beaufschlagenden Abschnitten kann das Ringteil in Anlagekontakt mit Führungsteilen wie Führungsblechen, Gummipuffern oder anderen Bauteilen des oder der über den Umfang verteilten Pendelmassen treten. Hierdurch kann als zusätzlicher Effekt die Schwingungsbewegung mehrerer Pendelmassen harmonisiert werden.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Berstschutz in Teilansicht,
2 ein als Ringteil mit überlappenden Abschnitten ausgebildeter Berstschutz in schematischer Darstellung,
3 ein als Ringteil mit mehreren Windungen ausgebildeter Berstschutz in schematischer Darstellung,
4 eine konstruktive Ausgestaltung der Abschnitte des Ringteils der 2 in getrennter Ansicht,
5 einen Schnitt durch die Abschnitte der 4,
6 eine geschnittene Ansicht durch eine zu den Abschnitten der 4 und 5 alternativen Ausführung der Abschnitte eines Ringteils und
7 eine Ansicht der Abschnitte der 6.

1 zeigt die um die Drehachse 4 verdrehbare Drehmomentübertragungseinrichtung 1, die aus der Reibungskupplung 2 und dem Fliehkraftpendel 3 gebildet ist in Teilansicht. Die an sich in bekannter Weise ausgebildete Reibungskupplung 2 mit dem Kupplungsdeckel 5 trägt über den Umfang verteilte, radial und in Umfangsrichtung begrenzt verschwenkbar gegenüber diesem angeordnete Pendelmassen 6 des Fliehkraftpendels 3, welche in üblicher Weise mittels der Schwenkrollen 7 und entsprechende Laufbahnen 8, 9 an mit dem Kupplungsdeckel 5 mit diesem verbundenen oder einteilig aus diesem bevorzugt aus Blech gebildeten Führungsteilen 10 aufgenommen sind.
Der Berstschutz 11 ist aus dem geöffneten, aus dünnem Federblech gebildeten Ringteil 12 gebildet, dessen endseitige Abschnitte 13, 14 sich in Umfangsrichtung überlappen und durch den sich einstellenden Reibkontakt die Reibeinrichtung 15 bilden. Das Ringteil 12 ist um die Führungsteile 10 gelegt, die Pendelmassen 6 stützen sich im Falle eines Kontakts an dem Ringteil 12 mittels der Gummipuffer 16 ab.
Im Falle eines Berstens von Bauteilen 17 der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 - hier insbesondere in Form der Pendelmassen 6 - hält das Ringteil 12 entsprechende Bruchteile zurück und öffnet sich unter Überwindung der Reibung der Reibeinrichtung 15. Hierdurch wird Rotationsenergie der Berstteile verbraucht. Zusätzlich kann sich das Ringteil 12 unter Rotationsenergie vernichtender Verformungsenergie verformen. Im Weiteren kann sich das Ringteil unter Öffnung an einem radial außerhalb des Ringteils 12 angeordneten - nicht dargestellten Gehäusewandung wie Gehäusebauteil der Kupplungsglocke radial abstützen und abbremsen, so dass das oder die rotierenden, nach radial außen durch Fliehkraft beschleunigten Berstteile weiter abgebremst werden und in der Kupplungsglocke keine punktförmigen Krafteinleitungen wie Impacts verursachen, die zu einer Zerstörung der Kupplungsglocke führen können.
2 zeigt in schematischer Darstellung das Ringteil 12 mit der Reibeinrichtung 15, die durch einen zwischen den sich über den Umfang überlappenden Abschnitten 13, 14 geklemmten Reibbelag oder metallische Reibung oder Beschichtungen der Abschnitte 13, 14 aufeinander gebildet wird. Dabei bewirkt die durch gegenüberliegende Pfeile dargestellte Klemmkraft F_Klemm in Verbindung mit dem Reibkoeffizienten µ der Reibeinrichtung 15 die Reibkraft F_Reib bei Aufweitung des Ringteils 12 durch berstende Bauteile. Die auf das Ringteil 12 einwirkende, der Reibkraft F_Reib entgegenwirkende Fliehkraft ist bei der Auslegung dieser entsprechend berücksichtigt. Die Aufweitung des Ringteils 12 erfolgt entlang der Reibstrecke s. Zur Einhaltung dieser können - nicht dargestellte - Anschläge an den Abschnitten 13, 14 vorgesehen sein.
Die 3 zeigt eine zu dem Ringteil 12 der 1 und 2 alternative Ausführung des Ringteils 12a in schematischer Darstellung. Hierbei sind die Abschnitte 13a, 14a soweit in Umfangsrichtung überlappt, so dass mehrere gegeneinander radial vorgespannte Windungen 18 die Reibeinrichtung 15a mit der Reibkraft F_Reib durch metallische Reibung, eine Beschichtung oder einen zwischengelegten Reibbelag darstellen und damit bei einer Aufweitung des Ringteils 12a die gegengerichteten Haltekräfte F_{Halte_1} , F_{Halte_2} ausbilden. Bei berstenden Bauteilen mindert dabei die Reibenergie F_Reib die Rotationsenergie der berstenden Teile.
Die 4 und 5 zeigen eine konstruktive Ausführung der Abschnitte 13b, 14b des Ringteils 12b in Ansicht, wobei die beiden Abschnitte 13b, 14b der Übersicht halber nebeneinander dargestellt sind (4) und im Schnitt (5). Die Abschnitte 13b, 14b sind gegenüber der Breite b des Ringteils 12b zur Erzielung einer höheren Reibfläche der Reibeinrichtung 15b auf die Breite B erweitert. Die Abschnitte 13b, 14b sind aufeinander zur Ausbildung eines Reibeingriffs geklemmt. Hierzu verfügt der Abschnitt 13b über Längsschlitze 19, die die Nieten 20 durchgreifen. Die Längsschlitze 19 bilden zugleich für die Nieten 20 Anschläge 21 in Umfangsrichtung, die nach Aufbrauch der Reibstrecke s ein weiteres Aufweiten des Ringteils 12b verhindern.
Die 6 und 7 zeigen eine geänderte Ausführung des Ringteils 12c mit den Abschnitten 13c, 14c in geschnittener Teilansicht und in Ansicht. Zur Darstellung der geklemmten Reibeinrichtung 15c ist der Abschnitt 13c um 180° umgelegt und in die Öffnung 22 eingefädelt, so dass der Abschnitt 13c beidseits des Abschnitts 14c eine Reibfläche ausbildet. Der Abschnitt 13c ist in der Öffnung 22 des Abschnitts 14c begrenzt in Umfangsrichtung unter Ausbildung der Reibkraft der Reibeinrichtung 15c begrenzt verlagerbar. Die Klemmung des Abschnitts 13c auf dem Abschnitt 14c erfolgt mittels der Niete 20a. Die Begrenzung der Reibstrecke erfolgt mittels des Anschlags 21a der Öffnung 22 und der Umkantung 23 des Abschnitts 13c. Die Niete 20a werden in dem Langloch 24 des Abschnitts 14c, das mit der Öffnung 22 verbunden sein kann, während einer Aufweitung des Ringteils 12c verlagert.
Bezugszeichenliste

1: Drehmomentübertragungseinrichtung
2: Reibungskupplung
3: Fliehkraftpendel
4: Drehachse
5: Kupplungsdeckel
6: Pendelmasse
7: Schwenkrolle
8: Laufbahn
9: Laufbahn
10: Führungsteil
11: Berstschutz
12: Ringteil
12a: Ringteil
12b: Ringteil
12c: Ringteil
13: Abschnitt
13a: Abschnitt
13b: Abschnitt
13c: Abschnitt
14: Abschnitt
14a: Abschnitt
14b: Abschnitt
14c: Abschnitt
15: Reibeinrichtung
15a: Reibeinrichtung
15b: Reibeinrichtung
15c: Reibeinrichtung
16: Gummipuffer
17: Bauteil
18: Windung
19: Längsschlitz
20: Niet
20a: Niet
21: Anschlag
21a: Anschlag
22: Öffnung
23: Umkantung
24: Langloch
B: Breite
b: Breite
F_{Halte_1}: Haltekraft
F_{Halte_2}: Haltekraft
F_Klemm: Klemmkraft
F_Reib: Reibkraft
µ: Reibkoeffizient
s: Reibstrecke

Claims

Drehmomentübertragungseinrichtung (1) mit einem radial außerhalb von um eine Drehachse (4) mit hoher Drehzahl drehenden Bauteilen (17) angeordneten Berstschutz (11), dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) eine gegebenenfalls notwendige Dämpfung von mit gegebener Rotationsenergie beschleunigten Bauteilen (17) mittels Reibenergie und Verformungsenergie bewirkt.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) aus einem bezüglich seines Durchmessers elastischen und offenen Ringteil (12, 12a, 12b, 12c) mit sich zumindest teilweise in Umfangsrichtung überlagernden Abschnitten (13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 14c) gebildet ist, wobei radial zwischen den Abschnitten (13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 14c) eine Reibeinrichtung (15, 15a, 15b, 15c) vorgesehen ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ringteil (12, 12a, 12b, 12c) über den Umfang betrachtet ein Radialprofil aufweist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (13, 13a, 13b, 13c, 14, 14a, 14b, 14c) radial aufeinander unter Belastung der Reibeinrichtung (15, 15a, 15b, 15c) geklemmt sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (13a, 14a) mehrere Windungen (18) des Ringteils (12a) bilden und zwischen den Windungen (18) die Reibeinrichtung (15a) vorgesehen ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (13b, 13c, 14b, 14c) gegeneinander in Umfangsrichtung anschlagsbegrenzt sind.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) nicht drehend an einem Gehäusebauteil angeordnet ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) drehend an den drehenden Bauteilen (17) angelegt ist.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Berstschutz (11) unter Belastung radial an einem die Drehmomentübertragungseinrichtung (1) umgebenden Gehäusebauteil abgestützt wird.
Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (1) ein Fliehkraftpendel (3) mit zumindest einer gegenüber einem um die Drehachse (4) verdrehbaren Trägerteil begrenzt verschwenkbaren und auf diesem aufgenommenen Pendelmasse (6) enthält und der Berstschutz (11) in Anlagekontakt mit dem Fliehkraftpendel (3) um die zumindest eine Pendelmasse (6) gelegt ist.