DE102011102393A1

DE102011102393A1 - Torsionsdämpfer/Schwungrad-Kombination

Info

Publication number: DE102011102393A1
Application number: DE102011102393A
Authority: DE
Inventors: Uwe Weller; Steffen Lehmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Bei einem Torsionsdämpfer mit einem Eingangsteil, das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und wenigstens einem Nabenflansch, der mit einer Nabe koppelbar ist, wobei das Eingangsteil und der wenigstens eine Nabenflansch über wenigstens ein Energiespeicherelement derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist, wird der Einsatz bei einem begrenzten axialen Bauraum erlaubt, indem das Eingangsteil als Schwungrad ausgeführt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsdämpfer mit einem Eingangsteil, das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und wenigstens einem Nabenflansch, der mit einer Nabe koppelbar ist, wobei das Eingangsteil und der wenigstens eine Nabenflansch über wenigstens ein Energiespeicherelement derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist.
Ein derartiger Torsionsdämpfer ist beispielsweise aus der DE 10 2008 039 630 A1 bekannt. Diese Torsionsdämpfer werden verwendet, um Torsionsschwingungen, die durch eine diskontinuierliche Krafteinleitung in eine Welle entstehen, zu dämpfen. Beispielsweise wird bei Antrieben mit Verbrennungsmotoren nur bei der Zündung eines Zylinders eine Kraft auf die Welle übertragen, die bei konstanter Drehzahl der Welle eine Schwingung mit einer festen Frequenz bewirkt. Derartige Torsionsschwingungen können mit dem bekannten Torsionsdämpfer zuverlässig gedämpft werden.
In der Praxis ergeben sich bisweilen zusätzliche Probleme, beispielsweise durch einen begrenzten Bauraum, insbesondere in axialer Richtung. Dies ist insbesondere problematisch, wenn zusätzliche Komponenten wie ein Schwungrad an der Welle vorzusehen sind. Heutige Torsionsdämpfer und Schwungräder für Antriebsstränge ohne Kupplung sind getrennte Komponenten und werden separat montiert.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Torsionsdämpfer der oben genannten Art anzugeben, der den Einsatz bei einem begrenzten axialen Bauraum erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem Torsionsdämpfer mit einem Eingangsteil, das drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist, und wenigstens einem Nabenflansch, der mit einer Nabe koppelbar ist, wobei das Eingangsteil und der wenigstens eine Nabenflansch über wenigstens ein Energiespeicherelement derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle über das wenigstens eine Energiespeicherelement an die Nabe übertragbar ist, dadurch gelöst, dass das Eingangsteil als Schwungrad ausgeführt ist.
Grundgedanke der vorlegenden Erfindung ist es also, ein Schwungrad in dem Torsionsdämpfer zu realisieren, sodass sich ein kompaktes Bauteil ergibt, das sowohl die Funktion des Schwingungsdämpfers wie auch die des Schwungrads erfüllt. Durch die Ausführung des Eingangsteils als Schwungrad kann dies ohne zusätzlich erforderlichen Raum in axialer Richtung erreicht werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsteil wenigstens ein Massenbauteil vorgesehen oder anbringbar ist. Entsprechend kann die Schwungmasse exakt eingestellt werden, ohne dass konstruktive Änderungen des Eingangsteils erforderlich sind. Auch können universelle Eingangsteile verwendet und an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Je größer der radiale Abstand des Massenbauteils von der Welle, desto so größer ist die Energie, die bei einer Rotationsbewegung gespeichert werden kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Massenbauteil mit wenigstens einer Niete oder durch eine Schweißverbindung mit dem Eingangsteil verbunden oder daran angebracht ist. Es ergibt sich eine dauerhafte Verbindung, die leicht herzustellen ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgeführt ist und an seiner Außenseite einen Zahnkranz aufweist. Damit kann eine Ein- oder Auskoppelung einer Kraft in oder aus einer Welle direkt an dem Torsionsdämpfer erfolgen, ohne dass ein zusätzliches Elemente an der Welle erforderlich ist. Beispielsweise kann ein elektrischer Anlassermotor vorgesehen sein, um über den Zahnkranz die Kurbelwelle antreiben. Damit kann ein Verbrennungsmotor in Gang gesetzt werden. Bei Nichtbenutzung kann der Anlassermotor im Leerlauf betrieben werden, oder die Kopplung des Anlassermotors mit dem Zahnkranz wird aufgehoben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherelemente als Federelemente, insbesondere als Druckfedern ausgeführt sind. Federelemente haben sich für den Einsatz in Torsionsdämpfern bewährt und können durch Kombination zur Einstellung einer jeweils gewünschten Gesamtfederhärte verwendet werden, um darüber eine gewünschte Dämpferkapazität zu erreichen. Die Kombinationen sind sowohl als Reihen- wie auch als Parallelschaltung einzelner Federelemente sowie beliebige Kombinationen daraus möglich. Als Federelemente sind einzelne Federelemente oder auch beliebige Kombinationen mehrerer einzelner Federelemente möglich. Ein Federelement kann beispielsweise mit einzelnen Schraubenfedern gebildet werden, indem die Schraubenfedern ineinander positioniert werden, wodurch auf kleinem Bauraum eine Parallelschaltung der Schraubenfedern realisiert wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Nabenflansche und ein dazwischen positionierter Zwischenflansch, der relativ zu den Nabenflanschen sowie der Nabe verdrehbar ist, vorgesehen sind und an dem Eingangsteil wenigstens ein Mitnehmerelement vorgesehen ist, das mit den Nabenflanschen in Eingriff bringbar ist, und wenigstens ein Paar Federelemente vorgesehen sind, wobei zwischen dem Zwischenflansch und jedem Nabenflansch ein Federelement positioniert ist. Diese Konstruktion bewirkt eine Reihenschaltung der Federelemente, die zwischen dem einen Nabenflansch und dem Zwischenflansch sowie zwischen dem Zwischenflansch und dem anderen Nabenflansch angeordnet sind. Entsprechend wird das Drehmoment von dem Eingangsteil über das wenigstens eine Mitnehmerelement zunächst auf einen der Nabenflansche übertragen. Von diesem wird das Drehmoment über die Federelemente zwischen diesem Nabenflansch und dem Zwischenflansch auf den Zwischenflansch übertragen. Das Drehmoment wird weiter auf die Federelemente zwischen dem Zwischenflansch und dem anderen Nabenflansch auf diesen Nabenflansch geleitet. Dieser überträgt das Moment über eine Zwischenverzahnung auf die Nabe. Diese Konstruktion erlaubt es, einen Nabenflansch als Schubflansch, über den Schubkräfte von dem Eingangsteil auf die Nabe übertragen werden, und den anderen als Zugflansch, über den Zugkräfte von dem Eingangsteil auf die Nabe übertragen werden, auszubilden. Das Prinzip der Übertragung ist in beiden Fällen identisch, lediglich wird Das Drehmoment von der Kurbelwelle auf einen anderen Nabenflansch und entsprechend von dem jeweils anderen Nabenflansch auf die Nabe übertragen.
Durch die Reihenschaltung lassen sich auch eine kleine Dämpfersteigung und eine Erhöhung der Dämpferkapazität realisieren. Die Anzahl der Mitnehmerelemente und der Paare Federelemente korrespondiert und kann frei gewählt werden, um darüber eine Parallelschaltung mehrerer Federelemente zu realisieren. Eine Zweistufigkeit einer Kennlinie des Torsionsdämpfers kann erreicht werden, indem bei paarweise in Reihe geschalteten Federpaketen eines der Federpakete vor dem Erreichen eines Gesamtverdrehwinkels des Torsionsdämpfers abgeschaltet wird. Insgesamt kann durch diese Ausgestaltung die Kennlinie in Schub- und Zugrichtung individuell und mit gewünschten Verhalten erzeugt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente an den Nabenflanschen axial und radial gehalten sind. Die Federelemente und der Flansch haben dadurch keine Relativbewegung. Da eine wechselseitige Übernahme/Übergabe nicht mehr stattfindet, ergibt sich eine verschleißfreie Führung der Federelemente. Diese verschleißfreie Federführung ermöglicht ein Anbringen der Federelemente mit einem großen Wirkradius. Da die Kraft quadratisch mit dem Radius wächst, können sonst die Federelemente an Fensterflügel, die in den Flanschen und ggf. dem Eingangsteil ausgebildet sind, gedrückt werden und damit relativ großen Verschleiß verursachen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil Führungselemente umfasst, die für die Federelemente radiale Begrenzungen bilden. Das Führungselement kann als Fenster in dem Eingangsteil vorgesehen sein, in welchem das Federelement zumindest teilweise positioniert ist. Bei mehreren Federelementen kann das Eingangsteil für jedes davon ein Führungselement umfassen, oder auch ein einzelnes Führungselement zur Führung mehrerer Federelemente.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl Mitnahmeelemente vorgesehen ist, die als Abstandbolzen ausgebildet und in axialer Richtung angeordnet sind, wobei die Abstandbolzen an ihrem dem Eingangsteil gegenüberliegenden Ende mit einer Gegenscheibe verbunden sind und die Gegenscheibe als radiale Begrenzung der Federelemente ausgebildet ist. Die Gegenscheibe bildet eine Abdeckung der Federelemente, wodurch die Federelemente auf der dem Eingangsteil entgegengesetzten Seite in radialer Richtung geführt werden können.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Torsionsdämpfers ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibhülse vorgesehen und zwischen den Nabenflanschen positioniert ist, wobei die axiale Ausdehnung der Reibhülse größer als die des Zwischenflansches ist. Die Reibhülse ist entsprechend innenseitig von dem Zwischenflansch angeordnet und ist mit ihren axialen Enden mit den Nabenflanschen in Anlage. Entsprechend wird die Reibung zwischen den Flanschen reduziert, da die Nabenflansche nicht mit dem Zwischenflansch unmittelbar in Anlage kommen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei zeigt:
1 eine teilweise Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Torsionsdämpfer in Kombination mit einem Schwungrad.
Die 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Torsionsdämpfer 1, der gleichzeitig die Funktion eines Schwungrads übernimmt. Die Begriffe radial, axial und in Umfangsrichtung beziehen sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf eine Drehachse 2 des Torsionsdämpfers 1. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Funktion des hier gezeigten Torsionsdämpfers wird hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften auf die DE 10 2008 039 630 A1 verwiesen, soweit sich einzelne Details nicht unmittelbar aus der Figur ergeben. Das dort verwendete Dämpfungsprinzip entspricht dem der vorliegenden Erfindung.
Der Torsionsdämpfer 1 umfasst ein Eingangsteil 3, das hier auf nicht näher gezeigte Weise mit einer Kurbelwelle 4, die mit einem nicht gezeigten Verbrennungsmotor gekoppelt ist, verschraubt ist. Das Eingangsteil 3 ist im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgeführt und weist an seiner Außenseite einen Zahnkranz 5 auf. In den Zahnkranz 5 greift ein nicht gezeigter Anlassermotor mit einem ebenfalls nicht gezeigten Zahnkranz ein. In einem radial äußeren Bereich des Eingangsteils 3 sind in einer Umfangsrichtung eine Mehrzahl Massebleche 6 mit Nieten 7 an dem Eingangsteil 3 befestigt. Die Massebleche 6 dienen als Massenelemente zur Vergrößerung der Masse des Eingangsteils 3, um dessen Trägheit zu vergrößern.
An dem Eingangsteil 3 ist über zwei diametral angeordnete Abstandsbolzen 8 eine Gegenscheibe 9, die als Ringscheibe ausgeführt ist, drehfest montiert. Zwischen dem Eingangsteil 3 und der Gegenscheibe 9 ergibt sich ein durch die Länge der Abstandsbolzen 8 definierter Freiraum 10, in dem zwei Nabenflansche 11 und ein dazwischen liegender Zwischenflansch 12 angeordnet sind. Die Nabenflansche 11 sind über eine an ihrer Innenseite vorgesehene Innenverzahnung 13 mit einer Außenverzahnung 14 einer Nabe 15, die mit einer nicht dargestellten Getriebeeingangswelle eines nicht dargestellten Getriebes verbunden ist, gekoppelt. Die Außenverzahnung 14 dient dazu, die Nabe 15 nach dem Überwinden eines bestimmten Verdrehspiels drehfest mit den Nabenflanschen 11 zu verbinden. Die Nabe 15 weist in der Außenverzahnung 14 zur axialen Fixierung einen Mittelbund 16 auf.
Zusätzlich ist eine Reibhülse 17 zwischen dem Mittelbund 16 und dem Zwischenflansch 12 angeordnet, wobei die axiale Erstreckung der Reibhülse 17 größer als die Dicke des Zwischenflansches 12 ist. Die Reibhülse 17 ist aus einem Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten gefertigt und bildet an ihren axialen Enden eine Anlagefläche für die dem Zwischenflansch 12 zugewandten Seiten der Nabenflansche 11. Der Zwischenflansch 12 ist auf der Reibhülse 17 und damit auf der Nabe 15 drehbar gelagert.
Die Nabenflansche 11 sind identisch ausgeführt und um 180 Grad versetzt angeordnet. Sie umfassen zwei diametral angeordnete Arme 18, die sich in radialer Richtung erstrecken. An den Armen 18 ist in Umfangsrichtung jeweils ein in der Zeichnung nicht sichtbarer Anlagebereich für einen Abstandsbolzen 8 ausgebildet. An der in Umfangsrichtung entgegengesetzten Seite sind jeweils Federelemente 19 als Energiespeicher axial und radial gehalten. Die Federelemente 19 umfassen zwei ineinander angeordnete Schraubendruckfedern 20, 21 und sind derart positioniert, dass sie mit ihrem nicht gehaltenen Ende auf in der Zeichnung nicht dargestellte Weise mit einem Arm des Zwischenflansches 12 in Anlage kommen. Die Arme des Zwischenflansches 12 sind ebenfalls diametral angeordnet und weisen jeweils ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Langloch auf, in dem der zugehörige Abstandsbolzen 8 geführt ist. Die Langlöcher sind so ausgeführt, dass sich der Zwischenflansch 12 relativ zu dem Eingangsteil 3 und der Gegenscheibe 9 begrenzt um die Drehachse 2 verdrehen kann. Die Ausrichtung der Federelemente 19 ist derart, dass sich von jedem Arm des Zwischenflansches 12 ein Federelement 19 zu einem Arm 18 jedes Nabenflansches 11 erstreckt.
Die Federelemente 19 werden durch die Gegenscheibe 9 und ein Fenster 22 in dem Eingangsteil 3, in dem das Federelement 19 teilweise positioniert ist, radial geführt. Dadurch wird ein radiales Ausknicken der Federelemente auch bei großen Drehzahlen reduziert.
Im Folgenden wird die Wirkungsweise des Torsionsdämpfers 1 im Detail erläutert.
Ein Drehmoment wird von der Kurbelwelle 4 auf das Eingangsteil 3 und die Abstandsbolzen 8 und weiter auf einen der Nabenflansche 11 übertragen. Von dort wird das Drehmoment über die Federelemente 19, mit denen der Nabenflansch 11 mit dem Zwischenflansch 12 gekoppelt ist, auf den Zwischenflansch 12 und weiter über die Federelemente 19, mit denen der Zwischenflansch 12 mit dem anderen Nabenflansch 11 gekoppelt ist, auf den anderen Nabenflansch 11 und über dessen Innenverzahnung 13 auf die Außenverzahnung 14 der Nabe 15 geleitet. Die Nabe 15 leitet das Drehmoment auf die Getriebeeingangswelle. Das Spiel zwischen der Innenverzahnung 13 jedes Flanschelementes 11 und der Außenverzahnung 14 der Nabe 15 bewirkt, dass der Verdrehwinkel der Flanschelemente 11 relativ zu der Nabe 15 begrenzt ist.
Im Betrieb wird zwischen einem Zug- und einem Schubbetrieb unterschieden. Die beiden Betriebsarten unterscheiden sich lediglich dadurch, in welches Flanschelement 11 das Drehmoment von der Kurbelwelle 4 eingeleitet und entsprechend über welches Flanschelement 11 das Drehmoment an die Nabe 15 übertragen wird. Durch konstruktive Unterschiede der Flanschelemente 11, die Ausgestaltung des Zwischenflansches 12 und die Dimensionierung der Federelemente 19 lässt sich eine Kennlinie des Torsionsdämpfers 1 für den Zug- und Schubbetrieb individuell einstellen. Durch die Reihenschaltung der Federelemente 19 zwischen den Flanschelementen 11 über den Zwischenflansch 12 wird die Dämpferkapazität erhöht. Durch die Reihenschaltung lässt sich auch eine kleine Dämpfersteigung realisieren.
Auch kann eine Zweistufigkeit der Kennlinie des Torsionsdämpfers 1 erreicht werden, indem bei paarweise in Reihe geschalteten Federpaketen eines der Federpakete vor dem Erreichen eines Gesamtverdrehwinkels des Torsionsdämpfers 1 abgeschaltet wird.
Bezugszeichenliste

1: Torsionsdämpfer
2: Drehachse
3: Eingangsteil
4: Kurbelwelle
5: Zahnkranz
6: Messebleche
7: Niete
8: Abstandsbolzen
9: Gegenscheibe
10: Freiraum
11: Nebenflansch
12: Zwischenflansch
13: Innenverzahnung
14: Außenverzahnung
15: Nabe
16: Mittelbund
17: Reibhülse
18: Arm
19: Federelement
20: Schraubendruckfeder
21: Schraubendruckfeder
22: Fenster

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008039630 A1 [0002, 0019]

Claims

Torsionsdämpfer (1) mit einem Eingangsteil (3), das drehfest mit einer Kurbelwelle (4) verbindbar ist, und wenigstens einem Nabenflansch (11), der mit einer Nabe (15) koppelbar ist, wobei das Eingangsteil (3) und der wenigstens eine Nabenflansch (11) über wenigstens ein Energiespeicherelement (19) derart gekoppelt sind, dass ein Drehmoment von der Kurbelwelle (4) über das wenigstens eine Energiespeicherelement (19) an die Nabe (15) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (3) als Schwungrad ausgeführt ist.
Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Eingangsteil (3) wenigstens ein Massenbauteil (6) vorgesehen oder anbringbar ist.
Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Massenbauteil (6) mit wenigstens einer Niete (7) oder durch eine Schweißverbindung mit dem Eingangsteil (3) verbunden oder daran anbringbar ist.
Torsionsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (3) im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgeführt ist und an seiner Außenseite eine Zahnkranz (5) aufweist.
Torsionsdämpfer (1) nach der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherelemente (19) als Federelemente, insbesondere als Druckfedern ausgeführt sind.
Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Nabenflansche (11) und ein dazwischen positionierter Zwischenflansch (12), der relativ zu den Nabenflanschen (11) sowie der Nabe (15) verdrehbar ist, vorgesehen sind und an dem Eingangsteil (3) wenigstens ein Mitnehmerelement (8) vorgesehen ist, das mit den Nabenflanschen (11) in Eingriff bringbar ist, und wenigstens ein Paar Federelemente (19) vorgesehen sind, wobei zwischen dem Zwischenflansch (12) und jedem Nabenflansch (11) ein Federelement (19) positioniert ist.
Torsionsdämpfer (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (19) an den Nabenflanschen (11) axial und radial gehalten sind.
Torsionsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsteil (11) Führungselemente (22) umfasst, die für die Federelemente (19) radiale Begrenzungen bilden.
Torsionsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl Mitnahmeelemente vorgesehen ist, die als Abstandsbolzen (8) ausgebildet und in axialer Richtung angeordnet sind, wobei die Abstandsbolzen (8) an ihrem dem Eingangsteil (3) gegenüberliegenden Ende mit einer Gegenscheibe (9) verbunden sind und die Gegenscheibe (9) als radiale Begrenzung der Federelemente (19) ausgebildet ist.
Torsionsdämpfer (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reibhülse (17) vorgesehen und zwischen den Nabenflanschen (11) positioniert ist, wobei die axiale Ausdehnung der Reibhülse (17) größer als die des Zwischenflansches (12) ist.