DE102012220270A1

DE102012220270A1 - Torsionsschwingungsdämpfer und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102012220270A1
Application number: DE102012220270A
Authority: DE
Inventors: Peter Wahl; Florian Baral; David Schnädelbach
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2013-05-29
Also published as: CN103133594A; CN103133594B

Abstract

Ein Torsionsschwingungsdämpfer zur Übertragung von Drehmoment umfasst eine Bogenfeder und ein Halteelement zum Führen der Bogenfeder senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung. Dabei weist eine mit der Bogenfeder in Eingriff stehende Oberfläche des Halteelements Vertiefungen zur Aufnahme eines Schmiermittels auf. Ein Verfahren zur Herstellung eines Halteelements für einen Torsionsschwingungsdämpfer zur Übertragung von Drehmoment, wobei das Halteelement zum Führen einer Bogenfeder senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung eingerichtet ist, umfasst Schritte des Stanzens eines Rohlings aus einem Blech, des Biegens des Rohlings, um eine Oberfläche auszubilden, die dazu eingerichtet ist, mit der Bogenfeder in Eingriff zu stehen, und des Einbringens von Vertiefungen in die Oberfläche.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer zur Übertragung von Drehmoment, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Halteelements für einen solchen Torsionsschwingungsdämpfer.
Ein Torsionsschwingungsdämpfer hat die Aufgabe, ein Drehmoment zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite zu übertragen und gleichzeitig Torsionsschwingungen zu isolieren bzw. zu dämpfen. Ein üblicher Torsionsschwingungsdämpfer umfasst wenigstens ein Federelement, welches die Eingangsseite elastisch mit der Ausgangsseite koppelt. Das Federelement kann insbesondere eine Bogenfeder umfassen, die entlang eines Umfangs um eine Drehachse des Torsionsschwingungsdämpfers gekrümmt ist. Die Bogenfeder wird unter Belastung entlang des Umfangs komprimiert, wenn ein Drehmoment auf die Eingangsseite bzw. die Ausgangsseite einwirkt.
Um die Federwirkung der Bogenfeder ausnutzen zu können, muss die Bogenfeder mittels eines Halteelements geführt sein. Diese Führung betrifft insbesondere eine radiale Außenseite der Bogenfeder, üblicherweise ist die Bogenfeder jedoch auch radial nach innen und in axialer Richtung durch das Halteelement geführt.
Zwischen der Bogenfeder und dem Halteelement besteht ein Reibschluss, der einen gegenseitigen Verschleiß der Reibpartner begünstigt. Bei hohen Drehzahlen wird die Bogenfeder radial nach außen an das Halteelement gepresst, wodurch der Verschleiß in diesem Bereich verstärkt werden kann. Der Verschleiß kann einen Abrieb erzeugen, der sich an anderer Stelle im Bereich beweglicher Bauelemente absetzen und dort zu Funktionsstörungen oder einem vergrößerten Verschleiß führen kann. Zur Minimierung des Verschleißes zwischen der Bogenfeder und dem Halteelement sowie zur Minimierung des Abriebs wird eine Oberfläche des Halteelements, die mit der Bogenfeder in Eingriff steht, üblicherweise geglättet. Die Glättung kann beispielsweise durch eine spezielle Behandlung nach dem Formen des Halteelements erfolgen, beispielsweise durch Nitridieren der Oberfläche. Alternativ oder zusätzlich kann die Oberfläche auch mechanisch nachbehandelt werden, etwa durch Polieren. Beide Glättungsmöglichkeiten können auch vor dem Formen des Halteelements durchgeführt werden.
Erfahrungen zeigen, dass die verwendeten Maßnahmen zur Reduzierung von Verschleiß und Abrieb häufig nicht ausreichend sind, so dass ein vorzeitiger Verschleiß- oder Alterungsschaden an dem Torsionsschwingungsdämpfer eintreten kann. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Torsionsschwingungsdämpfer anzugeben, der einen verringerten Verschleiß im Bereich einer Bogenfeder und eines die Bogenfeder führenden Halteelements aufweist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für das Halteelement anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels eines Torsionsschwingungsdämpfers mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 6. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer zur Übertragung von Drehmoment umfasst eine Bogenfeder und ein Halteelement zum Führen der Bogenfeder senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung. Die Kompressionsrichtung verläuft dabei entlang eines Umfangs um eine Drehachse des Torsionsschwingungsdämpfers. Dabei weist eine mit der Bogenfeder in Eingriff stehende Oberfläche des Halteelements Vertiefungen zur Aufnahme eines Schmiermittels auf.
Die Vertiefungen können mittels des Schmiermittels gefüllt werden, so dass sie als Schmiermitteldepots wirken. Das Schmiermittel kann somit auf lange Zeit im Bereich zwischen der Bogenfeder und dem Halteelement gehalten und dabei langsam abgegeben werden. Ein Verschleiß der Bogenfeder und des Halteelements können dadurch verringert werden. Ferner können die Vertiefungen zur Aufnahme von Abrieb dienen, der sich durch Reibung der Bogenfeder am Halteelement bilden kann. Ein gesteigerter Verschleiß aufgrund des Abriebs an anderer Stelle im Bereich des Torsionsschwingungsdämpfers kann dadurch ebenfalls verringert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Vertiefungen parallele erste Vertiefungen. Die ersten Vertiefungen können einen Winkel bezüglich der Bogenfeder bzw. ihrer Kompressionsrichtung einnehmen, der den Transport des Schmiermittels in den Kontaktbereich bzw. den Abtransport von Abrieb aus dem Kontaktbereich fördert.
In einer weiteren Ausführungsform, die mit der ersten Ausführungsform kombinierbar ist, können die Vertiefungen parallele zweite Vertiefungen umfassen, die mit den ersten Vertiefungen einen vorbestimmten Winkel einschließen. Eine Aufnahmefähigkeit der Vertiefungen, insbesondere an den Schnittpunkten zwischen den ersten und den zweiten Vertiefungen kann dadurch vergrößert sein. Dies kann vorteilhaft für die Aufrechterhaltung des Schmierfilms und für den Abtransport von Abrieb sein.
In noch einer anderen Ausführungsform, die mit den genannten Ausführungsformen kombiniert sein kann, umfassen die Vertiefungen runde Vertiefungen bzw. Kreisflächen.
Sowohl die kreisförmigen als auch die linienförmigen Vertiefungen oder eine Kombination aus beiden können unregelmäßig sein. Die Herstellbarkeit des Halteelements kann dadurch vereinfacht sein, während die Fähigkeit der Vertiefungen zur Aufnahme bzw. dem Transport von Schmiermittel und der Aufnahme bzw. dem Abtransport von Abrieb weiter verbessert sein können.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Halteelements für einen Torsionsschwingungsdämpfer zur Übertragung von Drehmoment, wobei das Halteelement zum Führen einer Bogenfeder senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung eingerichtet ist, umfasst Schritte des Stanzens eines Rohlings aus einem Blech, des Biegens des Rohlings, um eine Oberfläche auszubilden, die dazu eingerichtet ist, mit der Bogenfeder in Eingriff zu stehen, und des Einbringens von Vertiefungen in die Oberfläche.
In einer ersten Alternative werden die Vertiefungen während des Stanzens in die Oberfläche eingebracht. Dies kann beispielsweise einfach und kostengünstig mittels einer entsprechenden Strukturierung eines Stanzwerkzeugs erfolgen.
In einer zweiten Alternative können die Vertiefungen bereits vor oder erst nach dem Stanzen in die Oberfläche eingebracht werden, beispielsweise durch Rändeln oder Rollieren. Daraus können sich verfahrenstechnische Vorteile ergeben, die zu einer verbesserten Oberfläche führen können..
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Glättens der Oberfläche. Die Oberfläche kann in einem beliebigen Schritt des Verfahrens geglättet werden, insbesondere alternativ vor oder nach dem Einbringen der Vertiefungen. Die Gleitfähigkeit der Oberfläche kann durch das Glätten unter Beibehaltung der beschriebenen Vorteile der Vertiefungen erhöht werden.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
1 eine Schnittansicht durch einen Torsionsschwingungsdämpfer;
2–9 Ansichten der Oberfläche eines Halteelements des Torsionsschwingungsdämpfers aus 1;
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Halteelements aus 1
darstellt.
1 zeigt eine Schnittansicht durch einen Torsionsschwingungsdämpfer 100. Der Torsionsschwingungsdämpfer 100 ist in exemplarischer Weise als serieller Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Fliehkraftpendel dargestellt. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen des Torsionsschwingungsdämpfers 100 möglich, solange wenigstens eine Bogenfeder mit einem korrespondierenden Halteelement verwendet wird.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 100 ist dazu eingerichtet, in einer mit einem Schmiermittel 102 durchsetzten Umgebung betrieben zu werden. Das Schmiermittel 102 ist vorzugsweise flüssig und kann insbesondere ein Öl umfassen. Das Schmiermittel 102 hat einerseits einen Schmiereffekt auf in Reibung befindliche Elemente des Torsionsschwingungsdämpfers 100 und nimmt andererseits Wärme der Elemente auf. Ferner können Partikel mittels der Flüssigkeit abgeführt werden, um insbesondere die miteinander in Reibung befindlichen Elemente des Torsionsschwingungsdämpfers 100 gegen vorzeitigen Verschleiß zu schützen.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 100 besitzt eine Drehachse 105 und ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite zu übertragen und dabei gleichzeitig Torsionsschwingungen zu isolieren bzw. zu tilgen. Das Drehmoment kann in beiden Richtungen zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen werden. Die Torsionsschwingungen können ebenfalls von beiden Seiten in den Torsionsschwingungsdämpfer 100 eingetragen werden.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 100 umfasst eine Kupplungsglocke 110, die als Eingangsseite dient, ein Eingangsflansch 115, an dem die Kupplungsglocke 110 mittels einer Niete 120 fest verbunden ist, eine Bogenfeder 125, ein Halteelement 130, einen Zwischenflansch 135, der einen ersten Teilflansch 140 und einen zweiten Teilflansch 145 umfasst, Masseelemente 150, die verschiebbar am zweiten Teilflansch 145 angeordnet sind, um mit diesem ein Fliehkraftpendel zu bilden, ein Druckfedersystem 155, einen Ausgangsflansch 160 und eine Nabe 165, die als Ausgangsseite des Torsionsschwingungsdämpfers 100 dient.
In einer üblichen Übertragungsrichtung wird Drehmoment in die Kupplungsglocke 110 eingetragen und mittels der Niete 120 an den Eingangsflansch 115 übermittelt. Ein Abschnitt des Eingangsflanschs 115 ist axial so gebogen, dass er an einem in Umfangsrichtung liegenden Ende der Bogenfeder 125 anliegt. Über diese Anlage wird die Kraft in die Bogenfeder 125 eingeleitet und am entgegengesetzten Ende der Bogenfeder 125 in einen entsprechend geformten und angeordneten Abschnitt des ersten Teilflanschs 140 des Zwischenflanschs 135 ausgeleitet.
Die beiden Teilflansche 140, 145 sind starr mittels nicht dargestellter Bolzen miteinander verbunden. In den Teilflanschen 140, 145 sind Aussparungen eingebracht, an deren Begrenzungen Enden des Federsystems 155 anliegen. In entsprechender Weise ist im Ausgangsflansch 160 eine Aussparung eingebracht, an dessen Begrenzungen das Federsystem 155 anliegt. Mittels des Federsystems 155 wird die Kraft vom Zwischenflansch 135 an den Ausgangsflansch 160 und von dort an die Nabe 165 weitergegeben.
Der dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer 100 ist ein serieller Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Fliehkraftpendel am Zwischenflansch 135.
Das Halteelement 130 („Retainer“) kann am Eingangsflansch 115 oder am Zwischenflansch 135 bzw. dem ersten Teilflansch 140 befestigt sein. Dabei weist das Halteelement 130 eine Gleitoberfläche 170 auf, die der Bogenfeder 125 zugewandt und dazu eingerichtet ist, in Anlage mit der Bogenfeder 125 zu stehen. Die Kompressionsrichtung der Bogenfeder 125 folgt dem Umfang um die Drehachse 105, auf dem die Bogenfeder 125 angeordnet ist. Das Halteelement 130 ist zur Führung der Bogenfeder 125 senkrecht zur Kompressionsrichtung, also radial und axial bezüglich der Drehachse 105, eingerichtet. Die Führung erfolgt insbesondere auf der radialen Außenseite der Bogenfeder 125, da die Bogenfeder 125 unter Einfluss von Fliehkraft bei höheren Drehzahlen des Torsionsschwingungsdämpfers 100 in diese Richtung gepresst wird. Die Gleitoberfläche 170 kann sich jedoch auch auf Abschnitte des Halteelements 130 erstrecken, die die Bogenfeder 125 in axialer Richtung oder in radialer Richtung nach innen abstützen.
2–9 zeigen jeweils einen Abschnitt der Gleitoberfläche 170 des Halteelements 130 des Torsionsschwingungsdämpfers 100 aus 1. Eine Laufrichtung bzw. eine Umfangsrichtung des Halteelements 130 verläuft jeweils in vertikaler Richtung, während sich die Drehachse 105 aus 1 in horizontaler Richtung erstreckt.
2 zeigt eine Ausführungsform der Gleitoberfläche 170 mit ersten Vertiefungen 205 und zweiten Vertiefungen 210. Die ersten Vertiefungen 205 sind zueinander parallel und die zweiten Vertiefungen 210 sind zueinander parallel, wobei erste und zweite Vertiefungen 205, 210 pfeilförmig auf einen sich in vertikaler Richtung erstreckenden Abschnitt vorbestimmter Breite der Gleitoberfläche 170 hin erstrecken, in dem keine Vertiefungen 205, 210 eingebracht sind. Dieser Bereich befindet sich vorzugsweise an einem äußeren Umfang der Bogenfeder 125.
Wie auch in den anderen, in den 3–9 dargestellten Ausführungsformen, sind die Vertiefungen 205, 210 nur in einem relativ kleinen Anteil der Gleitoberfläche 170 eingebracht. In einer bevorzugten Ausführungsform liegt dieser Anteil unterhalb von ca. 2–5% der Oberfläche.
3 zeigt eine Ausführungsform, in der nur erste Vertiefungen 205 vorliegen, die linienförmig und zueinander parallel sind und dabei ein Wellenmuster entlang der vertikalen Richtung bilden.
4 zeigt eine Ausführungsform, in der die ersten Vertiefungen 205 zueinander parallel sind und einen Winkel im Bereich von ca. 5–20 Grad zur vertikalen Richtung einnehmen.
5 zeigt eine Ausführungsform ähnlich der von 4, wobei der Winkel zwischen den ersten Vertiefungen 205 und der vertikalen Richtung 0 Grad beträgt.
In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die ersten Vertiefungen 205 wieder linienförmig und parallel und schließen einen Winkel von ca. 45 Grad mit der vertikalen Richtung bzw. der Kompressionsrichtung der Bogenfeder 125 ein. In einer weiteren Ausführungsform kann dieser Winkel auch variiert werden und beispielsweise im Bereich von ca. 30–60 Grad liegen.
7 zeigt eine Ausführungsform mit linienförmigen, parallelen ersten Vertiefungen 205 und linienförmigen, parallelen zweiten Vertiefungen 210, wobei die zweiten Vertiefungen 210 parallel zur vertikalen Richtung verlaufen und die ersten Vertiefungen 205 mit den zweiten Vertiefungen 210 einen Winkel von ca. 80–100 Grad, vorzugsweise den rechten Winkel, einschließen.
8 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie die von 7, wobei die Richtungen der ersten und zweiten Vertiefungen 205, 210 jeweils einen Winkel von ca. 45 Grad mit der vertikalen Richtung einschließt.
9 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Anzahl kreisförmiger Vertiefungen 205 in einem regelmäßigen, matrixartigen Muster in die Gleitoberfläche 170 eingebacht ist.
Nicht dargestellt in den 2–9 sind Variationen, in denen linienförmige oder kreisförmige Vertiefungen 205, 210 in zufälligen Anordnungen bzw. Richtungen in die Oberfläche 170 eingebracht sind. Es sind Kombinationen sowohl der dargestellten Ausführungsformen der 2–10 und der nicht dargestellten, zufälligen Anordnungen möglich.
10 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zur Herstellung des Halteelements 130 aus 1.
Das Verfahren 900 beginnt in einem Schritt 905. In einer ersten Variante des Verfahrens 900 werden anschließend zwei Schritte 910 und 915 parallel bzw. gleichzeitig miteinander ausgeführt. In Schritt 910 wird ein Rohling für das Halteelement 130 aus einem Blech ausgestanzt. Gleichzeitig werden im Schritt 915 Vertiefungen 205, 210 in die Oberfläche 170 des Rohlings eingebracht. Die parallele Ausführung der Schritte 910 und 915 kann vorteilhafterweise dadurch realisiert sein, dass ein Stanzwerkzeug, ein sogenannter Stempel, eine korrespondierende, erhabene Struktur trägt, die während des Stanzvorgangs in die Gleitoberfläche 170 eingedrückt wird.
In einer zweiten Variante des Verfahrens können die Vertiefungen 205, 210 auch erst nach dem Stanzen des Schritts 910 im Schritt 920 eingebracht werden. Dazu können die Vertiefungen 205, 210 bevorzugterweise durch Rollieren oder Rändeln in die Gleitoberfläche 170 eingedrückt werden. Ungeordnete bzw. chaotische Anordnungen der Vertiefungen 205, 210 können alternativ oder zusätzlich beispielsweise mittels Schleifen mit grobem Korn oder Sandstrahlen mit groben Körnern in die Oberfläche 170 eingebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform kann das Einbringen der Vertiefungen im Schritt 920 auch bereits vor dem Stanzen im Schritt 910 durchgeführt werden.
In einem nachfolgenden Schritt 925 wird der Rohling gebogen, so dass er die endgültige Form des Halteelements 130 einnimmt und dabei die Gleitoberfläche 170 in die korrekte Position bezüglich der später zu montierenden Bogenfeder 125 gelangt. In einer Ausführungsform kann das Einbringen der Vertiefungen vom Schritt 920 auch nach dem Schritt 925 erfolgen.
Ein weiterer optionaler Schritt 930 betrifft eine Oberflächenbehandlung der Gleitoberfläche 170. Die Oberfläche 170 wird, insbesondere im Bereich außerhalb der Vertiefungen 205, 210, gehärtet, beispielsweise durch Nitridieren.
Ein weiterer optionaler Schritt 935 betrifft ein Glätten der Oberfläche 170. Das Glätten kann beispielsweise durch Polieren oder Läppen erfolgen.
Die Schritte 930 und 935 können in anderen Variationen des Verfahrens 900 in beliebiger Reihenfolge mit den restlichen Schritten 905 bis 925 ausgeführt werden.
Das Verfahren 900 endet schließlich in einem Schritt 940.
Bezugszeichenliste

100: Torsionsschwingungsdämpfer
102: Schmiermittel
105: Drehachse
110: Kupplungsglocke (Eingangsseite)
115: Eingangsflansch
120: Niete
125: Bogenfeder
130: Halteelement
135: Zwischenflansch
140: erster Teilflansch
145: zweiter Teilflansch
150: Masseelemente
155: Druckfedersystem
160: Ausgangsflansch
165: Nabe (Ausgangsseite)
170: Gleitoberfläche
205: erste Vertiefungen
210: zweite Vertiefungen
900: Verfahren
905: Start
910: Stanzen
915: Stempeln der Vertiefungen beim Stanzen
920: nachträgliches Einbringen der Vertiefungen (Rändeln, Rollieren, Schleifen, Sandstrahlen)
925: Biegen
930: Nitrieren
935: Polieren
940: Ende

Claims

Torsionsschwingungsdämpfer (100) zur Übertragung von Drehmoment umfasst eine Bogenfeder (125) und ein Halteelement (130) zum Führen der Bogenfeder (125) senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Bogenfeder (125) in Eingriff stehende Oberfläche (170) des Halteelements (130) Vertiefungen (205, 210) zur Aufnahme eines Schmiermittels (102) aufweist.
Torsionsschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen parallele erste Vertiefungen (205) umfassen.
Torsionsschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 2, wobei die Vertiefungen parallele zweite Vertiefungen (210) umfassen, die mit den ersten Vertiefungen (205) einen vorbestimmten Winkel einschließen.
Torsionsschwingungsdämpfer (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen (205, 210) Kreisflächen umfassen.
Torsionsschwingungsdämpfer (100) nach Anspruch 1 oder 4, wobei die Vertiefungen (205, 210) unregelmäßig sind.
Verfahren (900) zur Herstellung eines Halteelements (130) für einen Torsionsschwingungsdämpfer (100) zur Übertragung von Drehmoment, wobei das Halteelement (130) zum Führen einer Bogenfeder (125) senkrecht zu ihrer Kompressionsrichtung eingerichtet ist, folgende Schritte umfassend: – Stanzen (910) eines Rohlings aus einem Blech; – Biegen (925) des Rohlings, um eine Oberfläche (170) auszubilden, die dazu eingerichtet ist, mit der Bogenfeder (125) in Eingriff zu stehen; – Einbringen (915, 920) von Vertiefungen (205, 210) in die Oberfläche (170).
Verfahren (900) nach Anspruch 6, wobei die Vertiefungen (205, 210) während des Stanzens (910) in die Oberfläche (170) eingebracht (915) werden.
Verfahren (900) nach Anspruch 6, wobei die Vertiefungen (205, 210) nach dem Stanzen (910) in die Oberfläche (170) eingebracht (920) werden.
Verfahren (900) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend den Schritt des Glättens (935) der Oberfläche (170).