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Die Erfindung betrifft einen Torsionsdämpfer. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Torsionsdämpfer mit einem Energiespeicherelement zur elastischen Übertragung eines Drehmoments zwischen einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite. Ferner betrifft die Erfindung einen Drehmomentwandler mit einem solchen Torsionsdämpfer.
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In einem Antriebsstrang, beispielsweise zwischen einem Antriebsmotor und einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, kann ein Drehmomentwandler mit einem Torsionsdämpfer verwendet werden, um ein Drehmoment in dem Antriebsstrang zu übermitteln. Dabei umfasst der Torsionsdämpfer üblicherweise eine Bogenfeder oder ein anderes Energiespeicherelement, das auf einem Umfang um eine Drehachse angeordnet ist. Enden der Bogenfeder stehen mit einer Eingangsseite bzw. einer Ausgangsseite des Torsionsdämpfers in Anlage. Ändert sich das übertragene Drehmoment, beispielsweise infolge einer Drehmomentschwankung oder einer Drehschwingung im Antriebsstrang, so wird die Bogenfeder komprimiert bzw. dekomprimiert und trägt dazu bei, die Drehmomentschwankung zwischen den beiden Seiten zu isolieren.
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Die Bogenfeder dreht sich mit der Eingangsseite und der Ausgangsseite um die Drehachse, so dass die Bogenfeder einer Fliehkraft ausgesetzt ist. Außerdem entsteht eine radial nach außen gerichtete Kraft auf die Bogenfeder, wenn ihre Enden zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite komprimiert werden. Zur Abstützung der Bogenfeder radial nach außen wird häufig ein so genannter Retainer verwendet. Der Retainer ist an der Eingangsseite oder der Ausgangsseite ausgebildet oder befestigt und umfasst ein Halteelement zur Anlage an der radialen Außenseite der Bogenfeder, um diese abzustützen. Dabei entsteht während einer Kompression oder Dekompression der Bogenfeder eine Reibung zwischen dem Retainer und Abschnitten der Bogenfeder.
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Ist der Retainer beispielsweise an der Ausgangsseite befestigt, so bewegt sich das an der Eingangsseite anliegende axiale Ende der Bogenfeder während einer Kompression oder Dekompression weitere gegenüber dem Retainer als das an der Ausgangsseite anliegende Ende. Dadurch ergibt sich eine ungleichmäßige Verteilung von Reib- bzw. Federkräften entlang der Bogenfeder, die ein Ansprechverhalten und eine Haltbarkeit der Bogenfeder beeinträchtigen können.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Torsionsdämpfer für einen Drehmomentwandler anzugeben, der eine gleichmäßigere Belastung des Energiespeicherelements erlaubt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Torsionsdämpfers und eines Drehmomentwandlers mit dem Torsionsdämpfer, jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein erfindungsgemäßer Torsionsdämpfer umfasst eine Eingangsseite zur Einleitung eines Drehmoments, eine Ausgangsseite zur Abgabe des Drehmoments, ein Energiespeicherelement, das zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf einem Umfang um eine Drehachse angeordnet ist, um das Drehmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite elastisch zu übermitteln, und ein an der radial äußeren Seite des Energiespeicherelements angeordnetes Halteelement zur Abstützung des Energiespeicherelements. Dabei ist ein Drehwinkel des Halteelements bezüglich der Eingangsseite und der Ausgangsseite um die Drehachse unbeschränkt.
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Das solchermaßen freilaufende Halteelement kann insbesondere in seiner Drehung nur durch Reibungskräfte mit der Eingangs- oder Ausgangsseite gekoppelt sein. Dabei können die Reibungskräfte durch das Energiespeicherelement übertragen sein. Das Halteelement ist nicht Bestandteil des Kraftflusses zwischen der Eingangs- und der Ausgangsseite und kann dazu beitragen, dass Windungen des Energiespeicherelements an entgegen gesetzten Enden einer gleichstarken Reibung bzw. einem gleichlangen Reibungsweg bezüglich des Halteelements ausgesetzt sind, wenn das Energiespeicherelement komprimiert oder dekomprimiert wird. Die dynamischen Eigenschaften des Energiespeicherelements zur Isolation von Drehschwingungen, insbesondere ein Ansprechverhalten und eine Grenzfrequenz, können dadurch positiv beeinflusst sein. Außerdem kann die insgesamte Reibung des Energiespeicherelements am Halteelement reduziert sein, wodurch die Haltbarkeit des Energiespeicherelements verlängert sein kann. Ferner kann dadurch ein Abrieb zwischen dem Energiespeicherelement und dem Halteelement minimiert sein, so dass ein durch den Abrieb verursachter Verschleiß an anderen Elementen im Bereich des Torsionsdämpfers verringert sein kann. Elemente des Torsionsdämpfers können auch schwächer dimensioniert sein, wodurch dich Kostenvorteile ergeben können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Halteelement dazu eingerichtet sein, das Energiespeicherelement auf einer oder beiden axialen Seiten abzustützen. Das Halteelement kann auf diese Weise das Energiespeicherelement sowohl radial als auch axial fixieren, so dass die Betätigung des Energiespeicherelements von ihrer Halterung funktional getrennt ist. Durch die Funktionstrennung können die einzelnen Bauelemente verbessert auf ihren zugeordneten Zweck hin optimiert werden.
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Das Halteelement kann einen radialen Abschnitt zur radialen Abstützung gegenüber der Eingangs- oder Ausgangsseite umfassen, um das Halteelement bezüglich der Drehachse zu zentrieren. Eine Unwucht, zu der das Energiespeicherelement in bestimmten Betriebszuständen neigen kann, kann so verbessert unterdrückt werden. Der radiale Abschnitt ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, in einer anderen Ausführungsform kann der radiale Abschnitt auch entfallen und das Halteelement kann nach Art eines umlaufenden Reifens radial außen an dem Energiespeicherelement anliegen. Ein direkter Kontakt zwischen dem Halteelement und der Eingangs- bzw. Ausgangsseite kann so vermieden sein, so dass eine rotatorische Position des Halteelements nur noch mittelbar von den Bewegungen der Eingangs- und Ausgangsseite abhängen kann.
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Ist der radiale Abschnitt vorgesehen, kann an der Eingangs- bzw. Ausgangsseite ein axiales Fixierelement vorgesehen sein, um den radialen Abschnitt des Halteelements in axialer Richtung zu fixieren. Eine axiale Reibungskraft zwischen dem Energiespeicherelement und dem Halteelement kann dadurch reduziert sein.
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Bevorzugterweise ist das Halteelement aus einem Blech herstellbar. Dadurch kann das Halteelement einem bekannten Halteelement ähneln und auf die gleiche Weise herstellbar sein. Insbesondere kann das Halteelement aus einem bekannten Halteelement mit einem zusätzlichen radialen Abschnitt hervorgehen.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Energiespeicherelemente vorgesehen, die parallel wirken und durch das Halteelement abgestützt sind. Dabei liegen die Energiespeicherelemente bevorzugterweise auf demselben Umfang um die Drehachse, so dass durch die unterschiedlichen Energiespeicherelemente auf das Halteelement ausgeübte Fliehkräfte sich gegenseitig wenigstens teilweise auslöschen können. Kräfte zur Abstützung des Halteelements bezüglich beispielsweise der Eingangsseite oder der Ausgangsseite können dadurch minimiert sein.
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In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Eingangs- oder die Ausgangsseite eine Nabe, die drehmomentschlüssig mit einem radialen Element verbunden ist, das mit einem Ende des Energiespeicherelements in Eingriff steht. Die Nabe kann vorteilhaft verwendet werden, um den radialen Abschnitt des Halteelements radial oder axial zu fixieren. Der radiale Abschnitt des Halteelements kann sich an einen radialen Abschnitt der Eingangs- bzw. Ausgangsseite anschmiegen, so dass der Torsionsdämpfer kompakt aufgebaut sein kann.
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Ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler umfasst den beschriebenen Torsionsdämpfer, wobei der Drehmomentwandler eine hydrodynamische Übertragungseinrichtung mit einer Flüssigkeit zur Übertragung von Drehmoment parallel zum Energiespeicherelement umfasst. Die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Torsionsdämpfers bei der Schwingungsdämpfung können somit vorteilhaft in einem Drehmomentwandler angewendet werden. Dabei wird die Schwingungsdämpfung während der Drehmomentübertragung ausschließlich durch die hydrodynamische Übertragungseinrichtung durch diese realisiert, so dass das Energiespeicherelement des Torsionsdämpfers spezifisch zur Unterdrückung von Drehmomentschwingungen während eines Fahrbetriebs ausgelegt sein kann, bei dem die hydrodynamische Übertragungseinrichtung überbrückt ist, beispielsweise mittels einer Reibkupplung. Die Federeigenschaften des Energiespeicherelements können somit in verbesserter Weise an den Fahrbetrieb angepasst werden, wodurch eine bessere Schwingungsisolation im Fahrbetrieb erzielt werden kann.
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Bevorzugterweise ist das Halteelement der Flüssigkeit der Übertragungseinrichtung ausgesetzt. Die Beweglichkeit des Halteelements bezüglich des Energiespeicherelements kann dadurch weiter erhöht sein, wodurch eine weiter verbesserte Schwingungsdämpfung gelingen kann.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Drehmomentwandler mit Torsionsdämpfer; und
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2 eine Prinzipdarstellung des Torsionsdämpfers aus 1 darstellt.
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1 zeigt einen in einem Längsschnitt, wobei nur die obere Hälfte des Drehmomentwandlers 100 dargestellt ist.
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Der Drehmomentwandler 100 ist dazu eingerichtet, ein Drehmoment bezüglich einer Drehachse 105 zu übertragen. Dazu umfasst der Drehmomentwandler 100 eine Primärseite 110 zur Verbindung mit einem Antriebsmotor in einem Antriebsstrang, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, und eine Sekundärseite 115 zur Verbindung mit einem Getriebe des Kraftfahrzeugs. Die Primärseite 110 umfasst einen Flansch 120 zur Einleitung des Drehmoments. Die Sekundärseite 115 ist durch eine Nabe 125 gebildet, die bevorzugterweise eine Verzahnung oder ein Keilprofil zur Abgabe des übertragenen Drehmoments an eine Welle aufweist.
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Zwischen der Primärseite 110 und der Sekundärseite 115 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 130 angebracht. Der Drehmomentwandler 130 umfasst ein Gehäuse 135, an dem ein Pumpenrad 140 befestigt oder ausgebildet ist, ein Turbinenrad 145, das mit der Nabe 125 verbunden ist, und ein Leitrad 150. Innerhalb des Gehäuses 135, insbesondere zwischen dem Pumpenrad 140, dem Turbinenrad 145 und dem Leitrad 150, ist eine Flüssigkeit 155, insbesondere ein Öl, zur strömungstechnischen Kraftübertragung zwischen dem Pumpenrad 140 und dem Turbinenrad 145 vorgesehen. In einer Ausführungsform des Drehmomentwandlers 100 bestehen Einrichtungen, um die Flüssigkeit 155 innerhalb des Gehäuses 135 zu zirkulieren.
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Der Drehmomentwandler 100 umfasst ferner zur Bereitstellung eines alternativen Kraftübertragungswegs von der Primärseite 110 zur Sekundärseite 115 einen Torsionsdämpfer 160. Zur Nutzung dieses Wegs wird mittels einer Reibkupplung 165 ein Kraftschluss vom Gehäuse 135 bzw. dem Flansch 120 der Primärseite 110 des Drehmomentwandlers 100 auf eine Eingangsseite 170 des Torsionsdämpfers 160 bereitgestellt. Ein Energiespeicherelement 175 erstreckt sich entlang eines Umfangs um die Drehachse 105 und steht mit ihren axialen Enden mit der Eingangsseite 170 bzw. einer Ausgangsseite 180 des Torsionsdämpfers 160 in Eingriff. Das Energiespeicherelement 175 ist hier als Bogenfeder dargestellt, kann jedoch auch als Druck- oder Zugfeder realisiert sein. Die Ausgangsseite 180 ist drehmomentsteif mit der Nabe 125 verbunden, welche gleichzeitig die Sekundärseite 115 des Drehmomentwandlers 100 bildet.
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Das Energiespeicherelement 175 ist an seiner radialen Außenseite von einem Halteelement 185 geführt. Das Halteelement 185, das auch Retainer genannt wird, ist vorzugsweise durch Umformen aus einem Blech, insbesondere einem ebenen Metallblech, herstellbar. In der dargestellten Ausführungsform liegt das Halteelement 185 auch in beiden axialen Richtungen, bezogen auf die Drehachse 105 an dem Energiespeicherelement 175 an.
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Ein optionaler radialer Abschnitt 190 des Halteelements 185 erstreckt sich auf die Drehachse 105 zu bis zur Nabe 125. Dabei kann der radiale Abschnitt 190 wie dargestellt in axialer Richtung gebogen sein, um einen zur Verfügung stehenden Bauraum optimal auszunutzen. Insbesondere kann der radiale Abschnitt 190 der Krümmung des Turbinenrads 145 angepasst sein. In der dargestellten Ausführungsform liegt der radiale Abschnitt 190 zwischen dem Turbinenrad 145 und der Ausgangsseite 180; in anderen Ausführungsformen kann der radiale Abschnitt 190 beispielsweise auch zwischen der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180 oder zwischen dem Gehäuse 135 und der Eingangsseite 170 angeordnet sein.
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Entscheidend ist, dass das Halteelement 185 weder an der Eingangsseite 170 noch an der Ausgangsseite 180 starr befestigt ist. Vielmehr ist das Halteelement 185, abgesehen von Reibungskräften, frei und unabhängig von der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180 um die Drehachse 105 drehbar. Auf das Energiespeicherelement 175 radial nach außen wirkende Kräfte, die beispielsweise durch Fliehkräfte während der Drehung der Bogenfeder 175 um die Drehachse 105 oder durch Scherkräfte während einer Kompression des Energiespeicherelements 175 zwischen der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180 gebildet sein können, werden praktisch vollständig durch das Halteelement 185 aufgenommen, wodurch eine Kompression bzw. Dekompression des Energiespeicherelements 175 durch Reibung am Halteelement 185 möglichst wenig bedämpft wird. Insbesondere können durch das freilaufende Halteelement 185 beim Komprimieren bzw. Expandieren des Energiespeicherelements 175 relative Wege einander gegenüber liegender Enden des Energiespeicherelements 175 jeweils bezüglich des Halteelements 185 gleich lang sein und die jeweils in radialer Richtung auf das Energiespeicherelement 175 wirkenden Kräfte können einander entsprechen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist das Halteelement 185 an einem Absatz 195 der Nabe 125 sowohl axial als auch radial fixiert. In anderen Ausführungsformen kann auch nur eine axiale oder nur eine radiale Fixierung vorgesehen sein. Die radiale oder axiale Fixierung kann auch bezüglich eines anderen Elements des Torsionsdämpfers 160 bzw. des Drehmomentwandlers 100 erfolgen, insbesondere bezüglich des Gehäuses 135 des Drehmomentwandlers 130. Der radiale Abschnitt 190 des Halteelements 185 kann auch entfallen, wobei üblicherweise die axiale und radiale Fixierung des Halteelements 185 bezüglich des Energiespeicherelements 175 erfolgen müssen.
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2 zeigt eine Prinzipdarstellung des Torsionsdämpfers 160 aus 1 während einer Kompression des Energiespeicherelements 175. Der Torsionsdämpfer 160 ist nicht auf einen Einsatz innerhalb des Drehmomentwandlers 100 beschränkt, vielmehr ist das Prinzip des Torsionsdämpfers 160 zur allgemeinen Tilgung von Torsionsschwingungen während der Übertragung von Drehmoment um eine Drehachse 105 einsetzbar.
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Auf einem Umfang 205 um die Drehachse 105 verteilt liegen drei Energiespeicherelemente 210, 215 und 220, die jeweils dem Energiespeicherelement 175 aus 1 entsprechen. An ihren radialen Außenseiten sind die Energiespeicherelemente 210 bis 220 durch das Halteelement 185 gehalten. Die Energiespeicherelemente 210 bis 220 wirken trotz ihrer geometrisch seriellen Anordnung parallel zwischen der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180. Die Betätigung der Energiespeicherelemente 210 bis 220 erfolgt üblicherweise so, dass die Energiespeicherelemente 210 bis 220 sowohl bei einem positiven wie auch bei einem negativen Verdrehwinkel zwischen der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180 komprimiert werden.
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Im folgenden soll nur das oberste Energiespeicherelement 215 betrachtet werden. Das Energiespeicherelement 215 liegt an einem ersten axialen Ende 225 an der Eingangsseite 170 und an einem gegenüberliegenden, zweiten Ende 230 an der Ausgangsseite 180 des Torsionsdämpfers 160 an. Die Windungen des Energiespeicherelements 215 werden durch Fliehkräfte während der Drehung des Energiespeicherelements 215 um die Drehachse 105 oder durch Scherkräfte, die bei der Kompression des Energiespeicherelements 215 entstehen, radial nach außen gegen das Halteelement 185 gedrückt. Da das Halteelement 185 bezüglich der Eingangsseite 170 und der Ausgangsseite 180 frei läuft, überstreichen beim Komprimieren bzw. Dekomprimieren des Energiespeicherelements 215 die Windungen des Energiespeicherelements 215, die nahe der Enden 225 und 230 liegen, gleichlange Abschnitte des Halteelements 185.
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Dadurch kann die Kompression bzw. Dekompression des Energiespeicherelements 215 durch das Halteelement 185 insgesamt schwächer und vor und insbesondere gleichmäßiger bedämpft sein, so dass ein Ansprechverhalten des Energiespeicherelements 215 verbessert sein kann.
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Durch den Eingriff der Enden 225 bzw. 230 mit der Eingangsseite 170 bzw. der Ausgangsseite 180 können Windungen des Energiespeicherelements 215 nahe der Enden 225 bzw. 230 zusätzlich gegen eine radial nach außen wirkende Kraft abgestützt sein. Windungen des Energiespeicherelements 215, die zwischen den Enden 225 und 230 liegen, können daher entsprechend ihres Abstands vom nächstliegenden Ende 225, 230 stärker gegen das Halteelement 185 gepresst werden als Windungen nahe der Enden 225 bzw. 230. Eine Drehung des Halteelements 185 bezüglich des Energiespeicherelements 215 bei aufeinander folgenden Kompressionen und Expansionen des Energiespeicherelements 215 kann dadurch gering sein.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Drehmomentwandler
- 105
- Drehachse
- 110
- Primärseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- Flansch
- 125
- Nabe
- 130
- Drehmomentwandler
- 135
- Gehäuse
- 140
- Pumpenrad
- 145
- Turbinenrad
- 150
- Leitrad
- 155
- Flüssigkeit
- 160
- Torsionsdämpfer
- 165
- Reibkupplung
- 170
- Eingangsseite
- 175
- Energiespeicherelement
- 180
- Ausgangsseite
- 185
- Halteelement
- 190
- radialer Abschnitt
- 195
- Absatz
- 205
- Umfang
- 210, 215, 220
- Energiespeicherelemente
- 225
- erstes Ende
- 230
- zweites Ende
