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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentkupplung zur Übermittlung von Drehmoment von zwei Antriebsmotoren an ein Getriebe. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Drehmomentkupplung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantrieb.
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Ein Hybridantrieb umfasst einen Antriebsstrang, der Drehmoment eines ersten Antriebsmotors und eines zweiten Antriebsmotors an eine Antriebseinrichtung übermittelt. Üblicherweise sind die Antriebsmotoren bauartverschieden, insbesondere kann der erste Antriebsmotor ein Hubkolben-Verbrennungsmotor und der zweite Antriebsmotor ein Elektromotor sein. In unterschiedlichen Konstellationen wirken nur einer oder beide Antriebsmotoren auf die Antriebseinrichtung. Eine Drehmomentkupplung im Antriebsstrang stellt die drehmomentschlüssige Kopplung der Antriebsmotoren mit der Antriebseinrichtung bereit.
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DE 10 2009 024 530 A1 zeigt einen Antriebsstrang für Hybridfahrzeuge, wobei der Antriebsstrang einen drehzahladaptiven Tilger zur Reduzierung von Drehungleichförmigkeiten aufweist.
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DE 10 2009 039 076 A1 zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybrid-Kraftfahrzeugs, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung mehrere Schwungmassen und eine Fliehkraftpendeleinrichtung zum Reduzieren von Drehschwingungen umfasst.
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DE 10 2009 012 485 A1 zeigt einen weiteren Antriebsstrang für einen Hybridantrieb, wobei zur Reduzierung von Brummgeräuschen im niedertourigen Fahrbereich zwischen dem ersten Antriebsmotor und dem zweiten Antriebsmotor ein Feder- und Dämpfungssystem mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung vorgesehen ist.
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DE 199 13 015 A1 zeigt eine Drehmomentkupplung für ein Hybrid-Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Elektro-Antriebsmotor auf eine rotierende Baugruppe wirkt, an der eine Fliehkraftpendeleinrichtung angebracht ist.
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Üblicherweise wird das Drehmoment des ersten Antriebsmotors über einen ersten Torsionsschwingungsdämpfer zu einer nassen oder trockenen Anfahrkupplung geleitet, deren Ausgangsteil mit dem zweiten Antriebsmotor verbunden ist. Von dort aus wird das Drehmoment beider Antriebsmotoren mittels eines zweiten Torsionsschwingungsdämpfers in ein nachgeschaltetes Getriebe eingeleitet. Zur Minimierung von Bauraum und Herstellungskosten ist es wünschenswert, einen der Torsionsschwingungsdämpfer einzusparen. Um trotzdem eine zufriedenstellende Tilgung von Torsionsschwingungen zu erzielen, ist es erforderlich, den verbleibenden Torsionsschwingungsdämpfer als Kombination zweiter in Serie geschalteter Schwingungsdämpfer, gegebenenfalls mit einem zusätzlichen Fliehkraftpendel, auszuführen. Dabei erfolgt die Anbindung beider Antriebsmotoren üblicherweise über eine Primärseite des Torsionsschwingungsdämpfers.
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Dieser Aufbau hat zur Folge, dass sich die Primärmasse und damit auch das Massenträgheitsmoment des Dämpfungssystems durch den zweiten Antriebsmotor deutlich vergrößert. Die Isolation von Drehschwingungen ist dadurch häufig deutlich schlechter als beispielsweise in einem Wandlerhybridsystem, bei dem ein hydraulischer Drehmomentwandler an einem Zwischenflansch des seriellen Torsionsschwingungsdämpfers angebunden ist, und bei dem die Masse des Zwischenflanschs reduziert sein kann, damit die Resonanzfrequenz des Wandler-Hybridsystems in einem Bereich liegt, der außerhalb eines üblichen Drehzahlbandes im Antriebsstrang liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentkupplung zur Übermittlung von Drehmoment von zwei Antriebsmotoren an ein Getriebe bereitzustellen, wobei die Drehmomentkupplung eine verbesserte Dämpfung von Torsionsschwingungen bereitstellt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels einer Drehmomentkupplung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Abhängige Ansprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine erfindungsgemäße Drehmomentkupplung zur Übermittlung von Drehmoment von zwei Antriebsmotoren an ein Getriebe, insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfasst eine erste Eingangsseite zur Verbindung mit einem ersten Antriebsmotor, eine zweite Eingangsseite zur Verbindung mit einem zweiten Antriebsmotor, einen ersten Schwingungsdämpfer zur Übermittlung von Drehmoment zwischen der ersten Eingangsseite und einem Zwischenflansch und einem zweiten Schwingungsdämpfer zur Übermittlung von Drehmoment zwischen dem Zwischenflansch und der Ausgangsseite. Dabei ist die zweite Eingangsseite mit dem Zwischenflansch statt mit der ersten Eingangsseite verbunden.
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Dadurch muss der erste Schwingungsdämpfer nur noch das Antriebsmoment des ersten Antriebsmotors übertragen und kann folglich schwächer dimensioniert werden. Die Federrate des ersten Schwingungsdämpfers kann durch den gewählten Aufbau der Drehmomentkupplung reduziert werden. Dadurch ist ein kompakterer und leichterer Aufbau der Drehmomentkupplung möglich. Eine Federrate am zweiten Schwingungsdämpfer kann ebenfalls reduziert werden. Eine Gesamtfederrate beider Schwingungsdämpfer kann dadurch verbessert zur Tilgung von Drehschwingungen angepasst sein. Außerdem können Wechselmomente im Bereich der ersten Eingangsseite durch die starre Kopplung der zweiten Eingangsseite mit dem Zwischenflansch reduziert sein. Eine steuerbare Trennkupplung zum Übertragen von Drehmoment von oder zu der ersten Eingangsseite kann somit verbessert steuerbar sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Zwischenflansch ein Fliehkraftpendel angebracht. Torsionsschwingungen sowohl des ersten als auch des zweiten Antriebsmotors können dadurch effizient getilgt werden.
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Der erste Schwingungsdämpfer kann am Zwischenflansch radial außen und der zweite Schwingungsdämpfer am Zwischenflansch radial innen angebracht sein. Dadurch kann sich ein kompakter Aufbau der Drehmomentkupplung ergeben, wobei die Bauräume für Federsysteme der Schwingungsdämpfer mit angepassten Federraten bzw. Federwegen der Schwingungsdämpfer korrespondieren können.
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Der erste Schwingungsdämpfer kann eine Bogenfeder und der zweite Schwingungsdämpfer eine Druckfeder umfassen. Der zur Verfügung stehende Bauraum kann dadurch optimal ausgenutzt werden.
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In einer Ausführungsform ist zwischen der ersten Eingangsseite und dem ersten Schwingungsdämpfer ein Eingangsflansch zur radialen Drehmomentübertragung angeordnet, und der Eingangsflansch umfasst einen Ausschnitt, durch den in axialer Richtung ein Mitnehmer zur Verbindung der zweiten Eingangsseite mit dem Zwischenflansch verläuft.
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Der Eingangsflansch ist gegenüber dem Zwischenflansch nur über einen vorbestimmten Verdrehwinkel verdrehbar, der durch den ersten Schwingungsdämpfer definiert ist. Der Ausschnitt im Eingangsflansch kann daher groß genug dimensioniert werden, um den Mitnehmer unter jedem Verdrehwinkel berührungsfrei passieren zu lassen, ohne dass durch die Größe des Ausschnitts der Eingangsflansch strukturell nennenswert geschädigt wird. Durch die Verwendung des axialen Mitnehmers können beide Eingangsseiten axial auf der gleichen Seite der beiden Schwingungsdämpfer angeordnet sein. Dadurch ist ein vorteilhaft kompakter Aufbau der Drehmomentkupplung möglich.
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Die Drehmomentkupplung kann ferner ein Gehäuse umfassen, wobei der zweite Antriebsmotor einen radial äußeren Stator und einen radial inneren Rotor umfasst, und der Stator mit dem Gehäuse und der Rotor mit dem Zwischenflansch verbunden ist. So kann auf kompakte und effiziente Weise der zweite Antriebsmotor mit der Drehmomentkupplung gekapselt werden, so dass eine separat handhabbare Einheit entsteht.
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Die Drehmomentkupplung kann ferner eine Reibscheibenkupplung zur selektiven Herstellung eines Drehmomentflusses zwischen der ersten Eingangsseite und dem ersten Schwingungsdämpfer umfassen, wobei die Reibscheibenkupplung radial innerhalb des Rotors des zweiten Antriebsmotors angeordnet ist. Zur Verfügung stehender Bauraum radial innerhalb des Rotors des zweiten Antriebsmotors kann somit vorteilhaft genutzt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Antriebsmotor eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Hubkolben-Verbrennungsmotor.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen.
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1 eine schematische Darstellung einer Drehmomentkupplung;
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2 eine schematische Darstellung einer weiteren Drehmomentkupplung mit zusätzlichen Elementen;
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3 eine Schnittansicht durch noch eine weitere Drehmomentkupplung;
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4 ein Diagramm von Schwingungsisolationswerten von Drehmomentkupplungen über eine Drehzahl; und
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5 ein Diagramm von Drehmomentverläufen an Drehmomentkupplungen darstellt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Drehmomentkupplung 100. Die Drehmomentkupplung 100 umfasst eine erste Eingangsseite 105, eine zweite Eingangsseite 110 und eine Ausgangsseite 115. Die Eingangs- und Ausgangsseiten 105 und 115 sind Punkte, an denen Drehmoment in die Drehmomentkupplung ein- bzw. ausgeleitet wird. In einer realen Implementierung der Drehmomentkupplung 100 können die Eingangs- bzw. Ausgangsseiten 105 bis 115 jeweils durch ein Bauelement wie einen Flansch, eine Rotationsmasse, eine Nabe oder eine Welle realisiert sein.
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Ferner umfasst die Drehmomentkupplung 100 einen ersten Schwingungsdämpfer 120 zur Übermittlung von Drehmoment von der ersten Eingangsseite 105 zu einem Zwischenflansch 125 und einen zweiten Schwingungsdämpfer 130 zur Übermittlung von Drehmoment vom Zwischenflansch 125 zur Ausgangsseite 115. Dabei umfasst der erste Schwingungsdämpfer 120 vorzugsweise eine Bogenfeder und liegt radial außen am Zwischenflansch 125 und der zweite Schwingungsdämpfer 130 umfasst eine Druckfeder und liegt radial innen am Zwischenflansch 125.
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Die zweite Eingangsseite 110 ist unmittelbar mit dem Zwischenflansch 125 verbunden bzw. durch diesen gebildet. Optional kann ein Fliehkraftpendel 135 am Zwischenflansch 125 angebracht sein.
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In weiteren Ausführungsformen der Drehmomentkupplung 100 können noch eines oder mehrere weitere Elemente umfasst sein, die im Folgenden beschrieben werden. Die erste Eingangsseite 105 kann durch einen Eingangsflansch 140 gebildet sein. Der Eingangsflansch 140 dient insbesondere zur radialen Übermittlung von Drehmoment, beispielsweise von einer Eingangswelle zum ersten Schwingungsdämpfer 120. Der Eingangsflansch 140 kann mit einer steuerbaren Trennkupplung 145 verbunden sein, die insbesondere als Reibscheibenkupplung mit einer oder mehreren Reibscheiben trocken oder in einem Ölbad laufend aufgebaut sein kann. Die Trennkupplung 145 ist mit einem ersten Antriebsmotor 150 verbunden, der insbesondere ein mehrzylindriger Hubkolben-Verbrennungsmotor in einem Personenkraftfahrzeug sein kann.
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Ein zweiter Antriebsmotor 155 ist starr mit der zweiten Eingangsseite 110 am Zwischenflansch 125 verbunden. Insbesondere kann der zweite Antriebsmotor 155 ein Elektromotor sein. In einer Ausführungsform ist der Zwischenflansch 125 durch einen Abschnitt des zweiten Antriebsmotors 155 gebildet. Das Fliehkraftpendel 135 kann auch am zweiten Antriebsmotor 155 derart angebracht sein, dass es starr mit dem Zwischenflansch 125 verbunden ist.
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Ein Ausgangsflansch 160 kann an der Ausgangsseite 115 mit dem zweiten Schwingungsdämpfer 130 verbunden sein. In ähnlicher Weise wie der Eingangsflansch 140 dient der Ausgangsflansch 160 vornehmlich der radialen Drehmomentübertragung, beispielsweise an eine Ausgangswelle. Die Ausgangswelle kann unmittelbar am Ausgangsflansch 160 angebracht sein. Alternativ dazu kann ein dritter Schwingungsdämpfer 165 zur elastischen Kopplung mit dem Ausgangsflanschs 160 vorgesehen sein.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Drehmomentkupplung 100 mit zusätzlichen Elementen. Anders als die schematische Darstellung in 1 ähnelt die Darstellung von 2 einer Schnittzeichnung, bei der die dargestellten Elemente bezüglich einer Drehachse 170 angeordnet sind. Es werden die mit Bezug auf 1 eingeführten Bezugszeichen verwendet.
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Die Drehmomentkupplung 100 umfasst in einer einfachen Form die erste Eingangsseite 100, die zweite Eingangsseite 110, die Ausgangsseite 115, den Eingangsflansch 140, den ersten Schwingungsdämpfer 120, den Zwischenflansch 125, das Fliehkraftpendel 135, den zweiten Schwingungsdämpfer 130 und den Ausgangsflansch 160.
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Der erste Schwingungsdämpfer 120 umfasst eine Bogenfeder und ist radial weiter außen am Zwischenflansch 125 angebracht als der zweite Schwingungsdämpfer 130, der eine Druckfeder umfasst. In bekannten Variationen können sowohl die Bogenfeder als auch die Druckfeder einteilig oder mehrteilig mit seriell oder parallel verschalteten Federelementen mit oder ohne Dämpfung durch ein Reibungselement ausgeführt sein. Das Fliehkraftpendel 135 umfasst zwei Pendelmassen, die einander bezüglich des Zwischenflanschs 125 gegenüber liegen. Der Zwischenflansch 125 umfasst mehrere im Wesentlichen parallel angeordnete Bleche, an denen Laschen bzw. Stege ausgeformt sind, um in die beschriebenen Elemente einzugreifen und Drehmoment zu übertragen oder um einen Käfig um eines der Federsysteme der Schwingungsdämpfer 120 und 130 zu bilden.
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Am Eingangsflansch 140 ist eine Ausnehmung 175 eingebracht, durch die in axialer Richtung ein Mitnehmer 180 ragt, der rechts mit dem Zwischenflansch 125 und links mit einem Rotor 185 des zweiten Antriebsmotors 155 verbunden ist. Die Ausnehmung 175 im Eingangsflansch 140 ist derart bemessen, dass auch dann kein Kontakt zwischen dem Mitnehmer 180 und dem Eingangsflansch 140 besteht, wenn ein maximaler Verdrehwinkel zwischen dem Eingangsflansch 140 und dem Zwischenflansch 125 erreicht ist.
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Der Rotor 185 ist radial innerhalb eines Stators 190 des zweiten Antriebsmotors 155 angeordnet. Der Stator 190 liegt auf der Innenseite eines Gehäuses 195, welches den zweiten Antriebsmotor 155 und die Drehmomentkupplung 100 umgibt.
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Radial innerhalb des Rotors 185 und des Mitnehmers 180 ist die steuerbare Trennkupplung 145 angeordnet, die in der dargestellten Ausführungsform als nass oder trocken laufende Mehrscheiben-Reibkupplung ausgeführt ist. Die Trennkupplung 145 überträgt ein vom ersten Antriebsmotor 150 bereitgestelltes Drehmoment an die erste Eingangsseite 105, wenn die Trennkupplung 145 axial komprimiert wird. Ohne axiale Kompression ist der Drehmomentfluss vom ersten Antriebsmotor 150 zur ersten Eingangsseite 105 unterbrochen.
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3 zeigt eine Schnittansicht durch noch eine weitere Drehmomentkupplung 100. Die dargestellte Drehmomentkupplung 100 umfasst eine Baugruppe zur Übermittlung von Drehmoment vom ersten Antriebsmotor 150 zu einer Getriebeölpumpe unabhängig davon, ob die Trennkupplung 145 geöffnet oder geschlossen ist. Eine hierfür erforderliche Baugruppe 305 umfasst ein mit dem Zwischenflansch 125 fest verbundenes Lager 310, durch welches eine Welle 315 verläuft, an deren Enden Planetenräder 320 zweier Planetengetriebe befestigt sind. Ein mit dem rechten Planetenrad 320 kämmendes Sonnenrad 325 treibt die Getriebeölpumpe an. Das linke Planetenrad 320 wird durch ein Sonnenrad angetrieben, das nicht dargestellt ist und fest mit einer Ausgangsseite des ersten Antriebsmotors 150 verbunden ist.
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Ist die nicht dargestellte Trennkupplung 145 geschlossen, so dass Drehmoment vom ersten Antriebsmotor 150 an die erste Eingangsseite 105 der Drehmomentkupplung 100 übertragen wird, so besteht kein Drehzahlunterschied zwischen dem nicht dargestellten Sonnenrad, mit welchem das linke Planetenrad 320 kämmt, und dem Zwischenflansch 125. Bezüglich des Lagers 310 steht daher die Welle 315 still, während sich der Zwischenflansch 125 dreht. Das rechte Sonnenrad 325 ist somit an die Drehung des Zwischenflanschs 125 gekoppelt und treibt die Getriebeölpumpe an.
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Ist die Trennkupplung 145 geöffnet, so dass der Zwischenflansch 125 still steht, so kämmt das linke Planetenrad 320 mit dem nicht dargestellten Sonnenrad und überträgt die Drehung mittels der Welle 315 an das rechte Planetenrad 320. Durch diese Drehung wird das rechte Sonnenrad 325 angetrieben und die Getriebeölpumpe dreht sich auch im ausgekuppelten Zustand.
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Ähnlich wie in den Ausführungsformen, die oben mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben wurden, wird das Drehmoment des ersten Antriebsmotors 150 an einen Eingangsflansch 140 übermittelt, von dem aus ein radial außen liegender erster Schwingungsdämpfer 120 das Drehmoment auf den Zwischenflansch 125 weiterleitet. Am Zwischenflansch 125 ist ein Fliehkraftpendel 135 angebracht. Ein zweiter Schwingungsdämpfer 130 überträgt das Drehmoment vom Zwischenflansch 125 an den Ausgangsflansch 160, der drehmomentschlüssig mit einer Abtriebswelle 330 verbunden ist.
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Nicht gezeigt in 3 ist eine Vorrichtung zum Einleiten von Drehmoment vom zweiten Antriebsmotor 155 in die zweite Eingangsseite 110, die an einem beliebigen Punkt des Zwischenflanschs 125 ausgebildet sein kann.
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4 zeigt ein Diagramm 400 von Schwingungsisolationswerten von Drehmomentkupplungen 100 in einem Verlauf über eine Drehzahl. In einer horizontalen Richtung ist die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute und in vertikaler Richtung eine Isolation in Dezibel angetragen.
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Ein erster Verlauf 405 kennzeichnet das Dämpfungsverhalten einer bekannten Drehmomentkupplung 100, bei der der zweite Antriebsmotor 155 nicht mit dem Zwischenflansch 125, sondern mit der ersten Eingangsseite 105 verbunden ist. Ein zweiter Verlauf 410 zeigt eine entsprechende Darstellung für die Drehmomentkupplung 100 nach einer der Ausführungsformen der 1 bis 3.
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Es ist zu sehen, dass die beschriebene Drehmomentkupplung 100 bereits bei einer geringeren Drehzahl einen negativen Isolationswert, also eine Dämpfung von Torsionsschwingungen erreicht. Zudem ist über den gesamten Drehzahlbereich die Dämpfung von Torsionsschwingungen in der beschriebenen Drehmomentkupplung 100 stärker als die der bekannten Drehmomentkupplung.
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5 zeigt ein Diagramm 500 von Drehmomentverläufen an einer Drehmomentkupplung 100. In einer horizontalen Richtung ist eine Zeit in Sekunden und in einer vertikalen Richtung in Drehmoment in Nm angetragen.
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Ein erster Verlauf 505 zeigt einen Drehmomentverlauf im Bereich der Trennkupplung 145, der durch eine ungleichförmige Drehmomentabgabe des ersten Antriebsmotors 150 hervorgerufen ist. Ein zweiter Verlauf 510 zeigt einen entsprechenden Drehmomentverlauf bei einer konventionellen Anbindung des zweiten Antriebsmotors 155 im Bereich der ersten Eingangsseite 105. Ein dritter Verlauf 515 zeigt den korrespondieren Drehmomentverlauf bei Anbindung des zweiten Antriebsmotors 155 am Zwischenflansch 125 einer der Drehmomentkupplungen 100 der 1 bis 3.
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Es wird deutlich, dass an der Drehmomentkupplung 100 der 1 bis 3 ein deutlich bessere Tilgung bzw. Isolation von Drehmomentschwingungen realisiert werden kann als bei einem bekannten Drehmomentwandler.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Drehmomentkupplung
- 105
- erste Eingangsseite
- 110
- zweite Eingangsseite
- 115
- Ausgangsseite
- 120
- erster Schwingungsdämpfer
- 125
- Zwischenflansch
- 130
- zweiter Schwingungsdämpfer
- 135
- Fliehkraftpendel
- 140
- Eingangsflansch
- 145
- Trennkupplung
- 150
- erster Antriebsmotor
- 155
- zweiter Antriebsmotor
- 160
- Ausgangsflansch
- 165
- dritter Schwingungsdämpfer
- 170
- Drehachse
- 175
- Ausnehmung
- 180
- Mitnehmer
- 185
- Rotor
- 190
- Stator
- 195
- Gehäuse
- 305
- Baugruppe
- 310
- Lager
- 315
- Welle
- 320
- Planetenrad
- 325
- Sonnenrad
- 330
- Abtriebswelle
- 400
- Diagramm
- 405
- erster Verlauf
- 410
- zweiter Verlauf
- 500
- Diagramm
- 505
- erster Verlauf
- 510
- zweiter Verlauf
- 515
- dritter Verlauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009024530 A1 [0003]
- DE 102009039076 A1 [0004]
- DE 102009012485 A1 [0005]
- DE 19913015 A1 [0006]
