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Die Erfindung betrifft eine Wandlereinheit mit einem Dämpfungssystem und mit einer Drehmomentübertragungseinheit zum lösbaren Verbinden einer Eingangswelle mit einer Ausgangswelle. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Wandlereinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer Reibkupplung und/oder einem Drehmomentwandler.
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Bei Kraftfahrzeugen beziehungsweise bei Verbrennungskraftmaschinen treten häufig Vibrationen auf, die den Antriebsstrang belasten können und darüber hinaus den Nutzer störende Geräusche bis hin zu Lärm verursachen können. Um diese Vibrationen möglichst nach ihrer Entstehung, zum Beispiel in einer Verbrennungskraftmaschine, von dem übrigen Antriebsstrang entkoppeln zu können, werden im Stand der Technik häufig Dämpfungssysteme zusammen mit einer Drehmomentübertragungseinheit verwendet. Diese Dämpfungssysteme können dabei Schwungmassen oder Schwingungstilger, wie z B. ein Fliehkraftpendel umfassen. Die Drehmomentübertragungseinheit ist dabei zum lösbaren Verbinden der Eingangswelle mit einer Ausgangswelle eingerichtet, so dass ein Drehmoment von zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine nach Bedarf auf die Ausgangswelle übertragen werden kann. Die Ausgangswelle ist dabei häufig mit einem Schaltgetriebe verbunden, über das ein Drehmoment untersetzt, übersetzt oder umgekehrt werden kann.
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Infolge der steigenden Anforderungen an moderne Kraftfahrzeuge werden die Platzverhältnisse für Wandlereinheit geringer. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen infolge der zunehmenden Anzahl an notwendigen Komponenten ist es notwendig, eine Wandlereinheit vorzusehen, die möglichst wenig Platz einnimmt. Hierzu wurden im Stand der Technik verschiedene Konfigurationen bereits vorgeschlagen, die jedoch entweder den Nachteil haben, dass eine aufwendige Neukonstruktion der Drehmomentübertragungseinheit notwendig ist, oder die Gesamtkonstruktion schwer zu montieren ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Die Erfindung betrifft eine Wandlereinheit mit einem Dämpfungssystem und mit einer Drehmomentübertragungseinheit zum lösbaren Verbinden einer Eingangswelle mit einer Ausgangswelle, wobei die Drehmomentübertragungseinheit ein mitrotierendes Gehäuse aufweist und das Dämpfungssystem an dem Gehäuse zentrierbar und lösbar montierbar ist.
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Die hier vorgeschlagene Wandlereinheit ist dazu vorgesehen, mittels eines Dämpfungssystems und einer Drehmomentübertragungseinheit eine Eingangswelle mit einer Ausgangswelle lösbar zu verbinden. Die Eingangswelle ist dabei die Abtriebswelle beziehungsweise mit der Abtriebswelle einer Antriebseinheit verbunden. Die Ausgangswelle ist mit einem Antriebsstrang verbunden, bevorzugt mit einem Schaltgetriebe. In den meisten Zuständen verläuft das Drehmoment von der Eingangswelle zur Ausgangswelle. Jedoch kann der Verlauf auch umgekehrt sein, zum Beispiel beim Schleppbetrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Drehmomentübertragungseinheit verbindet dabei die Eingangswelle mit der Ausgangswelle beispielsweise mittels einer Reibkupplung, bei der zwei rotierende Reibflächen gegeneinander gepresst werden und somit infolge der Reibkräfte eine Übertragung eines Drehmoments ermöglichen. Auch kann die Drehmomentübertragungseinheit ein Drehmomentwandler sein, der beispielsweise mit hydraulischen Turbinenschaufeln mittels einer Übertragungsflüssigkeit die Übertragung eines Drehmoments nahezu verlustfrei ermöglicht. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Drehmomentübertragungseinheit und das diese umschließende mitrotierende Gehäuse eine Drehmomentübertragungseinheit des Stands der Technik sein kann. Das Dämpfungssystem ist dazu eingerichtet, Schwindungen der Antriebseinheit aber auch des Antriebsstrangs zu dämpfen oder gar zu tilgen, wobei das Dämpfungssystem ebenfalls ein bekanntes Dämpfungssystem sein kann. Hier wird nun vorgeschlagen, das Dämpfungssystem beziehungsweise das Gehäuse derart aufeinander abzustimmen, dass diese miteinander zentriert werden können und somit (nahezu) frei von Unwuchten gekoppelt rotieren können. Insbesondere kann hierbei die Drehmomentübertragungseinheit bereits weitestgehend vollständig montiert sein, und ebenfalls das Dämpfungssystem nahezu vollständig montiert sein. Somit können sowohl das Dämpfungssystem als auch die Drehmomentübertragungseinheit auf den eingerichteten Fertigungsstraßen produziert werden, ohne dass Änderungen an diesen Komponenten notwendig sind. Nach oder während des Zentriervorgangs kann das Dämpfungssystem an dem Gehäuse lösbar montiert werden, was z B. mittels Schraubverbindungen ausgeführt werden kann. Es können aber auch Steckverbindungen oder Klemmverbindungen verwendet werden. Somit kann eine Wandlereinheit inklusive Dämpfungssystem montiert werden, welche bei großer Kompaktheit und einfacher Montage ein Zentrieren mit einer Antriebseinheit erleichtert. Eine bisher entgegenstehende Schwierigkeit war, dass bei einer solchen Konstruktion die Kette der Verbindungselemente sehr lang wurde und daher eine größere Aneinanderkettung von Fertigungstoleranzen und Montagetoleranzen zu erwarten war. Dies ist aufgrund der hohen Anforderungen an die Unwuchttoleranz und zugleich erforderlichen geringen Fertigungskosten bisher ausgeschlossen worden. In einer möglichen Ausführungsform wird daher vorgeschlagen, das Dämpfungssystem mittels eines Zentrierzapfens gegenüber dem mitrotierenden Gehäuse zu zentrieren, so dass die Kette der Verbindungselemente kurz gestaltet ist und keine Beeinträchtigung der Montagegenauigkeit und Unwucht entsteht. In einer anderen Variante, wird eine Zentrierung im Lagerbereich eines Schwungrads des Dämpfungssystems vorgenommen. Entweder wird hier das Gehäuse oder das Schwungrad als Zentrieranlage verwendet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wandlereinheit ist eine Adaptervorrichtung vorgesehen, die zwischen dem Gehäuse und dem Dämpfungssystem anordenbar ist.
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Eine Adaptervorrichtung weist insbesondere Montageaufnahmen für das Dämpfungssystem oder das Gehäuse auf. Besonders bevorzugt ist die Adaptervorrichtung ein Blech, welches für die lösbare Montage entsprechende Aufnahmen, zum Beispiel ein Durchgangsloch oder ein Gewindeloch aufweist. Insbesondere wird durch die Adaptervorrichtung ein Zwischenwellenstück zwischen dem Dämpfungssystem und der Drehmomentübertragungseinheit überflüssig, obwohl das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit ursprünglich nicht für eine direkte Verbindung miteinander eingerichtet sind. Die Adaptervorrichtung ist insbesondere als Zentriervorrichtung beziehungsweise Zapfen bei der Lagerung ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wandlereinheit weist das Dämpfungssystem ein erstes Schwungrad und ein zweites Schwungrad auf, welche über ein Federsystem gefedert miteinander in Verbindung stehen, und wobei das Dämpfungssystem über das erste Schwungrad mit dem Gehäuse verbindbar ist.
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Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform stehen das erste und das zweite Schwungrad derart gefedert miteinander in Verbindung, dass Schwingungen der Antriebseinheit oder des Antriebsstrangs, die nicht im Resonanzbereich des ersten und/oder zweiten Schwungrads liegen, herausgedämpft werden. Bevorzugt schwingen dabei das erste Schwungrad und das zweite Schwungrad in gegenläufiger Richtung. Besonders bevorzugt bilden das erste Schwungrad und das zweite Schwungrad zusammen mit dem Federsystem ein Zweimassenschwungrad, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird lediglich das erste Schwungrad derart angepasst, dass eine direkte Verbindung zwischen dem Dämpfungssystem und der Drehmomentübertragungseinheit möglich wird. Die übrigen Komponenten können dabei (nahezu) unverändert bleiben. Ausgenommen eines Aufnahmeteils, zum Beispiel einem Adapter beziehungsweise einer Adaptervorrichtung können die übrigen Komponenten der Wandlereinheit unverändert bleiben. Insbesondere bilden das erste Schwungrad und das mitrotierende Gehäuse beziehungsweise die Adaptervorrichtung gemeinsam eine Zentriervorrichtung, bei der eine der beiden Komponenten den Zapfen und die andere die Aufnahme bildet
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wandlereinheit umfasst das Dämpfungssystem ein Fliehkraftpendel.
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Durch das Vorsehen eines Fliehkraftpendels im Dämpfungssystem wird es möglich, bestimmte Frequenzen zu tilgen. Insbesondere können dabei zwischen den einzelnen Pendelmassen des Fliehkraftpendels, beispielsweise drei über den Umfang eine Schwungscheibe verteilte Pendelmassen, Lücken für eine Montage und/oder Zentriervorrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann so durch eine geringfügige Anpassung des Fliehkraftpendels eine gute Montagezugänglichkeit erreicht werden. Besonders bevorzugt ist der Zugang mittels einer Nuss und Ratsche möglich.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wandlereinheit ist das Dämpfungssystem eingerichtet, eine axiale Kraft ausgehend von der Drehmomentübertragungseinheit aufzunehmen, insbesondere mittels eines seitlich abgestützten Kugellagers.
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Im Stand der Technik wurden bisher die Dämpfungssysteme von der in der Drehmomentübertragungseinheit entstehenden axialen Kraft vom Kraftfluss getrennt angeordnet. Eine solche axiale Kraft entsteht zum Beispiel beim Anpressen der Reibpartner einer Reibkupplung oder durch die Schaufelanordnung eines Drehmomentwandlers. Hierdurch war eine aufwendige Konstruktion mit großem Bauraumbedarf notwendig. Durch die Anordnung eines Kugellagers, insbesondere eines Schrägkugellagers, im Rotationszentrum des Dämpfungssystem können die Elemente des Dämpfungssystems unbeeinflusst ihre Aufgabe, nämlich das Dämpfen, übernehmen und zugleich axiale Kräfte ausgehend von der Drehmomentübertragungseinheit aufnehmen beziehungsweise weiterleiten. Der Reibungseinfluss des Kugellagers ist hierbei hinnehmbar. Insbesondere wird im Bereich des Kugellagers die Zentrierung des Dämpfungssystems zum mitrotierenden Gehäuse beziehungsweise zur Adaptervorrichtung vorgenommen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Wandlereinheit sind die Drehmomentübertragungseinheit und das Dämpfungssystem miteinander im montierten Zustand auf einer Eingangswelle zentrierbar und montierbar.
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Gemäß dieser vorteilhaften Ausführungsform sind das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit derart miteinander montierbar, dass die Eingangswelle nachträglich zentriert und montiert werden kann. Hierdurch kann die Wandlereinheit, die sehr kompakt aufgebaut ist und aus bekannten Standardkomponenten aufgebaut ist, vormontiert werden und anschließend wenig fehleranfällig mit der Eingangswelle zentriert und montiert werden. Insbesondere die jeweiligen Zentriervorgänge des Dämpfungssystems mit der Drehmomentübertragungseinheit sowie der Wandlereiheit mit dem Antrieb werden jeweils erleichtert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch ein Antriebssystem zum Erzeugen von Vortrieb vorgeschlagen, welches eine Antriebseinheit, eine Drehmomentübertragungseinheit und ein Dämpfungssystem aufweist, wobei die Antriebseinheit eine Abtriebswelle aufweist, mit der das Dämpfungssystem verbindbar ist, wobei das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit zu einer Wandlereinheit gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche montiert sind.
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Das Antriebssystem ist bevorzugt ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs. Hierzu weist das Antriebssystem neben anderen Komponenten eine Antriebseinheit, eine Drehmomentübertragungseinheit und ein Dämpfungssystem auf. Die Antriebseinheit kann dabei eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor sein. Die Drehmomentübertragungseinheit kann wie bereits oben beschrieben eine Drehmomentübertragungseinheit des Stands der Technik sein und ebenso kann das Dämpfungssystem ein Dämpfungssystem des Stands der Technik sein. Die Antriebseinheit weist dabei eine Abtriebswelle auf, zum Beispiel eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, über die ein Drehmoment von der Antriebseinheit abgegeben werden kann. Hierzu müssen das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit zentriert werden. Im Stand der Technik wurde hierzu zunächst das Dämpfungssystem mit der Antriebseinheit zentriert beziehungsweise mit der Abtriebswelle und anschließend die Drehmomentübertragungseinheit mit dem zentrierten Dämpfungssystem und der Abtriebswelle. Insbesondere bei der Endmontage sind solche Schritte sehr aufwendig, denn hierbei können jeweils eine Vielzahl von Komponenten im Weg sein, die den aufwendigen Zentriervorgang behindern können. Hier wird vorgeschlagen, das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit bereits im Vorfeld zu einer Wandlereinheit gemäß der obigen Beschreibung zu montieren, weil diese bereits zueinander zentriert sind. Eine solche Vormontage hat neben der erleichterten Endmontage den Vorteil, dass das Dämpfungssystem und die Drehmomentübertragungseinheit kompakter miteinander montiert werden können.
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Vorgeschlagen wird ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Antriebseinheit mit einer Abtriebswelle, einem Antriebsstrang und einer Wandlereinheit gemäß der obigen Beschreibung zum lösbaren Verbinden der Abtriebswelle mit dem Antriebsstrang vorgeschlagen, wobei die Wandlereinheit vormontiert mit der Abtriebswelle verbindbar ist.
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Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen daher bevorzugt die Antriebseinheit, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor, vor der Fahrerkabine und quer zur Hauptfahrrichtung an. Der Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, eine Kupplung kleiner Baugröße zu verwenden.
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Verschärft wird die Bauraumsituation bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Die oben beschriebene Wandlereinheit vereinigt eine erleichterte Montage, die Verwendung bereits bekannter Komponenten mit geringer Gesamtbaugröße. Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht, Leistung eingeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beispielsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen Fox oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo Mito, Volkswagen Polo, Ford Fiesta oder Renault Clio.
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Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
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1: eine Montageanordnung eines Dämpfungssystem an einem mitrotierenden Gehäuse;
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2: einen Schnitt der Ansicht in 1;
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3: eine alternative Anordnung des Dämpfungssystems an einem mitrotierenden Gehäuse;
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4: eine weitere mögliche Anordnung des Dämpfersystems an dem rotierenden Gehäuse;
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5: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem und einer Wandlereinheit.
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1 zeigt ein Dämpfungssystem 2, welches ein erstes Schwungrad 8, ein zweites Schwungrad 9 und ein Federsystem 10, sowie ein Fliehkraftpendel 11 aufweist. Eine Adaptervorrichtung 7 ist mit dem ersten Schwungrad 8 verbunden und bildet zusammen mit einer Befestigungsschraube 23 eine Aufnahme 22 an dem mitrotierenden Gehäuse 6 der nicht dargestellten Drehmomentübertragungseinheit 3. In dieser Darstellung ist die Befestigungsschraube 23 noch nicht in die Aufnahme 22 eingebracht. Die Befestigungsschraube 23 befindet sich in dieser Ansicht vor der Pendelmasse 24 des Fliehkraftpendels 11 in einer Ausnehmung 25, die in 2 dargestellt ist. Das erste Schwungrad 8 ist über ein Kugellager 12 derart abgestützt, dass eine axiale Kraft entlang der Rotationsachse 18 aufgenommen beziehungsweise übertragen werden kann. Das Dämpfungssystem 2 ist mittels eines Zentrierzapfens 26 gegenüber dem mitrotierenden Gehäuse 6 zentriert, so dass die Kette der Verbindungselemente kurz gestaltet ist und keine Beeinträchtigung der Montagegenauigkeit und Unwucht entsteht.
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In 2 ist eine gedrehte Schnittansicht zu erkennen, welche durch Pfeile zwischen der Pendelmasse 24 und dem ersten Schwungrad 8 in 1 angedeutet ist. Hierbei ist eine Pendelmasse 24 zu erkennen und eine Befestigungsschraube 23, die in einer Ausnehmung 25 zwischen Pendelmassen so eine Montage erleichtern.
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In 3 ist eine alternative Anordnung ähnlich der 1 gezeigt, wobei hier die Adaptervorrichtung 7 an dem mitrotierenden Gehäuse 6 angeordnet ist und das Dämpfersystem 2 an dem Adapterblech zentriert und montiert wird.
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In 4 ist eine weitere mögliche Anordnung gemäß 3 ausschnittsweise (Ausschnitt A) gezeigt, welche im Übrigen mit der Konstruktion der 3 baugleich ist. Im Unterschied zu der vorangehenden Konstruktion ist das erste Schwungrad 8 mit der Adaptervorrichtung 7 verbunden, die mittels eines Kugellagers 12 abgestützt ist. Somit ist das mitrotierende Gehäuse 6 über die Adaptervorrichtung 7 direkt abgestützt und nicht mittelbar über das erste Schwungrad 8, wie in den 1 und 3.
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In 5 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 16 gezeigt, welches ein Antriebssystem 13 mit einer Wandlereinheit 1 aufweist. Das Antriebssystem 13 weist eine Antriebseinheit 14 auf, die über ihre Abtriebswelle 15 mit der Wandlereinheit 1 mit einem rein schematisch dargestellten Antriebsstrang 17 verbunden ist. Die Wandlereinheit 1 weist dabei ein Dämpfersystem 2 und eine Drehmomentübertragungseinheit 3 auf. In der Drehmomentübertragungseinheit 3 ist eine Eingangswelle 4 und eine Ausgangswelle 5 vorgesehen, die über zum Beispiel eine Reibkupplung miteinander verbindbar sind, so dass ein Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine 14 auf den Antriebsstrang 17 übertragbar ist. Die Antriebseinheit 14 befindet sich vor der Fahrerkabine 21 des Kraftfahrzeugs 16 und mit ihrer Motorachse 19 quer zur Längsachse 20 des Kraftfahrzeugs.
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Mit der hier vorgeschlagenen Wandlereinheit können Standardkomponenten verwendet werden, die kompakt und einfach montierbar einsetzbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wandlereinheit
- 2
- Dämpfungssystem
- 3
- Drehmomentübertragungseinheit
- 4
- Eingangswelle
- 5
- Ausgangswelle
- 6
- Gehäuse
- 7
- Adaptervorrichtung
- 8
- erstes Schwungrad
- 9
- zweites Schwungrad
- 10
- Federsystem
- 11
- Fliehkraftpendel
- 12
- Kugellager
- 13
- Antriebssystem
- 14
- Antriebseinheit
- 15
- Abtriebswelle
- 16
- Kraftfahrzeug
- 17
- Antriebsstrang
- 18
- Rotationsachse
- 19
- Motorachse
- 20
- Längsachse
- 21
- Fahrerkabine
- 22
- Aufnahme
- 23
- Befestigungsschraube
- 24
- Pendelmasse
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Zentrierzapfen
