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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, bevorzugt ein Zweimassenschwungrad mit aufeinander um eine Drehachse gegeneinander begrenzt verdrehbar gelagerten Übertragungsteilen sowie einer zwischen diesen in Umfangsrichtung wirksamen und von diesen in Umfangsrichtung beaufschlagten Federeinrichtung mit zumindest zwei über den Umfang verteilt angeordneten Schraubendruckfedern.
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Drehschwingungsdämpfer beispielsweise in Form von Zweimassenschwungrädern werden in Antriebssträngen zwischen einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe eingesetzt und dienen der Schwingungsisolation von Drehschwingungen der drehschwingungsbehafteten Brennkraftmaschine. Hierzu enthalten die Drehschwingungsdämpfer ein eingangsseitiges, mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenes Übertragungsteil, beispielsweise eine Primärschwungmasse und ein ausgangsseitiges Übertragungsteil, beispielsweise eine Sekundärschwungmasse. Die Übertragungsteile sind aufeinander und begrenzt gegeneinander verdrehbar um die Drehachse des Drehschwingungsdämpfers gelagert. Zwischen den Übertragungsteilen ist eine in Umfangsrichtung wirksame, eingangsseitig und ausgangsseitig eingespannte Federeinrichtung, beispielsweise über den Umfang verteilte Schraubendruckfedern, beispielsweise Bogenfedern vorgesehen, die gegebenenfalls in Verbindung mit einer Reibeinrichtung in den Drehschwingungsdämpfer eingetragene Drehschwingungen dämpft. Bei hohen Drehmomentspitzen, sogenannten Impacts laufen die Schraubendruckfedern Gefahr, mit ihren Windungen auf Block zu gehen und damit zum Einen Schaden zu erleiden und zum Anderen unkomfortable Anschläge zu erzeugen
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Zur verbesserten Ausbildung eines Verhaltens bei Impacts ist aus der
DE 199 12 970 A1 ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, bei dem benachbarte Windungen der Schraubendruckfedern unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass bei Blocklagen die einzelnen Windungen unter Reibungsverlusten und radialer elastischer Aufweitung und Verminderung der Durchmesser Energie aufnehmen und harte Anschläge weitgehend vermieden werden.
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Zum Schutz der Schraubendruckfedern ist aus der
DE 10 2008 005 140 A1 ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, bei dem vor Erreichen einer Blocklage der Schraubendruckfedern Kunststoffkörper zur Begrenzung des Verdrehwinkels Anschläge bilden.
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Die nicht vorveröffentlichte
deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2013 212 706.5 , deren Inhalt vollumfänglich in diesen Anmeldungstext aufgenommen ist, offenbart eine Schraubendruckfeder für einen Drehschwingungsdämpfer, bei der zur Erhöhung der Federkapazität vor Erreichen der Blocklage der Windungen ein Steifigkeitsbereich eingestellt ist, der Impacts bei hohen Momenten dämpft und dessen Dauerfestigkeit in diesem Bereich auf die weniger häufig auftretenden Impacts ausgelegt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist die vorteilhafte Weiterbildung eines Drehschwingungsdämpfers insbesondere zur Verbesserung der Dauerfestigkeit bei hohen Federkapazitäten.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von diesem abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Der vorgeschlagene Drehschwingungsdämpfer ist beispielsweise als Torsionsschwingungsdämpfer in einer Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung, als Torsionsschwingungsdämpfer in einem hydrodynamischen Drehmomentwandler und dergleichen, bevorzugt jedoch als Zweimassenschwungrad in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs einsetzbar. Der Drehschwingungsdämpfer enthält zwei aufeinander relativ und begrenzt verdrehbar gelagerte Übertragungsteile, die beispielsweise als aufeinander mittels eines Lagers wie Gleit- oder Wälzlagers gelagerte Schwungmassen ausgebildet sein können. In Umfangsrichtung wirksam ist zwischen diesen und von den Übertragungsteilen eingangsseitig und ausgangsseitig beaufschlagt eine Federeinrichtung mit zumindest zwei über den Umfang verteilt angeordneten Schraubendruckfedern vorgesehen. Die Schraubendruckfedern können kurze gerade Schraubendruckfedern oder Bogenfedern sein. Mehrere Schraubendruckfedern können ineinander geschachtelt sein und durch unterschiedliche Länge mehrere Dämpferstufen ausbilden. Weiterhin können mehrere Gruppen von Schraubendruckfedern auf unterschiedlichen Durchmessern und/oder axial nebeneinander angeordnet sein. Die Schraubendruckfedern sind als sogenannte HC-Federn (High-Capacity-Federn) vor einer Blocklage von Windungen dieser über einen vorgegebenen Verdrehwinkelbereich mit einer erhöhten Federkapazität mit verringerter Dauerfestigkeit vorgesehen, wobei zum Schutz der Schraubendruckfedern unter wesentlicher Beibehaltung der Federkapazität und unter Ausbildung weicher, den Fahrkomfort nicht wesentlich beeinträchtigender Kompensation von insbesondere durch Rückwärtszündungen, Resonanzfahrten und/oder dergleichen hervorgerufene Impacts in diesem Bereich zumindest über diesen Verdrehwinkelbereich, bevorzugt jedoch auch bei größeren Verdrehwinkeln der Übertragungsteile gegeneinander den Schraubendruckfedern zumindest ein Elastomerelement zugeschaltet ist.
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Das zumindest eine Elastomerelement kann aus elastischen Werkstoffen, beispielsweise Gummi, Kautschuk, Fluorkautschuk, Silikonkautschuk und dergleichen hergestellt und zusätzlich beispielsweise mit Kohlenstoff und dergleichen verstärkt sein. Aufgrund der Eigenschaften der Werkstoffe kann das zumindest eine Elastomerelement während dessen Komprimierung aufgrund seiner inneren Reibung Energie aufnehmen und damit als Teil einer Reibeinrichtung eine Reibhysterese ausbilden. Das zumindest eine Elastomerelement kann seriell und/oder parallel zu den Schraubendruckfedern angeordnet sein. Eine parallele Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen.
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Das zumindest eine Elastomerelement kann bogenförmig ausgebildet sein und radial innerhalb, radial außerhalb der Schraubendruckfedern und/oder axial neben den Schraubendruckfedern angeordnet sein. Hierbei tritt eine Komprimierung des zumindest einen Elastomerelements erst dann ein, wenn die Schraubendruckfedern bis zu dem Verdrehwinkel komprimiert sind, bei dem an einem sogenannten Kontaktpunkt der Verdrehbereich mit der erhöhten Federkapazität mit verringerter Dauerfestigkeit beginnt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das zumindest eine Elastomerelement in einer Ausnehmung eines ausgangsseitigen Übertragungsteils aufgenommen und an dessen Stirnseiten eingangsseitig und ausgangsseitig zumindest beginnend mit dem kleinsten Verdrehwinkel des Verdrehwinkelbereichs von den Übertragungsteilen in Umfangsrichtung beaufschlagt. Hierbei kann das zumindest eine Elastomerelement von dem ausgangsseitigen Übertragungsteil radial außen abgestützt sein oder die Ausnehmung kann radial außen offen ausgebildet sein, wobei das zumindest eine Elastomerelement radial außen von den Schraubendruckfedern abgestützt sein kann.
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Ein eingangsseitiges Übertragungsteil kann aus einer Primärschwungmasse mit einer mit einem Deckelteil eine Ringkammer für die Schraubendruckfedern bildenden Primärschwungmasse gebildet sein. In der Ringkammer können bevorzugt über den Umfang verteilt Bogenfedern angeordnet sein. Beispielsweise zur Verbesserung deren Reibung unter Fliehkrafteinwirkung, deren Schutz gegen Korrosion und dergleichen kann Schmiermittel in die Ringkammer eingebracht sein. Das ausgangsseitige Übertragungsteil kann aus einer Sekundärschwungmasse mit einem von radial innen die Schraubendruckfedern beaufschlagenden Flanschteil gebildet sein. Das Flanschteil kann direkt mit der beispielsweise eine Reibungskupplung aufnehmenden Sekundärschwungmasse verbunden wie vernietet sein oder eine reversible Steckverbindung wie Steckzahnung mit der Sekundärschwungmasse, beispielsweise einer Doppelkupplung ausbilden.
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Mit anderen Worten wird der Drehschwingungsdämpfer mit einer Kombination einer oder mehrerer HC-Federn mit Elastomerelementen zur Impactbeseitigung versehen. Dabei werden die Elastomerelemente in etwa ab dem Verdrehwinkel der HC-Feder in Eingriff gebracht, der für die auftretende Ungleichförmigkeit im Zugbetrieb unter Volllast erforderlich ist. Dieser Eingriffspunkt entspricht in der Regel etwa dem erforderlichen Gesamt-Verdrehwinkel einer Standard-Bogenfeder. Die Elastomerelemente bleiben danach bis zum Kontakt der HC-Feder und darüber hinaus in Eingriff.
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Die Elastomeranschläge sind in der Lage, in den Fällen von unerwartet hohen Energieeinträgen in das System beispielsweise Rückwärtszündungen und/oder Resonanzfahrten, die für die HC-Federn noch schädliche Überschussenergie aufzufangen und über Hysterese wegzupuffern. Damit gelingt es, den Kennlinienanschlag der HC-Federn bei diesen unerwartet hohen Energieeinträgen zu verhindern sowie das Restrisiko von Impacts zu beseitigen.
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Die Elastomerelemente sind der HC-Feder parallel geschaltet. Die Elastomerelemente sind bevorzugt unterhalb der Bogenfeder angeordnet und werden entweder durch das Flanschteil oder durch die Bogenfedern radial geführt. Sie stützen sich am Eingangsteil wie eingangsseitigen Übertragungsteil mittels Anschlägen im Primärschwungrad wie Primärschwungscheibe und Deckelteil und am Ausgangsteil wie ausgangsseitigen Übertragungsteil über das Flanschteil ab und können von beiden Richtungen her betätigt werden. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Elastomerelemente zur HC-Feder in Reihe geschaltet und dass diese seitlich neben oder radial über der Bogenfeder angeordnet sind.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer mit einer HC-Feder und sich an einem ausgangsseitigen Flanschteil radial abstützenden Elastomerelementen,
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2 eine Teilansicht des Drehschwingungsdämpfers der 1,
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3 einen Teilschnitt durch einen Drehschwingungsdämpfer mit einer HC-Feder und sich an den Schraubendruckfedern radial abstützenden Elastomerelemen ten,
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4 eine Teilansicht des Drehschwingungsdämpfers der 3,
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5 ein Diagramm der Energieaufnahmefähigkeit unterschiedlicher Schraubenfedertypen eines Drehschwingungsdämpfers und
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6 ein Diagramm mit Kennlinien unterschiedlicher Federtypen eines Drehschwingungsdämpfers.
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Die 1 zeigt den um die Drehachse d angeordneten, als Zweimassenschwungrad ausgebildeten Drehschwingungsdämpfer 1 im Teilschnitt. Die beiden Übertragungsteile 2, 3 sind als mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Primärschwungmasse mit der Primärschwungscheibe 4 und dem mit diesem verbundenen wie verschweißten Deckelteil 5 und als Sekundärschwungmasse mit dem eine Kupplungsdruckplatte aufnehmenden Masseteil 6 und dem mit diesem vernieteten Flanschteil 7 gebildet. Die Übertragungsteile 2, 3 sind entgegen der in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung 8, die aus den ineinander geschachtelten Schraubendruckfedern 9, 10 wie Bogenfedern gebildet ist, relativ gegeneinander verdrehbar und mittels des Lagers 11 aufeinander gelagert. Nicht dargestellte Anschläge wie Einformungen in der Primärschwungscheibe 4 und in dem Deckelteil 5 beaufschlagen die Stirnseiten der Schraubendruckfedern 9, 10 eingangsseitig. Die durch Primärschwungscheibe 4 und das Deckelteil 5 gebildete Ringkammer 12 nimmt die Schraubendruckfedern 9, 10 auf. Das Flanschteil 7 greift mittels nicht dargestellter, radial nach außen erweiterter Arme in die Ringkammer 12 ein und beaufschlagt die Schraubendruckfedern 9, 10 ausgangsseitig. Zumindest die äußere Schraubendruckfeder 9 ist als sogenannte HC-Feder ausgebildet, bei der zumindest einige Windungen zur Herstellung einer vergrößerten Federkapazität gegenüber den anderen Windungen größere Abstände aufweisen. Hierbei bilden einige der Windungen während der Komprimierung früher auf Block gehende Windungen als die Windungen mit größerem Abstand aus, wobei diese Windungen unterhalb einer Dauerbelastungsgrenze ausgelegt sind. Zum Schutz der Schraubendruckfedern 9, 10 werden in einem Verdrehwinkelbereich verringerter Dauerfestigkeit die Elastomerelemente 13 zugeschaltet. Diese sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel bogenförmig ausgebildet und über den Umfang verteilt radial innerhalb der Schraubendruckfedern angeordnet. Die Elastomerelemente 13 sind in Ausnehmungen 14 des Flanschteils 7 untergebracht und durch Wandungen 15 zwischen den Schraubendruckfedern 9 und den Elastomerelementen 13 nach radial außen abgestützt. Nach Verdrehung der Übertragungsteile 2, 3 um einen entsprechenden Verdrehwinkel werden die Elastomerelemente 13 eingangsseitig durch die an der Primärschwungscheibe 4 befestigten Anschläge 16 und ausgangsseitig durch umfangsseitige Anschläge 18 (2) der Ausnehmungen 14 beaufschlagt.
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Die Teilansicht der 2 zeigt das Flanschteil 7 des Drehschwingungsdämpfers 1 der 1 mit der Federeinrichtung 8, bei der die über den Umfang verteilt angeordneten, als Bogenfedern ausgebildeten Schraubendruckfedern 9, 10 lediglich schematisch dargestellt sind. Das Flanschteil 7 beaufschlagt mittels der Arme 17 die Schraubendruckfedern, wobei der Verdrehwinkelbereich Δα den Bereich der Schraubendruckfedern 9, 10 mit vergrößerter Federkapazität und verringerter Dauerfestigkeit andeutet. In diesem Verdrehwinkelbereich Δα werden die Elastomerelemente 13 zwischen den Anschlägen 18 des Flanschteils 7 und den Anschlägen 16 der Primärschwungscheibe 4 (1) komprimiert und schützen die Schraubendruckfedern 9, 10 beziehungsweise zumindest eine dieser vor einer vorzeitigen Schädigung, ohne deren Federkapazität wesentlich zu beeinträchtigen. Die Elastomerelemente 13 sind in den Ausnehmungen 14 des Flanschteils 7 aufgenommen, die Wandungen 15 radial innerhalb der Schraubendruckfedern 9, 10 stützen die Elastomerelemente 13 nach radial außen ab.
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Die 3 und 4 zeigen in entsprechender Darstellung der 1 und 2 den gegenüber dem Drehschwingungsdämpfer 1 der 1 und 2 leicht abgeänderten Drehschwingungsdämpfer 1a. Im Unterschied zu diesem sind die Ausnehmungen 14a des Flanschteils 7a nach radial außen geöffnet ausgebildet, so dass sich die Elastomerelemente 13a direkt radial an den Schraubendruckfedern 9a abstützen.
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Die 5 zeigt das Diagramm 20 mit den Kurven 21, 22, 23. Dargestellt ist die Energieaufnahmefähigkeit verschiedener Schraubendruckfedern bei unterschiedlichen Energieeinträgen wie Impacts. Zur Veranschaulichung sind beispielsweise Impacts mit unterschiedlichen Ursachen angegeben. Bei vergleichsweise geringen Momenten M1 wie Spitzenmomenten unter 1000 Nm treten beispielsweise Impacts mit Energien E1 um 300 J bei schnellem Einkuppeln einer Reibungskupplung auf. Bei einer Resonanzfahrt, bei der die Resonanzfrequenz des Drehschwingungsdämpfers angeregt wird, treten bei Momenten M1 im Bereich von 1000 bis 1500 Nm Impacts im Bereich von 350 J auf. Schließlich treten bei Rückwärtszündungen der Brennkraftmaschine Momente M3 von beispielsweise 5500 Nm mit Energien E3 um 450 J auf. Über diese Energieeinträge sind die Kurven 21, 22, 23 mit den Kontaktpunkten 24, 25, 26 gelegt. An den Kontaktpunkten 24, 25, 26 gehen die entsprechenden Schraubendruckfedern auf Block, was bedeutet, dass die Federkapazität dieser weitgehend erschöpft ist. Die Kurve 21 zeigt eine herkömmlich mit gleichmäßigen Windungen gewickelte Bogenfeder, deren Windungen früh auf Block gehen, so dass deren Federkapazität erschöpft ist und große, durch Resonanzfahrten und Rückwärtszündungen bedingte Energieeinträge nur unzureichend aufgenommen werden können. Die Kurve 23 zeigt das Energieaufnahmeverhalten einer Bogenfeder mit unterschiedlichem Durchmesser der Wicklungen. Deren Windungen gehen am Kontaktpunkt 25 bereits auf Block. Durch elastisches Ineinandergleiten der Windungen unterschiedlichen Durchmessers bleibt jedoch eine gewisse Restfederkapazität mit erhöhter Steifigkeit. Die Kurve 22 zeigt die vorgeschlagene HC-Feder, eine Bogenfeder, deren Windungen unter Inkaufnahme nicht dauerfester Betriebszustände erst bei sehr großen Momenten und eingetragenen Energien am Kontaktpunkt 26 auf Block gehen. Durch die Überlagerung der HC-Feder mit zumindest einem Elastomerelement zumindest in den kritischen, bruchgefährdeten Bereichen zwischen den Momenten M2, M3 und den eingetragenen Energien E2, E3 wird die HC-Feder geschützt und ist damit dauerfest und vor Drahtbrüchen geschützt.
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Die 6 zeigt das Diagramm 30 mit den Kennlinien 27, 28, 29 unterschiedlicher Schraubendruckfedern. Aufgetragen ist das Moment M gegen den Verdrehwinkel α der beiden Übertragungsteile eines Drehschwingungsdämpfers. Die Kennlinie 27 mit dem Kontaktpunkt 24 bei auf Blockgehenden Windungen entstammt einer herkömmlich gewickelten Bogenfeder, die Kennlinie 29 mit dem Kontaktpunkt 25 einer Bogenfeder mit aus unterschiedlichen Durchmessern gewickelten Windungen und die Kennlinie 28 mit dem Kontaktpunkt 26 der HC-Feder. Erst bei großen Verdrehwinkeln α von beispielsweise größer 60° bevorzugt größer 65° setzt die Wirkung der Elastomerelemente 13, 13a (1 bis 4) ein und ist in dem Verdrehwinkelbereich Δα, beispielsweise zwischen 60° und 90°, bevorzugt 65° bis 80° wirksam.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 1a
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Übertragungsteil
- 3
- Übertragungsteil
- 4
- Primärschwungscheibe
- 5
- Deckelteil
- 6
- Masseteil
- 7
- Flanschteil
- 7a
- Flanschteil
- 8
- Federeinrichtung
- 9
- Schraubendruckfeder
- 9a
- Schraubendruckfeder
- 10
- Schraubendruckfeder
- 11
- Lager
- 12
- Ringkammer
- 13
- Elastomerelement
- 13a
- Elastomerelement
- 14
- Ausnehmung
- 14a
- Ausnehmung
- 15
- Wandung
- 16
- Anschlag
- 17
- Arm
- 18
- Anschlag
- 20
- Diagramm
- 21
- Kurve
- 22
- Kurve
- 23
- Kurve
- 24
- Kontaktpunkt
- 25
- Kontaktpunkt
- 26
- Kontaktpunkt
- 27
- Kennlinie
- 28
- Kennlinie
- 29
- Kennlinie
- 30
- Diagramm
- d
- Drehachse
- E
- Energie
- E1
- Energie
- E2
- Energie
- E3
- Energie
- M
- Moment
- M1
- Moment
- M2
- Moment
- M3
- Moment
- α
- Verdrehwinkel
- Δα
- Verdrehwinkelbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19912970 A1 [0003]
- DE 102008005140 A1 [0004]
- DE 102013212706 [0005]
