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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Drehteil, einem um eine Drehachse der Drehmomentübertragungseinrichtung gegenüber dem ersten Drehteil verdrehbaren zweiten Drehteil und einer zwischen dem ersten Drehteil und dem zweiten Drehteil zwischengeschalteten Dämpfereinrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in dem Antriebsstrang, wobei die Dämpfereinrichtung mindestens einen Energiespeicher aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Reibungskupplung mit einer entsprechenden Drehmomentübertragungseinrichtung.
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Ein Großteil heutiger Kraftfahrzeuge wird von Verbrennungsmotoren angetrieben. In den Brennräumen von Verbrennungsmotoren laufen Verbrennungsvorgänge ab, die durch ihre bauartbedingte Betriebsweise ein nicht kontinuierliches Drehmoment auf die den Antriebsstrang antreibende Kurbelwelle übertragen. Infolgedessen treten Dreh- oder Torsionsschwingungen auf, zu deren Dämpfung sogenannte Drehschwingungsdämpfer und/oder Drehschwingungstilger eingesetzt werden. Drehschwingungsdämpfer sind beispielsweise in Kupplungsscheiben einer Reibungskupplung oder in solchen Zweimassenschwungrädern integriert. Eine besondere Bauform eines Drehschwingungstilgers ist die Fliehkraftpendeleinrichtung, bei dem Pendelmassen auf Pendelbahnen mit Umfangs- und Radialanteil verlagerbar angeordnet sind, sodass die Pendelmassen bei Drehschwingungen unterschiedliche Radien einnehmen und damit das Trägheitsmoment des die Pendelmassen aufnehmenden Bauteils erhöht und das Bauteil damit kurzzeitig abgebremst wird. Fliehkraftpendeleinrichtungen werden zumeist in einem Zweimassenschwungrad oder mit einer Kupplungseinheit einer Reibungskupplung im Antriebsstrang verbaut.
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Die eingangs erwähnte Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges ist beispielsweise als Zweimassenschwungrad und die entsprechende Reibungskupplung ist beispielsweise als Doppelkupplung aus der
DE 10 2011 014 933 A1 bekannt. Das dort beschriebene Zweimassenschwungrad weist ein Eingangsteil, ein um eine Drehachse des Schwungrades gegenüber dem Eingangteil verdrehbares Ausgangteil und eine zwischen das Eingangsteil und das Ausgangsteil zwischengeschaltete Dämpfereinrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen in dem Antriebsstrang auf, wobei die Dämpfereinrichtung mindestens einen als Bogenfeder ausgebildeten Energiespeicher aufweist.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Drehmomentübertragungseinrichtung und eine Reibungskupplung mit einer entsprechenden Drehmomentübertragungseinrichtung anzugeben, bei denen diese Drehmomentübertragungseinrichtung robust ausgeführt ist und zielgerichtet wirkt.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Dämpfereinrichtung weiterhin zumindest eine Laufrolle und das zweite Drehteil eine Laufbahn mit Umfangs- und Radialanteil für diese Laufrolle oder jeweils eine solche Laufbahn für jede der Laufrollen aufweist, wobei die zumindest eine Laufrolle mittels des mindestens einen Energiespeichers in radialer Richtung oder einer Richtung mit einer Radialkomponente an die zumindest eine Laufbahn angepresst wird.
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Die erfindungsgemäße Drehmomentübertragungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie im Vergleich zu den herkömmlichen Drehmomentübertragungseinrichtungen mit Dämpfereinrichtungen (wie etwa Zweimasseschwungrädern mit Bogenfedern als Dämpfern) sehr einfach aufgebaut ist und – durch entsprechende Wahl der Parameter Anpressdruck und Kontur der Laufbahnen – zielgerichteter wirken kann. Einer der entscheidenden Vorteile der erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung ist, dass die Dämpfereinrichtung eine niedrige effektive Reibung besitzt (Rollreibung und die materialbedingten Verluste in der Drehmomentübertragungseinrichtung).
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Drehmomentübertragungseinrichtung weiterhin eine Fliehkraftpendeleinrichtung mit einer Trägereinrichtung und mehreren bezüglich der Drehachse umfänglich verteilt angeordneten Pendelmassen auf. Jede dieser Pendelmassen ist dabei an der Trägereinrichtung relativ zu dieser entlang einer Pendelbahn mit Umfangs- und Radialanteil bewegbar angeordnet. Durch eine solche Fliehkraftpendeleinrichtung werden die Dreh- und Torsionsschwingungen weiter reduziert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trägereinrichtung mit dem zweiten Drehteil drehfest verbunden ist oder dass die Trägereinrichtung vom zweiten Drehteil direkt gebildet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die zumindest eine Laufbahn – ausgegend von einer Basisposition – in beiden Umfangsrichtungen um die Drehachse entlang eines jeweiligen (gekrümmten) Bahnabschnitts unter jeweiliger Zunahme der radialen Höhe. Der eine Bahnabschnitt ist für den Zugbetrieb, der andere Bahnabschnitt ist für den Schubbetrieb. Prinzipiell kann die Form der Laufbahnen bezüglich der Drehrichtung um die Drehachse symmetrisch sein. Da für den Zugbetrieb jedoch andere Anforderungen gelten als für den Schubbetrieb des Antriebs, ist die Form der Laufbahnen bevorzugt asymmetrisch. In der Regel ist daher der eine Bahnabschnitt für den Zugbetrieb länger als der Bahnabschnitt für den Schubbetrieb.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Dämpfereinrichtung mehrere umfänglich verteilt angeordnete Laufrollen aufweist, wobei das zweite Drehteil für jede dieser Laufrollen eine Laufbahn mit Umfangs- und Radialanteil aufweist. Jede der Laufrollen ist zum Abrollen auf der entsprechenden Laufbahn drehbar und gegenüber dem ersten Drehteil radial verlagerbar gelagert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine Laufbahn am Außenumfang des zweiten Drehteils ausgebildet.
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Generell kann die Anzahl der Pendelmassen beliebig gewählt werden. In einigen Fällen ist es jedoch von Vorteil, wenn die Anzahl der Laufrollen beziehungsweise Laufbahnen der Dämpfereinrichtung der Anzahl der Pendelmassen der Fliehkraftpendeleinrichtung entspricht. In diesen Fällen stellt je ein (immer gleich ausgebildeter) Umfangsbereich der Dämpfereinrichtung mit je einer der Rollen den (immer gleichen) Bauraum für eine der Pendelmassen der Fliehkraftpendeleinrichtung zur Verfügung.
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Bevorzugt ist je eine der Pendelmassen im Umfangsbereich einer der Laufbahnen angeordnet. Dabei sind die Pendelmassen, bezogen auf die Drehachse, bevorzugt radial innerhalb der Laufbahnen angeordnet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung presst der mindestens eine Energiespeicher jede der Laufrollen bezüglich der Drehachse im Wesentlichen radial an die entsprechende Laufbahn an. Der mindestens eine Energiespeicher kann dabei zum Beispiel als Hydraulik-, Pneumatik- oder Federelement ausgebildet sein.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass diese Drehmomentübertragungseinrichtung als Schwungrad ausgebildet ist, dessen zweites Drehteil als die Schwungmasse oder eine der Schwungmassen ausgestaltet ist. Bei nur einer Schwungmasse ist das Schwungrad ein Einmassen-Schwungrad, bei zwei Schwungmassen ein Zweimassenschwungrad. Bei einem solchen Zweimassenschwungrad ist die zweite Schwungmasse in der Regel am ersten Drehteil ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Anpress-Druck, mit dem der mindestens eine Energiespeicher die mindestens eine Laufrolle an die Laufbahn(en) anpresst, einstellbar ist. Dazu ist die Dämpfereinrichtung zur Veränderung einer diesen Anpressdruck bestimmenden Vorspannung des Energiespeichers eingerichtet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Energiespeicher als Federelement, insbesondere als Schraubenfeder (Druck- beziehungsweise Zugfeder), ausgebildet ist.
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Prinzipiell ist es möglich, dass eine oder mehrere Energiespeicher alle Laufrollen gemeinsam auf die entsprechenden Laufbahnen presst. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Dämpfereinrichtung mehrere Energiespeicher auf, wobei zum Anpressen jeder der Laufrollen an die entsprechende Laufbahn jeweils mindestens einer der Energiespeicher vorgesehen ist. Es kann sich dabei um jeweils einen Energiespeicher handeln, der entsprechend vorgespannt ist oder beispielsweise um ein Paar aus zwei einander entgegenwirkenden Energiespeichern, beispielsweise zwei Federelemente, von denen eine als Zugfeder und die andere als Druckfeder genutzt wird.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste Drehteil als Eingangsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung und das zweite Drehteil als Ausgangsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet. Die Drehmomentübertragungseinrichtung ist also so ausgebildet, dass das Eingangsteil im Antriebsstrang antriebsseitig und das Ausgangsteil abtriebsseitig angeordnet werden soll. Dabei ist in einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass das Eingangsteil direkt an eine Abtriebswelle einer Antriebsmaschine des Antriebsstrangs, insbesondere an eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors, anschließbar oder angeschlossen ist.
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Schließlich weist die Drehmomentübertragungseinrichtung mit Vorteil weiterhin einen Drehschwingungstilger, insbesondere eine Fliehkraftpendeleinrichtung auf. Diese Drehschwingungstilger ist vorzugsweise am zweiten Drehteil montiert.
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Bei der erfindungsgemäßen Reibungskupplung mit Drehmomentübertragungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung als vorstehend genannte Drehmomentübertragungseinrichtung ausgebildet ist.
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Die gängigen Ausführungsformen und die generelle Funktion von Reibungskupplungen im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sind aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen und anderen Dokumenten der Anmelderin bekannt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ausgangsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Gegendruckplatte der Reibungskupplung verbunden ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt die
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1: Details einer Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Dämpfereinrichtung zur Dämpfung von Drehschwingungen und einer Fliehkraftpendeleinrichtung zur zusätzlichen Drehschwingungstilgung in schematischen Darstellungen.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer als Schwungrad 10 ausgebildeten Drehmomentübertragungseinrichtung 12 für einen Antriebsstrang eines (nicht dargestellten) Kraftfahrzeuges. Diese Drehmomentübertragungseinrichtung 12 umfasst zwei bezüglich einer gemeinsamen Drehachse 14 gegeneinander verdrehbare Drehteile 16, 18 sowie eine zwischen die beiden Drehteile 16, 18 zwischengeschaltete Dämpfereinrichtung 20 zur Dämpfung von Drehschwingungen in dem Antriebsstrang. Im unteren Teil der Figur ist die Anbindung an den Antrieb des Antriebsstrangs mit dem ersten Drehteil 16 gezeigt. Der in den oberen Teil der Figur weisende Pfeil zeigt an, das das erste Drehteil 16 auf Höhe der Drehachse 14 an die Dämpfereinrichtung 20 angebunden ist.
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Die Dämpfereinrichtung 20 weist – ausgehend von der Drehachse 14 – zwei sich in einander entgegengesetzte radiale Richtungen erstreckende Arme 22 auf. Jeder dieser Arme 22 ist innerhalb der Dämpfereinrichtung radial verschiebbar gelagert. An dem jeweiligem offenen Ende dieser Arme 22 ist je ein Lager für eine Laufrolle 24 der Dämpfereinrichtung 20 angeordnet. Das zweite der Drehteile 18 ist scheibenartig geformt und bildet eine Schwungmasse 26 des Schwungrades 10. Am Außenumfang 28 des zweiten Drehteils 18 ist für jede der (beiden) Laufrollen 24 je eine Laufbahn 30 mit Umfangs- und Radialanteil ausgebildet. Bei jeder der Laufbahnen 30 erstreckt sich – ausgegend von einer jeweiligen Basisposition 32 – ein jeweiliger Bahnabschnitt 32 für den Schubbetrieb und ein Bahnabschnitt 34 für den Zugbetrieb in je eine der beiden Umfangsrichtungen um die Drehachse 14 unter jeweiliger Zunahme der radialen Höhe. Da für den Zugbetrieb jedoch andere Anforderungen gelten als für den Schubbetrieb eines Antriebs, ist die Form der Laufbahnen 30 für viele Anwendungen – wie hier – bevorzugt asymmetrisch. Bei jeder der Laufbahnen 30 ist der eine Bahnabschnitt 34 für den Schubbetrieb einer solchen asymmetrischen Laufbahn 30 kürzer als der Bahnabschnitt 36 für den Zugbetrieb. Das Ende 38 des Bahnabschnitts 34 einer jeden Laufbahn 30 ist ohne einen Endanschlag für die jeweilige Laufrolle 24 ausgebildet.
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Die Dämpfereinrichtung 20 weist weiterhin mehrere als Federelemente 40 ausgebildete Energiespeicher 42 auf, die von einer Käfigeinrichtung 44 der Dämpfereinrichtung 20 gehalten werden. Mittels jeweils eines dieser Energiespeicher 42 wird der entsprechende Arm 22 mit der daran befestigten Laufrolle 24 in Richtung der Drehachse 14 radial auf die entsprechende Laufbahn 30 gepresst. Dazu stützen sich die als Schraubenfedern ausgebildeten Federelemente 40 jeweils radial außen an der Käfigeinrichtung 44 und radial innen an einem Fußteil des jeweiligen Arms 22 ab, wobei sie je einen der Arme 22 umgeben. Das freie Ende jedes der Arme 22 ragt hingegen radial aus dem Käfig 44 hinaus, sodass sich die Laufrollen 24 radial außerhalb der Käfigeinrichtung befinden. Die Federelemente 40 wirken im gezeigten Beispiel als Druckfedern, die die Laufrollen 24 um den Außenumfang 28 des zweiten Drehteils 18 herum im Bereich der Laufbahnen 30 verspannen. Mit anderen Worten pressen die im Beispiel als Federelemente 40 ausgebildeten Energiespeicher 42 jede der Laufrollen 24 (bezüglich der Drehachse 14) im Wesentlichen radial an die ihr zugeordnete Laufbahn 30 an.
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Alternativ ist es jedoch auch möglich, als Druckfedern wirkende Federelemente 40 oder ganz andere Energiespeicher 42, wie beispielsweise Hydraulik- oder Pneumatik-Elemente zu nutzen.
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Das erste Drehteil 16 ist im gezeigten Beispiel als ein Eingangsteil 46 der Drehmomentübertragungseinrichtung 12 und das zweite Drehteil 18 als ein Ausgangsteil 48 der Drehmomentübertragungseinrichtung 12 ausgebildet. Der untere Teil der Figur zeigt – wie gesagt – eine schematische Darstellung der Seitenansicht des ersten Drehteils 16, also des Eingangsteils 46. Dabei ist das Eingangsteil 46 direkt mit einer Abtriebswelle 50 einer Antriebsmaschine des Antriebsstrangs drehfest verbunden. Die Abtriebswelle 50 ist die Kurbelwelle 52 eines den Antriebsstrang antreibenden Verbrennungsmotors. Die zangenartig ausgebildete Dämpfereinrichtung umgreift mit den an den Armen 22 gelagerten Laufrollen 24 den Außenumfang 28 des im oberen Teil der Figur eingezeichneten zweiten Drehteils 18 (des Ausgangsteils 48).
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 12 weist weiterhin eine mehrteilige Fliehkraftpendeleinrichtung 54 mit mehreren (im Beispiel zwei) bezüglich der Drehachse 14 umfänglich verteilt angeordneten Pendelmassen 56 und einer vom zweiten Drehteil 18 gebildeten Trägereinrichtung 58 auf, wobei jede der Pendelmassen 56 an der Trägereinrichtung 58 relativ zu dieser entlang einer jeweiligen Pendelbahn mit Umfangs- und Radialanteil bewegbar angeordnet ist. Derartige Fliehkraftpendeleinrichtungen 54 sind – wie eingangs bereits erwähnt – prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt.
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Es ergeben sich die folgenden Vorteile:
Die Drehmomentübertragungseinrichtung 12 ist im Vergleich zu vielen herkömmlichen Drehmomentübertragungseinrichtungen mit Dämpfereinrichtungen sehr einfach aufgebaut und kann – durch entsprechende Anpassung der Parameter (Anpressdruck und Kontur der Laufbahnen 30) gezielter wirken. Durch Optimierung dieser Parameter, insbesondere der Form/Kontur der Laufbahnen 30 kann die Kraftübertragung vom Motor in den Antriebsstrang gleichmäßiger erfolgen. Die Laufbahnen 30 können dabei so ausgestaltet sein, dass der Antrieb im breiten Fahrbereich eine niedrigere effektive Steifigkeit besitzt. Die Kombination aus Dämpfereinrichtung 20 und Fliehkraftpendeleinrichtung 54 sorgt für eine besonders kontinuierliche Übertragung des Drehmoments innerhalb des Antriebsstrangs.
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An dieser Stelle sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Form der Laufbahnen 30 in den Figuren rein beispielhaft ist. Die Möglichkeit der Anpassung dieser Form an die Anforderungen im Antriebsstrang ist einer der wichtigsten Vorteile dieser Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ergeben sich also zwei Laufbahnen 32 mit je einem Bahnabschnitt 34 für den Schubbetrieb über einen Winkelbereich von 10° und einem Bahnabschnitt 36 für den Zugbetrieb über einen Winkelbereich von 165°.
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Alternativ zu der zuvor beschriebenen Anordnung der Drehmomentübertragungseinrichtung 12 im Antriebsstrang des Fahrzeugs kann – bezogen auf die Drehmomentübertragungsrichtung im Antriebsstrang – selbstverständlich auch das zweite Drehteil 18 das antriebsseitige Eingangsteil 44 und das erste Drehteil 16 das abtriebsseitige Ausgangsteil 46 sein.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung 12 weist folgende charakteristische Eigenschaften auf:
- 1) Dämpfereinrichtung 20 mit großem relativen Verdrehwinkel (wobei ein Verdrehwinkel größer als 180° auch möglich ist), mittels der eine niedrige effektive Steifigkeit kreiert werden kann;
- 2) reibungsarme Dämpfereinrichtung (Rollreibung und die materialbedingten Verluste in der Einrichtung);
- 3) verschiedene Optimierungsmöglichkeiten je nach Bedarf (z. B. Blockieren der Dämpfereinrichtung durch Vorspannung von Druck- oder Zugfedern (oder sonstiger Energiespeicher);
- 4) ein mit dem Isolationsniveau herkömmlicher Schwungräder (mit Dämpfer- und Fliehkraftpendeleinrichtungen) vergleichbares Isolationsniveau ist ohne nennenswerte Primärmasse erreichbar;
- 5) voraussichtlich eine einfache Bauweise (im Vergleich zu den herkömmlichen Dämpfereinrichtungen); und
- 6) das Niveau von Zugisolation ist in einem breiten Drehzahlbereich im Vergleich zu den herkömmlichen Dämpfereinrichtungen höher.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schwungrad
- 12
- Drehmomentübertragungseinrichtung
- 14
- Drehachse
- 16
- erstes Drehteil
- 18
- zweites Drehteil
- 20
- Dämpfereinrichtung
- 22
- Arm
- 24
- Laufrolle
- 26
- Schwungmasse
- 28
- Außenumfang
- 30
- Laufbahn
- 32
- Basisposition
- 34
- Bahnabschnitt (Laufbahn)
- 36
- Bahnabschnitt (Laufbahn)
- 38
- Ende
- 40
- Federelement
- 42
- Energiespeicher
- 44
- Käfigeinrichtung
- 46
- Eingangsteil
- 48
- Ausgangsteil
- 50
- Abtriebswelle
- 52
- Kurbelwelle
- 54
- Fliehkraftpendeleinrichtung
- 56
- Pendelmasse
- 58
- Trägereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011014933 A1 [0003]
