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Die Erfindung betrifft ein Federpaket für Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere Schwingungsdämpfer, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.
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Aus dem Stand der Technik sind Federpakete für Drehmomentübertragungseinrichtungen, insbesondere Drehschwingungsdämpfer, für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bekannt. Die Federpakete umfassen dabei mindestens zwei Federn. Die Federpakete bestehen aus einer Außenfeder und mindestens einer Innenfeder, wobei die Innenfeder innerhalb der Außenfeder axial verschiebbar ist. Unter Einwirkung von Fliehkräften kann eine Innenfederverwindung zwischen zwei Außenfederwindungen eintauchen und verhaken. In diesem Zustand führt eine Relativbewegung zwischen Innen- und Außenfeder beim Abgleiten zu einer zusätzlichen Beanspruchung der verhakten Innenfederwindung, wodurch die Lebensdauer verkürzt wird und das Federpaket ein nicht konstanten Kennlinienverlauf aufweist.
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Es besteht daher das Bedürfnis die Lebensdauer eines Federpakets zu erhöhen und einen konstanten Kennlinienverlauf zu ermöglichen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung Maßnahmen für ein Federpaket aufzuzeigen, welche eine Lebensdauer erhöhen und einen Verschleiß des Federpakets reduzieren.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Federpaket mit den Merkmalen des Anspruchs 1. 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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Die Erfindung betrifft ein Federpaket für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere Schwingungsdämpfer, eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein erstes elastisches Element und mindestens ein dazu koaxial angeordnetes zweites elastisches Element, wobei das mindestens eine zweite elastische Element innerhalb des ersten elastischen Elements angeordnet ist, wobei das erste elastische Element und das zweite elastische Element relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum zweiten elastischen Element weisende Innenfläche des ersten elastischen Elements und/oder eine zum ersten elastischen Element weisende Außenfläche des zweiten elastischen Elements eine ebene Kontaktläche aufweist.
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Durch eine derartige Ausgestaltung eines ersten elastischen Elements und/oder zweiten elastischen Elements kann ein Abgleiten von Windungen des zweiten elastischen Elements an den Windungen des ersten elastischen Elements vereinfacht werden, so dass ein Verhaken von Windungen des zweiten elastischen Elements in den Windungen des ersten elastischen Elements reduziert oder vermieden werden kann. Das erste elastische Element kann hierbei eine Außenfeder darstellen und das zweite elastische Element kann eine Innenfeder darstellen. Durch eine ebene Kontaktfläche, insbesondere abgeflachte Fläche, an der Innenfläche des ersten elastischen Elements und/oder eine ebene Kontaktfläche, insbesondere abgeflachte Fläche, an der Außenfläche des zweiten elastischen Elements kann eine Gleitfläche an den gegenseitigen Kontaktstellen ausgebildet werden, so dass Unebenheiten reduziert und ein Einhaken von Windungen vermieden oder reduziert werden können. Dadurch kann eine partiell erhöhte Steifigkeit des Federpakets, ein nicht konstanter Kennlinienverlauf des Federpakets, ein erhöhter Verschleiß an den Auflagepunkten des ersten elastischen Elements und des zweiten elastischen Elements, lokale Spannungsüberhöhungen beziehungsweise Überlastungen in dem ersten elastischen Element und/oder dem zweiten elastischen Element vermieden werden, so dass eine Lebensdauer des Federpakets erhöht werden und ein Verschleiß des Federpakets reduziert werden kann. Dadurch kann unter Fliehkrafteinfluss eine konstante Federsteifigkeit realisiert werden, und die Beweglichkeit des zweiten elastischen Elements gegenüber dem ersten elastischen Element kann verbessert werden.
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Auf diese Weise kann eine Lebensdauer des Federpakets erhöht und ein Verschleiß des Federpakets reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind das erste elastische Federelement und das zweite elastische Element jeweils eine Schraubenfeder, insbesondere eine Bogenfeder oder eine Druckfeder. Das erste elastische Element und das zweite elastische Element können konzentrisch angeordnet sein, wobei der Innendurchmesser des ersten elastischen Elements und der Außendurchmesser des zweiten elastischen Elements derart bemessen sind, dass diese relativ zueinander verschiebbar sind.
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Vorzugsweise weisen das erste elastische Element und das zweite elastische Element einen gegenläufigen Windungssinn auf. Auf diese Weise kann ein Eintauchen und Verhaken einer Windung des zweiten elastischen Elements zwischen zwei Windungen des ersten elastischen Elements weiter verringert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weisen das erste elastische Element und das zweite elastische Element unterschiedliche Federkonstanten auf. Der Begriff Federkonstante beschreibt hierbei einen Wert, um ein elastisches Element, insbesondere eine Feder, für den gewünschten Zweck auslegen und berechnen zu können. Die Federkonstante errechnet sich aus der Auslenkung der Feder mit der dazu notwendigen und resultierenden Kraft. Das bedeutet: Je mehr die Feder gedehnt wird, desto mehr Kraft muss aufgewendet werden. Der Quotient aus Dehnung und Kraft ergibt die Federkonstante. Durch eine Verwendung von unterschiedlichen Federkonstanten können unterschiedliche Schwingungen gedämpft werden. Beispielsweise können mit dem ersten elastischen Element andere Schwingungen gedämpft werden als mit dem zweiten elastischen Element. Auf diese Weise kann das Dämpfungsverhalten der Drehmomentübertragungseinrichtung bei Verwendung eines Federpakets mit unterschiedlichen Federkonstanten verbessert werden.
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Es ist bevorzugt, dass das erste elastische Element und das zweite elastische Element aus einem Federstahl hergestellt sind. Der Begriff Federstahl bezeichnet hierbei ein Stahl, der im Vergleich zu anderen Stählen eine höhere Festigkeit besitzt. Jedes aus einem Federstahl hergestelltes Bauteil kann bis zu einer durch den Werkstoff bestimmten Spannung, auch Elastizitätsgrenze genannt, verformt werden, um danach ohne bleibende Verformung elastisch in den Ausgangszustand zurückzukehren. Die Werkstoffeigenschaft, die das ermöglicht, ist die Elastizität. Darüber hinausgehende Verformungen führen zu plastischer Deformation. Beispielsweise hat der Federstahl 38Si7 eine Elastizitätsgrenze von mindestens. 1150 N/mm2 mit einer Zugfestigkeit von 1300–1600 N/mm2, verglichen mit 235 N/mm2 bei dem Baustahl S235JR mit einer Zugfestigkeit von 360 N/mm2. Der maßgebliche Unterschied ist hierbei das Streckgrenzenverhältnis, insbesondere das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit des Werkstoffs, welches bei Federstählen üblicherweise im Bereich > 85% liegt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Drehmomentübertragungseinrichtung für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem um eine Drehachse drehbaren Eingangsbauteil, und einem gegenüber dem Eingangsbauteil begrenzt verdrehbaren Ausgangsbauteils mit wenigstens einem Federpaket, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet oder weitergebildet sein kann, ausgebildet ist.
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Durch die Verwendung eines Federpakets, das wie vorstehend beschrieben ausgebildet oder weitergebildet sein kann, kann eine Drehmomentübertragungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden, bei der die Lebensdauer des Federpakets erhöht und einen Verschleiß des Federpakets reduziert wird.
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Es ist bevorzugt, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung als Zweimassenschwungrad, Kupplungsscheibe, Torsionsschwingungsdämpfer oder Drehmomentwandler ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die Drehmomentübertragungseinrichtung eine Anwendung sein, welches ein Federpaket mit einem ersten elastischen Element und einem koaxialen zweiten elastischen Element umfasst.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Federpakets, das wie vorstehend ausgebildet oder weitergebildet sein kann, für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, die wie vorstehend ausgebildet oder weitergebildet sein kann, umfassend folgende Schritte:
- – Bereitstellen des Ausgangsmaterials mit einem runden Querschnitt, insbesondere eines Federstahls,
- – Erstellen einer ebenen Kontaktfläche, insbesondere Abflachen, an der Innenfläche des ersten elastischen Elements oder an der Außenfläche des zweiten elastischen Elements mittels eines Umformverfahrens, insbesondere mittels einer Profilwalze, oder eines zerspanenden Fertigungsverfahrens, insbesondere mittels Fräsen oder Drehen,
- – koaxiales Einfügen des zweiten elastischen Elements in das erste elastische Element.
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Auf diese Weise kann ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dem ein Federpaket mit einer erhöhten Lebensdauer des Federpakets und einem reduzierten Verschleiß des Federpakets hergestellt werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass das Ausgangsmaterial vor dem Erstellen der ebenen Kontaktfläche an der Innenfläche des ersten elastischen Elements oder an der Außenfläche des zweiten elastischen Elements zu einem ersten elastischen Element oder zu einem zweiten elastischen Element, insbesondere in eine Bogenfeder, gewickelt wird. Auf diese Weise können bereits fertiggestellte elastische Elemente verwendet werden, welche beispielsweise auch in anderen Anwendungen verwendet werden können.
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Vorzugsweise wird das Ausgangsmaterial beim Erstellen einer ebenen Kontaktfläche an der Innenfläche des ersten elastischen Elements und/oder an der Außenfläche des zweiten elastischen Elements gleichzeitig zu einem ersten elastischen Element oder zweiten elastischen Element gewickelt. Auf diese Weise können Arbeitsschritte beim Erstellen des ersten elastischen Elements und/oder des zweiten elastischen Elements eingespart werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1 einen Ausschnitt einer Draufsicht auf eine Schnittansicht von drei verschiedenen Federpaketen;
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2 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer Ausführungsform eines ersten elastischen Elements;
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3 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federpakets mit einem ersten elastischen Elements gemäß der 2;
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4 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer Ausführungsform eines zweiten elastischen Elements;
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5 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer Ausführungsform eines Federpakets mit einem zweiten elastischen Elements gemäß der 4; und
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6 einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer Ausführungsform eines Federpakets mit einem ersten elastischen Elements gemäß der 2 und einem zweiten elastischen Element gemäß der 4.
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In der nachfolgenden Figurenbeschreibung werden für die gleichen Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt drei verschiedene Ausschnitte einer Draufsicht einer Schnittansicht von drei verschiedenen Federpaketen.
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1a) zeigt ein Federpaket 10 für einen nicht dargestellten Schwingungsdämpfer, beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik. Das Federpaket 10 umfasst ein erstes elastisches Element 12 und ein dazu koaxial angeordnetes zweites elastisches Element. 14. Das erste elastische Element 12 ist eine Außenfeder und das zweite elastische Element 14 ist eine Innenfeder, welche jeweils als Bogenfedern ausgebildet sind, wobei von dem ersten elastischen Element 12 zwei Windungen und von dem zweiten elastischen Element 14 eine Windung dargestellt sind. Die Bogenfedern sind jeweils aus einem Federstahl hergestellt. Das zweite elastische Element 14 ist innerhalb des ersten elastischen Elements 12 angeordnet, wobei das erste elastische Element 12 und das zweite elastische Element 14 relativ zueinander verschiebbar sind. Es ist erkennbar, dass die Windung des zweiten elastischen Elements 14 einen Abstand d weit in den zwei Windungen des ersten elastischen Elements 12 eintaucht. Dadurch wird bei der eingehakten Windung des zweiten elastischen Elements 14 beim Abgleiten eine zusätzliche Beanspruchung verursacht, wodurch die Lebensdauer des Federpakets 10 beeinträchtigt wird und zu einem nichtkonstanten Kennlinienverlauf des Federpakets 10 führt.
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1b) stellt ein Federpaket 16 dar. Im Gegensatz zur 1a) weist das zweite elastische Element 18 an seiner zum ersten elastischen Element 12 weisenden Außenfläche 20 eine ebene Kontaktfläche auf. Auf diese Weise kann der Abstand e, welche die Windung des zweiten elastischen Elements 18 in die zwei Windungen des ersten elastischen Elements 12 eintaucht verringert werden. Dies ist daran erkennbar, dass der Abstand e der 1b) kleiner als der Abstand d der 1a) ist.
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In 1c) ist eine weitere Ausführungsform eines Federpakets 22 dargestellt. Das Federpaket 22 weist ein erstes elastisches Element 24 und das zweite elastische Element 18 auf. Eine zum zweiten elastischen Element 18 weisende Innenfläche 26 des ersten elastischen Elements 24 und die zum ersten elastischen Element 24 weisende Außenfläche 20 des zweiten elastischen Elements 18 weisen jeweils eine ebene Kontaktfläche auf, wobei die Innenfläche 26 des ersten elastischen Elements 24 die Außenfläche 20 des zweiten elastischen Elements 18 kontaktiert und eine Gleitfläche ausbilden. Auf diese Weise kann ein Eintauchen von Windungen des zweiten elastischen Elements 18 in die Windungen des ersten elastischen Elements 24 vermieden werden.
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2 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht des ersten elastischen Elements 24 der 1c). Es ist erkennbar, dass die Innenfläche 26 eine ebene Kontaktfläche aufweist.
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In 3 ist ein Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform eines Federpakets 28 mit dem ersten elastischen Element 24 der 2 und dem zweiten elastischen Element 14 der 1a dargestellt. Das erste elastische Element 24 und das zweite elastische Element 14 weisen einen gegenläufigen Windungssinn auf.
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4 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht des zweiten elastischen Elements 18 der 1b). Es ist erkennbar, dass die Außenfläche 20 eine ebene Kontaktfläche aufweist.
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In 5 ist ein Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht der Ausführungsform des Federpakets 16 der 1b) dargestellt. Das Federpaket 16 umfasst das erste elastische Element 12 und das zweite elastische Element 18.
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6 zeigt einen Ausschnitt einer Seitenansicht einer Schnittansicht des Federpakets 22 der 1c) mit einem ersten elastischen Element 24 und einem zweiten elastischen Element 18.
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Das Ausgangsmaterial, insbesondere ein Federstahl, zur Herstellung des ersten elastischen Elements 24 und/oder des zweiten elastischen Elements 18 weist mindestens eine ebene Kontaktfläche auf zur Ausbildung der Innenfläche 26 des ersten elastischen Elements 24 und/oder der Außenfläche 20 des zweiten elastischen Elements 18. Alternativ weist das Ausgangsmaterial eine runde Form auf, wobei bei einer runden Form bei der Herstellung des ersten elastischen Elements 24 und/oder des zweiten elastischen Elements 18 das Ausgangsmaterial mittels Profilwalzen an der Innenfläche 26 des ersten elastischen Elements 24 oder an der Außenfläche 20 des zweiten elastischen Elements 18 eine ebene Kontaktfläche erstellt wird. Das erste elastische Element 24 und das zweite elastische Element 14 können unterschiedliche Federkonstanten aufweisen und einen gegenläufigen Windungssinn aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Federpaket
- 12
- erstes elastisches Element
- 14
- zweites elastisches Element
- 16
- Federpaket
- 18
- zweites elastisches Element
- 20
- Außenfläche
- 22
- Federpaket
- 24
- erstes elastisches Element
- 26
- Innenfläche
- 28
- Federpaket
- d
- Abstand der eingehakten Windung des zweiten elastischen Elements
- e
- Abstand der eingehakten Windung des zweiten elastischen Elements
