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Die Erfindung betrifft ein Federpaket gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie einen Torsionsdämpfer mit einem derartigen Federpaket.
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Ein gattungsgemäßes Federpaket ist in der
WO 2006/035 173 A1 gezeigt. Dabei umfasst das Federpaket zwei Abstützelemente sowie drei koaxial ineinander angeordnete Schraubenfedern. Die Schraubenfedern weisen hierbei jeweils unterschiedliche Steifigkeiten auf, wobei die Enden der Schraubenfedern an einem jeweiligen Abstützelement angeordnet sind. Das Federpaket ist dabei durch einen Gelenkabschnitt an einer Gelenkaufnahme des Torsionsdämpfers angeordnet. Dabei wirkt eine Axialkraft der Schraubenfedern auf die Abstützelemente, sodass das Federpaket durch den Gelenkabschnitt und die Gelenkaufnahme an seiner vorbestimmten Position gehalten wird. Bei hohen Laufleistungen sowie bei besonderen Anwendungen verschleißt der Gelenkabschnitt des Torsionsdämpfers und die Gelenkaufnahme des Torsionsdämpfers zunehmend, sodass ein Defekt der Ansteuerung des Federpakets möglich ist, insbesondere durch Defekt der Befestigung des Federpakets an dem Torsionsdämpfer.
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Es ist von dem Stand der Technik ausgehend Aufgabe ein Federpaket bereitzustellen, welches einem geringeren Verschleiß unterliegt und eine verbesserte radiale Befestigung aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Federpaket mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindung beschrieben.
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Das Federpaket, auch elastisches Paket oder Kraftspeicherpaket genannt, umfasst zumindest ein erstes elastisches Element mit geringer Steifigkeit sowie ein zweites elastisches Element mit hoher Steifigkeit. Die Steifigkeit der elastischen Elemente kann beispielsweise durch eine Federkonstante beschrieben werden. Dabei beziehen sich die Begrifflichkeiten der geringen und hohen Steifigkeit auf die relative Steifigkeit zwischen den elastischen Elementen. An den axialen Enden der elastischen Elemente sind Abstützelemente, auch Federteller genannt, angeordnet. Ansteuerflächen der elastischen Elemente sind dabei insbesondere Anlageflächen der Abstützelemente zugeordnet. An dem Abstützelement ist insbesondere ein Gelenkabschnitt ausgebildet, der mit einer Gelenkaufnahme des Torsionsdämpfers, insbesondere mit einem Eingangselement und einem Ausgangselements des Torsionsdämpfers zusammenwirkt. Das Federpaket wird insbesondere durch die Gesamtkraft des Federpakets, welche der Summe der Axialkräfte der elastischen Elemente entspricht und auf die Abstützelemente wirkt, über Gelenkabschnitte der Abstützelemente an den Gelenkaufnahmen des Torsionsdämpfers positioniert, angeordnet bzw. gehalten. Die Axialkräfte ergeben sich durch Vorspannung der elastischen Elemente innerhalb des Federpakets. Dabei kann die Befestigung des Federpakets an dem Torsionsdämpfer auch auf andere Art und Weise ausgeführt sein. Das Federpaket ist hierbei unteranderem für einen Torsionsdämpfer einer Kupplungsscheibe geeignet, insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug.
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Die elastischen Elemente weisen als solche, also als Einzelteil und insbesondere in einem kraftfreien Zustand, eine Freilänge auf. Dabei sind die Abstützelemente an den axialen Enden der elastischen Elemente angeordnet und bilden gemeinsam das Federpaket. Das Federpaket ist dabei an dem Torsionsdämpfer, insbesondere innerhalb von Öffnungen oder Federfenstern des Torsionsdämpfers, angeordnet. In einem kraftfreien Zustand des Torsionsdämpfers befindet das Federpaket in einem betriebsbereiten Ausgangszustand. In einem derartigen Zustand ist zumindest eines der elastischen Elemente vorgespannt, insbesondere entlang der Axialrichtung des Federpakets. Dadurch wird in Verbindung mit dem Gelenkabschnitt und der Gelenkaufnahme eine sichere und kraftschlüssige Befestigung des Federpakets an dem Torsionsdämpfer erreicht. Hierbei sind die elastischen Elemente jeweils von deren Freilänge auf eine jeweilige Einbaulänge komprimiert, vorgespannt oder verkürzt. Durch die Kompression bewirkt das jeweilige elastische Element eine Axialkraft, auch Vorspannkraft genannt, die auf die Abstützelemente des Federpakets und dementsprechend auf den Torsionsdämpfer wirkt. Die Summe der Axialkräfte der elastischen Elemente ergibt die Gesamtkraft des Federpakets.
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Diese Kompression, Vorspannung oder Verkürzung kann an dem elastischen Element insbesondere durch die Differenzlänge beschrieben werden, die der Differenz zwischen Freilänge und Einbaulänge entspricht. Dabei ist die Differenzlänge des ersten Elements, welches eine geringere Steifigkeit aufweist, größer als die Differenzlänge des zweiten Elements.
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Dadurch wird die Gesamtkraft des Federpakets erhöht, sodass die Wirkung des radialen Haltemechanismus des Federpakets durch den Gelenkabschnitt verbessert ist. Dementsprechend kann der Gelenkabschnitt nicht aus der Gelenkaufnahme herausspringen und zudem ist der Verschleiß wesentlich verringert.
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Durch die Ausbildung der größeren Differenzlänge an dem ersten Element bleiben diese positiven Effekte auch über die Lebensdauer des Federpakets erhalten. Grund hierfür ist ein Setzen der elastischen Elemente, welches insbesondere zu Beginn der Lebensdauer bei Aufnahme des Betriebs des Torsionsdämpfers auftritt. Dabei verkürzen sich die elastischen Elemente durch einen Setzprozess. Dem wird bereits durch besondere Herstellungsverfahren entgegengewirkt, jedoch kann dieser Effekt nicht vollständig vermieden werden. Dabei kann sich die Freilänge eines elastischen Elements beispielsweise um etwa einen Millimeter, wodurch die eingebrachte Vorspannung und somit die Gesamtkraft des Federpakets entsprechend absinkt. Vergleichsweise ist die Differenzlänge des ersten elastischen Elements mit geringer Steifigkeit zur Erhöhung der Gesamtkraft des Federpakets um einen bestimmten größer als die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements mit hoher Steifigkeit. Relativ gesehen verbleibt Aufgrund des Setzprozesses durch die Vergleichsweise größere Differenzlänge des ersten elastischen Elements mit geringer Steifigkeit ein größerer positiver Effekt auf den Verschleiß und die Befestigung des Federpakets als durch die vergleichsweise geringere Differenzlänge des zweiten elastischen Elements. Mit anderen Worten ist die Erhöhung der Gesamtkraft durch starkes Vorspannen des zweiten elastischen Elements sehr hoch, wobei durch das Setzen ein Großteil der Gesamtkrafterhöhung wieder verloren geht. Bei dem ersten elastischen Element ist zur Erreichung derselben Erhöhung der Gesamtkraft eine entsprechend größere Differenzlänge vonnöten. Nach dem Setzprozess, bei dem die Setzlänge des ersten elastischen Elements im Wesentlichen der Setzfläche des zweiten elastischen Elements entspricht, verbleibt jedoch ein größerer Anteil der durch Vorspannung eingebrachten Axialkraft für die Gesamtkraft des Federpakets.
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Mit besonderem Vorteil ist die Differenzlänge des ersten elastischen Elements zumindest 1 1/2 Mal so groß wie die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements oder zumindest 1,5 mm länger als die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements.
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Hierbei sowie in der gesamten Patenanmeldung werden teilweise konkrete Werte angegeben. Allerdings ist hierbei nicht ausschließlich der exakte Wert gemeint sondern ein Bereich um diesen Wert. Dabei kann beispielsweise ein Bereich von +/–10% oder +/–20% angenommen werden. Bei dem genannten Wert ist jedoch zumeist ein besonders positiver Effekt zu verzeichnen. Zudem sind in der Patentschrift erläuterte Verhältnisse und sofern nichts anderes erwähnt besonders vorteilhaft für Federpakete mit zwei elastischen Elementen.
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Die genannten Werte können unter anderem davon abhängen, wie das Federpaket an dem Torsionsdämpfer angeordnet ist. Hierbei sind insbesondere allgemeingültige Minimalwerte für die relativen Unterschiede der Differenzlänge, wobei die optimalen Werte von der Ausführungsform des Federpakets und des Torsionsdämpfers abhängen. Eine mögliche Ausführungsvariante zur Anordnung des Federpakets an dem Torsionsdämpfer kann beispielsweise durch eine parallele Anordnung der einander gegenüberliegenden Anlageflächen oder auch der einander gegenüberliegenden Abstützflächen gekennzeichnet sein. Es ist alternativ auch möglich, dass die Abstützelemente zueinander gekippt sind. Die Betrachtung, insbesondere die Bestimmung der Einbaulänge und der Differenzlänge ist hier auf andere Art und Weise zu ermitteln. Um eine Vergleichbarkeit der Federpakete mit gekippten und mit parallel Angeordneten Abstützelementen zu erreichen, kann es von Vorteil sein entsprechend Mittelwerte für Einbaulänge und Differenzlänge zu bestimmen. Die allgemeingültigen Werte können dementsprechend als solche oder gegebenenfalls für die gemittelten Werte gelten. Hierzu folgen im Weiteren noch detailliertere Ausführungen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Differenzlänge des ersten elastischen Elements zumindest eineinhalbfach, doppelt, dreifach, vierfach oder fünffach so groß ist wie die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements. Insbesondere ist die Differenzlänge des ersten elastischen Elements eineinhalbfach bis siebenfach so groß ist wie die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements.
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Ebenso kann die Differenzlänge des ersten elastischen Elements zumindest 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 6 mm, 8mm oder 10 mm länger als die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements sein. Insbesondere ist die Differenzlänge des ersten elastischen Elements 2 bis 10 mm länger als die Differenzlänge des zweiten elastischen Elements.
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Hierbei ist es möglich, dass das erste elastische Element und das zweite elastische Element jeweils um eine Differenzlänge vorgespannt sind. Alternativ kann beispielsweise auch lediglich das erste elastische Element vorgespannt sein, wohingegen das zweite elastische Element in eingebautem Zustand des Federpakets ohne Vorspannung ausgebildet ist.
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Ebenso können die elastischen Elemente aus Sicht des Torsionsdämpfers beispielsweise gleichmäßig oder auch radial innen stärker als radial außen vorgespannt sein. Dies kann beispielsweise durch parallel oder zueinander gekippte Abstützelemente bewirkt werden. Dabei können die elastischen Elemente beispielsweise als Schraubenfedern ausgebildet sein. Bei einer gleichmäßigen Belastung sind diese Schraubenfedern gleichmäßig vorgespannt, insbesondere bei parallelen Abstützelementen. Unter Verwendung von zueinander gekippten Abstützelementen könnten die radial äußeren Windungsanteile der Schraubenfeder entspannt bleiben, wohingegen die radial inneren Windungsanteile um eine Differenzlänge vorgespannt sind.
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Hierbei bezieht sich die Differenzlänge auf eine Vorspannung, Kompression oder Verkürzung derjenigen Bereiche des elastischen Elements, die tatsächlich vorgespannt, komprimiert oder verkürzt sind. Beispielsweise radial innere Windungen des Federpakets gemäß den vorigen Ausführungen. Da hierbei beispielsweise nur ein Teil der Steifigkeit des jeweiligen elastischen Elements beansprucht wird, ändern sich ebenso auch die tatsächlichen Differenzlängen. Die oben erläuterten Werte sind wie bereits erwähnt jedoch uneingeschränkt für derartige Ausführungsvarianten anwendbar.
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Die relative Vorspannung der elastischen Elemente innerhalb des an dem Torsionsdämpfer angeordneten Abstützelements kann unter anderem auch durch die wirkenden Axialkräfte der jeweiligen elastischen Elemente beschrieben werden. Die Ausführungen dieser Patentschrift gelten entsprechend für alle Beschreibungsarten, insbesondere in Form der Differenzlänge und der Axialkräfte, der zueinander in Relation stehenden elastischen Elemente des Federpakets.
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Die Aufgabe wird daher ebenso durch den unabhängigen Patentanspruch 3 beschrieben. Die abhängigen Patentanspruche beschreiben bevorzugte Ausführungsvarianten.
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Die im Vorigen und auch im Folgenden gemachten Ausführungen, insbesondere Verhältnisse oder Differenzangaben zu Größen der elastischen Elemente, gelten für jeweils alle Ausführungsvarianten der Erfindung.
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Die innerhalb des Federpakets angeordneten elastischen Elemente bewirken jeweils eine Axialkraft auf die Abstützelemente, die sich zu einer Gesamtkraft des Federpakets summieren. Die hier beschriebenen Axialkräfte und deren Verhältnisse zueinander wirken dabei insbesondere in einem betriebsbereiten Zustand des Federpakets, also wenn dieses bereit an dem Torsionsdämpfer angeordnet oder montiert ist.
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Dabei entspricht die wirkende Axialkraft des ersten elastischen Elements zumindest der Hälfte der wirkenden Axialkraft des zweiten elastischen Elements.
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Dabei weist das erste elastische Element eine geringere Steifigkeit auf als das zweite elastische Element. Dementsprechend müssen das erste elastische Element und das zweite elastische Element zum bewirken derselben Axialkraft auf das Federpaket um verschiedene Differenzlängen komprimiert werden. Die Axialkraft wird ebenso als Vorspannkraft des elastischen Elements bezeichnet.
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Dabei ist die Axialkraft des ersten elastischen Elements vorzugsweise zumindest ein Halb, zwei Drittel, einfach bzw. identisch, eineinhalbfach, zweifach oder zweieinhalbfach so groß wie die Axialkraft des zweiten elastischen Elements. Insbesondere ist die Axialkraft ein Halb bis dreifach so groß wie die Axialkraft des zweiten elastischen Elements.
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Mit besonderem Vorteil weist das Federpaket zwei oder drei elastische Elemente auf.
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Dabei können bei Federpaketen mit drei oder mehr elastischen Elementen die erwähnten Verhältnisse beispielsweise ausschließlich zwischen dem elastischen Element mit der geringsten Steifigkeit und dem elastischen Element mit der höchsten Steifigkeit bestehen. Ebenso kann ein entsprechendes Verhältnis der Axialkräfte auch zwischen einem jeweiligen elastischen Element mit geringerer Steifigkeit und einem jeweiligen elastischen Element mit höherer Steifigkeit bestehen. Zudem sind auch Kombinationen hieraus möglich. Selbiges ist analog für die Differenzlänge der anwendbar.
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Günstigerweise sind die elastischen Elemente an dem Federpaket geschachtelt ineinander angeordnet.
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Dies ermöglicht beispielsweise bei Verwendung von Schraubenfedern als elastische Elemente, um eine platzsparende Anordnung innerhalb des Federpakets zu ermöglichen. Dabei weist das aus Sicht des Federpakets das innerste elastische Element, insbesondere die innerste Schraubenfeder, günstigerweise die geringste Steifigkeit auf.
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Es wird zudem vorgeschlagen, dass die Abstützelemente in betriebsbereitem Zustand des Federpakets an dem Torsionsdämpfer parallel zueinander ausgebildet sind oder zueinander gekippt sind.
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Mit Vorteil ist das jeweilige elastische Element oder die Schraubenfeder des Federpakets an dem Torsionsdämpfer radial innen stärker komprimiert als radial außen oder dass eine radial innere Einbaulänge des jeweiligen elastischen Elements oder der Schraubenfeder kürzer ist als dessen radial äußere Einbaulänge.
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Dabei sind radial innen und radial außen auf die Ausdehnungen des Torsionsdämpfers zu beziehen. Die Differenzlänge und die Einbaulänge kann dementsprechend in eine radial innere und eine radial äußere Differenzlänge und eine radial innere und eine radial äußere Einbaulänge aufgeteilt werden. Eine mittlere Differenzlänge bzw. mittlere Einbaulänge entspricht hierbei dem Mittelwert aus radial äußerer und radial innerer Differenzlänge oder auch Einbaulänge. Wird lediglich eine Komprimierung radial innen bewirkt, so ist es von Vorteil die Differenzlänge des jeweiligen elastischen Elements oder der jeweiligen Schraubenfeder durch die radial innen bewirkte Längenänderung oder durch eine mittlere Längenänderung zu beschreiben. Die mittlere Einbaulänge bzw. die mittlere Differenzlänge können beispielsweise für die Vergleichbarkeit eines Federpakets mit parallelen und gekippten Abstützelementen verwendet werden.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsform ist das erste elastische Element, insbesondere die erste Schraubenfeder, bei zueinander gekippten Abstützelementen radial innen und radial außen aus Sicht des Torsionsdämpfers vorgespannt.
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Hierdurch kann eine besonders hohe Vorspannung bewirkt werden, wodurch der Setzprozess wesentlich geringere Auswirkungen auf die Befestigung des Federpakets und letztlich auf das Verschleißverhalten des Torsionsdämpfers besitzt.
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Alternativ ist lediglich eine radial innere Differenzlänge des ersten elastischen Elements größer als eine radial innere Differenzlänge des zweiten elastischen Elements.
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Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Einbaulänge des ersten elastischen Elements und des zweiten elastischen Elements der jeweiligen Freilänge entspricht und somit lediglich die radial innere Differenzlänge des ersten elastischen Elements und die radial innere Differenzlänge des zweiten Elastischen Elements verschieden sind.
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Es wird zudem vorgeschlagen, dass das erste elastische Element eine Steifigkeit von 10% bis 60% der Steifigkeit des zweiten elastischen Elements ausbildet.
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Dabei entspricht die Steifigkeit des ersten elastischen Elements günstigerweise einem Drittel der Steifigkeit des zweiten elastischen Elements. Weitere vorteilhafte Verhältnisse der Steifigkeit des ersten elastischen Elements zur Steifigkeit des zweiten elastischen Elements sind ein Fünftel, ein Viertel und ein Halb, wobei insbesondere ein Bereich von 26% bis 40% besonders vorteilhaft ist. Ebenso weist der Bereich der relativen Steifigkeit von 12% bis 18% bei Federpaketen mit drei elastischen Elementen besondere Vorteile auf.
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Ebenso wird ein Torsionsdämpfer mit einem Federpaket nach zumindest einer der vorigen Ausführungen vorgeschlagen.
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Das erfindungsgemäße Federpaket und der erfindungsgemäße Torsionsdämpfer werden im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft erläutert. Hierbei zeigen:
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1 ein Federpaket mit einem Abstützelement und Schraubenfedern in Freilänge;
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2 ein Federpaket in betriebsbereitem Ausgangszustand mit zwei Abstützelementen und Schraubenfedern in Einbaulänge;
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3 eine vergrößerte Detailansicht der 1 und 2;
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4 eine Kupplungsscheibe mit einem Torsionsdämpfer, welcher ein Federpaket aus der 2 umfasst;
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5 den Torsionsdämpfer aus 3 im Querschnitt;
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6 den Torsionsdämpfer aus 3 und 4 im Längsschnitt;
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7 eine vergrößerte Detailzeichnung der 6.
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In den 1 und 2 ist ein Federpaket 10, auch elastisches Paket oder Kraftspeicherpaket genannt, dargestellt, welches zwei Abstützelemente 12 sowie drei Schraubenfedern 14 umfasst. Dabei sind die Schraubenfedern 14 mit deren axialen Endwindungen an den Abstützelementen 12 angeordnet. Das Abstützelement 12 bildet hierbei einen Gelenkabschnitt 16, einen Scheibenabschnitt 18, einen Stufenabschnitt 20 und einen Führungsabschnitt 22, zur Führung des Federpakets 10 an einem Torsionsdämpfer, aus. Dabei sind an dem Stufenabschnitt 20 des Abstützelements 12 mehrere Stufen 24, einer äußeren Stufe 24a, einer mittleren Stufe 24b und einer inneren Stufe 24c, ausgeführt. Dies ist insbesondere in 3 nochmals detaillierter dargestellt. Dabei ist die äußere Schraubenfeder 14a der äußeren Stufe 24a, die mittlere Schraubenfeder 14b der mittleren Stufe 24b und die innere Schraubenfeder 14c der inneren Stufe 24c zugeordnet. Die Stufen 24 weisen hierbei Anlageflächen 26 auf, die Ansteuerflächen 28 der Schraubenfedern 14 zugeordnet sind. Man erkennt, dass die Stufen 24 des Stufenabschnitts 20 sowie die zugehörigen Flächen und Ausgestaltungen im Wesentlichen kreisförmig, ringförmig oder zylinderförmig ausgebildet sind.
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Zur korrekten und sicheren Anordnung der Schraubenfedern 14 ineinander sind an dem Stufenabschnitt 20 Zwischenflächen 30 zur Ausbildung eines axialen Versatzes der Anlageflächen 26 angeordnet, die radial zwischen je zwei Anlageflächen 26 angeordnet sind. Eine erste Zwischenfläche 30a ist dabei zwischen der äußeren Anlagefläche 26a und der mittleren Anlagefläche 26b ausgebildet, wobei die erste Zwischenfläche 30a der äußeren Schraubenfedern 14a zugeordnet ist. Die zweite und die dritte Zwischenfläche 30b, 30c sind beide zwischen der mittleren Anlagefläche 26b und der inneren Anlagefläche 26c angeordnet. Dabei ist die zweite Zwischenfläche 30b der mittleren Schraubenfeder 14b zugewiesen, wohingegen die dritte Zwischenfläche 30c der inneren Schraubenfeder 14c zugewiesen ist. Die Zwischenflächen 30 vereinfachen den Zusammenbau des Federpakets und können unter anderem der Führung der Schraubenfedern 14 dienen, insbesondere wenn die Abstützelemente 12 stark gegeneinander verkippen.
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Die Zwischenflächen 30 sind hierbei konisch ausgebildet, können jedoch auch zylindrisch ausgeführt sein. Dies verringert ein Reiben oder ein Schaben der Schraubenfedern 14 an den Zwischenflächen 30. Gegebenenfalls kann sogar ein Kontakt vermieden werden. Ein Verschleiß wird hierdurch reduziert. Ein derartiges Reiben kann beispielsweise bei Verkippen der Abstützelemente 12 zueinander auftreten. Die Zwischenflächen 30 sind hier um einen Winkel α gegenüber einer Axialrichtung A des Federpakets 10 konisch ausgeführt. Die Axialrichtung A ist dabei parallel zu einer Mittelachse M des Federpakets, die sich entlang der einer Axialrichtung der Schraubenfedern 14 oder von einem der Abstützelemente 12 zu dem anderen Abstützelement 12 erstreckt. Dabei verläuft die Mittelachse M mittig an oder koaxial zu dem Federpaket 10, insbesondere koaxial zu den Schraubenfedern 14. Der Radius der Zwischenflächen 30 nimmt entlang der Mittelachse des Federpakets 10, ausgehend von dem entsprechenden Abstützelement 12, ab oder zu, günstigerweise kontinuierlich, linear oder auf andere Art und Weise. Die Zwischenflächen 30 sind dabei insbesondere gegenüber der Mittelachse M des Abstützelements 12 geneigt oder gekippt.
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Um ein Federvolumen der inneren Schraubenfedern 14c weiter zu vergrößern, kann diese als Bienenkorbfeder ausgeführt sein. Hierbei können die Windungen, die außerhalb der Vertiefung angeordnet sind, radial gegenüber den Windungen innerhalb der Vertiefung, insbesondere den Endwindungen, aufgeweitet sein. Insbesondere können die Endwindungen der Schraubenfeder einen kleineren Durchmesser aufweisen als die restlichen Windungen.
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Die Stufen 24 sind an dem Abstützelement 12 axial versetzt zueinander ausgebildet, wobei die mittlere Stufe 24b gegenüber der Stufe 24a erhöht angeordnet ist. In dem Bereich der mittleren Stufe 24b ist das Abstützelement 12 somit axial dicker ausgeführt. Die innere Stufe 24c ist gegenüber der mittleren Stufe 24b jedoch vertieft ausgebildet. Dafür ist an dem Abstützelement 12 insbesondere eine Vertiefung 32 oder eine Ausnehmung 32 ausgeführt. Hierdurch ist die Einbaulänge 82c der inneren Schraubenfeder 14c möglichst lang ausgebildet. Dabei ist die Einbaulänge 82c der inneren Schraubenfeder 14c länger als die Einbaulänge 82b der mittleren Schraubenfeder 14b ausgeführt und länger als die Einbaulänge 82a der äußeren Schraubenfeder 14a. Dadurch wird für die innere Schraubenfeder 14c ein großes Federvolumen erreicht. Die Einbaulänge 82c der inneren Schraubenfeder 14c kann allerdings auch gleich lang oder kürzer als die Einbaulänge 82a der äußeren Schraubenfeder 14a ausgeführt sein. Im Allgemeinen kann die Einbaulänge des ersten elastischen Elements länger, kürzer oder identisch mit der Einbaulänge des zweiten elastischen Elements sein. Die Einbaulänge für die jeweilige Schraubenfeder 14 ist dabei durch die Ausführung des Abstützelements 12 und ein Federfenster eines zugehörigen Torsionsdämpfers festgelegt. Die jeweilige Schraubenfeder 14 wird dabei von einer Freilänge 80, die diese in einem freien und insbesondere kraftfreien Zustand aufweist, um eine Differenzlänge 84 auf die Einbaulänge 82 komprimiert oder verkürzt. Dies wird im Weiteren, insbesondere anhand der 4 bis 7, nochmals ausführlicher erläutert.
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An dem Stufenabschnitt 18 des Abstützelements 12 sind zudem abstützelementseitige Zentrierflächen 34 ausgebildet, die mit schraubenfederseitigen Zentrierflächen 36 der Schraubenfedern 14 zusammenwirken. Die Zentrierflächen 34, 36 sind dabei als Fasen ausgeführt. Die abstützelementseitigen Zentrierflächen 34 und die schraubenfederseitigen Zentrierflächen 36 korrespondieren miteinander, um eine Ausrichtung oder auch Zentrierung der Schraubenfedern 14 an dem Abstützelement 12 zu erreichen. Dabei sind die Zentrierflächen 34, 36 konisch ausgeführt. An den Schraubenfedern 14 sind die zweiten Zentrierflächen 36 aus Sicht des Federpakets 10 radial innen oder radial außen an den Windungsenden ausgebildet. Die abstützelementseitigen Zentrierflächen 34 sind an dem Abstützelement 12 jeweils zwischen einer Anlagefläche 26 und einer Zwischenfläche 30 angeordnet oder auch radial innen oder radial außen an einer Stufe 24. Die abstützelementseitigen und schraubenfederseitigen Zentrierflächen 34, 36 können paarweise auch nur an einer Teilanzahl der miteinander korrespondierenden Schraubenfedern 14 und Stufen 24 ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Schraubenfedern 14 in Abhängigkeit von deren jeweiligen Vorspannung über die entsprechend miteinander korrespondierenden Zentrierflächen 34, 36 aneinander anliegen, insbesondere bei keiner oder geringer Vorspannung, oder in deren Endbereich radial aufgeweitet werden und somit ein Anlagekontakt zwischen der jeweiligen Ansteuerfläche und der jeweiligen Anlagefläche besteht, insbesondere bei höherer Vorspannung.
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Die Schraubenfedern 14 dienen an dem Federpaket 10 als elastische Elemente und sind dabei koaxial bzw. radial ineinander als äußere Schraubenfeder 14a, als mittlere Schraubenfeder 14b und als innere Schraubenfeder 14c angeordnet. Die innere Schraubenfeder 14c hat hierbei die geringste Steifigkeit, wobei die äußere Schraubenfeder 14a die höchste Steifigkeit aufweist. Dabei entspricht in diesem Ausführungsbeispiel die innere Schraubenfeder 14c dem ersten elastischen Element und die äußere Schraubenfeder 14a dem zweiten elastischen Element aus der obigen Beschreibung. Dies ist jedoch lediglich eine beispielhafte Darstellung. Ebenso könnte die mittlere Schraubenfeder 14b das erste elastische Element oder gegebenenfalls auch das zweite elastische Element darstellen. Den größten Effekt erreicht man hierbei durch die Verwendung der Schraubenfeder mit geringster Steifigkeit bzw. mit kleinster Federkonstante als erstes elastisches Element. Dabei ist es auch möglich das Federpaket 10 mit zwei elastischen Elementen oder mit mehr als 3 elastischen Elementen auszuführen.
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In der 1 sind ein Abstützelement 12 und die drei Schraubenfedern 14a, 14b und 14c in deren Freilänge 80a, 80b und 80c dargestellt. Vergleichsweise dazu zeigt die 2 das komplette Federpaket 10 in einem betriebsbereiten Ausgangszustand, wie an einem zugehörigen Torsionsdämpfer verbaut. Dabei sind die Abstützelemente 12, insbesondere deren einander gegenüberliegende Anlageflächen 26, parallel zueinander angeordnet. Die Schraubenfedern 14a, 14b und 14c sind in betriebsbereitem Ausgangszustand auf die bereits erwähnte Einbaulänge 82a, 82b und 82c verkürzt. Die Differenz aus der Freilänge 82 zur Einbaulänge ergibt die sogenannte Differenzlänge 84. Die Differenzlänge 84 ist hierbei aufgrund der Übersichtlichkeit figurenübergreifend nur für die äußere Schraubenfeder 14a und die innere Schraubenfeder 14c eingezeichnet, da diese für die weiteren beispielhaften Erläuterungen relevant sind. Die mittlere Schraubenfeder 14b kann hierbei ebenso eine Differenzlänge 84b aufweisen. Zudem sind die Abstützelemente 12 in der 2 unterschiedlich dargestellt. Insbesondere ist eines der Abstützelemente 12 dicker, um ein axiales Ende der inneren Schraubenfeder 14c von dem axialen Ende der äußeren Schraubenfeder 14a abzusetzen und somit eine übersichtlicher Darstellung der Differenzlängen 84a und 84c zu erreichen. Die Abstützelemente 12 können insbesondere identisch oder auch unterschiedlich zueinander ausgeführt sein.
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Die Differenzlänge 84c der inneren Schraubenfeder 14c ist verglichen mit der Differenzlänge 84a der äußeren Schraubenfeder 14a größer. Entsprechende Verhältnisse der Längenänderungen der Schraubenfedern für das erste elastische Element und das zweite elastische Element können aus dem allgemeinen Teil der Beschreibung entnommen werden. Hierbei ist die Differenzlänge 84c beispielhaft 3 mm größer als die Differenzlänge 84a.
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Durch das Vorspannen der Schraubenfedern 14a, 14b und 14c von der Freilänge auf die Einbaulänge ergeben sich entsprechende Axialkräfte, die auf die Abstützelemente 12 wirken und sich zu einer Gesamtkraft des Federpakets 10 summieren. Entsprechende Verhältnisse zu den Axialkräften der einzelnen Schraubenfedern, insbesondere des ersten elastischen Elements und des zweiten elastischen Elements sind ebenfalls dem allgemeinen Teil der Beschreibung zu entnehmen. Beispielhaft sind die Axialkraft der äußeren Schraubenfeder 14a und der inneren Schraubenfeder 14c im Wesentlichen gleich groß.
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Das Federpaket 10 ist weiter in den 4–7 in Verbindung mit einem Torsionsdämpfer 40 einer Kupplungsscheibe 38 gezeigt. Dabei weist die Kupplungsscheibe 38 Reibbeläge 42 auf, die über Belagfedern 44 an einem Eingangselement 46 des Torsionsdämpfers 40 befestigt sind. Das Eingangselement 46 ist weiter über die Federpakete 10 mit zwei beidseitig dazu befindlichen Ausgangselementen 48 wirkverbunden. Dabei sind die Ausgangselemente 48 über einen Vordämpfer 50 mit einer Nabe 52 der Kupplungsscheibe 38 wirkverbunden.
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Die räumlichen Beziehungen wie radial, lateral, in Umfangsrichtung usw. beziehen sich im Folgenden, sofern nichts anderes erwähnt, auf den Torsionsdämpfer 38.
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Die 6 zeigt den Torsionsdämpfer 40 im Längsschnitt. Dabei ist unter anderem das in einem Federfenster 54 des Eingangselements 46 angeordnete Federpaket 10 dargestellt. Die Schraubenfedern 14a, 14b und 14c sind hierbei gemäß den vorigen Ausführungen vorgespannt.
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Dabei weisen die Federfenster 54 an deren umfangseitigen Fensterflächen, an denen die Abstützelemente 12 des jeweiligen Federpakets 10 angeordnet ist, Gelenkaufnahmen 56 auf. In diese Gelenkaufnahmen 56 greift der Gelenkabschnitt 16 des jeweiligen Abstützelements 12 ein. Das jeweilige Abstützelement 12 ist dabei im Wesentlichen über den Gelenkabschnitt 16 formschlüssig an dem Federfester 54 angeordnet und kann sich über den Gelenkabschnitt 16 um einen Drehpunkt der Gelenkaufnahme 56 drehen. Ein Verdrehen des Abstützelements 12 an dem Federfenster 54 ist hierbei über eine radial innere Fensterfläche 58 und eine radial äußere Fensterfläche 60 des Eingangselements 46 sowie eine Scheibenfläche 62 des Abstützelements 12 begrenzt. In der 7 ist die Anordnung des Abstützelements 12 an den Federfenstern 54 aus 6 vergrößert dargestellt.
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Die erste oder auch innere Fensterfläche 58 ist gegenüber einer Linie P, Parallele, um einen Winkel β verkippt, wobei die Linie P parallel zu einer radial verlaufenden Line R, Radiale, verläuft. Die radiale Linie R verläuft hierbei mittig durch das entsprechende Federfenster 54. Hierdurch ist ein Steg 64 des Eingangselements 46 verbreitert. Dieser Steg 64 bestimmt einen Abstand zwischen zwei benachbarten Federfenstern 54. Die Verbreiterung erhöht daher die Stabilität und Widerstandsfähigkeit des Eingangselements 46 und der Ausgangselemente 48. Zudem kann eine vorteilhafte Ansteuerung des Federpakets erreicht werden. In der 6 und 7 erkennt man, dass die radial innenliegende Bereiche der Federenden der Schraubenfedern 14 mit den Abstützelementen 12 in Anlagekontakt stehen, wohingegen radial außenliegende Bereiche der Federenden der Schraubenfeder 14 axial beabstandet zu den Abstützelementen 12 sind. Mit anderen Worten sind radial innenliegende Bereiche der Ansteuerflächen 28 zu deren korrespondierenden Bereichen der Anlageflächen 26 in Anlagekontakt, während radial außenliegende Bereiche der Ansteuerflächen 28 mit deren korrespondieren Bereichen der Anlageflächen 26 in Umfangsrichtung einen Abstand aufweisen. Zudem sind die Schraubenfedern 14 in dem radial inneren Bereich des Torsionsdämpfers 40 stärker komprimiert oder verkürzt als in dem radial äußeren Bereich des Torsionsdämpfers 40.
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Hierdurch ist eine Kennlinie des Torsionsdämpfers 40 bei geringen Relativdrehwinkeln zwischen dem Eingangselement 46 und den Ausgangselementen 48 sehr weich. Dies bietet unter anderem Vorteile bei der Entkopplung von Drehschwingungen. Mit steigendem Relativdrehwinkel, insbesondere ab doppeltem Winkel β, legen sich die Federenden vollständig an den Abstützelementen 12 an, wodurch die Federelemente 14 gleichmäßig belastet werden. Ein typischer Wert für den Winkel β kann zwischen 1°–5° liegen. Mit Vorteil ist der Winkel α zumindest gleich groß oder größer als der Winkel β ausgebildet. Durch die Ausbildung der inneren Fensterflächen 58 ist die Bewegungsfreiheit des Federpakets 10, insbesondere der Abstützelemente 12, eingeschränkt. Hierdurch kann sich ein Verkippen der Abstützelemente 12 zueinander ergeben.
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Dabei sind die Schraubenfedern 14a, 14b und 14c über die radial innen liegenden Windungsanteile 14ai, 14bi und 14ci auf eine Einbaulänge verkürzt wobei die radial außenliegenden Windungsanteile 14aa, 14ba und 14ca im Wesentlichen entspannt verbleiben. Die erkennt man insbesondere an den 6 und 7 daran, dass die radial außenliegenden Endbereiche der Schraubenfedern 14, insbesondere deren Ansteuerflächen 28, nicht an den korrespondierenden Bereichen der Anlageflächen 26 anliegen. Dabei verbleibt eine Einbaulänge 82aa, 82ba und 82ca in den radial äußeren Bereichen in betriebsbereitem Ausgangszustand des Federpakets 10 im Wesentlichen bei der Freilänge 80a, 80b und 80c oder ist nur gering gegenüber der Freilänge verkürzt.
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Hierbei kann beispielsweise eine mittlere Kompression oder Verkürzung der Schraubenfedern 14 entlang der Mittellinie M zur Vergleichbarkeit mit einem Federpaket 10, bei dem die Abstützelemente 12 nicht zueinander verkippt sind, herangezogen werden. Dementsprechend wird eine Einbaulänge 82am, 82bm und 82cm entlang der Mittellinie M ermittelt und zum Erhalt der jeweiligen mittleren Differenzlänge 84am, 84bm und 84cm mit der Freilänge verglichen. Die entsprechenden mittleren Differenzlängen sind der Übersichtlichkeit sind in der 6 durch Markierungen angedeutet.
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Die einzelnen Schraubenfedern 14, insbesondere die innere Schraubenfeder 14c, können hierbei derart vorgespannt sein, dass diese in betriebsbereitem Ausgangszustand bereits radial innen und radial außen durch deren Ansteuerfläche 28 an der jeweiligen Anlagefläche 26 vollständig anliegen. Dementsprechend ist die radial äußere und die radial innere Einbaulänge 82 kürzer als die Freilänge 80 der entsprechenden Schraubenfeder 14.
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Hierdurch wird eine verbesserte Befestigung des Federpakets 10 an den Federfenstern 54 des Torsionsdämpfers 40 erreicht, wobei zudem der Verschleiß wesentlich verringert wird. Ebenso steigt die Gesamtkraft des Federpakets 10 nicht übermäßig an, sodass nur geringe Einflüsse auf den Fahrtkomfort von Fahrzeugen bewirkt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Federpaket
- 12
- Abstützelement
- 14
- Schraubenfeder
- 14a
- äußere Schraubenfeder
- 14b
- mittlere Schraubenfeder
- 14c
- innere Schraubenfeder
- 16
- Gelenkabschnitt
- 18
- Scheibenabschnitt
- 20
- Stufenabschnitt
- 22
- Führungsabschnitt
- 24
- Stufe
- 24a
- äußere Stufe
- 24b
- mittlere Stufe
- 24c
- innere dritte Stufe
- 26
- Anlagefläche
- 26a
- äußere Anlagefläche
- 26b
- mittlere Anlagefläche
- 26c
- innere Anlagefläche
- 28
- Ansteuerfläche
- 28a
- äußere Ansteuerfläche
- 28b
- mittlere Ansteuerfläche
- 28c
- innere Ansteuerfläche
- 30, a, b, c
- Zwischenfläche
- 32
- Vertiefung / Ausnehmung
- 34, a, b, c
- erste Zentrierfläche
- 36, a, b, c,
- zweite Zentrierfläche
- 38
- Kupplungsscheibe
- 40
- Torsionsdämpfer
- 42
- Reibbelag
- 44
- Belagfeder
- 46
- Eingangselement
- 48
- Ausgangselement
- 50
- Vordämpfer
- 52
- Nabe
- 54
- Federfenster
- 56
- Gelenkaufnahme
- 58
- innere / erste Fensterfläche
- 60
- äußere / zweite Fensterfläche
- 62
- Scheibenfläche
- 64
- Steg
- 80, a, b, c
- Freilänge
- 82, a, b, c
- Einbaulänge
- 84, a, b, c
- Differenzlänge
- 82ai, bi, ci
- innere Einbaulänge
- 82am, bm, cm
- mittlere Einbaulänge
- 82aa, ba, ca
- äußere Einbaulänge
- α
- Winkel
- β
- Winkel
- φ
- Winkel
- A
- Axialrichtung
- M
- Mittelachse
- R
- Radiale, Linie
- P
- Parallele, Linie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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