DE102015226206A1 - Drehmomentübertragungseinrichtung mit parallelen Bogenfedern - Google Patents

Abstract

Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die gegen die Kraft mindestens eines Energiespeichers gegeneinander verdrehbar sind, wobei der Energiespeicher zumindest zwei parallel angeordnete Federn umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die gegen die Kraft mindestens eines Energiespeichers gegeneinander verdrehbar sind.
• Derartige Drehmomentübertragungseinrichtungen sind als Zweimassenschwungräder (ZMS) bekannt und werden beispielsweise im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen zwischen der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und der Fahrzeugkupplung oder auch zum Antrieb von Nebenantrieben verwendet.
• Das Zweimassenschwungrad weist eine Bogenfederanordnung auf, wobei meist eine oder zwei Bogenfedern hintereinander über den Umfang in einem Federaufnahmeraum aufgenommen sind. Die Bogenfedern können dabei aus koaxial angeordneten Einzelfedern bestehen. Die bekannte Anordnung der Bogenfedern begrenzt die minimale Federsteifigkeit.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehmomentübertragungseinrichtung anzugeben, die eine geringere Federsteifigkeit der Bogenfederanordnung ermöglicht. Dieses Problem wird durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen, Ausgestaltungen oder Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• Das oben genannte Problem wird insbesondere gelöst durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die gegen die Kraft mindestens eines Energiespeichers gegeneinander verdrehbar sind, wobei der Energiespeicher zumindest zwei parallel angeordnete Federn umfasst.
• Die Federn sind in einer Ausführungsform der Erfindung Bogenfedern, die vorzugsweise in axial nebeneinander liegenden Federkanälen angeordnet sind. Die Bogenfedern können dadurch jeweils kleiner sein und dadurch eine insgesamt geringere Federsteifigkeit aufweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung sind zwei Federkanäle als Doppelfederkanal axial nebeneinander gelegen. Das Anbinden des Doppelfederkanals an die das Momenten weiterleitende Nabe erfolgt nicht radial außen (geometrisch eine Art Gabel), sondern durch zwei einzelne Bleche als Sekundärflansche. Die Nabe kann die beiden Sekundärflansche auf den richtigen Abstand zueinander bringen, dieser entspricht dem Federdurchmesser zuzüglich der Dicke des Zwischenblechs, welches die beiden Federn axial voneinander trennt.
• Die Federkanäle sind in einer Ausführungsform der Erfindung an der Innenseite eines Teiles eines Primärflansches angeordnet. Dieser ist als Teil einer Schweißkonstruktion umfassend einen Primärmasseflansch und einen Primärmassedeckel leicht und kostengünstig zu fertigen. Die Federkanäle sind dabei vorzugsweise durch ein Zwischenblech, das insbesondere an dem zylindrischen Teil des Primärflansches angeordnet, beispielsweise verschweißt, ist, voneinander separiert.
• Die Federn bzw. Bogenfedern wirken in einer Ausführungsform der Erfindung sekundärseitig mit jeweils einem Sekundärflansch zusammen, wobei zumindest einer der Sekundärflansche mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung versehen ist.
• Zur weiteren Reduktion von Torsionsschwingungen werden bei einer Fliehkraftpendeleinrichtung (FKP) auf einem rotierenden Teil des Torsionsschwingungssystems, hier dem Sekundärflansch, zusätzliche Massen als sogenannte Pendelmassen angebracht. Die Pendelmassen führen im Feld der Zentrifugalbeschleunigung Schwingungen auf vorgegebenen Bahnen aus, wenn sie durch Drehzahlungleichförmigkeiten angeregt werden. Durch diese Schwingungen wird der Erregerschwingung zu passenden Zeiten Energie entzogen und wieder zugeführt, sodass es zu einer Beruhigung der Erregerschwingung kommt, die Pendelmasse also als Tilger wirkt. Da sowohl die Eigenfrequenz der Fliehkraftpendelschwingung als auch die Erregerfrequenz proportional zur Drehzahl sind, kann eine Tilgerwirkung eines Fliehkraftpendels über den ganzen Frequenzbereich der durch Drehzahlungleichheiten angeregten Schwingungen erzielt werden. Eine solche Fliehkraftpendeleinrichtung umfasst wenigstens eine Pendelmasse, die mittels Trägerrollen an einer rotierenden Trägerscheibe aufgehängt ist und entlang vorgegebener Pendelbahnen eine Relativbewegung zu der Trägerscheibe ausführen kann, um hierbei einen variablen Abstand zur Rotationsachse der Trägerscheibe einzunehmen. Der Aufbau und die Funktion einer solchen Fliehkraftpendeleinrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2006 019 552 A1 beschrieben.
• Bei einem Kolbenmotor entstehen durch die Trägheit der bewegten oder rotierenden Massen Kräfte und Momentenschwingungen mit einer Frequenz, die einem ganzzahligen Vielfachen der Kurbelwellendrehzahl oder einem ganzzahligen Vielfachen der Zündfrequenz entspricht. Bei einem 3-Zylinder Viertaktmotor ist die Zündfrequenz beispielsweise das 1,5-fache der Kurbelwellendrehzahl. Die Zündfrequenz als Vielfache der Kurbelwellendrehzahl bzw. -frequenz wird auch als Motorordnung bezeichnet, die Vielfachen der Motorordnung (= erste Ordnung) entsprechend als 1,5-te, 2-te und so fort Ordnung.
• Die Tilgerordnung q eines Fliehkraftpendels wird auf die Motorordnung abgestimmt. Beispielsweise muss bei einem 3-Zylinder Viertaktmotor auf q = 1,5, bei einem 4-Zyl. Viertaktmotor auf q = 2 und bei einem 6-Zyl. Viertaktmotor auf q = 3 abgestimmt werden. Motorordnung und Tilgerordnung sind also gleich. Die beiden Sekundärflansche können so jeweils mit einem FKP bestückt werden, wahlweise beide auf die Zündordnung ausgelegt, oder eines auf eine andere Ordnung für z. B. Zylinderabschaltung. Dadurch lässt sich deutlich mehr Pendelmasse unterbringen. Die erhöhte Masse verteilt sich auf doppelt so viele Wälzkörper, was festigkeitsmäßig von Vorteil ist.
• Vorzugsweise sind mehrere Sekundärflansche mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung versehen sind. Dabei können die Fliehkraftpendeleinrichtungen auf gleiche oder auf unterschiedliche Tilgerordnungen abgestimmt sind.
• Das oben genannte Problem wird auch gelöst durch einen Antriebsstrang umfassend eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Dabei können vorhandene Fliehkraftpendeleinrichtungen auf gleiche oder unterschiedliche Erregerordnungen des Antriebsstranges abgestimmt sein.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung in einer Schnittdarstellung als Prinzipskizze.
• 1 zeigt eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung 1. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 wird in Einbaulage im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges zwischen einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und einer Fahrzeugkupplung angeordnet. Das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment wird über die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 und die Fahrzeugkupplung auf ein Schaltgetriebe und von diesem über ein Differenzial und weitere Antriebswellen auf angetriebene Räder eines Kraftfahrzeuges übertragen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung überträgt das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors somit über weitere Übertragungsmittel auf die Antriebsräder. Mittels der Fahrzeugkupplung kann das Antriebsmoment wahlweise unterbrochen werden und mittels des Schaltgetriebes können unterschiedliche Übersetzungen eingestellt werden. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Rotationsachse R. Die Rotationsachse R ist auch die Rotationsachse der Kurbelwelle des nicht dargestellten Verbrennungsmotors. Im Folgenden wird unter der axialen Richtung eine Richtung parallel zur Rotationsachse R verstanden, entsprechend wird unter der radialen Richtung eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse R verstanden. Die Umfangsrichtung ist eine Drehung um die Rotationsachse R.
• Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 umfasst im Wesentlichen ein Zweimassenschwungrad 2, dessen Primärseite 3 mit der nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden, beispielsweise verschraubt ist, und dessen Sekundärseite 4 über eine Nabe 5 mit einer Sekundärschwungmasse verbunden ist. Die Sekundärschwungmasse ist zugleich Eingangsteil der nicht dargestellten Fahrzeugkupplung. Das Zweimassenschwungrad 1 umfasst einen ersten Federkanal 61, in dem erste Bogenfedern 71 als Energiespeicher angeordnet sind, sowie einen zweiten Federkanal 62, in dem zweite Bogenfedern 72 als Energiespeicher angeordnet sind. Über den Umfang sind in jedem Federkanal 61, 62 jeweils zwei oder mehr Bogenfedern 71, 72 hintereinander angeordnet, wobei die Bogenfedern 71, 72 jeweils aus zwei oder mehr koaxial angeordneten Druckfedern bestehen können.
• Die Primärseite 3 ist das Eingangsteil der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 und wird in Einbaulage mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verschraubt. Die Bogenfedern 71, 72 stützen sich jeweils mit einem Federende an der Primärseite ab, mit dem jeweils anderen Federende stützen sich die ersten Bogenfedern 71 an einem ersten Sekundärflansch 81 und die zweiten Bogenfedern 72 einem zweiten Sekundärflansch 82 ab. Die Sekundärflansche 81, 82 sind mit der Nabe 5 fest verbunden, beispielsweise vernietet.
• Der erste Sekundärflansch 81 ist gegen die Kraft der ersten Bogenfedern 71 als Energiespeicher und der zweite Sekundärflansch 82 ist gegen die Kraft der zweiten Bogenfedern 72 als Energiespeicher relativ zur Primärseite 3 verdrehbar, sodass bei einer Relativverdrehung die Bogenfedern 71 und 72 als Energiespeicher Energie aufnehmen und wieder abgeben können und so als Schwingungstilger wirken.
• Der erste Federkanal 61 und der zweite Federkanal 62 werden gebildet, indem ein Primärmasseflansch 9 mit einem zylindrischen Primärmassezwischenteil 10 und dieses mit einem Zwischenblech 11 und einem Primärmassedeckel 12 verschweißt wird, wobei die beiden umlaufenden Federkanäle 61 und 62 gebildet werden. Primärmasseflansch 9 mit einem zylindrischen Primärmassezwischenteil 10 und dieses mit einem Zwischenblech 11 und einem Primärmassedeckel 12 bilden einen Primärflansch 15. Die Federkanäle 61 und 62 können radial nach innen abgedichtet sein, sodass jeweils komplett abgedichtete Federkanäle 61, 62 entstehen. Eine derartige vollständige Abdichtung ist aber nicht zwingend.
• An dem Sekundärflansch 81 ist eine Fliehkraftpendeleinrichtung 131 und an dem Sekundärflansch 82 eine Fliehkraftpendeleinrichtung 132 angeordnet. Alternativ kann auch nur einer der beiden Sekundärflansche 81, 82 mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung 131 versehen sein. Nachfolgend wird eine der beiden Fliehkraftpendeleinrichtungen 131 stellvertretend für beide Fliehkraftpendeleinrichtungen 131, 132 beschrieben. Die Fliehkraftpendelanordnung 131 umfasst mehrere Fliehkraftpendel 141, die über den Umfang des Sekundärflansches 81 verteilt angeordnet sind. Der Sekundärflansch 81 als Trägerelement für die Fliehkraftpendel 141 ist um die Rotationsachse R drehbar gelagert. Das Fliehkraftpendel 141 ist um einen Pendeldrehpunkt relativ zum Sekundärflansch 81 um einen begrenzten Winkel in beide Richtungen um eine neutrale Lage, in der der Pendelschwerpunkt auf einer Geraden durch die Rotationsachse R und den Pendeldrehpunkt liegt, beweglich gelagert. Der Abstand des Pendeldrehpunktes von der Rotationsachse R ist konstant und weist einen Wert L auf. Die Länge des Pendels (Pendellänge, Pendelachse), mithin der Abstand des Schwerpunktes des Fliehkraftpendels 141 von dem Pendeldrehpunkt, weist in erster Näherung einen konstanten Wert l auf. Bei heutigen Fliehkraftpendeln, die als Parallelpendel oder als Trapezpendel ausgeführt sind, ist dieser Abstand variabel, eine konstante Länge l gilt dann allenfalls näherungsweise bei einer kleinen Pendelbewegung um einen Betriebspunkt. Die Pendelachse l wird üblicherweise durch eine Kulissenführung vorgegeben. Die Laufbahnen der Kulissenführungen der Fliehkraftpendel 141 sind also so ausgelegt, dass der Schwerpunkt der Fliehkraftpendel 141 mit um einen momentanen Pendeldrehpunkt pendelt. Diese Bewegung erzeugt einen variablen Abstand des Schwerpunktes der Pendelmassen zum Pendeldrehpunkt. Das Verhältnis der Pendellänge l zum Abstand L des Pendeldrehpunktes von der Rotationsachse R ist ein Maß für die Ordnung, mit der das jeweilige Fliehkraftpendel 141 zum Schwingen angeregt wird. Wenn ω_R die Kreisfrequenz der Drehung der Fliehkraftpendeleinrichtung um die Rotationsachse R ist, so gilt für die Kreisfrequenz ω des Fliehkraftpendels näherungsweise

  

  Das Fliehkraftpendel 141 bewegt sich im Schwerefeld der Fliehkraft und hat eine Drehgeschwindigkeits-proportionale Eigenfrequenz. Der Proportionalitätsfaktor ist als Tilgerordnung bekannt. Eine ähnliche Proportionalität existiert bei Verbrennungsmotoren zwischen der Anregungsfrequenz und der Kurbelwellendrehzahl, der Proportionalitätsfaktor wird als Anregungsordnung bezeichnet. Ideale Tilgung erfolgt dann, wenn Tilger- und Anregungsordnung gleich sind (Antiresonanz). Die Fliehkraftpendel 141 umfassen jeweils zwei Pendelteilmassen 141a und 141b, die jeweils beiderseits des Sekundärflansches 81 angeordnet sind. Die Pendelteilmassen 141a und 141b der Fliehkraftpendel 141 sind jeweils fest miteinander verbunden und beweglich gegenüber dem Sekundärflansch 81 gelagert.
• Die zwei Pendelteilmassen 141a und 141b eines jeden Fliehkraftpendels 141 sind mit einer Vielzahl von Verbindungsbolzen, die über den Umfang jedes Fliehkraftpendels 141 verteilt angeordnet sind, miteinander verbunden.
• In Langlöchern in den Pendelteilmassen sowie in Langlöchern in dem Sekundärflansch 81 sind Laufrollen angeordnet. Die Laufrollen bilden in Verbindung mit den Langlöchern in den Pendelteilmassen und den Langlöchern in dem Sekundärflansch 81 eine Kulissenführung für die Fliehkraftpendel 141, die eine Bewegung der Fliehkraftpendel 141 entlang vorgegebener (Kreis-)Bahnen relativ zum Sekundärflansch 81 ermöglichen. Die Kulissenführung durch die Laufbahnen der Laufrollen gegenüber dem Sekundärflansch 81 bzw. den Fliehkraftpendeln 141 ist so ausgelegt, dass der Schwerpunkt der Fliehkraftpendel 141 wie oben erläutert mit einem konstanten Radius l um den Pendeldrehpunkt pendeln können.
• Die beiden Fliehkraftpendeleinrichtungen 131, 132 können auf die gleiche Tilgerordnung abgestimmt sein, können aber auch auf unterschiedliche Tilgerordnungen abgestimmt sein. Beispielsweise kann eine der Fliehkraftpendeleinrichtungen 131, 132 auf den Normalbetrieb bei Betrieb aller Zylinder ausgelegt sein, die andere Fliehkraftpendeleinrichtungen 131, 132 auf Zylinderabschaltung bei Betrieb nur eines Teils der Zylinder ausgelegt sein.
• Die Nabe 5 legt den axialen Abstand der Sekundärflansche 81, 82 zueinander fest, da beide fest mit dieser verbunden sind. Die axiale Position der Nabe und damit beider Sekundärflansche 81, 82 wird durch einen Kunststoffring 16 zwischen erster Sekundärnabe 81 und Primärmasseflansch 9 definiert. Eine Membran 17 ist zwischen der Nabe 15 oder der zweiten Sekundärnabe 82 und dem Primärmassedeckel 12 angeordnet, wobei die Membran 17 fest an der Sekundärseite 4, beispielsweise dem zweiten Sekundärflansch 82, befestigt ist und in axialer Richtung vorgespannt gleitend an dem Primärmassedeckel 12 anliegt. Die Membran 17 drückt die Nabe 15 in Richtung auf die Primärseite 3 und definiert so die axiale Lage der Nabe 5 mit den daran angeordneten Bauteilen.
• Das hier skizzierte Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist insbesondere zur Verwendung mit einer Doppelkupplung ausgelegt. Bei Verwendung mit einer Einfachkupplung sind Änderungen in der Anordnung und Lagerung der Sekundärseite, beispielsweise durch eine explizite zusätzliche Sekundärmasse und eine zusätzliche Wälzlagerung der Sekundärmasse gegenüber der Primärseite, notwendig, die den Kern der Erfindung, die parallele Anordnung von Bogenfedern, aber nicht betreffen.
• Bezugszeichenliste

1

Drehmomentübertragungseinrichtung

2

Zweimassenschwungrad

3

Primärseite

4

Sekundärseite

5

Nabe

61, 62

Federkanal

71, 72

Bogenfeder

81, 82

Sekundärflansch

9

Primärmasseflansch

10

Primärmassezwischenteil

11

Zwischenblech

12

Primärmassedeckel

131, 132

Fliehkraftpendeleinrichtung

141, 142

Fliehkraftpendel

141a, 141b

Pendelteilmasse

15

Primärflansch

16

Kunststoffring

17

Membran

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102006019552 A1 [0009]

Claims (10)

1. Drehmomentübertragungseinrichtung (1) mit einer Primärseite (3) und einer Sekundärseite (4), die gegen die Kraft mindestens eines Energiespeichers gegeneinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher zumindest zwei parallel angeordnete Federn (71, 72) umfasst.
2. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Bogenfedern (71, 72) sind.
3. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenfedern (71, 72) in axial nebeneinander liegenden Federkanälen (61, 62) angeordnet sind.
4. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkanäle (61, 62) an der Innenseite eines Teiles (10) eines Primärflansches (15) angeordnet sind.
5. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkanäle (61, 62) durch ein Zwischenblech (11) voneinander separiert sind.
6. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn bzw. Bogenfedern (71, 72) sekundärseitig mit jeweils einem Sekundärflansch (81, 82) zusammenwirken, wobei zumindest einer der Sekundärflansche (81, 82) mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung (131, 132) versehen ist.
7. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sekundärflansche (81, 82) mit einer Fliehkraftpendeleinrichtung (131, 132) versehen sind.
8. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendeleinrichtungen (131, 132) auf gleiche Tilgerordnungen abgestimmt sind.
9. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkraftpendeleinrichtungen (131, 132) auf unterschiedliche Tilgerordnungen abgestimmt sind.
10. Antriebsstrang umfassend eine Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

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