DE102016210740A1

DE102016210740A1 - Torsionsdämpfer mit einer schwingwinkelabhängigen Reibeinrichtung

Info

Publication number: DE102016210740A1
Application number: DE102016210740.2A
Authority: DE
Inventors: Dominik Bühl
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2017-12-21
Also published as: US20170363151A1; US10428876B2; CN107524718A

Abstract

Torsionsdämpfer mit mindestens einer Drehmomenteingangsscheibe und mindestens einer Drehmomentausgangsscheibe, wobei sich die Drehmomenteingangsscheibe in Umfangsrichtung relative zur Drehmomentausgangsscheibe gegen die Kraft mindestens eines Federspeichers bewegen kann, wobei die Relativbewegung von einer Reibeinrichtung bedämpft wird, die in einem ersten Schwingwinkelbereich ein kleineres Reibmoment erzeugt als in einem zweiten Schwingwinkelbereich, indem die Reibeinrichtung mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Reibflächen aufweist, die über eine Mitnahmeverbindung mindestens eines Reibrings mit der Drehmomenteingangsscheibe Schwingwinkel abhängig aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeverbindung ein Federelement aufweist, das funktional in Reihe zur Reibeinrichtung und funktional parallel zu dem Federspeicher angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsdämpfer mit einer schwingwinkelabhängigen Reibeinrichtung.
Herkömmliche Reibeinrichtungen haben nicht selten das Problem des frühzeitigen Ausfalls. Die meisten Reibeinrichtungen arbeiten über der gesamten Torsionsdämpferkennlinie mit konstantem Reibmoment/konstanter Dämpfung oder sind auf einen Kennlinienbereich oder eine Federstufe abgestimmt. Hierzu greifen Steuerbleche in die Federfenster ein oder besitzen zumindest Ansteuerkanten für die Federn z. B. DE102007006381 A1 . Die Höhe des erforderlichen Reibmomentes wird jedoch nur von der erforderlichen Dämpfung der Antriebsstrangresonanz im jeweiligen Gang des Getriebes bestimmt. Je höher die Resonanz, desto höher die erforderliche Dämpfung (=Reibmoment) und damit auch höhere Belastung der Reibeinrichtung. Die Belastung zeigt sich im konventionellen Sinne in höheren Kräften (meist Tellerfedern) und damit höheren Flächenpressungen in den Kontaktstellen der Reibeinrichtung.
Bei einer Reibeinrichtung mit einer gestuften Reibmomentkennlinie, wie z. B. in der DE102007006381 A1 tritt am Übergang zwischen zwei Reibmomentniveaus ein deutlich sprunghafter Drehmomentanstieg auf, der als Verschleiß an der Reibeinrichtung bemerkbar ist.
Eine Lösung könnte darin bestehen, dass man die Vorspannkraft der besagten Tellerfeder der Reibeinrichtung über den Schwingwinkel variabel gestaltet. Beispielhaft wird auf die DE 33 33 536 A1 verwiesen. Ein derartiges Bauprinzip unterliegt jedoch selbst einem nennenswerten Verschleiß und verfügt über ein inneres Reibmoment, das bei der Auslegung der gesamten Reibeinrichtung berücksichtigt werden muss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die negativen Auswirkungen des sprunghaften Drehmomentverlaufs zu minimieren.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Mitnahmeverbindung ein Federelement aufweist, das funktional in Reihe zur Reibeinrichtung und funktional parallel zu dem Federspeicher angeordnet ist.
Im Gegensatz zum aufgezeigten Stand der Technik wird das Problem nicht durch eine aufwändige Reibeinrichtung gelöst, sondern durch die Idee, dass man die Reibarbeit der Reibeinrichtung mit einer Federarbeitet kombiniert. Dadurch kann die Reibeinrichtung deutlich einfach gestaltet werden. Die Reibeinrichtung wirkt auf den Federspeicher der Torsionseinrichtung dämpfend, das der Reibeinrichtung vorgeschaltete Federelement jedoch nicht. Deshalb wird die Dämpfwirkung weiterhin exakt auf den Schwingwinkelbereich begrenzt, wie es gewünscht wird.
Prinzipiell kann man das der Reibeinrichtung vorgeschaltete Federelement als Zugfeder ausführen. Problematisch könnte jedoch die Dauerfestigkeit des Federelements werden. Eine besonders stabile Lösung wird dadurch erreicht, dass die Mitnahmeverbindung von einem Mitnahmezapfen gebildet wird, der in eine Aussparung des Reibrings eingreift, wobei zwischen dem Mitnahmezapfen und der Aussparung das Federelement angeordnet ist. Die Kombination Mitnahmezapfen und Aussparung lässt das Federelement auf Block gehen. Es besteht jedoch auch die Möglich, dass der Bolzen nicht kreisrund ausgeführt ist, sondern als Steg, sodass der Bolzen am Ende des Schwingwinkels mit verminderter Reibung an der Aussparung anliegt und der Federweg des Federelement nicht vollständig ausgenutzt wird, was wiederum die Lebensdauer des Federelements positiv beeinflusst.
Man kann auch vorsehen, dass in Schwingwinkelrichtung beiderseits des Mitnahmezapfens mindestens ein Federelement angeordnet ist. Diese Bauform führt zu dem Vorteil, dass zwei parallel geschaltete Federn eine sehr große Variabilität bei der Auswahl bzw. der Dimensionierung der Federelemente bietet.
Eine besonders raumsparende Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass das Federelement als eine Blattfeder ausgeführt ist. Des weiteren könnten Blattfedern mit wenig Materialvolumen vergleichsweise große Federkräfte erzeugen und verändern ihr Federungsverhalten nicht so ausgeprägt unter Fliehkrafteinflüssen.
Man kann auch vorsehen, dass das Federelement als eine Schraubendruckfeder ausgeführt ist.
Bei einer Anwendung von zwei Federelementen, können diese beiden Federelemente eine unterschiedliche Vorspannung aufweisen. Dadurch lässt sich der Übergang in und aus dem Wirkungsbereich der Reibeinrichtung gezielt anpassen.
Man kann das Federelement auch als einen Elastomerkörper ausbilden. Ein Elastomerkörper verfügt neben der Federwirkung auch über eine Eigendämpfung. Damit hat man den Schwingwinkelbereich des Torsionsdämpfers, indem eine Dämpfung vorliegt, vergrößert.
Bei einer Ausführungsform trägt der Mitnahmezapfen das Federelement, beispielsweise im Rahmen einer Beschichtung. Damit entfällt die Notwendigkeit zur Sicherung des Federelements. Alternativ kann man das Federelement auch in der Aussparung kammern sein. Dazu wird einfach ein Ringelement hergestellt, das in die Aussparung gepresst wird.
Anhand der folgenden Bauteile soll die Erfindung näher erläutert werden.
Es zeigt:
1 Torsionsdämpfer mit Reibbelag
2–5 Schnittdarstellungen durch den Torsionsdämpfer
6 Vergrößerung zur 1
7–8 Alternativvarianten zur 6
9 Ersatzschaubild zu den 7 und 8
10 Kennlinie der Reibeinrichtung mit den Federelementen
Die 1 zeigt eine Frontansicht einer teilmontierten Kupplungsscheibe 1 mit einem Torsionsdämpfer 3. Grundsätzlich ist der Torsionsdämpfer auch außerhalb einer Kupplungsscheibe anwendbar. In der Zusammenschau mit den 2 und 3 wird deutlich, dass der Torsionsdämpfer 3 eine Drehmomenteingangsscheibe 5 aufweist, die einen Reibbelag 7 trägt. Auf diese Drehmomenteingangsscheibe 5 wird z. B. ein Drehmoment eines Antriebsmotors über ein nicht dargestelltes Kupplungsgehäuse auf den Reibbelag übertragen.
Die Drehmomenteingangsscheibe 5 weist fensterartige Ausnehmungen 9 auf, in denen mindestens ein Federspeicher 11, z. B. eine Schraubendruckfeder, angeordnet ist. Im vorliegenden Beispiel ist zwischen Endwindungen der Schraubendruckfeder 11 und der Ausnehmung 9 eine Stützscheibe 13 eingelegt.
Über ihren Innendurchmesser zentriert sich die Drehmomenteingangsscheibe 5 zu einer Torsionsdämpfernabe 15. Beispielhaft ist die Torsionsdämpfernabe 15 geteilt ausgeführt, in dem ein Außenring 17 in Umfangsrichtung einen definierten Verschiebeweg ausführen kann. Über ein Zahnprofil 19 besteht eine Verbindung zu einer Innennabe. Die Relativbewegung zwischen dem Außenring 17 und der Innennabe 21 wird über einen sogenannten Vordämpfer abgefedert. Die Funktionsweise und der Aufbau des Vordämpfers 23 sind beispielsweise aus der DE 199 58 326 A1 bekannt. Der Vordämpfer 23 und die geteilte Torsionsdämpfernabe sind optional.
Des Weiteren umfasst der Torsionsdämpfer 3 zwei Drehmomentausgangsscheiben 25; 27, die beiderseits der Drehmomenteingangsscheibe 5 angeordnet sind. Auch die Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 verfügen über fensterartige Ausnehmungen 29, in die die Federspeicher 11 eingreifen. In Abhängigkeit der Dimensionierung der Federspeicher 11 und der fensterartigen Ausnehmungen 9; 29 in den Drehmomentein- und Ausgangsscheiben 5; 25; 27 können sich die beiden Scheibengruppen in Umfangsrichtung zueinander bewegen. Die beiden Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 sind axial und in Umfangsrichtung starr mit dem Außenring 17 verbunden, beispielsweise über eine Nietverbindung 31. Beiderseits des Außenrings 17 kann optional eine Verschleißschutzscheibe 33; 35 angeordnet sein, die von der Nietverbindung 31 erfasst wird, so dass die Verschleißschutzscheiben 33; 35 in Umfangsrichtung ortsfest zur Drehmomentausgangsscheibe 25; 27 gelagert sind. Dabei weisen die Verschleißschutzscheiben 33; 35 mit ihrer Reibfläche 37; 39 in Richtung der Drehmomenteingangsscheibe 5 (s. 4 und 5).
Die Relativbewegung zwischen den Drehmomenteingangsscheiben 5 und den Drehmomentausgangsscheiben wird von einer Reibeinrichtung 41 bedämpft. Die Reibeinrichtung 41 umfasst eine erste Gruppe von Reibringen 43; 45; 47; 61 mit Reibflächen die in Umfangsrichtung ortsfest zu den Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 gelagert sind und direkt beiderseits der Drehmomenteingangsscheibe 5 an dieser anliegen. Diese Reibringe 43–47 können z. B. aus einem metallischen Werkstoff bestehen, um einerseits eine große Abriebfestigkeit und andererseits einen vergleichsweise hohen Reibungskoeffizienten nutzen zu können. An ihrem Außendurchmesserbereich verfügen die Reibringe 43; 45; 47 der ersten Gruppe über eine Aussparung 49 für einen Abstandsbolzen 51, der sich quer durch den Torsionsdämpfer 3 erstreckt und außenseitige Deckflächen 53; 55 der Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 durchdringt, ggf. mit den Deckflächen 53; 55 verstemmt ist. Die Aussparungen 49 in den Reibringen 43–47 sind in Umfangsrichtung derart dimensioniert, dass ein gewisses Spiel für die Montage zur Verfügung steht, ansonsten aber kein zusätzlicher Freigang vorgesehen ist.
Auch die Drehmomenteingangsscheibe 5 verfügt über einen Durchgangsquerschnitt 57 für den Abstandsbolzen 51, wobei der Durchgangsquerschnitt 57 in Umfangsrichtung zumindest so groß bemessen ist, wie der gesamte vorgesehene Schwingwinkel des Torsionsdämpfers 3.
Der Torsionsdämpfer verfügt über eine zwei Gruppe von Reibringen 59; 61 mit Reibflächen, die in einem ersten Schwingwinkelbereich des Torsionsdämpfers 3 relativ zur Drehmomenteingangsscheibe 5 und zu den Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 gelagert ist. Die Reibringe 59; 61 der zweiten Gruppe sind jeweils zwischen den Reibringen 43–47 der ersten Gruppe und den Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 angeordnet. Sofern die Verschleißschutzscheiben 33; 35 vorhanden sind, befinden sich die Reibringe der zweiten Gruppe zwischen den Verschleißschutzscheiben 33; 35 und den Reibringen 43–47 der ersten Gruppe. Grundsätzlich können die Reibringe 43–47; 59; 61 der beiden Reibringgruppen auch unterschiedliche Reibungskoeffizienten aufweisen, so dass z. B. die Reibringe 43–47 der ersten Gruppe einen geringeren Reibungskoeffizienten aufweisen und dafür z. B. aus einem Kunststoff gefertigt sind.
Die zweite Gruppe der Reibringe 59; 61 wird über einen Anzahl von Mitnahmezapfen 63; 65 der Drehmomenteingangsscheibe 5 angesteuert. Diese Mitnahmezapfen könnten direkt aus dem Material der Drehmomenteingangsscheibe geformt sein. In diesem Beispiel werden die Mitnahmezapfen 63; 65 jedoch von separaten Bolzen 67 gebildet, der fest in der Drehmomenteingangsscheibe verankert ist. Die Ansteuerung der Reibringe 59; 61 erfolgt über eine Mitnahmeverbindung zwischen dem Mitnahmezapfen 63; 65 bzw. Bolzen 67 und Ausparungen 69 in den Reibringen 59; 61, in die die Bolzen eingreifen. Die Aussparungen 69 sind in Umfangsrichtung derart dimensioniert, dass die Mitnahmeverbindung erst dann geschlossen wird, wenn ein erster Schwingwinkelbereich 71 des Torsionsdämpfers 3 durchfahren ist. Um Anschlaggeräusche und einen Verschleiß der Reibringe 59; 61 zu minimieren bzw. zu vermeiden, ist zwischen dem Mitnahmezapfen 63; 65 bzw. dem Bolzen 67 ein Federelement 73 angeordnet. (siehe 4 mit 6). Konkret trägt der Bolzen 67 in diesem Ausführungsbeispiel einen Elastomerkörper, der bevorzugt von einer Beschichtung gebildet wird. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass das Federelement 73 in der Aussparung 69 der Reibringe 59; 61 gekammert ist, wie die 6 zeigt. Darin sind die Mitnahmeverbindung mit dem ersten Schwingwinkelbereich 71 und die in Umfangsrichtung verdrehfeste Verbindung zwischen dem Abstandsbolzen 51 und einem Reibring 59 der ersten Gruppe zu erkennen. Des Weiteren kann man in dem Reibring 59 der zweiten Gruppe einen Freigang 75 erkennen, der in Umfangsrichtung den gesamten Schwingwinkel beschreibt.
Eine Federanordnung 77 in der bevorzugten Bauform einer Scheibenfeder übt eine axiale Vorspannkraft auf die gesamte Reibeinrichtung 41 aus. Dabei bilden die beiden Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 die axialen Stützelemente. Die 2 bis 5 zeigen, dass die Reibeinrichtungen 41 auch eine ungerade Anzahl von Reibringen aufweisen kann. So sind beispielsweise zwischen der Scheibenfeder 77 und der Drehmomenteingangsscheibe 5 zwei Ringringe 45; 47 der ersten Gruppe direkt nebeneinander angeordnet, um eine bestimmte axiale Länge zu erreichen. Über diese Maßnahme kann der axiale Einbauraum 79 und damit die Vorspannung der Scheibenfeder 77 bestimmt werden.
In der 7 sind die Federelemente 73 als Blattfeder ausgeführt und beiderseits des Bolzens 67 angeordnet. Durch die im Wesentlichen radiale Anordnung der Federelemente 73 sind diese nur in einem sehr geringen Maße fliehkraftabhängig.
Mit der 8 soll gezeigt werden, dass grundsätzlich auch Schraubenfedern als Federelemente 73 verwendbar sind.
Die 9 zeigt ein Ersatzmodell der Mitnahmeverbindung zwischen dem Bolzen 67, der Federelemente 73 und der Aussparung 69. Die Federelemente 73 sind beiderseits zum Bolzen 67 angeordnet. Grundsätzlich sind zumindest drei grundsätzliche Federabstimmungen möglich. Beide Federelemente 73 verfügen am Ende des ersten Schwingwinkelbereichs 71 über eine Restvorspannung. Alternativ kann ein Federelement auch am Ende des ersten Schwingwinkelbereichs 71 die Vorspannung verlieren oder mindestens ein Federelement 73 weist schon in der Grundposition, wie in 9 dargestellt praktisch keine nennenswerte Vorspannung auf. Zwischen diesen Grundeinstellungen sind beliebige Zwischenformen und Kombinationen möglich, so dass sich der Übergang von der Federarbeit der Federelemente 73 zur Reibarbeit der Reibeinrichtung 41 sehr variabel gestalten lässt, wie die 10 zeigt. Die Reibeinrichtung 41 besitzt eine Kennlinie mit einem nahezu rechtwinkligen Übergang des Reibmoments zwischen den beiden Reibmomentbereichen 83; 85 der Schwingwinkelbereichen 71; 81. Vorgelagert ist der Bereich 87 der Federarbeit der Federelemente, der über die Charakteristik der Federelemente 73 z. B. linear oder progressiv ansteigend bestimmt werden kann.
Bei einer Drehmomenteinleitung über die Drehmomenteingangsscheibe 5 verdreht sich diese in Umgangsrichtung relativ zu den Drehmomentausgangsscheiben 25; 27. Die Federspeicher 11 bilden dabei ein über den gesamten Schwingwinkel zunehmendes Gegenmoment. In dem ersten Schwingwinkelbereich 71 liegt eine Relativbewegung zwischen den Reibringen der zweiten Gruppe 59; 61 und der Drehmomenteingangsscheibe 5 vor. Folglich tritt auch ein von der Reibeinrichtung 45 verursachtes Reibmoment auf. Der Bolzen 67 kann sich im ersten Schwingwinkelbereich in Umfangsrichtung bewegen, ohne dass die Reibringe 59; 61 der zweiten Gruppe 59; 61 eine Verdrehbewegung ausführen. Folglich erzeugen die Reibringe 59; 61 der zweiten Gruppe im Zusammenspiel mit den Drehmomentausgangsscheiben 25; 27 kein Reibmoment und unterliegen damit auch keinem Verschleiß.
Wenn die Reibringe 43–47 der ersten Gruppe einen kleineren Reibungskoeffizienten aufweisen als die Reibringe der zweiten Gruppe, dann ist auch nur ein kleines Reibmoment wirksam. Wenn am Ende des ersten Schwingwinkelbereichs 71 die Mitnahmeverbindung zwischen dem Bolzen 67 und der zweiten Gruppe der Reibringe 59; 61 geschlossen ist und das Federelement 73 bzw. die Federelement in der Mitnahmeverbindung maximal vorgespannt sind, dann beginnt ein zweiter Schwingwinkelbereich 81 und es findet zusätzlich zur Relativbewegung der ersten Gruppe 43–47 mit der Drehmomenteingangsscheibe 5 eine mit der Drehmomenteingangsscheibe 5 synchrone Relativbewegung zwischen den Reibringen 59; 61 der zweiten Gruppe mit den Verschleißschutzscheiben 33; 35 und den Reibringen 43–47 der ersten Gruppe statt. Zusätzlich reiben die Reibringe 43 mit 59 und 47 mit 61. Die Reibringe 59; 61 der zweiten Gruppe haben einen höheren Reibungskoeffizienten und durch die zusätzlichen zwei Reibflächenpaarungen steigt das Reibmoment im zweiten Schwingwinkelbereich deutlich an. Die Federelemente 73 sind folglich der Reibeinrichtung funktional in Reihe und den Federspeichern funktional parallel geschaltet.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsscheibe
3: Torsionsdämpfer
5: Drehmomenteingangsscheiben
7: Reibbelag
9: Ausnehmungen
11: Federspeicher
13: Stützscheibe
15: Torsionsdämpfernabe
17: Außenring
19: Zahnprofil
21: Innennabe
23: Vordämpfer
25: Drehmomentausgangsscheiben
27: Drehmomentausgangsscheiben
29: Ausnehmungen
31: Nietverbindung
33: Verschleißschutzscheibe
35: Verschleißschutzscheibe
37: Reibfläche der Verschleißschutzscheibe
39: Reibfläche der Verschleißschutzscheibe
41: Reibeinrichtung
43: Reibring der ersten Gruppe
45: Reibring der ersten Gruppe
47: Reibring der ersten Gruppe
49: Aussparung
51: Abstandsbolzen
53: Deckflächen
55: Deckflächen
57: Durchgangsquerschnitt
59: Reibringe der zweiten Gruppe
61: Reibringe der zweiten Gruppe
63: Mitnahmezapfen
65: Mitnahmezapfen
67: Bolzen
69: Aussparung
71: erster Schwingwinkelbereich
73: Federelement
75: Freigang
77: Federanordnung
79: axiale Einbauraum
81: zweiten Schwingwinkelbereich
83: Reibmomentbereich
85: Reibmomentbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007006381 A1 [0002, 0003]
DE 3333536 A1 [0004]
DE 19958326 A1 [0025]

Claims

Torsionsdämpfer (3) mit mindestens einer Drehmomenteingangsscheibe (5) und mindestens einer Drehmomentausgangsscheibe (25; 27), wobei sich die Drehmomenteingangsscheibe (5) in Umfangsrichtung relative zur Drehmomentausgangsscheibe (25; 27) gegen die Kraft mindestens eines Federspeichers (11) bewegen kann, wobei die Relativbewegung (41) von einer Reibeinrichtung bedämpft wird, die in einem ersten Schwingwinkelbereich (71) ein kleineres Reibmoment erzeugt als in einem zweiten Schwingwinkelbereich (81), indem die Reibeinrichtung (41) mindestens zwei gegeneinander verdrehbare Reibflächen (43–47; 59; 89) aufweist, die über eine Mitnahmeverbindung mindestens eines Reibrings mit der Drehmomenteingangsscheibe Schwingwinkel abhängig aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeverbindung (63–69) ein Federelement (73) aufweist, das funktional in Reihe zur Reibeinrichtung (41) und funktional parallel zu dem Federspeicher (11) angeordnet ist.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnahmeverbindung (63–69) von einem Mitnahmezapfen (63; 65) gebildet wird, der in eine Aussparung (69) des Reibrings (59; 61) eingreift, wobei zwischen dem Mitnahmezapfen (63; 65) und der Aussparung (69) das Federelement (73) angeordnet ist.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schwingwinkelrichtung beiderseits des Mitnahmezapfens (63; 65) mindestens ein Federelement (73) angeordnet ist.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (73) als eine Blattfeder ausgeführt ist.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (73) als eine Schraubendruckfeder ausgeführt ist.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federelemente (73) eine unterschiedliche Vorspannung aufweisen.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (73) von einem Elastomerkörper gebildet wird.
Torsionsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (73) in der Aussparung (69) gekammert ist.