DE102017114747A1

DE102017114747A1 - Torsionsschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102017114747A1
Application number: DE102017114747.0A
Authority: DE
Inventors: Roel Verhoog; Hervé Mahe; Benoit Fleche
Original assignee: Valeo Embrayages SAS
Current assignee: Valeo Embrayages SAS
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2018-01-04
Also published as: FR3053424B1; FR3053424A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer, der dazu bestimmt ist, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet zu werden, umfassend: – ein erstes Element (6) und ein zweites Element (7), die in Bezug zueinander um eine Drehachse X drehbeweglich sind; – ein elastisches Dämpfungsmittel (8), das geeignet ist, ein Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element (6, 106, 206) und dem zweiten Element (7, 107, 207) zu dämpfen, wobei das Dämpfungsmittel (8) eine Winkelsteifigkeit aufweist, die in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element (6, 106, 206) und dem zweiten Element (7, 107, 207) variabel ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels (8) von der Ruheposition bis zu der ersten Anschlagposition und von der Ruheposition bis zu der zweiten Anschlagposition abnehmend ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge und betrifft genauer betrachtet einen Torsionsschwingungsdämpfer.
Technologischer Hintergrund
Ein Verbrennungsmotor weist auf Grund der Explosionen, die nacheinander in den Zylindern des Motors stattfinden, Drehungleichförmigkeiten auf. Um die durch die Drehungleichförmigkeiten stromaufwärts zum Getriebe erzeugten Schwingungen zu filtern, ist bekannt, die Antriebsstränge eines Fahrzeugs mit einem Torsionsschwingungsdämpfer auszustatten. Andernfalls würden die Schwingungen, die in das Getriebe eindringen, hier während des Betriebs Stöße, Geräusche oder Lärmbelästigungen hervorrufen, die besonders ungewünscht sind.
Die Torsionsschwingungsdämpfer umfassen ein Eingangselement und ein Ausgangselement, die um eine gemeinsame Drehachse drehbeweglich sind, und elastische Dämpfungsmittel, um das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement zu dämpfen.
Um die ungewünschten Auswirkungen auf Grund der Schwingungen zu verringern, sind Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, deren charakteristische Kurve des übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Winkelausschlag zwischen dem Eingangs- und Ausgangselement mehrere Steigungen aufweist. Bei einem niedrigen Drehmoment ist die Winkelsteifigkeit des Dämpfers geringer, während bei Annäherung an das maximale zu übertragende Drehmoment die Winkelsteifigkeit höher ist. So ermöglichen es die vorgenannten Torsionsschwingungsdämpfer im Vergleich mit den Torsionsschwingungsdämpfern, deren Winkelsteifigkeit konstant ist, bessere Filterleistungen zu bieten, wenn niedrige Drehmomente übertragen werden. Allerdings sind im Gegenzug dazu die Filterleistungen, wenn hohe Drehmomente übertragen werden, schlechter.
Solche Torsionsschwingungsdämpfer sind besonders geeignet, die Drehungleichförmigkeiten, welche von Motoren stammen, die ihr maximales Drehmoment erst ab einer hohen Motordrehzahl liefern können, zu filtern. So ermöglichen sie es, gute Filterleistungen bei niedriger Motordrehzahl, d. h. in dem Motordrehzahlbereich, in dem die Lärmbelästigungen auf Grund der Drehungleichförmigkeiten von den Benutzern am meisten zu bemerken sind, zu erzielen.
Allerdings sind die vorgenannten Torsionsschwingungsdämpfer nicht zufriedenstellend, um die Drehungleichförmigkeiten von Motoren, die geeignet sind, ihr maximales Drehmoment ab einer niedrigeren Motordrehzahl zu liefern, zu filtern. Die Filterleistungen solcher Torsionsschwingungsdämpfer sind bei niedriger Drehzahl unzureichend, sobald ein hohes Drehmoment übertragen wird.
Dies ist umso problematischer, als die Weiterentwicklung der Motorisierungen dazu führt, Motoren anzubieten, die geeignet sind, ihr maximales Drehmoment bei immer niedrigeren Motordrehzahlen zu liefern.
Zusammenfassung
Ein Aspekt der Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden, wobei ein Torsionsschwingungsdämpfer vorgeschlagen wird, der geeignet ist, die Drehungleichförmigkeiten, die von einem Motor stammen, der ein hohes Drehmoment bei niedriger Motordrehzahl liefern kann, zu filtern.
Nach einer Ausführungsart liefert die Erfindung einen Torsionsschwingungsdämpfer für eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, der dazu bestimmt ist, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle angeordnet zu werden, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer umfasst:

– ein erstes Element und ein zweites Element, die in Bezug zueinander um eine Drehachse X zwischen einer ersten Anschlagposition und einer zweiten Anschlagposition drehbeweglich sind;
– ein elastisches Dämpfungsmittel, das geeignet ist, ein Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu dämpfen, wobei das elastische Dämpfungsmittel mit dem ersten und dem zweiten Element derart zusammenwirkt, dass die Übertragung eines Drehmoments vom ersten Element zum zweiten Element von einer relativen Drehung von einer Ruheposition in die erste Anschlagposition begleitet ist,

Die abnehmende Steifigkeit ist hier bei Entfernung von der Ruheposition des Dämpfers betrachtet.
Ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer weist eine optimierte Filterqualität auf, um die Lärmbelästigungen unabhängig von dem übertragenen Drehmoment zu verringern, um den Verwendungskomfort zu erhöhen.
Nach weiteren vorteilhaften Ausführungsarten kann der Torsionsschwingungsdämpfer eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:

– das elastische Dämpfungsmittel weist eine Winkelsteifigkeit auf, die in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ab einem Drehmoment von 10% über dem maximal vom Dämpfer übertragbaren Drehmoment abnehmend ist.
– das elastische Dämpfungsmittel weist eine Winkelsteifigkeit auf, die in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition abnehmend ist.
– die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels ist von der Ruheposition bis zur ersten Anschlagposition kontinuierlich abnehmend. Mit anderen Worten weist die Kurve der Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element kein Plateau mit einer Null-Steigung auf.
– die Übertragung eines Drehmoments vom zweiten Element zum ersten Element ist von einer relativen Drehung von der Ruheposition in die zweite Anschlagposition begleitet, wobei das elastische Dämpfungsmittel eine Winkelsteifigkeit aufweist, die in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf mindestens 70% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition abnehmend ist.
– das elastische Dämpfungsmittel weist eine Winkelsteifigkeit auf, die in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition abnehmend ist.
– die Steifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels ist von der Ruheposition bis zur zweiten Anschlagposition kontinuierlich abnehmend.
– der Torsionsschwingungsdämpfer weist in der Ruheposition eine Vorspannung auf.
– die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels nimmt entsprechend einer natürlichen logarithmischen Funktion der relativen Winkelauslenkung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ab.
– die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels liegt zwischen 0.90 Kx und 1.10 Kx, wobei x eine Konstante ist, die vom Fahrzeug abhängt, und wobei K einer Zielwinkelsteifigkeit gemäß folgender Gleichung entspricht: K = –2Iw²[Lnθ] θ / 0 wobei I die Trägheit des Antriebsstrangs, in dem der Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet werden soll, w die Pulsation bei der Filterfrequenz des Antriebsstrangs, in dem der Torsionsschwingungsdämpfer angeordnet werden soll, und θ den relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element in Bezug zur Ruheposition darstellt.

Die Erfindung erlaubt es somit, für eine gegebene Ungleichförmigkeitsamplitude unabhängig von dem Eingangsdrehmoment und der Motordrehzahl eine konstante Ausgangsamplitude zu haben. Mit anderen Worten ermöglicht es die Erfindung, unabhängig von der Eingangsungleichförmigkeit eine konstante Ausgangsungleichförmigkeit zu haben. Dieser Effekt ist von der Motordrehzahl unabhängig.

– das elastische Dämpfungsmittel weist eine variable Winkelsteifigkeit in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf.
– die erste Anschlagposition wird für ein von dem ersten Element zum zweiten Element übertragenes Drehmoment, das einen Wert größer oder gleich einem ersten Haltemoment annimmt, erreicht.
– die zweite Anschlagposition wird für ein vom ersten Element zum zweiten Element übertragenes Drehmoment, das einen Wert größer oder gleich einem zweiten Haltemoment annimmt, erreicht.
– die erste Anschlagposition und die zweite Anschlagposition befinden sich jeweils beiderseits der Ruheposition.
– das erste Element ist dazu bestimmt, mit der Antriebswelle in Verbindung gebracht zu werden, und das zweite Element ist dazu bestimmt, mit der Abtriebswelle in Verbindung gebracht zu werden.
– der Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition unterscheidet sich vom Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition.
– der Winkelabstand zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition ist größer als der Winkelabstand zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition.
– das elastische Dämpfungsmittel umfasst einen elastischen Variator, der derart vorgesehen ist, dass er die Steifigkeit des Dämpfungsmittels in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element variiert.
– das elastische Dämpfungsmittel umfasst einen Nockenfolger, der von einem des ersten Elements und des zweiten Elements getragen wird, und eine Nockenfläche, die von dem anderen des ersten Elements und des zweiten Elements getragen wird, wobei das elastische Dämpfungsmittel ferner ein Rückstellelement umfasst, das dazu vorgesehen ist, den Nockenfolger und die Nockenfläche zusammenwirken zu lassen, wobei der Nockenfolger dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Nockenfläche zu verschieben.
– das elastische Dämpfungsmittel umfasst ein elastisches Element, das geeignet ist, das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu dämpfen, wobei sich das elastische Element einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entgegenstellt, wobei der elastische Variator und das elastische Element parallel angeordnet sind.
– der elastische Variator weist eine Winkelsteifigkeit auf, die in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element abnehmend ist, und das elastische Element weist eine Winkelsteifigkeit auf, die im Wesentlichen in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element konstant ist.
– der elastische Variator weist ein erstes Ende auf, das drehfest mit dem zweiten Element verbunden ist, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt und mit dem ersten Element zusammenwirkt. Der Variator ist somit derart angeordnet, dass er die Steifigkeit des Dämpfungsmittels in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element variiert.
– das zweite Ende des elastischen Variators umfasst eine Masse, die dazu vorgesehen ist, die Trägheit des Dämpfungsmittels zu erhöhen.
– der elastische Variator umfasst eine Feder, die radial angeordnet ist und mit Kompression funktioniert. Diese Feder ist parallel zum elastischen Element angeordnet.
– der elastische Variator umfasst eine Feder, die axial angeordnet ist und mit Kompression funktioniert. Diese Feder ist parallel zum elastischen Element angeordnet.
– der Nockenfolger umfasst eine Rolle, die dazu vorgesehen ist, entlang der Nockenfläche zu rollen.
– der elastische Variator ist dazu vorgesehen, eine radiale Kraft zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auszuüben, wobei das zweite Ende des elastischen Variators einen Nockenfolger trägt, wobei das erste Element eine Nockenfläche trägt, wobei der Nockenfolger des elastischen Variators dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Nockenfläche des ersten Elements zu verschieben, wobei die Nockenfläche dazu vorgesehen ist, die von dem elastischen Variator zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgeübte Kraft in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu variieren.
– der elastische Variator ist dazu vorgesehen, eine axiale Kraft zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auszuüben, wobei das zweite Ende des elastischen Variators einen Nockenfolger trägt, wobei das erste Element eine Nockenfläche trägt, wobei der Nockenfolger des elastischen Variators dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Nockenfläche des ersten Elements zu verschieben, wobei die Nockenfläche dazu vorgesehen ist, die von dem elastischen Variator zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ausgeübte Kraft in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu variieren.
– das elastische Dämpfungsmittel umfasst ein elastisches Organ, umfassend ein erstes elastisches Element und ein zweites elastisches Element, die in Umfangsrichtung in Serie zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element und einem Phasenelement zwischengefügt sind, wobei das Phasenelement in Bezug zum ersten Element beweglich ist, und in Bezug zum zweiten Element beweglich ist, wobei das Phasenelement in Umfangsrichtung zwischen dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element zwischengefügt ist, um sie in Serie anzuordnen, und wobei ein erstes Ende des elastischen Variators drehfest mit dem zweiten Element verbunden ist, und ein zweites Ende des elastischen Variators drehfest mit dem Phasenelement verbunden ist, wobei der elastische Variator dazu vorgesehen ist, mit Kompression zu funktionieren, um eine variable Kraft zwischen dem zweiten Element und dem Phasenelement in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auszuüben.
– der Nockenfolger wird von dem elastischen Variator getragen, und die Nockenfläche wird von dem ersten Element getragen, wobei das Rückstellelement den Nockenfolger und die Nockenfläche zusammenwirken lässt, und wobei der Nockenfolger dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element entlang der Nockenfläche zu verschieben, wobei die Nockenfläche dazu vorgesehen ist, die vom Rückstellelement zwischen dem Nockenfolger des elastischen Variators und der Nockenfläche des ersten Elements erzeugte Kraft in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu variieren.
– die Feder des elastischen Variators ist von dem Rückstellelement gebildet, das den Nockenfolger und die Nockenfläche zusammenwirken lässt.
– das elastische Dämpfungsmittel umfasst einen elastisch verformbaren Streifen und ein Stützelement, wobei das Stützelement dazu vorgesehen ist, auf den elastisch verformbaren Streifen eine Biegekraft auszuüben, wobei die Biegung des elastisch verformbaren Streifens eine Rückstellkraft erzeugt, die geeignet ist, das erste Element und das zweite Element als Antwort auf eine relative Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element in eine Ruheposition zurückzustellen.
– das Rückstellelement ist axial angeordnet, um den Nockenfolger und die Nockenfläche in axialem Zusammenwirken zu halten.
– das Rückstellelement ist radial angeordnet, um den Nockenfolger und die Nockenfläche in radialem Zusammenwirken zu halten.
– das Rückstellelement umfasst den elastisch verformbaren Streifen, wobei der elastisch verformbare Streifen die Nockenfläche trägt, wobei das Stützelement den Nockenfolger umfasst.
– das Dämpfungsmittel umfasst einen Luftkolben, ein Federgehäuse, eine Schraubenfeder oder eine viskose Feder, die dazu vorgesehen ist, das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu dämpfen, und geeignet ist, das erste Element und das zweite Element als Antwort auf eine relative Drehung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element in eine Ruheposition zurückzustellen.
– das Rückstellelement ist von dem elastisch verformbaren Streifen gebildet, wobei der elastisch verformbare Streifen die Nockenfläche trägt, und wobei das Stützelement den Nockenfolger umfasst.
– auf einer Seite der Ruheposition entsprechend einem Vorwärts-Übertragungsmodus, d. h. einer Drehmomentübertragung vom Motor zu den Rädern, kann der Dämpfer die folgenden Merkmale umfassen:
– der elastische Variator weist auf einem ersten Winkelbereich eine Winkelsteifigkeit, die positiv ist, und auf einem zweiten Winkelbereich eine Winkelsteifigkeit auf, die negativ ist.
– der zweite Winkelbereich ist von der Ruheposition insbesondere um mehr als 20 Grad, insbesondere um mehr als 30 Grad, entfernt.
– der elastische Variator weist eine Winkelsteifigkeit auf, die in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf mindestens 70%, insbesondere auf mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition abnehmend ist.
– auf einem Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen genannten Winkelausschlagbereich des Dämpfers, stellt sich das von dem Variator übertragene Drehmoment dem von dem elastischen Element übertragenen Drehmoment entgegen. Mit anderen Worten ist in diesem Ausschlagbereich, wenn das von dem elastischen Element übertragene Drehmoment positiv ist, das von dem elastischen Variator übertragene Drehmoment negativ.
– der Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen ist in dem zweiten Winkelbereich enthalten.
– der Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen ist von der Ruheposition insbesondere um mehr als 40 Grad, insbesondere um mehr als 50 Grad, beispielsweise um mehr als 70 Grad, entfernt.
– die globale Steifigkeit des Dämpfers bleibt auf dem gesamten Winkelausschlagbereich des Dämpfers positiv.
– die Feder des Variators kann vorgespannt werden, wenn sich der Dämpfer in Ruheposition befindet, insbesondere um den Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen des Dämpfers zu vergrößern.

Nach einer Ausführungsart liefert die Erfindung auch einen Antriebsstrang, umfassend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, bei dem ein Torsionsschwingungsdämpfer der vorangehend beschriebenen Art zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die Erfindung wird besser verständlich, und weitere Ziele, Details, Merkmale und Vorteile derselben gehen deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer besonderer Ausführungsarten der Erfindung hervor, die nur darstellenden und nicht beschränkenden Charakter haben und sich auf die beiliegenden Zeichnungen beziehen.
1 stellt eine schematische Ansicht eines einen Torsionsschwingungsdämpfer umfassenden kinematischen Antriebsstrangs dar.
2 stellt ein Diagramm dar, das die Entwicklung des übertragenen Drehmoments C (linke Skala der Ordinatenachse) und der Winkelsteifigkeit K (rechte Skala der Ordinatenachse) in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element des Torsionsschwingungsdämpfers aus 1 in Bezug zu ihrer Ruheposition darstellt.
3 stellt ein Diagramm dar, das die Entwicklung der Winkelsteifigkeit in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element des Torsionsschwingungsdämpfers aus 1 für drei unterschiedliche Dämpfer darstellt, die dazu vorgesehen sind, drei unterschiedliche Motordrehzahlwerte zu dämpfen.
4 stellt eine schematische Ansicht eines kinematischen Antriebsstrangs aus 1 dar, bei dem das Dämpfungsmittel des Torsionsschwingungsdämpfers ein elastisches Element in Kombination mit einem elastischen Variator umfasst.
5 stellt ein Diagramm dar, das die Entwicklung des übertragenen Drehmoments C (linke Skala der Ordinatenachse) und der Winkelsteifigkeit K (rechte Skala der Ordinatenachse) in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element des Torsionsschwingungsdämpfers aus 4 in Bezug zu ihrer Ruheposition darstellt.
6 stelle eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante des Torsionsschwingungsdämpfers aus 4 dar.
7 stellt eine Schnittansicht des Torsionsschwingungsdämpfers aus 6 dar, die den elastischen Variator nach dieser ersten Ausführungsvariante darstellt.
Die 8 bis 10 stellen Vorderansichten eines Torsionsschwingungsdämpfers nach einer zweiten Ausführungsvariante des Torsionsschwingungsdämpfers aus 4 dar, die drei verschiedene relative Winkelpositionen zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element darstellen.
Die 11 und 12 stellen eine Vorder- und Schnittansicht eines Torsionsschwingungsdämpfers nach einer dritten Ausführungsvariante des Torsionsschwingungsdämpfers aus 4 dar.
13 stellt eine perspektivische schematische Ansicht eines Torsionsschwingungsdämpfers nach einer weiteren Ausführungsart dar.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsarten
In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „außen” und „innen” sowie die Richtungen „axial” und „radial” verwendet, um gemäß den in der Beschreibung gegebenen Definitionen Elemente des Torsionsschwingungsdämpfers zu bezeichnen. Vereinbarungsgemäß ist die „radiale” Richtung orthogonal zur Drehachse X des Torsionsschwingungsdämpfers, die die „axiale” Richtung bestimmt, von innen nach außen bei Entfernung von der Achse ausgerichtet, ist die „Umfangsrichtung” orthogonal zur Achse des Torsionsschwingungsdämpfers und orthogonal zur radialen Richtung ausgerichtet. Die Begriffe „außen” und „innen” werden verwendet, um die relative Position eines Elements in Bezug zu einem anderen unter Bezugnahme auf die Drehachse X des Torsionsschwingungsdämpfers zu definieren, ein Element nahe der Achse wird somit als innen bezeichnet, im Gegensatz zu einem äußeren Element, das sich radial an der Peripherie befindet.
1 stellt schematisch einen kinematischen Antriebsstrang 1 zwischen einer Kurbelwelle 2 eines Motors und einer Eingangswelle 3 eines Getriebes dar. Dieser kinematische Antriebsstrang 1 umfasst eine Kupplung 4 beliebigen Typs, die hier in direktem Eingriff mit der Eingangswelle 3 des Getriebes ist, und einen Torsionsschwingungsdämpfer 5, der kinematisch zwischen der Kurbelwelle 2 und der Kupplung 4 angeordnet ist, hier in direktem Eingriff mit der Kurbelwelle. Der Torsionsschwingungsdämpfer 5 bildet einen Mechanismus zur Filterung der Geschwindigkeits- und Drehmomentschwankungen zwischen der Kurbelwelle 2 und der Kupplung 4.
Der Torsionsschwingungsdämpfer 5 ist hier ein Dämpfungsschwungrad, welches ein primäres Drehelement, das ein primäres Schwungrad 6 bildet, ein sekundäres Drehelement, das ein sekundäres Schwungrad 7 bildet, sowie ein elastisches Dämpfungsmittel 8 umfasst, das die Funktion eines bidirektionalen Speichers von potentieller elastischer Energie erfüllt. Das elastische Dämpfungsmittel 8 ist zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 angeordnet, um das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 zu dämpfen. Der Torsionsschwingungsdämpfer 5 dreht sich um eine Umdrehungsachse X, die auch die Umdrehungsachse der Kurbelwelle, der Kupplung und der Eingangswelle des Getriebes ist. Ein Anlasser (nicht dargestellt) kann überdies mit dem primären Schwungrad 6 des Torsionsschwingungsdämpfers 5 in Eingriff sein. Schließlich kann der Torsionsschwingungsdämpfer 5 auch Energieableitungselemente durch flüssige oder feste Reibung (nicht dargestellt) einschließen, die zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 angeordnet sind.
Das primäre Schwungrad 6 und das sekundäre Schwungrad 7 sind in Bezug zueinander beweglich. Ihre relative Bewegung ist einerseits durch eine Vorwärtsanschlagposition und andererseits durch eine Rückwärtsanschlagposition begrenzt. Das primäre Schwungrad 6 und das sekundäre Schwungrad 7 unterliegen einer relativen Drehung von ihrer Ruheposition in Richtung der Vorwärtsanschlagposition, wenn ein Drehmoment in eine Vorwärtsrichtung übertragen wird, d. h. vom primären Schwungrad 6 zum sekundären Schwungrad. Ebenso unterliegen das primäre Schwungrad 6 und das sekundäre Schwungrad 7 einer relativen Drehung von ihrer Ruheposition in die Rückwärtsanschlagposition, wenn ein Drehmoment in eine Rückwärtsrichtung übertragen wird, d. h. vom sekundären Schwungrad 7 zum primären Schwungrad 6. Die Vorwärts- und Rückwärtsanschlagpositionen werden jeweils erreicht für ein Drehmoment, das vom primären Schwungrad 6 zum sekundären Schwungrad 7 übertragen wird und eine Wert größer oder gleich einem Vorwärtshaltemoment annimmt, und für ein Drehmoment, das vom sekundären Schwungrad 7 zum primären Schwungrad übertragen wird und einen Wert größer oder gleich einem Rückwärtshaltemoment annimmt.
In der Praxis können die Vorwärts- und Rückwärtsanschlagpositionen durch Anschläge verwirklicht sein, die zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 angeordnet sind, oder durch dem Dämpfungsmittel 8 eigene Anschläge, beispielsweise durch die wechselseitige Kontaktherstellung zwischen Windungen einer Schraubenfeder.
Auf vorteilhafte Weise beträgt die Winkelsteifigkeit k des elastischen Dämpfungsmittels 8 zwischen 0.90 Kx und 1.10 Kx und vorzugsweise ungefähr 1 Kx, wobei x eine Konstante ist, die von den Fahrzeugen abhängt, und K einer Zielwinkelsteifigkeit gemäß folgender Gleichung entspricht: K = –2Iw²[Lnθ] θ / 0 mit:

I:: Trägheit des Antriebsstrangs;
w:: Pulsation der Filterfrequenz; und
θ:: relativer Winkelausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 in Bezug zur Ruheposition.

So ist die Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 stark bei einem geringen Ausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 entsprechend der Übertragung eines niedrigen Drehmoments, nimmt dann nach einem logarithmischen Gesetz ab, wenn das übertragene Drehmoment sowie der Winkelausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 größer wird.
Diese Variation der Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8, dargestellt durch einen Pfeil in den 1 und 4, ermöglicht es, für ein gegebenes Erregungsniveau am Eingang des Torsionsschwingungsdämpfers ein Schwingungsniveau am Ausgang des Torsionsschwingungsdämpfers 5 zu erhalten, das über den gesamten vom Motor gelieferten Drehmomentbereich konstant ist.
In dem Diagramm der 2 stellt die Abszissenachse den relativen Winkelausschlag oder Ausschlagwinkel zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 eines Dämpfers dar, der ein Dämpfungsmittel aufweist, das eine vorgenannte Winkelsteifigkeit besitzt.
Die Variation des Ausschlagwinkels zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 ist ausgehend von einer Ruheposition, in der kein Drehmoment zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 übertragen wird, entsprechend somit hier einem Winkel von 0°, bis zu der Vorwärtsanschlagposition entsprechend hier einem Ausschlagwinkel von 100° zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7, dargestellt.
De Ordinatenachse stellt verschiedene charakteristische Größen des Filtermechanismus dar, nämlich auf der linken Skala das übertragene Drehmoment (in Nm) und auf der rechten Skala die Winkelsteifigkeit (in Nm/°).
Zur besseren Lesbarkeit ist nur der Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der Vorwärtsanschlagposition dargestellt, wobei der Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der Rückwärtsanschlagposition nicht dargestellt ist. Allerdings können die Kurven des übertragenen Drehmoments und der Winkelsteifigkeit ähnliche Profile für den Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der Rückwärtsanschlagposition haben.
In der Praxis können die Vorwärtsanschlagposition und die Rückwärtsanschlagposition unterschiedlichen Ausschlagwinkeln ausgehend von der Ruheposition entsprechen. So kann die Vorwärtsanschlagposition einem Winkelausschlag von ungefähr 100° ausgehend von der Ruheposition in einer ersten Drehrichtung entsprechen, während die Rückwärtsanschlagposition ausgehend von der Ruheposition einem Winkelausschlag von ungefähr 20° in einer zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung entspricht.
Die Drehmomentkurve C aus 2 stellt das zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 durch das Dämpfungsmittel 8 übertragene Drehmoment in Abhängigkeit vom Winkelausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 dar. Diese Kurve C kreuzt die Abszissenachse in einem Punkt, der eine stabile Ausgleichsposition entsprechend der Ruheposition zwischen dem sekundären Schwungrad 7 und dem primären Schwungrad 6 unter der Belastung des Dämpfungsmittels 8 entspricht. Die stabile Ausgleichsposition befindet sich notwendigerweise zwischen der Vorwärtsanschlagposition und der Rückwärtsanschlagposition.
Auf dem gesamten Hub zwischen der Ruheposition und jeder der Anschlagpositionen neigt das Dämpfungsmittel 8 dazu, das primäre Schwungrad 6 und das sekundäre Schwungrad 7 in die Ruheposition zurückzustellen, so dass die Kurve C auf der Ordinate positive Werte über den gesamten Funktionsbereich annimmt. Der Wert des Drehmoments C variiert allerdings auf nicht lineare Weise in dem Funktionsbereich, wobei er kontinuierlich von einem ersten Mindestwert, hier einem Wert gleich Null entsprechend der Ruheposition, auf einen Maximalwert entsprechend der Anschlagposition ansteigt.
Die Kurve K aus 2 stellt die Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 in Abhängigkeit vom Winkel zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 dar. Die Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 variiert kontinuierlich abnehmend von der Ruheposition entsprechend der maximalen Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 bis zu der Anschlagposition. Die Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 folgt somit einer zur Entwicklung des Drehmoments von der Ruheposition bis zur Anschlagposition umgekehrten Entwicklung.
Verschiedene Kurven, die für drei für verschiedene Motordrehzahlen parametrierte Dämpfer die Variation der Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 in Bezug zum Winkel zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 zeigen, sind auch in 3 dargestellt. So ist bei einem selben Winkelausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 die Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8, wenn der Dämpfer für eine hohe Motordrehzahl parametriert wurde, größer als für eine niedrige Motordrehzahl.
Ein Torsionsschwingungsdämpfer, der die in 2 dargestellten Merkmale aufweist, kann durch verschiedene Mittel erhalten werden.
In in den 6 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispielen wird ein Torsionsschwingungsdämpfer, der die in 2 dargestellten Merkmale aufweist, mit Hilfe eines ein elastisches Element 9 und einen elastischen Variator 10 umfassenden Dämpfungsmittels erhalten.
Auf dem Prinzipschema der 4 ist eine erste Lösungstypologie zu sehen, bei der das elastische Element und der Variator parallel angeordnet sind. Das elastische Element 9 ist für die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 bestimmt, und der elastische Variator 10 ist für die Variation der Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 bestimmt.
Das elastische Element kann beispielsweise durch bekannte Mittel, beispielsweise durch gebogene Schraubenfedern, erhalten werden. Nach einer Ausführungsart der Erfindung kann das elastische Element somit eine im Wesentlichen konstante Steifigkeit haben, während die Steifigkeit des Variators abnimmt, wenn sich das primäre und das sekundäre Schwungrad von der Ruhewinkelposition entfernen.
In 5 ist ein Beispiel einer Entwicklung der Steifigkeit und des übertragenen Drehmoments in Abhängigkeit vom Winkelausschlag zu sehen, die für das Dämpfungsmittel im Allgemeinen (c3, k3) und insbesondere für das elastische Element (c1, k1) und den elastischen Variator (c2, k2) erhalten werden. Die Grafik stellt diese Kurven auf der Seite der Ruheposition entsprechend der Vorwärtsübertragungsrichtung, d. h. einer Drehmomentübertragung vom Motor zu den Rädern, dar.
Die Drehmomentkurven c1, c2, c3 aus 5 stellen die zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 vom elastischen Element 9, dem Variator 10 und dem Dämpfungsmittel 8 übertragenen Drehmomente in Abhängigkeit von Winkelausschlag zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 dar.
Die Steifigkeitskurven k1, k2, k3 aus 5 stellen die Winkelsteifigkeiten des elastischen Elements 9, des Variators 10 und des Dämpfungsmittels 8 in Abhängigkeit vom Winkel zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 dar.
Die Resultierende der kombinierten Wirkung des elastischen Elements 9 und des elastischen Variators 10 entspricht einer globalen Winkelsteifigkeit, wie durch die Kurve k3 aus 5 dargestellt. Das elastische Element 9 und der elastische Variator 10 sind parallel zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 angeordnet. Die Steifigkeit k3, die aus der kombinierten Wirkung des elastischen Elements 9 und des elastischen Variators 10 resultiert, ist nämlich die Summe der Steifigkeiten des elastischen Elements 9 und des elastischen Variators 10.
Die Winkelsteifigkeit k3 des Dämpfungsmittels 8 variiert kontinuierlich abnehmend von der Ruheposition entsprechend der maximalen Winkelsteifigkeit des Dämpfungsmittels 8 bis zur Anschlagposition. Die Winkelsteifigkeit k3 des Dämpfungsmittels 8 folgt somit einer umgekehrten Entwicklung zur Entwicklung des Drehmoments c3 von der Ruheposition bis zur Anschlagposition.
Das elastische Element 9 weist eine konstante Steifigkeit auf. Der elastische Variator 10 ist auf dem gesamten Weg von der Ruheposition bis zur Anschlagposition der Vorwärtsübertragung aktiv. Auf dem gesamten Hub zwischen der Ruheposition und einer der Anschlagpositionen nimmt die Steifigkeit des elastischen Variators 10 ab.
Der Wert des Drehmoments c2, das vom elastischen Variator 10 übertragen wird, variiert auf nicht lineare Weise in dem Funktionsbereich, wobei er von der Ruheposition bis zu einem ersten Maximalwert E2 größer wird, dann von dem ersten Maximalwert bis zur Anschlagposition kleiner wird.
Zwischen dem ersten Maximalwert E2 und der Anschlagposition kreuzt die Kurve die Abszissenachse in einer Position E1, was bedeutet, dass sich das von dem Variator 10 übertragene Drehmoment dann dem von dem elastischen Element 9 übertragenen Drehmoment entgegenstellt.
Der elastische Variator 10 weist in einem ersten Winkelbereich P1 eine Winkelsteifigkeit, die positiv ist, und in einem zweiten Winkelbereich P2 eine Winkelsteifigkeit auf, die negativ ist.
Der zweite Winkelbereich ist von der Ruheposition um ungefähr 30 Grad entfernt.
Die Winkelsteifigkeit k2 des Variators 10 variiert kontinuierlich abnehmend von der Ruheposition entsprechend der maximalen Winkelsteifigkeit des Variators 10 bis zur Anschlagposition.
In einem Winkelausschlagbereich des Dämpfers, Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen P3A genannt, stellt sich das von dem Variator 10 übertragene Drehmoment dem von dem elastischen Element 9 übertragenen Drehmoment entgegen. Mit anderen Worten ist in diesem Ausschlagbereich das von dem elastischen Element 9 übertragene Drehmoment positiv und das von dem elastischen Variator 10 übertragene Drehmoment negativ. Mit anderen Worten stellt sich in dem Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen P3A das elastische Element 9 der relativen Drehung zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 entgegen, während der elastische Variator 10 eine Kraft ausübt, die dazu neigt, den Torsionsschwingungsdämpfer in eine der Anschlagpositionen zu bringen.
Der Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen P3A ist in dem zweiten Winkelbereich P2 enthalten.
Dieser Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen ist hier von der Ruheposition um ungefähr 70 Grad entfernt.
Hier in dem zweiten Winkelbereich P2 bleibt der Absolutwert der Steifigkeit des elastischen Elements größer als der Absolutwert der Steifigkeit des Variators, so dass die globale Steifigkeit des Dämpfers über den gesamten Winkelausschlagbereich des Dämpfers positiv bleibt.
Falls gewünscht, kann die Feder des Variators vorgespannt sein, wenn sich der Dämpfer in Ruheposition befindet, um insbesondere den Winkelbereich mit entgegengesetzten Wirkungen P3A des Dämpfers zu vergrößern.
Die Drehmomentkurve c2 umfasst ein Extremum E2, das dem maximalen Drehmoment entspricht, das vom Variator des primären Schwungrades zum sekundären Schwungrad übertragen wird.
Aus dieser Kombination zwischen dem elastischen Element 9 und dem elastischen Variator 10 geht hervor, dass die globale offensichtliche Steifigkeit k3 des Torsionsschwingungsdämpfers geringer die offensichtliche Steifigkeit des einzigen elastischen Elements 9 wird, somit geringer als die offensichtliche Steifigkeit eines Mechanismus ohne elastischen Variator 10, wenn die Steifigkeit des Variators negativ wird, d. h. im zweiten Winkelbereich P2.
So ermöglicht es ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer 5 gemäß der oben angeführten Gleichung, für eine gegebene Drehungleichförmigkeitsamplitude eine konstante Ausgangsamplitude unabhängig vom Eingangsdrehmoment und von der Motordrehzahl zu haben. Die Lärmbelästigungen, die durch die Drehungleichförmigkeiten des Motors hervorgerufen werden, sind somit für den Benutzer konstant.
Die 6 und 7 stellen einen Torsionsschwingungsdämpfer dar, bei dem das elastische Element 9 von einer oder mehreren kreisbogenförmig gebogenen Schraubenfedern gebildet ist, die zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 angeordnet sind. 7 stellt eine Schnittansicht des Torsionsschwingungsdämpfers aus 6 dar, die den elastischen Variator 10 nach dieser Ausführungsart darstellt.
Das Allgemeinprinzip in Bezug auf das Zusammenwirken zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 unter Vermittlung des elastischen Elements 9 in Form einer Schraubenfeder ist beispielsweise in dem Dokument FR 2765293 beschrieben. Bei einem solchen Torsionsschwingungsdämpfer 5 umfasst das primäre Schwungrad 6 einen ringförmigen Boden 11, der an einem Deckel 12 befestigt ist. Ein Antriebskranz 13, der in ein Anlasserritzel (nicht dargestellt) eingreift, ist mit dem Boden 11 verbunden montiert. Der Boden 11 bildet auch eine Nabe 14 des primären Schwungrades 6, die den Innenring 15 eines Wälzlagers trägt. Ein Außenring 16 dieses Wälzlagers ist am sekundären Schwungrad 7 montiert. Eine Flanschscheibe 17 ist am sekundären Schwungrad 7 montiert und entwickelt sich radial zwischen dem Boden 11 und dem Deckel 12.
Der Boden 11 und der Deckel 12 umfassen Aufnahmen, die von Umfangsstützflächen begrenzt sind, um die kreisbogenförmigen gebogenen Schraubenfedern, die das elastische Element 9 bilden, aufzunehmen. Die Flanschscheibe 17 umfasst ihrerseits radiale Arme, die in die Enden der kreisbogenförmig gebogenen Schraubenfedern eingreifen, so dass sich jede kreisbogenförmig gebogene Schraubenfeder mit einem Ende an einer Stützfläche, die am Boden 11 und Deckel 12 ausgebildet ist, und mit dem entgegengesetzt liegenden Ende an einem der Arme der Flanschscheibe 17 anliegend befindet.
Bei der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsvariante umfasst der elastische Variator 10 eine Axialfeder 18, die sich axial zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 entwickelt. Ein erstes Ende der Axialfeder 18 ist auf dem sekundären Schwungrad 7 beispielsweise mit Hilfe eines Niets 19 befestigt. Ein zweites Ende der Axialfeder 18 wirkt mit einer Stütze 20 zusammen, die einen Absatz 21 aufweist, wobei der Absatz 21 axial über die Stütze 20 in Richtung des primären Schwungrades 6 hinausragt. Der Absatz 21 trägt einen Nockenfolger 32. Der Nockenfolger 32 umfasst eine Stange 22, die sich radial nach außen vom Absatz 21 aus entwickelt. Eine Rolle 23 ist drehbeweglich um die Stange 22 montiert, um eine Wälzfläche gegenüber dem Boden 11 des primären Schwungrades 6 aufzuweisen. Der Boden 11 trägt eine Nockenfläche 24, wobei die Rolle 23 an der Nockenfläche 24 anliegend durch die Axialfeder 18 gehalten wird. Die Rolle 23 wirkt mit der Nockenfläche 24 zusammen, so dass eine Drehung zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 zur Verschiebung der Rolle 23 entlang der Nockenfläche 24 führt. Die Nockenfläche 24 entwickelt sich in Umfangsrichtung und weist eine axiale Komponente in Richtung des sekundären Schwungrades 7 auf, so dass die Verschiebung der Rolle 23 auf der Nockenfläche 24 die axiale Kompression der Axialfeder 18 verändert. So übt die Axialfeder 18 zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 eine variable Kraft in Abhängigkeit von der relativen Drehung zwischen dem primären Schwungrad 6 und dem sekundären Schwungrad 7 aus.
Um eine Variation der von der Ruheposition bis zu den Anschlagpositionen abnehmenden Winkelsteifigkeit zu gewährleisten, weist die axiale Dicke der Nockenfläche 24 eine Entwicklung in Abhängigkeit vom Winkelausschlag auf. Um die Kurve der 5 einzuhalten, umfasst daher die Dicke der Nockenfläche 24 des Variators aus 7 ein Extremum für einen Winkel von ungefähr 70 Grad in Vorwärtsrichtung in Bezug zur Winkelruheposition und ein maximales Gefälle für einen Winkel von ungefähr 30 Grad in Vorwärtsrichtung in Bezug zur Winkelruheposition, wobei dieses maximale Gefälle der Nockenfläche dem maximalen vom Dämpfer übertragbaren Drehmoment entspricht.
Bei der schematisch in den 8 bis 10 dargestellten Variante tragen die ähnlichen oder eine Funktion analog zu den unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschriebenen Elementen ausführenden Elemente dasselbe Bezugszeichen, erhöht um 100. Die zweite Ausführungsvariante, die in den 8 bis 10 dargestellt ist, stellt zwei elastische Variatoren 110 dar, die zur Drehachse X symmetrisch sind. Ferner weist der in den 8 bis 10 dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer 105 eine in eine Vorwärtsübertragungsrichtung variable Winkelsteifigkeit und eine in die Rückwärtsübertragungsrichtung konstante Winkelsteifigkeit auf. Ferner ermöglicht der Torsionsschwingungsdämpfer 105, wie in den 8 bis 10 dargestellt, einen größeren Winkelausschlag in die Vorwärtsrichtung als in die Rückwärtsrichtung.
Der elastische Variator 110, wie in den 8 bis 10 dargestellt, unterscheidet sich von dem in den 6 und 7 dargestellten elastischen Variator dadurch, dass die Axialfeder 18 durch eine Radialfeder 118 ersetzt ist, und dass die Nockenfläche 124 von einem radial inneren Abschnitt des Deckels 112 gebildet ist. Ein erstes Ende der Radialfeder 118 ist am sekundären Schwungrad 107 befestigt, und ein zweites Ende der Radialfeder 118 trägt einen Nockenfolger 132, der mit einer Rolle 123 versehen ist, die um eine Achse parallel zur Drehachse X drehbeweglich ist. Die Rolle 123 weist eine Wälzfläche gegenüber der Nockenfläche 124 auf, die von dem radial inneren Abschnitt des Deckels 112 gebildet ist. Die Nockenfläche 124 entwickelt sich in Umfangsrichtung und weist eine radiale Komponente auf, so dass der Abstand zwischen der Nockenfläche 124 und der Drehachse X im Bereich der Befestigung der Radialfeder 118 in Abhängigkeit von der Winkelposition zwischen dem primären Schwungrad 106 und dem sekundären Schwungrad 107 variiert.
Der Radialabstand zwischen der Nockenfläche 124 und der Drehachse X nimmt hier einen maximalen Wert im Bereich des Abschnitts der Nockenfläche 124 an, gegen den die Rolle 123 in Ruheposition anliegend gehalten wird.
In einer relativen Drehrichtung in eine Richtung D bei Entfernung von der Ruheposition P0, wird das Gefälle der Nockenfläche in einer Position C2 der Nockenfläche 124 maximal. In dieser Position erreicht der Abstand zwischen der Senkrechten auf die Tangente der Nocke ein Maximum. Mit anderen Worten ist der Hebelarm, der der elastischen Kraft zugeordnet ist, in dieser Position stärker, und ist das von dem Variator übertragene Drehmoment E2 am größten.
Wie in 10 dargestellt, wird die Radialfeder 118 in der Position C1 der Nockenfläche maximal komprimiert.
Wenn sich die relative Drehung in der so genannten Vorwärtsübertragung in Richtung D fortsetzt, entspannt sich die Feder des Variators sodann über die Position C1 hinaus, wobei sie ein zu dem von den Federn 109 übertragenen Drehmoment entgegengesetztes Drehmoment überträgt.
Die Vergrößerung des Abstands zwischen der Nockenfläche 124 und der Drehachse X gegenüber der Radialfeder 118 ermöglicht nämlich nicht das Halten der Radialfeder 118 in maximaler Kompression, die sich folglich entspannt, wenn sich die Winkelposition zwischen dem primären Schwungrad 106 und dem sekundären Schwungrad 107 von der Position C1 in die Vorwärtsrichtung entfernt, wie in 10 dargestellt.
Bei einer dritten Variante, die dieses Mal in einen Langhubdämpfer, wie in den 11 und 12 dargestellt, integriert ist, tragen die analogen oder dieselbe Funktion wie die unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschriebenen Elemente erfüllenden Elemente dasselbe Bezugszeichen, erhöht um 200. Bei dieser dritten Variante umfasst das elastische Element 209 eine erste Gruppe von elastischen Elementen R1, die zwischen dem Schwungrad und dem ersten Element 206 und dem Phasenelement 217 montiert ist, und eine zweite Gruppe von elastischen Elementen R2, die zwischen dem Phasenelement und dem zweiten Element 207 angeordnet ist. Typischerweise sind die erste Gruppe von elastischen Elementen R1 und die zweite Gruppe von elastischen Elementen des elastischen Elements 209 in Serie montiert.
In den 11 und 12 ist ein Filtermechanismus nach einer dritten Ausführungsart der Erfindung dargestellt, der dieses Mal in einen Langhubdämpfer integriert ist. Das erste Element 206 ist hier im Wesentlichen von zwei Führungsscheiben 206.1, 206.2 gebildet, die aneinander befestigt sind. Die Führungsscheiben 206.1, 206.2 sind mit einem Ring 206.3 verbunden, der gleitend auf einer Nabe 207.1 montiert ist, um sich um die Umdrehungsachse X in Bezug zur Nabe zu drehen. Die Nabe 207.1 ist mit einer Flanschscheibe 207.2, die sich zwischen den zwei Führungsscheiben erstreckt, verbunden und bildet mit der Flanschscheibe 207.1 das zweite Element 207. Eine Phasenscheibe 217.1, die ein Phasenelement 217, das kinematisch zwischen dem ersten Element 206 und dem zweiten Element 207 zwischengefügt ist, bildet, ist ebenfalls zwischen den Führungsscheiben 206.1, 206.2 montiert, um sich um die Umdrehungsachse x sowohl in Bezug zu den Führungsscheiben 206.1, 206.2 als auch in Bezug zur Flanschscheibe 207.2 zu drehen.
Die Führungsscheiben 206.1, 206.2 sind mit Fenstern 206.5 versehen, die es ermöglichen, kreisbogenförmig gebogene Schraubenfedern R1, R2 in dem von den Führungsscheiben 206.1, 206.2 begrenzten Volumen aufzunehmen. Die Schraubenfedern R1, R2 gehören zwei Gruppen an. Eine erste Gruppe R1 arbeitet zwischen den Führungsscheiben 206.1, 206.21 und Armen 217.3 der Phasenscheibe, während die zweite Gruppe R2 zwischen den Armen 217.3 der Phasenscheibe 217.1 und Armen der Flanschscheibe 207.2 arbeitet.
Jede Feder der ersten Gruppe R1 liegt mit einem Ende an einem Rand 206.6 eines der Fenster der Führungsscheiben 206.1, 206.2 des ersten Elements 206 an und mit dem entgegengesetzten Ende auf einer Stützfläche eines der Arme 217.3 der Phasenscheibe 217.1. Jede Feder R2 der zweiten Gruppe liegt mit einem Ende an einem Arm 217.3 der Phasenscheibe 217.2 und mit dem entgegengesetzten Ende an einem der Arme der Flanschscheibe 207.2 an.
In dem dargestellten Beispiel umfasst jede Federgruppe drei Federpaare R1, R2, wobei jedes Paar eine gebogene Außenfeder und eine Innenfeder umfasst, die in der Außenfeder angeordnet ist, um mit der Außenfeder auf dem gesamten Hub des Winkelausschlags zwischen den Anschlagpositionen parallel zu arbeiten. Die Federn R1 der ersten Gruppe arbeiten parallel, ebenso wie die Federn R2 der zweiten Gruppe, und die Federn R1 der ersten Gruppe sind mit den Federn R2 der zweiten Gruppe in Serie angeordnet.
Aus dieser Anordnung ergibt sich, dass, wenn sich die Flanschscheibe 207.2 des zweiten Elements oder Ausgangsflanschscheibe in Bezug zu den Führungsscheiben 206.1, 206.2 des ersten Elements um die Umdrehungsachse X zwischen zwei Anschlagpositionen dreht, die Phasenscheibe 217.1 einen Winkelhub in Bezug zu den Führungsscheiben 206.1, 206.2 beiderseits einer Referenzposition hat, die dem Gleichgewicht des Drehmoments, das sich aus der Wirkung der Federn R1 der ersten Gruppe auf die Phasenscheibe 217.1 und des entgegengesetzten Drehmoments, da sich aus der Wirkung der Federn R2 der zweiten Gruppe auf die Phasenscheibe 217.1 ergibt, entspricht. Die zwei Federgruppen sind vorzugsweise identisch, so dass sich diese Referenzposition auf halbem Weg zwischen einer Rückwärtsanschlagposition und einer Vorwärtsanschlagposition der Phasenscheibe 217.1 in Bezug zu den Führungsscheiben 206.1, 206.2 befindet.
Zwischen dem ersten Element 206 und dem Phasenelement 217 umfassen Variatoren 210 Gelenkzylinder oder Teleskopstangen, hier in der Anzahl von drei. Jede Teleskopstange umfasst ein Führungselement, das von einem zylindrischen Gehäuse 225 gebildet ist, das in Bezug zur Phasenscheibe 217.1 um eine zur Umdrehungsachse parallele Schwingungsachse Y1 angelenkt ist, wobei von einem Kolben 226 gebildetes geführtes Element in dem Gehäuse 225 gleitet und an der Führungsscheibe 206.2 um eine zur Umdrehungsachse X parallele Schwingungsachse Y2 angelenkt ist, und ein komprimierbares Fluid, das in dem zylindrischen Gehäuse 225 komprimiert wird und das Gehäuse 225 und den Kolben 226 belastet, um die Schwingungsachsen Y1 und Y2 voneinander zu entfernen.
Wenn der Winkel zwischen dem ersten Element 206 und dem Phasenelement 217 variiert, verlängert oder verkürzt sich jede Teleskopstange, wobei sie in Bezug zum ersten Element 206 und zum Phasenelement 217 schwenkt, wobei die Bewegung der Teleskopstangen eben ist, d. h. immer parallel zu einer selben Ebene, die zur Umdrehungsachse X senkrecht ist.
Diese Verlängerung oder Verkürzung der Stangen 218 ermöglicht es, die Winkelsteifigkeit des Torsionsschwingungsdämpfers gemäß den in 2 dargestellten Kurven zu variieren.
Bei einer in 13 dargestellten Ausführungsart wird der Torsionsschwingungsdämpfer bei dieser Ausführungsart mit Hilfe eines Dämpfungsmittels 308 mit Streifen 327 erhalten. Zwei elastisch verformbare Streifen 327 werden von dem primären Schwungrad 306 getragen. Jeder Streifen 327 umfasst eine Nockenfläche 330, die mit einem jeweiligen Nockenfolger 331 zusammenwirkt, der von dem sekundären Schwungrad 307 getragen wird. Die Nockenfolger 331 umfassen eine Rolle 328, die auf einer von dem sekundären Schwungrad 307 getragenen Stange 329 drehbeweglich montiert ist.
Bei einer relativen Drehung zwischen dem primären Schwungrad 306 und dem sekundären Schwungrad 307 verschieben sich die Rollen 328, wobei sie entlang der Nockenfläche 330 der entsprechenden Streifen 327 rollen und dadurch eine Kraft auf die Streifen 327 ausüben, die die Übertragung eines Drehmoments zwischen dem primären Schwungrad 306 und dem sekundären Schwungrad 307 ermöglicht. Diese Kraft erzeugt eine Biegung der Streifen, die ein Rückstellmoment erzeugt, das dazu neigt, das primäre Schwungrad 306 und das sekundäre Schwungrad 307 in die Ruheposition zurückzustellen. Die allgemeine Funktion eines solchen Streifen-Schwingungsdämpfers ist beispielsweise in dem Dokument FR 3008152 , das hier als Referenz eingefügt ist, beschrieben.
Bei dieser in 13 dargestellten Ausführungsart sind die Streifenn 327 vorteilhafterweise dazu ausgebildet, intrinsisch eine entsprechende Winkelsteifigkeitsvariation aufzuweisen, so dass die Streifen 327 sowohl das elastische Element 309 zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem primären Schwungrad 306 und dem sekundären Schwungrad 307 als auch einen elastischen Variator 310 darstellen.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit mehreren besonderen Ausführungsarten beschrieben wurde, ist ganz offensichtlich, dass sie keinesfalls auf diese beschränkt ist, und dass sie alle technischen Äquivalente der beschriebenen Mittel sowie ihre Kombinationen, falls diese in den Rahmen der Erfindung fallen, umfasst.
Die Verwendung des Verbs „enthalten”, „umfassen” oder „einschließen” und seiner konjugierten Formen schließt nicht das Vorhandensein weiterer Element oder weiterer Schritte als der in einem Anspruch erwähnten aus. Die Verwendung des unbestimmten Artikels „ein” oder „eine” für ein Element oder einen Schritt schließt, außer anders erwähnt, nicht das Vorhandensein einer Vielzahl solcher Elemente oder Schritte aus.
In den Ansprüchen darf ein Bezugszeichen in Klammern nicht als eine Beschränkung des Anspruchs ausgelegt werden.
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

FR 2765293 [0067]
FR 3008152 [0088]

Claims

Torsionsschwingungsdämpfer für eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, der dazu bestimmt ist, in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs (1) zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle angeordnet zu werden, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer umfasst: – ein erstes Element (6, 106, 206) und ein zweites Element (7, 107, 207), die in Bezug zueinander um eine Drehachse X zwischen einer ersten Anschlagposition und einer zweiten Anschlagposition drehbeweglich sind; – ein elastisches Dämpfungsmittel (8, 308), das geeignet ist, ein Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element (6, 106, 206, 306) und dem zweiten Element (7, 107, 207, 307) zu dämpfen, wobei das elastische Dämpfungsmittel mit dem ersten und dem zweiten Element derart zusammenwirkt, dass die Übertragung eines Drehmoments vom ersten Element zum zweiten Element von einer relativen Drehung von einer Ruheposition in die erste Anschlagposition begleitet ist, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer dadurch gekennzeichnet ist, dass das elastische Dämpfungsmittel (8, 308) eine Winkelsteifigkeit aufweist, die in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element auf mindestens 70% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition abnehmend ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, wobei die Übertragung eines Drehmoments vom zweiten Element zum ersten Element von einer relativen Drehung von der Ruheposition in die zweite Anschlagposition begleitet ist, wobei das elastische Dämpfungsmittel (8, 308) eine Winkelsteifigkeit aufweist, die in Abhängigkeit von dem relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element (6, 106, 206, 306) und dem zweiten Element (7, 107, 207, 307) auf mindestens 70% des Winkelausschlags zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition abnehmend ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels (8) von der Ruheposition bis zu der ersten Anschlagposition kontinuierlich abnehmend ist.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels (8, 308) entsprechend einer natürlichen logarithmischen Funktion der relativen Winkelauslenkung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element abnimmt.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Winkelsteifigkeit des elastischen Dämpfungsmittels (8, 308) zwischen 0.90 Kx und 1.10 Kx liegt, wobei x eine Konstante ist, die vom Fahrzeug abhängt, und wobei K einer Zielwinkelsteifigkeit gemäß folgender Gleichung entspricht: K = –2Iw²[Lnθ] θ / 0 wobei I die Trägheit des Antriebsstrangs (1), in dem der Torsionsschwingungsdämpfer (5, 105, 205, 305) angeordnet werden soll, w die Pulsation bei der Filterfrequenz des Antriebsstrangs (1), in dem der Torsionsschwingungsdämpfer (5, 105, 205, 305) angeordnet werden soll, und θ den relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element (6, 106, 206, 306) und dem zweiten Element (7, 107, 207, 307) in Bezug zur Ruheposition darstellt.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der ersten Anschlagposition sich vom Winkelausschlag zwischen der Ruheposition und der zweiten Anschlagposition unterscheidet.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das elastische Dämpfungsmittel (8) einen elastischen Variator (10, 110, 210, 310) umfasst, der derart vorgesehen ist, dass er die Steifigkeit des Dämpfungsmittels (8, 308) in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition zwischen dem ersten Element (6, 106, 206, 306) und dem zweiten Element (7, 107, 207, 307) variiert.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 7, wobei das elastische Dämpfungsmittel ein elastisches Element (9, 109) umfasst, das geeignet ist, das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element (6, 106) und dem zweiten Element (7, 107) zu dämpfen, wobei sich das elastische Element (9, 109, 309) einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element (6, 106) und dem zweiten Element (7, 107) entgegenstellt, wobei der elastische Variator und das elastische Element parallel angeordnet sind.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der elastische Variator (10, 110) ein erstes Ende aufweist, das drehfest mit dem zweiten Element (7, 107) verbunden ist, und ein zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt und mit dem ersten Element (6, 106) zusammenwirkt.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 9, wobei das zweite Ende des elastischen Variators (10, 110, 210) eine Masse umfasst, die dazu vorgesehen ist, die Trägheit des Dämpfungsmittels (8) zu erhöhen.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das elastische Dämpfungsmittel (8, 308) einen Nockenfolger (32, 132, 331) umfasst, der von einem des ersten Elements (6, 106, 306) und des zweiten Elements (7, 107, 307) getragen ist, und eine Nockenfläche (24, 124, 330), die von dem anderen des ersten Elements (6, 106, 306) und des zweiten Elements (7, 107, 307) getragen wird, wobei das elastische Dämpfungsmittel (8, 108, 308) ferner ein Rückstellelement (18, 118, 327) umfasst, das dazu vorgesehen ist, den Nockenfolger (32, 132, 331) und die Nockenfläche (24, 124, 330) zusammenwirken zu lassen, wobei der Nockenfolger (32, 132, 331) dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element (6, 106, 306) und dem zweiten Element (7, 107, 307) entlang der Nockenfläche (24, 124, 330) zu verschieben.
Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 11, wobei der Nockenfolger (32, 132, 331) eine Rolle (23, 123, 328) umfasst, die dazu vorgesehen ist, entlang der Nockenfläche (24, 124, 330) zu rollen.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der elastische Variator (10) dazu vorgesehen ist, eine radiale Kraft zwischen dem ersten Element (6) und dem zweiten Element (7) auszuüben, wobei das zweite Ende des elastischen Variators einen Nockenfolger (32) trägt, wobei das erste Element (6) eine Nockenfläche (24) trägt, wobei der Nockenfolger (32) des elastischen Variators (10) dazu vorgesehen ist, sich bei einer relativen Drehung zwischen dem ersten Element (6) und dem zweiten Element (7) entlang der Nockenfläche (24) des ersten Elements (6) zu verschieben, wobei die Nockenfläche (24) dazu vorgesehen ist, die von dem elastischen Variator (10) zwischen dem ersten Element (6) und dem zweiten Element (7) ausgeübte Kraft in Abhängigkeit vom relativen Winkelausschlag zwischen dem ersten Element (6) und dem zweiten Element (7) zu variieren.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das elastische Dämpfungsmittel (208) ein elastisches Organ (209) aufweist, umfassend ein erstes elastisches Element (R1) und ein zweites elastisches Element (R2), die in Umfangsrichtung in Serie zwischen dem ersten Element (206) und dem zweiten Element (207) und einem Phasenelement (217) zwischengefügt sind, wobei das Phasenelement (217) in Bezug zum ersten Element (206) beweglich ist und in Bezug zum zweiten Element (207) beweglich ist, wobei das Phasenelement (217) in Umfangsrichtung zwischen dem ersten elastischen Element und dem zweiten elastischen Element zwischengefügt ist, um sie in Serie anzuordnen, und wobei ein erstes Ende des elastischen Variators (210) drehfest mit dem zweiten Element (207) verbunden ist, und ein zweites Ende des elastischen Variators (210) drehfest mit dem Phasenelement (217) verbunden ist, wobei der elastische Variator (210) dazu vorgesehen ist, mit Kompression zu funktionieren, um eine variable Kraft zwischen dem zweiten Element (207) und dem Phasenelement (217) in Abhängigkeit von der relativen Winkelposition zwischen dem ersten Element (206) und dem zweiten Element (207) auszuüben.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und 11 bis 13 ohne ihren Rückbezug auf die Ansprüche 9 bis 10, wobei das elastische Dämpfungsmittel einen elastisch verformbaren Streifen (327) und ein Stützelement (331) umfasst, wobei das Stützelement (331) dazu vorgesehen ist, auf den elastisch verformbaren Streifen (327) eine Biegekraft auszuüben, wobei die Biegung des elastisch verformbaren Streifens (327) eine Rückstellkraft erzeugt, die geeignet ist, das erste Element (306) und das zweite Element (307) als Antwort auf eine relative Drehung zwischen dem ersten Element (306) und dem zweiten Element (307) in eine Ruheposition zurückzustellen.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 11 bis 12 in Kombination mit Anspruch 15, wobei das Rückstellelement durch den elastisch verformbaren Streifen (327) gebildet ist, wobei der elastisch verformbare Streifen (327) die Nockenfläche (330) trägt und das Stützelement den Nockenfolger (331) umfasst.
Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Dämpfungsmittel (8, 108, 208) einen Luftkolben, ein Federgehäuse, eine Schraubenfeder oder eine viskose Feder, die dazu vorgesehen ist, das Drehmoment zu übertragen und die Drehungleichförmigkeiten zwischen dem ersten Element (6, 106, 206) und dem zweiten Element (7, 107, 207) zu dämpfen, und geeignet ist, das erste Element (6, 106, 206) und das zweite Element (7, 107, 207) als Antwort auf eine relative Drehung zwischen dem ersten Element (6, 106, 206) und dem zweiten Element (7, 107, 207) in eine Ruheposition zurückzustellen, umfasst.
Antriebsstrang, umfassend eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, dadurch gekennzeichnet, dass er weiterhin einen Torsionsschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 17 umfasst, der zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist.