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Die Erfindung betrifft einen als Zweimassenschwungrad ausgeführten Torsionsschwingungsdämpfer, mit einem Primärteil und einem Sekundärteil, die einen entgegen einem in Umfangsrichtung wirkenden Energiespeicher einer Dämpfungseinrichtung zueinander verdrehbar sind, wobei das Primärteil mit einer Brennkraftmaschine und das Sekundärteil zumindest mittelbar mit einer anzutreibenden Welle verbunden ist und ein Drehmomentbegrenzer des Torsionsschwingungsdämpfers zumindest eine Freilaufkupplung einschließt, der bei Erreichen eines vorbestimmten Verdrehwinkels zwischen dem Primärteil und dem zumindest zweiteilig aufgebauten Sekundärteil als Freilauf wirkt.
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Torsionsschwingungsdämpfer bzw. Zweimassenschwungräder (ZMS) sind bekannt. Diese werden in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Welle und / oder mit einer Fahrzeugkupplung eingesetzt zur Schwingungsisolation von Drehschwingungen, die prinzipbedingt in Brennkraftmaschinen entstehen. Zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ist vorzugsweise eine in Umfangsrichtung wirksame Dämpfereinrichtung vorgesehen, die Drehmomentspitzen zwischenspeichert und zeitverzögert abgeben kann.
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Im Betriebszustand kann der Torsionsschwingungsdämpfer schlagartigen Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts, ausgesetzt sein, die beispielsweise bei einem plötzlichen, zum Motorstillstand führenden Einkuppeln entstehen. Hierbei wird der Torsionsschwingungsdämpfer sowie der nachgeordnete Antriebsstrang stark belastet. Um den Antriebsstrang vor Überlast zu schützen ist es bekannt, Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Drehmomentbegrenzer (DMB) zu versehen, der bei einer Überschreitung eines Grenzdrehmomentes beispielsweise ein Durchrutschen des Sekundärteils ermöglicht.
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Aus der
DE 10 2009 033 864 A1 sowie der
DE 10 2010 025 579 A1 sind als Rutschkupplung aufgebaute Drehmomentbegrenzer bekannt, die zur Vermeidung einer Übertragung von Drehmomentspitzen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen vorgesehen sind.
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In der
DE 10 2007 047 394 A1 ist ein gattungsbildender Torsionsschwingungsdämpfer offenbart, der eine Bogenfederanordnung als Dämpfungseinrichtung umfasst, die zwischen zwei zueinander verdrehbaren Teilen, einem Primärteil und einem Sekundärteil angeordnet ist. Zwischen den beiden Teilen ist ein mit der Dämpfungseinrichtung in Reihe geschalteter Drehmomentbegrenzer vorgesehen, der in einer der zwischen den beiden Teilen möglichen Relativverdrehrichtungen wirksam ist und mindestens eine als Freilauf wirkende Schlingenfederkupplung umfasst.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen funktional verbesserten sowie kostengünstig realisierbaren Drehmomentbegrenzer für einen Torsionsschwingungsdämpfer zu schaffen, mit dem eine gesteigerte Lebensdauer erzielbar ist.
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Diese Aufgabenstellung wird durch einen Torsionsschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß der Erfindung schließt der Torsionsschwingungsdämpfer als Drehmomentbegrenzer vier umfangsverteilt positionierte, dem Sekundärteil zugeordnete Klemmkörperfreiläufe ein. Diese jeweils eine Freilaufkupplung bildenden Klemmkörperfreiläufe sind zwischen einem mit der Dämpfungseinrichtung verbundenen Trägerflansch sowie einer mit der anzutreibenden Welle verbundenen Übertragungseinheit angeordnet. Dabei sind für beide entgegengesetzte Drehrichtungen des Sekundärteils jeweils zwei gegenüberliegend angeordnete Klemmkörperfreiläufe vorgesehen.
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Vorteilhaft gewährleistet das erfindungsgemäße Konzept sowohl bei im Uhrzeigersinn als auch im Gegenuhrzeigersinn wirkenden, schlagartig auftretenden Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts, eine wirksame Drehmomentbegrenzung und folglich einen Schutz des Antriebsstrangs von dem Kraftfahrzeug. Bei Erreichen einer Spitzenbelastung löst sich der Reib- bzw. Kraftschluss des Klemmkörperfreilaufs, verbunden mit einer Relativverdrehung zwischen den zuvor kraftschlüssig verbundenen Bauteilen. Die Klemmkörperfreiläufe sind vorteilhaft bauraumneutral innerhalb des vorhandenen Bauraums von dem Sekundärteil integrierbar, wobei die Montage vereinfacht und kostengünstig durchführbar ist, da alle Klemmkörperfreiläufe ohne Vorspannung einzubauen sind.
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Ein bevorzugter konstruktiver Aufbau sieht vor, dass die Klemmkörper der Klemmkörperfreiläufe sowie der mit der Dämpfungseinrichtung zusammenwirkende Trägerflansch zwischen zwei axial beabstandeten, starr gekoppelten Führungsscheiben der Übertragungseinheit geführt sind. Außerdem ist jeder Klemmkörper drehbar gelagert, der dazu beidseitig einen axial vorstehenden Zapfen aufweist, der jeweils in eine korrespondierende Bohrung der Führungsscheibe eingepasst ist. In der Einbaulage ist der Klemmkörper mit einer Außenkontur an einem Innendurchmesser des Trägerflansches abgestützt. Innenseitig greift ein fingerartiger Abschnitt des Klemmkörpers spielbehaftet in eine auch Fenster genannte Aussparung des Haltelementes, welches dem Übertragungseinheit zugeordnet ist.
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Die zwei gegenüberliegend angeordneten, für jeweils eine Drehrichtung bestimmten Klemmkörperfreiläufe schließen übereinstimmend gestaltete und spiegelbildlich eingesetzte Klemmkörper ein. Durch das Zusammenwirken der fingerartig gestalten Klemmkörperabschnitte mit den Aussparungen der Haltelemente und der radialen Abstützung der Klemmkörper an dem Innendurchmesser des Trägerflansches erfolgt bei Auftreten von auch Spitzenbelastung genannten Impacts eine Verstellung der Klemmkörper. Damit wird ein Kraft- und Reibschluss zwischen den zusammenwirkenden Bauteilen gelöst und eine wirksame Drehmomentbegrenzung realisiert.
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Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Führungsscheiben in eine Aufnahme einzupassen, die von zwei entgegengesetzt gekröpften, mit der anzutreibenden Welle verbundenen, starr zusammengefügten Halteelementen gebildet wird. Eine Drehmomentübertragung zwischen den Führungsscheiben und den Halteelementen erfolgt dabei über mehrere umfangsverteilt positionierte Lamellenfedern. Dazu sind die Lamellenfedern in Öffnungen beider Halteelemente eingesetzt, wobei deren abgewinkelter, radial nach innen ausgerichteter, zweiteilig gespreizt ausgeführter Abschnitt kraftschlüssig in Aussparungen der Führungsscheiben eingesetzt ist.
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Die Wirksamkeit des Klemmkörperfreilaufs unterstützend ist erfindungsgemäß für jeden Klemmkörper eine Spreizfeder vorgesehen. Die bevorzugt als Schraubenfeder ausgelegte Spreizfeder beaufschlagt dabei mit einem Federende den Klemmkörper in die sperrende Richtung bzw. in Klemmrichtung.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem in mehreren Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel näher beschrieben und erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das abgebildete Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einer Ansicht ein Sekundärteil eines Torsionsschwingungsdämpfers, der als Drehmomentbegrenzer Klemmkörperfreiläufe einschließt;
- 2 einen Längsschnitt durch das in 1 gezeigte Sekundärteil;
- 3 einen Detailschnitt gemäß einem Schnittverlauf 2 - 2 aus 1;
- 4 einen Detailschnitt gemäß einem Schnittverlauf 3 - 3 aus 1;
- 5 einen Detailschnitt gemäß einem Schnittverlauf 2 - 4 aus 1;
- 6 in einer Explosionszeichnung alle Bauteile von 1;
- 7 einen Klemmkörperfreilauf in einer ersten Schaltposition;
- 8 einen Klemmkörperfreilauf in einer ersten Schaltposition.
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Die 1 zeigt ein Sekundärteil 1 von einem als Zweimassenschwungrad aufgebauten Torsionsschwingungsdämpfer, das einen erfindungsgemäß aufgebauten, in weiteren Figuren detailliert dargestellten Drehmomentbegrenzer 2 einschließt. Der Torsionsschwingungsdämpfer ist beispielsweise in einem für eine Hybridanwendung bestimmten Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Welle auf der Abtriebsseite eingesetzt. Der Torsionsschwingungsdämpfer umfasst brennkraftmaschinenseitig ein Primärteil (nicht gezeigt) und abtriebsseitig das auch Ausgangsteil genannte Sekundärteil 1. Das Primärteil und das Sekundärteil 1 sind um eine Drehachse 3 gemeinsam drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar und über eine bevorzugt Bogenfedern einschließende Dämpfungseinrichtung bekannten Aufbaus und bekannter Wirkungsweise verbunden. Die Bogenfedern sind einerseits an dem Primärteil und andererseits an dem Sekundärteil 1 abgestützt. Eine Relativverdrehung zwischen diesen Teilen erfolgt entgegen einer Federkraft der Bogenfedern. Das mehrteilig aufgebaute Sekundärteil 1 umfasst eine mit einer anzutreibenden Welle (nicht gezeigt) verbundene in 2 gezeigte Übertragungseinheit 4, die beispielsweise einer Schalttrennkupplung zugeordnet ist. Weiterhin steht ein Trägerflansch 5 des Sekundärteils 1 mit den Bogenfedern der Dämpfungseinrichtung in einer Wirkverbindung.
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Den Aufbau des Sekundärteils 1 verdeutlicht die 2. Danach umfasst der Drehmomentbegrenzer 2 vier umfangsverteilt jeweils um 90° zueinander versetzt positionierte, Freilaufkupplungen bildende Klemmkörperfreiläufe 6, deren Klemmkörper 7 drehbar zwischen zwei axial beabstandeten Führungsscheiben 8 angeordnet sind. Die Klemmkörper 7 von jeweils zwei gegenüberliegenden Klemmkörperfreiläufen 6 sind übereinstimmend angeordnet, jedoch abweichend zu den Klemmkörpern 7 der beiden weiteren Klemmkörperfreiläufe 6. Mit dieser Maßnahme ist der Drehmomentbegrenzer 2 für beide entgegengesetzte Drehrichtungen des Sekundärteil 1 wirksam. Alle Klemmkörper 7 sind mit einer Außenkontur 9 an einem Innendurchmesser 10 des Trägerflansches 5 abgestützt und greifen mittels eines innenseitigen fingerartigen Abschnitts 11 spielbehaftet in Aussparungen 12 von den in 3 gezeigten, der Übertragungseinheit 4 zugeordneten Haltelementen 13. Zwischen den Führungsscheiben 8 und den Halteelementen 13 erfolgt eine Drehmomentübertragung über mehrere umfangsverteilt positionierte Lamellenfedern 14, die wie in 4 gezeigt, in Öffnungen 15 beider Halteelemente 13 eingesetzt sind. Weiterhin greifen die Lamellenfedern 14 mit zwei abgewinkelten, radial zur Drehachse 3 ausgerichteten, gespreizt ausgeführten Fingern 16 kraftschlüssig in Schlitze 17 der Führungsscheiben 8. Jedem Klemmkörper 7 ist eine als Schraubenfeder ausgelegte Spreizfeder 18 zugeordnet, die über ein Federende den Klemmkörper 7 in Klemmrichtung kraftbeaufschlagt.
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Weitere Details des Sekundärteils 1 und des zugehörigen Drehmomentbegrenzers 2 zeigen die 3 bis 6. Übereinstimmende Bauteile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen. Die nachfolgende Beschreibung ist im Wesentlichen auf ergänzende oder unterschiedliche Details der Erfindung beschränkt.
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Die Schnittdarstellung gemäß 3 verdeutlicht die Lagerung des Klemmkörpers 7, der beidseitig einen axial vorstehenden Zapfen 19 aufweist, die jeweils in eine korrespondierende Bohrung 20 der Führungsscheibe 8 eingepasst sind. Weiterhin zeigt 3 die für den fingerartigen Abschnitt 11 des Klemmkörpers 7 bestimmte Aussparung 12, die lokal von beiden Halteelementen 13 gebildet wird. Die Führungsscheiben 8 sind in einer Aufnahme 21 eingesetzt, die von zwei entgegengesetzt gekröpften Endbereichen der Halteelemente 13 axial begrenzt ist. Die durch Nietverbindungen 22 zu einer Baueinheit gekoppelten Halteelemente 13 sind Bestandteil der Übertragungseinheit 4, die mit der anzutreibenden Welle verbunden ist.
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Aus 4 und 5 ist die in der Öffnung 15 des Halteelementes 13 eingesetzte Lamellenfeder 14 ersichtlich, deren abgewinkelte, radial zur Drehachse 3 ausgerichtete Finger 16 kraftschlüssig in den Schlitz 17 der Führungsscheibe 8 eingreifen. Weiterhin ist einer von mehreren eingesetzten Stufenbolzen 23 gezeigt, der neben einer Fixierung gleichzeitig einen axialen Abstand der Führungsscheiben 8 definiert. Außerdem ist auf dem Stufenbolzen 23 die den Klemmkörper 7 beaufschlagende Spreizfeder 18 geführt. In 6 sind in einer Explosionszeichnung alle Einzelteile des Sekundärteils 1 dargestellt, wobei gleichzeitig deren Zuordnung ersichtlich wird.
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Die 7 und 8 zeigen zwei unterschiedliche Schaltzustände des Klemmkörperfreilaufs 6. In 7 ist der Klemmkörper 7 in einer Position gezeigt, die sich im Normalbetrieb des Torsionsschwingungsdämpfers einstellt, wobei der Trägerflansch 5 von einem Drehmoment im Gegenuhrzeigersinn (Pfeilrichtung) beaufschlagt wird. Dabei ist der Klemmkörper 7 kraft- und/oder reibschlüssig an dem Innendurchmesser 10 des Trägerflansches 5 abgestützt und bewirkt eine synchrone Kraftübertragung auf die aus Führungsscheiben 8, Lamellenfedern 14 und Halteelementen 13 bestehende Übertragungseinheit 4. Dabei sind beide Finger 16 der Lamellenfeder 14 übereinstimmend gespreizt an den Wandungen der Schlitze 17 der Führungsscheibe 8 abgestützt.
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Die 8 zeigt den Klemmkörperfreilauf 6 in der Schaltstellung, die sich bei einer auch Impact genannten Spitzenbelastung im Gegenuhrzeigersinn auf den Trägerflansch 5 einstellt und die eine Haltekraft des kraft- und/oder reibschlüssig abgestützten Klemmkörpers 7 übertrifft. Als Folge löst sich der Kraftschluss des Klemmkörpers 7 verbunden mit einer relativen Verdrehung zwischen dem Klemmkörper 7 und dem Trägerflansch 5, verdeutlicht durch den Verdrehwinkel α sowie die Abstützung der Lamellenfeder 14 über nur einen Finger 16 in dem Schlitz 17 der Führungsscheibe 8. Unmittelbar nach Ende der Spitzenbelastung bewirkt die Spreizkraft aller Lamellenfedern 14 eine Verdrehung der Klemmkörper 7 zurück in die in 7 gezeigte Position.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sekundärteil
- 2
- Drehmomentbegrenzer
- 3
- Drehachse
- 4
- Übertragungseinheit
- 5
- Trägerflansch
- 6
- Klemmkörperfreilauf
- 7
- Klemmkörper
- 8
- Führungsscheibe
- 9
- Außenkontur
- 10
- Innendurchmesser
- 11
- Abschnitt
- 12
- Aussparung
- 13
- Halteelement
- 14
- Lamellenfeder
- 15
- Öffnung
- 16
- Finger
- 17
- Schlitz
- 18
- Spreizfeder
- 19
- Zapfen
- 20
- Bohrung
- 21
- Aufnahme
- 22
- Nietverbindung
- 23
- Stufenbolzen
- α
- Verdrehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009033864 A1 [0004]
- DE 102010025579 A1 [0004]
- DE 102007047394 A1 [0005]
