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Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, der in einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs eingesetzt und als ein Zweimassenschwungrad ausgeführt ist, bestehend aus einem Primärteil und einem Sekundärteil, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, wobei zur axialen und radialen Lagerung des Sekundärteils ein Wälzlager vorgesehen ist, welches jeweils über einen Pressverband mit dem Sekundärteil und dem Primärteil verbunden ist und eine Federdämpfungseinrichtung zwischen dem Sekundärteil und dem Primärteil wirksam ist, dessen in einem Federkanal angeordneten Bogenfedern mit einem dem Sekundärteil zugeordneten Trägerflansch in einer Wirkverbindung stehen.
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Aus der
DE 10 2012 202 255 A1 ist beispielhaft ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, der zur Tilgung oder Dämpfung von Torsionsschwingungen in Antriebssträngen von brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Der Drehschwingungsdämpfer ist dabei antriebsseitig über ein Primärteil mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und abtriebsseitig über ein Sekundärteil, beispielsweise mit einer einem Schaltgetriebe vorgelagerten Schalttrennkupplung verbunden. Die durch das ungleichmäßige Antriebsmoment der Brennkraftmaschine verursachten Schwingungen werden durch den Drehschwingungsdämpfer getilgt, indem das Primärteil und die Sekundärteil gegen eine Federkraft von Bogenfedern der Federdämpfungseinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind.
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In der
WO 2015 058 757 A1 ist ein weiterer, als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer gezeigt, bei dem das Primärteil einen axial vorstehenden gestuften Ansatz aufweist, der zur Aufnahme von einem inneren Lagerring eines als Rillenkugellager ausgeführten Wälzlagers bestimmt ist. Der äußere Lagerring des Wälzlagers ist in eine Stufenbohrung von einer Flanschscheibe eingesetzt, die mit dem Trägerflansch des Sekundärteils verbunden ist.
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Bei Zweimassenschwungrädern, bei denen das wälzgelagerte Sekundärteil eine Relativverdrehung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ermöglicht, kann im Betriebszustand eine erhöhte Biegebelastung und/oder starke axiale Anregung ein nachteiliges axiales Wandern des Wälzlagers auslösen. Im Volllastbetrieb kann ein axiales Wandern oder Verschieben des Wälzlagers von ca. 5 mm auftreten. Dieses Wandern führt zu einer erhöhten Belastung einzelner Bauteile des Antriebsstrangs, beispielsweise der Schalttrennkupplung, verbunden mit der Gefahr, dass sich die Tellerfeder deformiert und es zu einem Fettaustritt kommt mit der Folge eines Kupplungsausfalls. Ein axiales Wandern des Wälzlagers kann außerdem zu einem hängenden Pedal führen und folglich eine Kupplungsbetätigung verhindern oder ein Anlaufen des Kupplungssystems in der Getriebeglocke bewirken.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen funktional verbesserten Drehschwingungsdämpfer bereit zu stellen, bei dem mittels einer einfachen und kostengünstig durchführbaren Maßnahme ein axiales Wandern von dem Wälzlager des Sekundärteils vermieden wird.
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Die zuvor genannte Problemstellung wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Für den erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfer ist ein konstruktiver Aufbau vorgesehen, bei dem zur Lagerung des Sekundärteils als Wälzlager ein kippweiches Rillenkugellager mit einer Schmiegung von ≥ 104 % eingesetzt ist und weiterhin für das Sekundärteil eine Kippbegrenzung vorgesehen ist.
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Die Erfindung eliminiert die ein axiales Wandern des Rillenkugellagers auslösenden, durch Messungen im Kraftfahrzeug und aus der Theorie bekannten Einflüsse. Dabei handelt es sich um die axiale Beschleunigung, mit der die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine die Lagerung des Sekundärteils beaufschlagt sowie eine Verkippung, die ein Wellenversatz oder eine Durchbiegung der Getriebeeingangswelle oder ein anderweitiges (gyroskopisch) erzeugtes Biegemoment an der Sekundärseite erzeugt. Die Verkippung wird über die Kupplungsscheibe in die Sekundärseite geleitet und von dort in das Rillenkugellager. Diese zuvor genannten Einflüsse können sich im Betriebszustand überlagern.
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Die bisherige enge Schmiegung des Rillenkugellagers führte bei einer Verkippung der Sekundärseite zu einer Verzwängung der Kugeln zwischen Außenring und Innenring, die ein Gegenmoment erzeugt, das durch Gegenkräfte an dem äußeren und inneren Lagerring abgefangen werden muss. Diese Gegenkräfte wirken gegen den Pressverband von beiden Lagerringen der Wälzlagerung des Sekundärteils, so dass deren Haltevermögen, beispielsweise gegen axial einwirkende Beschleunigungskräfte von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sich reduzieren.
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Mit dem konstruktiven Konzept gemäß der Erfindung, bei dem ein Wälzlager mit vergrößertem Schmiegungsverhältnis ein bisher eingesetztes Rillenkugellager mit enger Schmiegung ersetzt, kann vorteilhaft ein kippweiches Rillenkugellager realisiert werden. Damit verringern sich die aus einer Verkippung resultierenden Zwangskräfte im Wälzlager und den zugehörigen Lagerringen deutlich, gleichzeitig wird die Haltekraft des Rillenkugellagers gegenüber axialen Beschleunigungen, die insbesondere von der Kurbelwelle in den Antriebsstrang eintreten, nicht nachteilig beeinflusst. Zur Vermeidung einer zu großen Verkippung schließt das mit dem erfindungsgemäßen kippweichen Rillenkugellager bestückte Zweimassenschwungrad einen Kippbegrenzer für des Sekundärteil ein.
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Bauartbedingt sowie aufgrund von Festigkeitswerten der Umgebungsbauteile des Zweimassenschwungrades besteht keine Möglichkeit, die Haltekräfte im Pressverband zur Lagesicherung des Wälzlagers beliebig zu erhöhen. Die Verwendung eines Rillenkugellagers mit vergrößerter Schmiegung gemäß der Erfindung bietet vorteilhaft eine wirksame Maßnahme, um ein axiales Wandern des Wälzlagers auch bei Beibehaltung bisheriger Haltekräfte zu verhindern. Der Lagerfestsitz des Rillenkugellagers wird somit entscheidend verbessert.
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Die erfindungsgemäße Maßnahme zur Vermeidung einer axialen Wälzlagerwanderung einschließlich des Kippbegrenzers führt weder zu einer Funktionsbeeinträchtigung des Drehschwingungsdämpfers bzw. Zweimassenschwungrades noch des zugehörigen Antriebsstrangs. Das vorteilhaft einfach und kostengünstig umsetzbare Konzept unterbindet außerdem wirkungsvoll nachteilige Folgeschäden und verbessert gleichzeitig die Zuverlässigkeit, die sich positiv auf die Lebensdauer des Zweimassenschwungrades sowie des Antriebsstrangs auswirkt.
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Gemäß einer bevorzugten Auslegung zur Darstellung eines ausreichend kippweichen Rillenkugellagers ist erfindungsgemäß ein Schmiegungsverhältnis von ≤ 110 %, bevorzugt von exakt 110 % vorgesehen. Als Kippbegrenzer bietet sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Kippbegrenzung des Sekundärteils an. Bevorzugt ist dazu zwischen dem Federkanal des Primärteils und einem Flansch des Sekundärteils ein definierter Ringspalt S von ≤ 2,5 mm vorgesehen. Zur Darstellung des Ringspaltes schließt der Flansch des Sekundärteils einen axial vorspringenden Ansatz ein, der im Normalbetrieb einen Abstand zu dem Federkanal bestimmt und der sich bei einer maximalen Verkippung des Sekundärteils an dem Primärteil abstützt. Als Maßnahme zur Geräuschoptimierung bietet es sich an, als Ansatz eine Kunststoffscheibe zu verwenden, die beispielsweise aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff PA 66 GF hergestellt ist.
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Eine weitere unterstützende Maßnahme, um ein axiales Wandern des Wälzlagers zu unterbinden und zur Schaffung einer sicheren Lagepositionierung des kippweichen Rillenkugellagers ist vorgesehen, dass sowohl ein axial vorspringender Ansatz des Primärteils als auch eine Nabe des Sekundärteils eine radial ausgerichtete Schulter aufweisen. Mit diesem Konzept ist aufgrund einer axial versetzten Lage der Schultern das Rillenkugellager im eingebauten Zustand mit gegenüberliegenden Seiten über den inneren Lagerring und den äußeren Lagerring an getrennten Schultern sicher axial abgestützt und geführt.
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Als Alternative und/oder Steigerung der Haltekräfte bzw. Unterstützung des kraftschlüssigen Pressverbandes kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sowohl der innere Lagerring als auch der äußere Lagerring des Rillenkugellagers stoffschlüssig mit den zugehörigen Bauteilen der Umgebungskonstruktion verbunden werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einem Längsschnitt einen Antriebsstrang von einem Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäß ausgeführten Lagerung des Sekundärteils;
- 2: das Detail Z aus 1 in einem vergrößerten Maßstab;
- 3: einer Schnittdarstellung ein erfindungsgemäß gestaltetes kippweiches Rillenkugellager;
- 4: in einer Schnittdarstellung ein bisher eingesetztes Rillenkugellager;
- 5: ein erfindungsgemäß gestaltetes Rillenkugellager in einer gekippten Lage;
- 6: ein Diagramm, das Steifigkeitskennlinien von Rillenkugellagern zeigt.
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Die 1 zeigt einen Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs, bestehend aus einer Brennkraftmaschine, von der eine Kurbelwelle 2 gezeigt ist, einem als Zweimassenschwungrad 3 aufgebauten Drehschwingungsdämpfer, dem eine Schalttrennkupplung 4 unmittelbar zugeordnet ist sowie einem Getriebe 5. Das Zweimassenschwungrad 3 umfasst brennkraftmaschinenseitig ein auch als Primärmasse bezeichnetes Primärteil 6 und abtriebsseitig ein auch Sekundärmasse bezeichnetes Sekundärteil 7, die gemeinsam um eine Drehachse 8 drehbar und relativ zueinander verdrehbar sind. Eine Relativverdrehung zwischen dem Primärteil 6 und dem Sekundärteil 7 ermöglicht ein als Rillenkugellager 9 ausgeführtes Wälzlager. Ein innerer Lagerring 10 des Rillenkugellagers 9 ist auf einem axial vorstehenden Ansatz 11 des Primärteils 6 und ein äußerer Lagerring 12 in eine Nabe 13 des Sekundärteils 7 kraftschlüssig zur Schaffung eines Pressverbandes eingepresst. Das flanschscheibenartige Primärteil 2 bildet außenseitig einen Federkanal 14, der für Bogenfedern (nicht gezeigt) einer einen Energiespeicher bildenden Federdämpfungseinrichtung 15 bekannten Aufbaus und bekannter Wirkungsweise bestimmt ist. Die in dem Federkanal 14 geführten Bogenfedern sind mit einem Federende an Anschlägen (nicht gezeigt) des Primärteils 6 und mit dem weiteren Federende an einem Trägerflansch 16 des Sekundärteils 7 abgestützt. Eine Relativverdrehung zwischen dem Primärteil 6 und dem Sekundärteil 7 erfolgt entgegen einer Federkraft der Bogenfedern. Im Betriebszustand des Kraftfahrzeugs kann eine erhöhte Biegebelastung einer Getriebewelle 17, verdeutlicht durch eine Biegelinie 18 und / oder eine starke axiale Anregung bzw. Beschleunigung der Kurbelwelle 2, ein nachteiliges axiales Wandern des Rillenkugellagers 9 auslösen. Zur Vermeidung bzw. Verringerung des axialen Wanderns ist ein Rillenkugellager 9 mit einer Schmiegung von 110 % (gezeigt in 3) eingesetzt, zur Realisierung eines kippweichen Rillenkugellagers 9. Aufgrund des kippweichen Rillenkugellagers 9 (vergrößert abgebildet in 3) kann sich das Sekundärteil 7 bei einer erhöhten Biegebelastung im Gegenuhrzeigersinn kippen bzw. schwenken. Diese Kippbewegung endet, sobald ein mit dem Sekundärteil 7 verbundener Flansch 19 den Federkanal 14 erreicht. Eine maximale Verkippung definiert Ringspalt S zwischen dem Federkanal 14 und dem Flansch 19 des Sekundärteils 7. Im Bereich des Ringspaltes S weist der Flansch 19 des Sekundärteils 7 einen axial vorspringenden Ansatz 20 auf, der zur Geräuschoptimierung aus einem verschleißfesten Kunststoff hergestellt ist.
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Die 2 zeigt in einem vergrößerten Maßstab die Einzelheit Z von 1, zur Verdeutlichung der Einbaulage des Rillenkugellagers 9. Ergänzend zu kraftschlüssigen, jeweils als Pressverband ausgeführten Verbindungen des inneren Lagerrings 10 und des äußeren Lagerrings 12 mit Bauteilen der Umgebungskonstruktion ist jeder Lagerring 10, 12 axial an einer Schulter 21, 22 abgestützt. Dazu weist sowohl der Ansatz 11 des Primärteils als auch die Nabe 13 des Sekundärteils 7 eine radial ausgerichtete Schulter 21, 22 auf, die zueinander axial versetzt sind, so dass im Einbauzustand das kippweiche Rillenkugellager 9 an gegenüberliegenden Seiten axial abgestützt ist. Alternativ zur ergänzenden Lagefixierung des Rillenkugellagers 9 mittels Schultern 21, 22 bietet es sich an, die Lagerringe 10, 12 stoffschlüssig, insbesondere über eine Klebung mit den zugehörigen Bauteilen der Umgebungskonstruktion zu verbinden.
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In 3 ist das kippweiche Rillenkugellager 9 mit einer Schmiegung von 110 % und in 4 ein bisher verwendetes Rillenkugellager 29 mit einer Schmiegung von 104 % abgebildet. Bei Wälzlagern übertrifft im Axialschnitt der Radius der gekrümmten Wälzkörperlaufbahnen den Radius der Wälzkörper. Dieser Krümmungsunterschied in der Axialebene definiert die Schmiegung, die wie folgt bestimmt werden kann: Schmiegung = Laufbahnradius - Wälzkörperradius / Wälzkörperradius. Ein Vergleich der Rillenkugellager 9, 29 zeigt, der Radius R1 von den Laufbahnen beider Lagerringe 10, 12 des Rillenkugellagers 9 übertrifft deutlich den Radius R2 beider Lagerringe 30, 32 des Rillenkugellagers 29, so dass sich bei gleich dimensionierten Wälzkörpern 23 mit übereinstimmendem Radius R3 ein Unterschied der Schmiegung einstellt.
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Die 5 zeigt im Halbschnitt das kippweiche Rillenkugellager 9 im Einbauzustand, wobei der äußere Lagerring 12 seitlich geneigt ist zur Verdeutlichung des maximalen Kippwinkels α.
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Das Diagramm gemäß 6 zeigt Steifigkeitskennlinien von Rillenkugellagern mit unterschiedlicher Schmiegung. Dazu ist in dem Diagramm auf der Ordinate das Kippmoment M und auf der Abszisse der Kippwinkel α aufgetragen. Die Kennlinie A definiert das Rillenkugellager 9 mit der größeren Schmiegung K und die Kennlinie B das Rillenkugellager 29. Bei gleichem Kippwinkel α stellen sich danach am Lagersitz unterschiedliche Kippmomente M1 , M2 ein. Danach kompensiert das Rillenkugellager 29 mit der größeren Schmiegung K ein deutlich größeres Kippmoment M1 .
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Zweimassenschwungrad
- 4
- Schalttrennkupplung
- 5
- Getriebe
- 6
- Primärteil
- 7
- Sekundärteil
- 8
- Drehachse
- 9
- Rillenkugellager
- 10
- Lagerring (innen)
- 11
- Ansatz
- 12
- Lagerring (außen)
- 13
- Nabe
- 14
- Federkanal
- 15
- Federdämpfungseinrichtung
- 16
- Trägerflansch
- 17
- Getriebewelle
- 18
- Biegelinie
- 19
- Flansch
- 20
- Ansatz
- 21
- Schulter
- 22
- Schulter
- 23
- Wälzkörper
- 29
- Rillenkugellager
- 30
- Lagerring (innen)
- 32
- Lagerring (außen)
- A
- Kennlinie
- B
- Kennlinie
- M1
- Kippmoment
- M2
- Kippmoment
- K
- Schmiegung
- S
- Ringspalt
- Z
- Einzelheit aus 1
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012202255 A1 [0002]
- WO 2015058757 A1 [0003]
