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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentwandleranordnung mit zumindest einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, einem Leitrad sowie einer Kupplung. Ein Drehmoment ist zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite (der Drehmomentwandleranordnung) über das mit der Antriebsseite verbundene Pumpenrad und das mit der Abtriebsseite verbundene Turbinenrad und/oder über die Kupplung (auch als Überbrückungskupplung bezeichnet) übertragbar. Die Drehmomentwandleranordnung umfasst zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfer und eine Rotationsachse und ist insbesondere für einen Antriebsstrang vorgesehen, z. B. für ein Kraftfahrzeug. Dabei sind Energiespeicherelemente des zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfers innerhalb eines Drehmomentflusses zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite der Drehmomentwandleranordnung angeordnet.
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Drehmomentwandleranordnungen sind regelmäßig in einem Antriebsstrang - beispielsweise im verbrennungsmotorgetriebenen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs - angeordnet und dort periodischen Störungen durch schwankende Drehmomente ausgesetzt. Insbesondere sollte zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite der Drehmomentwandleranordnung zumindest eine Torsionsnachgiebigkeit angeordnet werden. Ziel hierbei ist die auftretenden Schwingungsresonanzen in einen Drehzahlbereich möglichst unterhalb der Betriebsdrehzahlen zu verschieben, um Geräusche und Belastungen im Antriebsstrang zu reduzieren. Für Drehmomentwandleranordnungen werden Torsionsschwingungsdämpfer eingesetzt, um die bei Betrieb der Drehmomentwandleranordnung (und Übertragung eines Drehmoments über das Pumpenrad und das Turbinenrad) gegebene Isolation bzw. Schwingungsdämpfung auch bei Betrieb (und Übertragung des Drehmoments) über die geschlossene (Überbrückungs-)Kupplung zu gewährleisten.
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Um einen weitgehend überkritischen Betrieb mit einer guten Schwingungsisolation von den Störungen am Antrieb zu ermöglichen, wird eine möglichst hohe Torsionsnachgiebigkeit, d.h. eine niedrige Torsionssteifigkeit angestrebt. Allerdings muss gleichzeitig das maximale Antriebsmoment abgedeckt werden, was bei niedriger Torsionssteifigkeit einen entsprechend hohen Verdrehwinkel erfordert. In einem gegebenen Einbauraum ist der darstellbare Verdrehwinkel durch die Kapazität eingesetzter Energiespeicher und die ausreichend robust zu gestaltenden Bauteile, die im Drehmomentenfluss stehen, jedoch naturgemäß begrenzt. Es sind daher ständig innovative Konzepte gesucht, die helfen, diese Grenzen zu Gunsten von verbesserter Funktion oder verringerten Kosten zu verschieben.
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Aus dem Stand der Technik sind Torsionsschwingungsdämpfer verschiedenster Art bekannt. Beispielsweise ist aus der
EP 2 508 771 A1 ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem eine Ausgangsseite mit einem (Doppel-) Nocken versehen ist, welcher auf ein hebelartiges Zwischenelement wirkt, wobei das Zwischenelement verkippbar an einer Scheibe einer Eingangsseite verbunden ist. Das Zwischenelement ist mittels einer Druckfeder gegen den Nocken der Ausgangsseite vorgespannt und wird beim Überlaufen der Nockengeometrie gegen die Druckfeder ausgelenkt. Die Druckfeder ist gegenüberliegend des Zwischenelements mit der Eingangsseite druckkraftübertragend verbunden, und somit wird ein Drehmoment über die Druckfeder von der Eingangsseite hin zur Ausgangsseite geleitet.
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Aus der
FR 3 057 321 A1 ist eine andere Variante eines Torsionsschwingungsdämpfers bekannt, bei welchem an einer Ausgangsseite ein hebelartiger Federkörper nach Art einer (Freiform-) Festkörperfeder vorgesehen ist, wobei dieser Federkörper radial außenseitig eine rampenartige Übersetzungsbahn aufweist, welche mit einer auf dieser Übersetzungsbahn abwälzenden Rolle drehmomentübertragend verbunden ist. Die Rolle ist auf einem Bolzen rotierbar gelagert. Tritt eine Torsionsschwingung auf, so wird eine Relativbewegung zwischen dem Federkörper und der korrespondierenden Rolle bewirkt, und aufgrund der rampenartigen Übersetzungsbahn wird der Federkörper in seiner rotatorischen Relativbewegung zu der Rolle von der Rolle entgegen seiner Federkraft hebelartig ausgelenkt. Damit wird eine Torsionsschwingung gedämpft.
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Sowohl die Hebel aus der
EP 2 508 771 A1 als auch die Federkörper der
FR 3 057 323 A1 sind, sofern eine geringe Dissipation also ein hoher Wirkungsgrad erwünscht ist, technisch schwer zu beherrschen und/oder teuer in der Fertigung beziehungsweise Montage.
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Beispielsweise aus der WO 2018 / 215 018 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem zwei Zwischenelemente vorgesehen sind, welche zwischen einer Ausgangsseite und einer Eingangsseite über Wälzkörper gelagert sind. Die Wälzkörper laufen derart auf komplementären Übersetzungsbahnen ab, dass die Zwischenelemente einer Zwangsführung unterliegen. Die beiden Zwischenelemente sind mittels Energiespeicherelementen gegeneinander vorgespannt, sodass die funktionswirksame Steifigkeit der Energiespeicherelemente unabhängig von einer Drehmomentübertragung auslegbar sind. Für viele Anwendungen ist es einerseits erforderlich, die Eigenfrequenz eines drehmomentübertragenden Systems zu reduzieren und zugleich ein hohes Drehmoment übertragen zu können. Aus der ersten Forderung folgt, dass die funktionswirksame Steifigkeit gering sein muss. Aus der zweiten Forderung folgt, dass die Steifigkeit der Energiespeicherelemente groß sein muss. Diese gegensätzlichen Forderungen können mittels der Wälzkörper und der Übersetzungsbahnen gelöst werden. Ein Drehmoment wird einzig mittels der Übersetzungsbahnen und der dazwischen angeordneten Wälzkörper zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragen. Die funktionswirksame Steifigkeit, welche also die Eigenfrequenz verändert, ist aufgrund der geringen Steigung und der großen Verdrehwinkel in einen geringen Federweg übersetzt. Aus diesem Kurvengetriebe resultiert eine (beliebig) geringe funktionswirksame Steifigkeit. Vorteilhaft bei diesem System ist also, dass die Energiespeicherelemente unabhängig von dem (maximalen) übertragbaren Drehmoment auslegbar sind. Allerdings ist die gezeigte Ausführungsform mit einer hohen Anzahl an separaten Wälzkörpern und den hohen Anforderungen an die komplementären Übersetzungsbahnen aufwendig und teuer in der Fertigung und Montage. Damit ist dieses System nicht in allen Bereichen wettbewerbsfäh ig.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentwandleranordnung mit zumindest einem Pumpenrad, einem Turbinenrad, einem Leitrad (diese drei Komponenten bilden insbesondere die Wandlereinheit) sowie einer Kupplung. Ein Drehmoment ist zwischen einer Antriebsseite und einer Abtriebsseite (der Drehmomentwandleranordnung) über das mit der Antriebsseite verbundene Pumpenrad und das mit der Abtriebsseite verbundene Turbinenrad und/oder über die Kupplung (auch als Überbrückungskupplung bezeichnet) übertragbar. Die Drehmomentwandleranordnung umfasst zumindest einen Torsionsschwingungsdämpfer Der Torsionsschwingungsdämpfer weist zumindest die folgenden Komponenten auf:
- - eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments (ausgehend von der Primärseite);
- - eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments (hin zur Sekundärseite);
- - zumindest ein Zwischenelement in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite;
- - zumindest ein Energiespeicherelement, mittels welchem das Zwischenelement relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite schwingbar abgestützt ist; und
- - zumindest einen Wälzkörper,
wobei das Zwischenelement eine dem Wälzkörper zugehörige Übersetzungsbahn aufweist, und
die Eingangsseite oder die Ausgangsseite eine Bahnseite und die jeweils andere Seite eine Kraftseite bildet,
wobei die Bahnseite eine zu der Übersetzungsbahn komplementäre Gegenbahn aufweist,
wobei der Wälzkörper zwischen der Übersetzungsbahn und der Gegenbahn zum Drehmomentübertragen abwälzbar geführt ist.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält insbesondere eine um eine Rotationsachse angeordnete Eingangsseite und eine gegenüber der Eingangsseite um die Rotationsachse begrenzt entgegen der Wirkung der Energiespeicherelemente verdrehbare Ausgangsseite. Der Torsionsschwingungsdämpfer enthält mindesten ein Energiespeicherelement (z. B. eine Federeinrichtung) zur Dämpfung von Drehbeziehungsweise Torsionsschwingungen, das innerhalb des Drehmomentpfads zwischen Eingangsseite und Ausgangsseite angeordnet ist.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform eines derartigen Torsionsschwingungsdämpfers enthält zumindest ein oder mehr zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnete drehmomentübertragende Zwischenelemente, die mittels der Bahnen für die Wälzkörper (die Kurvengetriebe ausbilden) bei einer Relativverdrehung von Eingangsseite und Ausgangsseite zwangsweise radial verlagernd angeordnet sind. Hierbei wird das gesamte über den Torsionsschwingungsdämpfer zu übertragende Drehmoment von der Eingangsseite über das eine Zwischenelement oder die Mehrzahl von Zwischenelementen auf die Ausgangsseite übertragen.
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Die Drehmomentwandleranordnung ist insbesondere zwischen einer Antriebseinheit (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Maschine) und einem Getriebe angeordnet. Insbesondere ist eine Antriebsseite der Drehmomentwandleranordnung mit z. B. einer Antriebswelle der Antriebseinheit verbunden. Insbesondere ist eine Abtriebsseite der Drehmomentwandleranordnung mit dem Getriebe, z. B. mindestens einer Getriebeeingangswelle verbunden.
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Die Drehmomentwandleranordnung umfasst in bekannter Weise zumindest ein Pumpenrad, ein Leitrad und ein Turbinenrad. Ein Drehmoment kann von der Antriebsseite über das Pumpenrad eingeleitet und über das Turbinenrad an eine Abtriebsseite weitergeleitet werden. Über das Leitrad kann das Drehmoment abgestützt werden. Zur Erhöhung eines Wirkungsgrads der Drehmomentwandleranordnung ist zumindest eine Kupplung (Überbrückungskupplung) vorgesehen, durch die die Antriebsseite und Abtriebsseite auch unter Umgehung von Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad drehmomentübertragend verbindbar sind. Die Wandlereinheit, umfassend Pumpenrad, Turbinenrad und Leitrad ist insbesondere zur Kupplung parallelgeschaltet angeordnet. Insbesondere wird die Kupplung immer erst dann betätigt (also zur Übertragung von Drehmoment geschlossen), wenn die Drehzahlen von Antriebsseite und Abtriebsseite bzw. zwischen Pumpenrad und Turbinenrad ungefähr gleich sind. Ist die Kupplung vollständig geschlossen sind Antriebsseite und Abtriebsseite (insbesondere ohne Schlupf) miteinander verbunden und rotieren mit gleicher Drehzahl.
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Insbesondere weist die Kupplung eine Anpressplatte und eine Gegenplatte sowie eine dazwischen angeordnete Kupplungsscheibe auf. Die Anpressplatte ist über ein Betätigungselement betätigbar und entlang der Rotationsachse relativ zu der Gegenplatte verlagerbar, so dass die Kupplungsscheibe zwischen Anpressplatte und Gegenplatte (zur Übertragung von Drehmomenten) klemmbar ist.
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Anpressplatte und Gegenplatte sind insbesondere mit der Antriebsseite verbunden. Die Kupplungsscheibe ist mit einer Abtriebsseite (z. B. einer Getriebeeingangswelle) verbunden.
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Die Kupplung kann auch als Lamellenkupplung mit zueinander entlang der Rotationsachse verlagerbaren Lamellen ausgeführt sein. Dabei kann ein äußerer Lamellenträger und ein innerer Lamellenträger vorgesehen sein, wobei über eine Betätigungseinrichtung (z. B. ein zur Rotationsachse konzentrisch angeordneter Betätigungszylinder mit einem entlang der Rotationsachse verlagerbaren Betätigungskolben als Betätigungselement) die Lamellen (zur Übertragung von Drehmomenten) miteinander klemmbar, also reibschlüssig miteinander verbindbar, sind.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer ist insbesondere (entlang der Rotationsachse) zwischen der Kupplung und dem Pumpenrad bzw. dem Turbinenrad angeordnet. Die Lage des Torsionsschwingungsdämpfers ist allerdings nicht festgelegt und kann je nach Anforderung auch an anderen Stellen der Drehmomentwandleranordnung angeordnet sein.
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Die Antriebsseite ist, bei Übertragung des Drehmoments zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite (zumindest) über die Kupplung (also ggf. zusätzlich über die Wandlereinheit), insbesondere über den Torsionsschwingungsdämpfer mit der Abtriebsseite verbunden, so dass in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse wirkende Drehmomente (ausschließlich) über den Torsionsschwingungsdämpfer übertragen werden.
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Insbesondere wird, bei Übertragung eines Drehmoments zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite über die Kupplung, immer die Antriebsseite mit der Abtriebsseite über den Torsionsschwingungsdämpfer verbunden, so dass in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse wirkende und über die Kupplung übertragende Drehmomente dann ausschließlich über den Torsionsschwingungsdämpfer übertragen werden.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftseite mittels des Energiespeicherelements mit dem Zwischenelement drehmomentübertragend verbunden ist.
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Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
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In einer Ausführungsform bildet die Eingangsseite, beispielsweise in einem Hauptzustand, beispielsweise einer Zugmomentübertragung, die Drehmoment-Eingangsseite (ist also mit der Antriebsseite verbunden bzw. verbindbar), die Bahnseite und die Ausgangsseite die Kraftseite (ist also mit der Abtriebsseite verbunden, bzw. verbindbar). In einer alternativen Ausführungsform bildet die Ausgangsseite, beispielsweise in einem Nebenzustand, beispielsweise einer Schubmomentübertragung, die Drehmoment-Eingangsseite (ist also mit der Antriebsseite verbunden bzw. verbindbar), die Bahnseite und die Eingangsseite die Kraftseite (ist also mit der Abtriebsseite verbunden, bzw. verbindbar).
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Der hier für die Drehmomentwandleranordnung vorgeschlagene Torsionsschwingungsdämpfer weist eine geringe Anzahl von separaten Komponenten auf und nur eine geringe Anzahl von Wälzkörpern und komplementären Übersetzungsbahnen, welche hier zwischenelementseitig als Übersetzungsbahn und bahnseitig als (komplementäre) Gegenbahn bezeichnet werden. Die Eingangsseite ist hier zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet, wobei hier nicht ausgeschlossen ist, dass die Eingangsseite auch zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet ist. Beispielsweise leitet die Eingangsseite in einem Hauptzustand ein Drehmoment, beispielsweise in einem Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs bei einem sogenannten Zugmoment, also einer Drehmomentabgabe von einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Maschine, über einen Getriebestrang auf Fahrzeugräder zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs. Die Ausgangsseite ist entsprechend zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet, wobei auch die Ausgangseite bevorzugt zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet ist. Die Ausgangsseite bildet also beispielsweise in der Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einem Nebenzustand die Eingangsseite für ein sogenanntes Schubmoment, also wenn die Trägheitsenergie des fahrenden Kraftfahrzeugs beim Motorbremsen oder bei der Rekuperation (Gewinnung elektrischer Energie aus der Entschleunigung des Kraftfahrzeugs) das Eingangsdrehmoment bildet.
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Damit eine Torsionsschwingung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite oder umgekehrt nicht unmittelbar übertragen wird, ist zumindest ein Zwischenelement vorgesehen, bzw. sind bevorzugt zumindest zwei Zwischenelemente vorgesehen. Das zumindest eine Zwischenelement ist in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnet. Das zumindest eine Zwischenelement ist hierbei relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite bewegbar, sodass eine Torsionsschwingung in das Zwischenelement und damit auf die Energiespeicherelemente mit einer vorbestimmten (funktionswirksamen) Steifigkeit induzierbar ist. Damit ist die Eigenfrequenz, eine Funktion der Masse und der Steifigkeit, des Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, veränderbar, bevorzugt verringerbar.
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Das Zwischenelement ist mittels zumindest eines Energiespeicherelements, beispielsweise einer Bogenfeder, einer Blattfeder, einem Gasdruckspeicher oder vergleichbarem, relativ zu der Kraftseite abgestützt. Die Kraftseite ist von der Eingangsseite oder von der Ausgangsseite gebildet, indem eine entsprechende, bevorzugt einstückige, Verbindungseinrichtung für das zumindest eine Energiespeicherelement ausgebildet ist, beispielsweise eine Anlagefläche und/oder eine Nietstelle.
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An der Bahnseite ist das zumindest eine Zwischenelement mittels zumindest eines Wälzkörpers abgestützt, wobei das Zwischenelement für jeweils einen der Wälzkörper eine Übersetzungsbahn aufweist und an der Bahnseite eine komplementäre Gegenbahn für denselben Wälzkörper ausgebildet ist. Die Bahnseite ist von der Ausgangsseite oder von der Eingangsseite gebildet, indem die, bevorzugt mit der Bahnseite einstückig gebildete, Gegenbahn für den zumindest einen Wälzkörper ausgebildet ist. Über die Gegenbahn und Übersetzungsbahn wird ein Drehmoment übertragen. Ebenso wird über das Energiespeicherelement zwischen der Kraftseite und dem Zwischenelement ein Drehmoment übertragen.
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Wird beispielsweise ein Drehmoment von der Bahnseite, beispielsweise der Eingangsseite, eingeleitet, so wird infolge eines vorliegenden Drehmomentgradients über dem Torsionsschwingungsdämpfer der Wälzkörper auf der Übersetzungsbahn und der komplementären Gegenbahn aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung auf der rampenartigen Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Mit einem hoch Wälzen ist hier lediglich zur Veranschaulichung bezeichnet, dass eine Arbeit verrichtet wird. Genauer wird aufgrund des geometrischen Zusammenhangs eine entgegenstehende Kraft des Energiespeicherelements überwunden. Ein runter Wälzen bedeutet also ein Abgeben eingespeicherter Energie von dem Energiespeicherelement in Form einer Kraft auf das zugeordnete Zwischenelement. Hoch und runter entsprechen also nicht zwangsläufig einer Raumrichtung, auch nicht in einem mitrotierenden Koordinatensystem.
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Mit dieser drehmomentbedingten Bewegung zwingt der Wälzkörper dem zugehörigen Zwischenelement eine relative Bewegung gegenüber der Bahnseite und der Kraftseite auf und das antagonistisch wirkende Energiespeicherelement wird entsprechend gespannt. Tritt eine Änderung des anliegenden Drehmoments und einhergehend eine Drehzahldifferenz zwischen der Bahnseite und der Kraftseite auf, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, so steht dem die Trägheit (hier) der Kraftseite entgegen und der Wälzkörper wälzt (in vorbestimmter Weise) auf der Übersetzungsbahn sowie auf der komplementären Gegenbahn um die dem anliegenden Drehmoment entsprechenden Lage hin und her. Damit arbeitet der Wälzkörper dem von einem Drehmomentbetrag abhängig gespannten Energiespeicherelement entgegen, sodass eine Eigenfrequenz im Vergleich zu einer Ruhelage beziehungsweise einer Drehmomentübertragung ohne Torsionsschwingungsdämpfer (aber gleicher mitbewegter Schwungmasse) verändert ist.
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Die Kraft wird in Form von einer Stauchung, Dehnung, Torsion oder anderen Energieeinspeicherung von dem entsprechend ausgeführten Energiespeicherelement aufgenommen und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die Kraftseite weitegegeben. Der Drehmomenteintrag (hier beispielsweise) der Bahnseite inklusive der Torsionsschwingung wird damit, bevorzugt (nahezu) verlustfrei, zeitlich verändert (hier beispielsweise) an die Kraftseite weitergegeben. Darüber hinaus ist die Eigenfrequenz wie oben erläutert nicht konstant, sondern infolge der veränderbaren Lage des Zwischenelements von dem Drehmomentgradienten und damit von dem anliegenden Drehmoment abhängig.
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In einem umgekehrten Fall der Einleitung eines Drehmoments über die Kraftseite, beispielsweise die Ausgangsseite, ist das zumindest eine Energiespeicherelement in der anderen Richtung belastet und damit wird eine entsprechende Kraft auf das Zwischenelement eingeleitet. Der Wälzkörper wird entsprechend in der anderen (im Vergleich zu der vorstehenden Beschreibung der Einleitung eines Drehmoments über die Bahnseite entgegengesetzten) Richtung auf der Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Diese Bewegung des Wälzkörpers folgt also hier erst auf eine Belastung des Energiespeicherelements. Bei einer Änderung des Drehmoments, wie sie bei einer Torsionsschwingung auftritt, wird das zumindest eine Energiespeicherelement um die dem anliegenden Drehmoment entsprechenden Lage ausgelenkt und die eingespeicherte Energie in Form von einer veränderten, also zeitlich verzögerten Bewegung, im Zusammenwirken mit dem abwälzenden Wälzkörper zwischen der Übersetzungsbahn und komplementären Gegenbahn (hier) auf die Bahnseite übertragen. Damit wird die Eigenfrequenz des drehmomentübertragenden Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, verändert.
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Bei einem umgekehrten Aufbau ist die Kraftseite von der Eingangsseite und die Bahnseite von der Ausgangsseite gebildet. Die Funktion ist dann nach vorstehender Beschreibung identisch, wobei dann in der obigen Beschreibung die Eingangsseite durch die Ausgangsseite zu ersetzen ist und die Ausgangsseite durch die Eingangsseite.
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In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr Zwischenelemente vorgesehen, welche bevorzugt zu der Rotationsachse rotationssymmetrisch angeordnet sind, sodass der Torsionsschwingungsdämpfer mit einfachen Mitteln ausgewuchtet ist. Für eine geringe Anzahl von Komponenten und (Übersetzungs-) Bahnen ist eine Ausführungsform mit genau zwei Zwischenelementen vorteilhaft.
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Bevorzugt sind jeweils zwei Energiespeicherelemente zum Einwirken auf ein (einziges) Zwischenelement vorgesehen, wobei die Energiespeicherelemente einander antagonistisch angeordnet sind und bevorzugt entsprechend der Ausführungsform der Übersetzungsbahn und komplementären Gegenbahn miteinander ins Gleichgewicht gebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest eines der Zwischenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder. Damit ist die Bewegung des jeweiligen Zwischenelements (geometrisch) überdefiniert.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement einzig mittels des zumindest einen zugehörigen Energiespeicherelements und des zumindest einen zugehörigen Wälzkörpers gelagert ist.
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Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform weist das zumindest eine Zwischenelement keine weitere Lagerung auf als über den zumindest einen Wälzkörper und über das zumindest eine Energiespeicherelement. Damit treten keine (zusätzlichen) Reibungseffekte auf. In axialer Richtung ist das zumindest eine Zwischenelement mittels des zumindest einen Energiespeicherelements, des zumindest einen Wälzkörpers, einer Anlagefläche der Kraftseite und/oder der Bahnseite geführt. Bevorzugt ist das zumindest eine Zwischenelement rein reibschlüssig über den zumindest einen Wälzkörper und/oder das zumindest eine Energiespeicherelement axial gehalten und einzig von einem Axialanschlag gegen ein Verlieren bei einer nicht auslegungsgemäßen Belastung mit Axialkraftanteil gesichert.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels zwei antagonistischen Energiespeicherelementen mit der Kraftseite drehmomentübertragend verbunden ist.
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In dieser Ausführungsform ist eine Vorspannung der Energiespeicherelemente über das Zwischenelement und/oder eine Vorspannung des Zwischenelements gegen den zumindest einen Wälzkörper gut beherrschbar zuverlässig einstellbar. Beispielsweise ist bei baugleichen Energiespeicherelementen die Abhängigkeit von Bauteiltoleranzen, beispielsweise der Federkennlinie eines Energiespeicherelements, gering, indem sich die Toleranzen gegenseitig verringern, beispielsweise eine nach unten abweichende Steifigkeit von der Soll-Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements wird von der nach oben abweichenden Steifigkeit des zweiten Energiespeicherelements ausgeglichen oder gemindert. Bei gleicher Abweichungsrichtung ist die Vorspannung zwar insgesamt reduziert oder erhöht im Vergleich zu der Soll-Vorspannung aber dennoch infolge der antagonistischen Wirkung, beispielsweise beidseitig des Zwischenelements, ausgeglichen. In einer Ausführungsform ist lediglich die Ruhelage des Zwischenelements verändert. Bevorzugt ist die Toleranz derart gering, dass die Ruhelage innerhalb eines vorbestimmten Toleranzbereichs bleibt. Bei einer Ausführungsform mit zwei Zwischenelementen sind die (vier) Energiespeicherelemente miteinander derart in Verbindung, dass auch das erste (beziehungsweise zweite) Energiespeicherelement des ersten Zwischenelements mit dem zweiten (beziehungsweise ersten) Energiespeicherelement des zweiten Zwischenelements (mittels der Kraftseite) in antagonistischer Wirkverbindung steht und ein ausgleichender Effekt auf die Bauteiltoleranz der Energiespeicherelemente erzielt ist. Insgesamt sinkt damit die Fertigungsgenauigkeit, der Montageaufwand beziehungsweise der Justieraufwand und/oder der Kostenaufwand für Standardbauteile aufgrund einer geringeren Bauteilgüte.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das erste Energiespeicherelement eine erste Kraft und eine erste Kraftrichtung auf das Zwischenelement ausübt und das zweite Energiespeicherelement eine zweite Kraft und eine zweite Kraftrichtung auf das Zwischenelement ausübt,
wobei sich die erste Kraft und die zweite Kraft voneinander unterscheiden und/oder sich die erste Kraftrichtung und die zweite Kraftrichtung in einer Ruhelage voneinander unterscheiden.
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Insbesondere sind die Kräfte und Kraftrichtungen in einer Ebene, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft, angeordnet.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Energiespeicherelemente nicht um eine radiale Achse verkippen beziehungsweise eine solche Verkippung nicht zuträglich für eine Beeinflussung der Eigenfrequenz ist. Die hier beschriebene Kraftrichtung ist also als Vektor definiert, welcher in der Rotationsebene liegt, zu welcher die Rotationsachse normal ausgerichtet ist. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Kraftrichtung der beiden antagonistischen Energiespeicher stets nicht gleich ist, sofern sie in einem globalen, also gemeinsamen, Koordinatensystem betrachtet werden. Hier ist also die Kraftrichtung im Vergleich zu der Spiegelung der jeweils anderen Kraftrichtung, nämlich die Spiegelung an einer Ruheachse beziehungsweise Mittellinie (in der Ruhelage) des Zwischenelements und unter Umständen der Kraftseite, gemeint, welche dann von der jeweils anderen Kraftrichtung abweicht.
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Die Kraft bezeichnet hier einzig den Betrag eines Kraftvektors, wobei sich der Kraftvektor also in die Kraft (Betrag) und die Kraftrichtung (Wirkrichtung) zerlegen lässt.
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Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass sich die Kräfte und Kraftrichtungen der beiden antagonistischen Energiespeicherelemente bei einer symmetrischen Auslegung in einem ausgelenkten Zustand des Zwischenelements voneinander unterscheiden und bei einer nicht-symmetrischen Auslegung, wie hier vorgeschlagen, in einem ausgelenkten Zustand gleich sein können.
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Bei dieser Ausführungsform ist für eine Zugmomentübertragung und eine dem entgegengerichtete Schubmomentübertragung jeweils eine unterschiedliche Momenten-Kennlinie eingerichtet, sodass die Beeinflussung der Eigenfrequenz mittels des Torsionsschwingungsdämpfers momentrichtungsabhängig unterschiedlich ist. Bevorzugt ist das Zwischenelement hierbei wie zuvor beschrieben mittels einer entsprechenden Übersetzungsbahn ins Gleichgewicht gebracht.
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In einer Ausführungsform sind die beiden eingesetzten antagonistischen Energiespeicherelemente (im nicht eingebauten, also entspannten Zustand) gleich. Hierbei ist die unterschiedliche Kraft beispielsweise mittels der voneinander abweichenden Form der Zugmomentpaarung und der Schubmomentpaarung der Übersetzungsbahn eingerichtet (vergleiche nachfolgende Beschreibung dazu). In einer anderen Variante ist die unterschiedliche Kraft mittels eines unterschiedlich langen Einbau-Abstands zwischen der Kraftseite und dem Zwischenelement eingerichtet.
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Die unterschiedliche Kraftrichtung ist beispielsweise durch eine unterschiedliche Neigung der Anlageflächen an dem Zwischenelement und/oder an der Kraftseite für die beiden antagonistischen Energiespeicherelemente erreicht. In einer Ausführungsform ist die Kraftrichtung über eine Auslenkung des Zwischenelements variabel, indem zumindest eines der beiden antagonistischen Energiespeicherelemente dabei um eine Achse parallel zu der Rotationsachse verkippt. Infolge einer unterschiedlichen Kraftrichtung ist bei ansonsten identischen Energiespeicherelementen der Einfederweg, also die Energieaufnahme bei einer (gleichen) Auslenkung des Zwischenelements unterschiedlich. Damit ist in dieser Einbausituation die Steifigkeit identischer antagonistischer Energiespeicherelemente unterschiedlich. Es ist hinsichtlich der Kosten und des Montageaufwands beziehungsweise der Montagesicherheit vorteilhaft, gleiche Energiespeicherelemente einzusetzen. In vorstehendem Zusammenhang sind identische Energiespeicherelemente jedoch einzig zur Verdeutlichung des Zusammenhangs genannt und die Anwendung unterschiedlicher Kraftrichtungen ist nicht auf einen solchen Fall beschränkt.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels zwei Wälzkörpern an der Bahnseite abgestützt ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist dem Zwischenelement infolge einer Doppelführung durch zwei Wälzkörper und zwei zueinander synchronisierter Übersetzungsbahnen mit und jeweils komplementären Gegenbahnen eine Bewegungsform aufgezwungen. Eine solche Ausführungsform ist dabei derart einrichtbar, dass dem zumindest einen Energiespeicherelement in Bezug auf die Stabilität der Lage des Zwischenelements, beispielsweise mittels eines Radialkraftanteils der Kraft auf das zugehörige Zwischenelement, allein eine Vorspannfunktion gegen die Wälzkörper zukommt. Zudem ist es auch bei einer Ausführungsform ohne zusätzliche (Zwangs-) Führungselemente nicht notwendig, ein Momentengleichgewicht mit den eingeleiteten Kräften auf das Zwischenelement einzustellen. Einzig die resultierende radiale Anpresskraft muss ausreichend groß sein, um eine Drehmomentübertragung mittels der Übersetzungsbahn, also der Zugmomentpaarung oder der Schubmomentpaarung, bei anliegendem Drehmoment zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein solches Momentengleichgewicht angenähert, sodass Dissipationseffekte infolge von erzwungenen Relativbewegung zwischen dem zumindest einen Energiespeicherelement und dem zugehörigen Zwischenelement reduziert sind oder sogar vermieden sind.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Zwischenelement mittels eines einzigen Wälzkörpers an der Bahnseite abgestützt ist.
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Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft hinsichtlich einer geringen Anzahl von Komponenten und damit geringen Teilekosten und Montagekosten. In einer Ausführungsform ist zusätzlich zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest einem der Zwischenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfordert bei einer (zwangsführungsfreien) Ausführungsform ohne zusätzliche (Zwangs-) Führungselemente für eine Zwangsführung, dass die eingeleitete Kraftrichtung der Kraft, also die Ausrichtung des Kraftvektors entlang oder parallel zu einer Wirklinie, des zumindest einen Energiespeicherelements, bevorzugt der zwei Energiespeicherelemente, sich unabhängig von der Auslenkung des Zwischenelements in dem Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements mit derjenigen Wirklinie der resultierenden (Gegen-) Kraft über den Wälzkörper schneidet, welche durch das Wälzzentrum (Wälzachse) des Wälzkörpers verläuft und senkrecht zu der Übersetzungsbahn und zu der komplementären Gegenlaufbahn ausgerichtet ist. Somit liegt an dem Zwischenelement um den Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements ein Momentengleichgewicht vor. Daraus folgt intrinsisch, dass der Kraftanteil des über den Wälzkörper geleiteten Kraftvektors der Kraft beziehungsweise dem auf das Zwischenelement wirkenden Kraftanteil des zumindest einen Energiespeicherelements entspricht. Das heißt, wird die Kraft des Energiespeicherelements erhöht, erhöht sich bei dieser Konstruktionsregel auch die resultierende Kraft über den Wälzkörper. Die Kraftvektoren bei zwei antagonistischen Energiespeicherelementen bilden somit ein Kraft-Dreieck.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn eine Zugmomentpaarung mit einer ersten Übersetzungskurve und eine Schubmomentpaarung mit einer zweiten Übersetzungskurve umfasst, wobei die Zugmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite eingerichtet ist, wobei die Schubmomentpaarung zur Drehmomentübertragung von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite eingerichtet ist,
und wobei die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve zumindest bereichsweise voneinander unterschiedliche Übersetzungsverläufe aufweisen.
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Grundsätzlich unterscheiden sich ein Zugmoment und ein Schubmoment in einem theoretischen Anwendungsfall nicht. Die Begriffe sind daher neutral zu sehen und dienen einzig einer einfachen Unterscheidbarkeit der bezeichneten Drehmomentübertragungsrichtung. Diese Begriffe sind den üblichen Bezeichnungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs entnommen, aber für andere Anwendungen entsprechend übertragbar. Die Zugmomentpaarung liegt bei einer Zugmomentübertragung, beispielsweise von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite an, wobei mit zunehmendem Drehmoment der Wälzkörper auf der Zugmomentpaarung entgegen der Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements (hoch) wälzt. Damit wird das Potential dieses antagonistischen Energiespeicherelements erhöht, beispielsweise gespannt und damit die Steifigkeit verändert. Torsionsschwingungen wirken daher mit zunehmendem Drehmoment einer größeren Kraft des antagonistischen Energiespeicherelements entgegen und die Eigenfrequenz ist damit verändert. Für die Schubmomentpaarung gilt dies entsprechend, wobei der Wälzkörper infolge der Belastung des Energiespeicherelements zum (hoch) Wälzen auf der Schubmomentpaarung gezwungen wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist die erste Übersetzungskurve und die zweite Übersetzungskurve, welche jeweils von einem gemeinsamen Punkt der Ruhelage beginnen, mit unterschiedlichen Übersetzungsverläufen versehen. Die Steifigkeitseigenschaften des Torsionsschwingungsdämpfers sind daher individuell für ein Zugmoment und ein Schubmoment (unterschiedlich) einrichtbar.
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In einer Ausführungsform ist beispielsweise für das Übertragen eines Zugmoments ein größeres Dämpfungsmoment erforderlich, was entsprechend über einen größeren Verdrehwinkel (ein geringeres Untersetzungsverhältnis, also kleinerer Nenner des Übersetzungsverhältnisses) erreichbar ist als dies für ein Schubmoment (ein größeres Untersetzungsverhältnis) erwünscht ist. Weiterhin ist beispielsweise eine progressive oder degressive Schwingungsdämpfung erwünscht oder sogar eine mehrfach veränderliche Schwingungsdämpfung erwünscht. Beispielsweise ist für den leerlaufnahen Bereich ein geringer Dämpfungsmomentanstieg, für ein Hauptlastdrehmoment ein steiler Dämpfungsmomentanstieg, welcher sich wieder zunehmend degressiv verringert, und bis zu einem Maximalübertrag eines übertragbaren Drehmoments ist wieder ein progressiver Anstieg des Dämpfungsmoments eingerichtet.
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Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind dabei entsprechend der jeweiligen Auslenkungslage des Zwischenelements auszulegen, sodass die Übersetzungskurve mit der Bewegung des Zwischenelements überlagert auszuführen ist. Die Übersetzungsbahn und die komplementäre Gegenbahn sind bevorzugt für ein Momentengleichgewicht gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgeführt, bevorzugt sodass keine zusätzliche (Zwangs-) Führungseinrichtung für das Zwischenelement notwendig ist.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine Energiespeicherelement eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse ist.
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Eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, auch als (rein) zylindrische Schraubendruckfeder bezeichnet, ist ein vielfältig eingesetztes Standardbauteil, dessen elastische und (geringen) dissipative Eigenschaften gut ausgeleuchtet und einfach beherrschbar sind. Toleranzen in der Baulänge beziehungsweise der Federkennlinie auf eine vorbestimmte Einbaulänge sind mit einfachen Mitteln ausgleichbar. Zudem benötigen solche Schraubendruckfedern keine zusätzliche Führung, welche ansonsten Reibung verursachen und damit einen verringerten Wirkungsgrad und/oder eine aufgrund von Hysterese-Effekten schwieriger zu ermittelnde Dämpfungseigenschaft aufweisen können. Zudem ermöglicht eine Schraubendruckfeder eine große Varianz in der Federkennlinie, welche unter anderem durch Windungssteigung, Drahtdicke, Verhältnis der Einbaulänge zur entspannten Länge und die Materialwahl einstellbar ist.
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Zudem sind Schraubendruckfedern mit gerader Federachse im Vergleich zu anderen Bauarten von Federn, beispielsweise Stahlfedern, bruchsicher und können in einigen Ausführungsformen auf Block belastet werden, sodass für den Fall einer gemäß der Auslegung auftretenden Überlast an dem Torsionsschwingungsdämpfer bei einer solchen auf Block bringbaren Ausführungsform des Energiespeicherelements kein zusätzliches Sicherungselement gegen Brechen des Energiespeicherelements vorgesehen werden muss. Zudem hat eine Schraubendruckfeder den Vorteil eines sehr langen möglichen Federwegs bei gleichzeitig einer hohen Federsteifigkeit, sodass einerseits ein großes Drehmoment über das zumindest eine Energiespeicherelement leitbar ist und andererseits mithilfe der Übersetzungsbahn eine geeignete Bewegungsuntersetzung einrichtbar ist, sodass gegenüber der Amplitude der Torsionsschwingung eine verringerte Amplitude der Bewegung des Zwischenelements erreicht ist und somit die Torsionsschwingungen in einem sehr geringen Federweg der Schraubendruckfeder resultiert. Im Resultat wirkt die Schraubendruckfeder gegenüber der Torsionsschwingung trotz hoher Steifigkeit mit einer (geeignet) geringen Kraft entgegen.
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Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform der Drehmomentwandleranordnung bzw. des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass das zumindest eine, bevorzugt als Schraubendruckfeder mit gerader Federachse ausgeführte, Energiespeicherelement an dem Zwischenelement und/oder an der Kraftseite quer zu der Federachse verschiebbar gelagert ist.
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Infolge einer solchen Verlagerbarkeit ist einer freien Auslenkbarkeit des Zwischenelements ein geringes entgegenstehendes Moment (um den Momentenbilanzpunkt des Zwischenelements) ausgeübt, trotz eines in vielen Ausführungsformen zwangsläufigen radialen Bewegungsanteils der Bewegung des Zwischenelements und/oder einer nicht tangentialen Ausrichtung der Federachse im Angriffspunkt an dem Zwischenelement beziehungsweise an der Anlagefläche der Kraftseite. Die Verschiebbarkeit ist mittels einer geeigneten Oberflächeneigenschaft mit einer geringen entgegenstehenden Reibkraft oder mittels einer separaten Lagerpaarung eingerichtet. Gegen ein Verkippen des Energiespeicherelements ist eine Führung vorgesehen oder die relative Bewegung derart gering, dass trotz (geringer) Reibkräfte ein Kippmoment nie ausreichend groß ist, um das Energiespeicherelement entsprechend auszulenken.
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Insbesondere ist das zumindest eine Zwischenelement nur (ausschließlich) parallel zu einer Ebene bewegbar, die senkrecht zur Rotationsachse verläuft.
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Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: eine erste Ausführungsvariante einer Drehmomentwandleranordnung in einer Seitenansicht im Schnitt, zusammen mit einer symbolischen Darstellung;
- 2: eine zweite Ausführungsvariante einer Drehmomentwandleranordnung in einer Seitenansicht im Schnitt, zusammen mit einer symbolischen Darstellung;
- 3: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer ersten Ausführungsform;
- 4: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer zweiten Ausführungsform;
- 5: ein Schaubild der anliegenden Kräfte an einem Zwischenelement;
- 6: ein Kraft-Dreieck der anliegenden Kräfte gemäß 5;
- 7: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer dritten Ausführungsform;
- 8: eine Prinzip-Skizze eines Torsionsschwingungsdämpfer in einer vierten Ausführungsform;
- 9: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem ersten Übersetzungsverlauf;
- 10: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem zweiten Übersetzungsverlauf;
- 11: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem dritten Übersetzungsverlauf;
- 12: ein Moment-Verdrehwinkel-Diagramm mit einem vierten und fünften Übersetzungsverlauf;
- 13: eine symbolische Darstellung der ersten Ausführungsvariante;
- 14: eine symbolische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante;
- 15: eine symbolische Darstellung der zweiten Ausführungsvariante;
- 16: eine symbolische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante;
- 17: eine symbolische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante;
- 18: eine symbolische Darstellung einer sechsten Ausführungsvariante;
- 19: eine symbolische Darstellung einer siebten Ausführungsvariante;
- 20: eine symbolische Darstellung einer achten Ausführungsvariante;
- 21: eine symbolische Darstellung einer neunten Ausführungsvariante;
- 22: eine symbolische Darstellung einer zehnten Ausführungsvariante;
- 23: eine symbolische Darstellung einer elften Ausführungsvariante;
- 24: eine symbolische Darstellung einer zwölften Ausführungsvariante;
- 25: eine symbolische Darstellung einer dreizehnten Ausführungsvariante;
- 26: eine symbolische Darstellung einer vierzehnten Ausführungsvariante;
- 27: eine symbolische Darstellung einer fünfzehnten Ausführungsvariante;
- 28: eine symbolische Darstellung einer sechzehnten Ausführungsvariante;
- 29: eine symbolische Darstellung einer siebzehnten Ausführungsvariante;
- 30: eine symbolische Darstellung einer achtzehnten Ausführungsvariante;
- 31: eine symbolische Darstellung einer neunzehnten Ausführungsvariante;
- 32: eine symbolische Darstellung einer zwanzigsten Ausführungsvariante;
- 33: eine symbolische Darstellung einer einundzwanzigsten Ausführungsvariante; und
- 34: eine symbolische Darstellung einer zweiundzwanzigsten Ausführungsvariante.
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1 zeigt eine Drehmomentwandleranordnung 39 in einer Seitenansicht im Schnitt. Die Drehmomentwandleranordnung 39 ist insbesondere zwischen einer Antriebseinheit (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder einer elektrischen Maschine) und einem Getriebe angeordnet. Insbesondere ist eine Antriebsseite 44 der Drehmomentwandleranordnung 39 mit z. B. einer Antriebswelle der Antriebseinheit verbunden. Insbesondere ist eine Abtriebsseite 45 der Drehmomentwandleranordnung 39 mit dem Getriebe über eine Getriebeeingangswelle verbunden.
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Die Drehmomentwandleranordnung 39 umfasst ein Pumpenrad 40, ein Leitrad 42 und ein Turbinenrad 41. Ein Drehmoment kann von der Antriebsseite 44 über das Pumpenrad 40 eingeleitet und über das Turbinenrad 41 an eine Abtriebsseite 45 weitergeleitet werden. Über das Leitrad 42 kann das Drehmoment abgestützt werden. Zur Erhöhung eines Wirkungsgrads der Drehmomentwandleranordnung 39 ist eine Kupplung 43 (Überbrückungskupplung) vorgesehen, durch die die Antriebsseite 44 und Abtriebsseite 45 auch unter Umgehung von Pumpenrad 40, Turbinenrad 41 und Leitrad 42 drehmomentübertragend verbindbar sind. Die Wandlereinheit, umfassend Pumpenrad 40, Turbinenrad 41 und Leitrad 42, ist zur Kupplung 43 parallelgeschaltet angeordnet.
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Die Kupplung 43 ist als Lamellenkupplung mit zueinander entlang der Rotationsachse 2 verlagerbaren Lamellen ausgeführt. Dabei sind ein äußerer Lamellenträger 48 und ein innerer Lamellenträger 49 vorgesehen, wobei über eine Betätigungseinrichtung 47 (hier ein zur Rotationsachse 2 konzentrisch angeordneter Betätigungszylinder mit einem entlang der Rotationsachse 2 verlagerbaren Betätigungskolben als Betätigungselement 46) die Lamellen (zur Übertragung von Drehmomenten) miteinander klemmbar, also reibschlüssig miteinander verbindbar, sind.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 ist (entlang der Rotationsachse 2) zwischen der Kupplung 43 und dem Turbinenrad 41 (bzw. der Abtriebsseite 45) angeordnet.
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Die Kupplung 43 ist über den inneren Lamellenträger 49 an der Antriebssseite 44 bzw. mit dem Pumpenrad 40 verbunden. Die Kupplung 43 ist über den äußeren Lamellenträger 48 mit dem Torsionsschwingungsdämpfer 1 verbunden.
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Die Antriebsseite 44 ist, bei Übertragung des Drehmoments zwischen Antriebsseite 44 und Abtriebsseite 45 über die Kupplung 43 (also ggf. zusätzlich über die Wandlereinheit), über den Torsionsschwingungsdämpfer 1 mit der Abtriebsseite 45 verbunden, so dass die über die Kupplung 43 übertragenden, in einer Umfangsrichtung um die Rotationsachse 2 wirkende Drehmomente (ausschließlich) über den Torsionsschwingungsdämpfer 1 übertragen werden.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 ist mit der Eingangsseite 4 an dem äußeren Lamellenträger 48 angebunden. Die Ausgangsseite 5 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 ist mit der Abtriebsseite 45 der Drehmomentwandleranordnung 39 bzw. mit dem Turbinenrad 41 verbunden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Drehmomentwandleranordnung 39 in einer Seitenansicht im Schnitt, zusammen mit einer symbolischen Darstellung. Auf die Ausführungen zu 1 wird verwiesen.
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Hier ist die Eingangsseite 4 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 mit dem Turbinenrad 41 verbunden, während die Ausgangsseite 5 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 mit der Abtriebsseite 45 der Drehmomentwandleranordnung 39 verbunden ist.
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Wird die Kupplung 43 hier geschlossen, wird ein Drehmoment von der Antriebsseite 44 der Drehmomentwandleranordnung 39 über die Kupplung 43 in die Eingangsseite 4 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 eingeleitet und über die Ausgangsseite 5 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 an die Abtriebsseite 45 weitergeleitet.
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3, 4, 7 und 8 zeigen jeweils in einer Prinzip-Skizze beispielhaft unterschiedliche Ausführungsformen eines Torsionsschwingungsdämpfers 1, welche der Übersichtlichkeit halber weitestgehend gleich dargestellt sind und insofern auf die Beschreibungen zu den jeweiligen Figuren von gleichen Komponenten querverwiesen wird. Hierbei bildet eine Ringscheibe eine Eingangsseite 4, welche in 3 und 7 die Bahnseite 13 ausbildet und in 4 und 8 die Kraftseite 14 ausbildet. Im Zentrum bei der gemeinsamen Rotationsachse 2 ist ein weiteres Scheibenelement beispielsweise als Ausgangsseite 5 ausgebildet, welche in 3 und 7 die Kraftseite 14 ausbildet und in 4 und 8 die Bahnseite 13 ausbildet. Alternativ ist die Ringscheibe die Ausgangsseite 5 und das Scheibenelement die Eingangsseite 4. Im Folgenden wird die zuvor genannte Variante beschrieben, wobei die Begriffe austauschbar sind.
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Wie mit den Pfeilen angedeutet sind ein Zugmoment 28 von der Eingangsseite 4 auf die Ausgangsseite 5 übertragbar und ein Schubmoment 29 von der Ausgangsseite 5 auf die Eingangsseite 4 übertragbar. In einer Ausführungsform ist die Momentenrichtung umgekehrt eingerichtet.
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Zwischengeschaltet zwischen der Eingangsseite 4 und der Ausgangsseite 5 sind zwei Zwischenelemente 6, 7 vorgesehen, wobei zu der Kraftseite 14 hin das jeweilige Zwischenelement 6, 7 von paarig angeordneten erstem Energiespeicherelement 16 und zweitem Energiespeicherelement 17 kraftübertragend, und damit drehmomentübertragend, verbunden ist und bahnseitig mittels einer Übersetzungsbahn 12 und einem ersten beziehungsweise zweiten darauf abwälzenden Wälzkörper 8, 9 zu der komplementären Gegenbahn 15 an der Bahnseite 13 kraftübertragend und damit drehmomentübertragend abgestützt ist. Die Wälzkörper 8, 9 sind dabei mittels der Energiespeicherelemente 16, 17 gegen die Übersetzungsbahn 12 und gegen die Gegenbahn 15 vorgespannt und dadurch daran abwälzbar geführt. Die Energiespeicherelemente 16, 17 halten das Zwischenelement 6, 7 einander antagonistisch wirkend in einer Ruhelage in der gezeigten Position. An dem zweiten Wälzkörper 9 in der Darstellung ist gezeigt, dass seitlich der Ruhelage, in welcher der zweite Wälzkörper 9 dargestellt ist, eine Zugmomentpaarung 18 aus dem jeweils komplementären Rampenanteil der Übersetzungsbahn 12 und der Gegenbahn 15 sowie eine Schubmomentpaarung 20 auf der jeweils anderen Seite aus den komplementären Rampenanteilen der Übersetzungsbahn 12 und der Gegenbahn 15 gebildet sind. Deren Wirkweise wird nachfolgend detailliert erläutert. In den gezeigten Ausführungsformen sind die Zwischenelemente 6, 7 einzig über die Energiespeicherelemente 16, 17 und den jeweiligen Wälzkörper 8, 9 abgestützt.
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In 4 ist im Vergleich zu 3 eine umgekehrte Ausführungsform hinsichtlich der Bahnseite 13 und Kraftseite 14 gezeigt, sodass die Eingangsseite 4 hier die Kraftseite 14 bildet und die Ausgangsseite 5 die Bahnseite 13.
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In 5 ist ein Schaubild des Momentengleichgewichts und in 6 ein Kraft-Dreieck über dem ersten Zwischenelement 6 oder zweiten Zwischenelement 7 mit einem ersten Wälzkörper 8 beziehungsweise zweiten Wälzkörper 9 gemäß der Ausführungsform in 3 dargestellt. Hierbei ist das Zwischenelement 6, 7 aus seiner Ruhelage herausgeführt und in einem Auslenkwinkel zu der Ruhelage mit seiner Mittellinie 33 geneigt zu der Ruhelinie 32 ausgelenkt. Die Ruhelinie 32, welche in der Ruhelage mit der Mittellinie 33 deckungsgleich ist, verläuft wie auch die Mittellinie 33 stets durch die Rotationsachse 2, aber einzig in der Ruhelage durch den Momentenbilanzpunkt 3 des Zwischenelements 6, 7. Die Mittellinie 33, welche nicht als geometrische oder massebezogene, sondern kraftbezogene Mitte des Zwischenelements 6, 7 zu verstehen ist, verläuft stets durch den Momentenbilanzpunkt 3 und die Rotationsachse 2. Zu diesem Momentenbilanzpunkt 3 des Zwischenelements 6, 7 muss ein Momentengleichgewicht herrschen, sofern gefordert ist, dass keine zusätzliche Führung für das Zwischenelement 6, 7 notwendig ist. Die Ruhelinie 32 muss zu dem anliegenden (theoretisch infinitesimalen) Abschnitt der Übersetzungsbahn 12 stets senkrecht ausgerichtet sein. Die Ruhelinie 32 verläuft durch den Momentenbilanzpunkt 3 und die Wälzachse des Wälzkörpers 8, 9. Damit diese Regel stets eingehalten bleibt, muss sich eine Parallele der ersten Wirklinie 30 der ersten Kraft 22 ausgehend von dem ersten Energiespeicherelement 16 mit einer zweiten gleich weit oder kraftproportional beabstandeten Parallele der zweiten Wirklinie 31 der zweiten Kraft 23 ausgehend von dem zweiten Energiespeicherelement 17 mit der Mittellinie 33 und mit der Ruhelinie 32 in dem Momentenbilanzpunkt 3 schneiden, sodass kein (wirksamer) Hebelarm entsteht. Weiterhin ist gefordert, dass die erste Kraft 22, die zweite Kraft 23 und die resultierende Kraft 26 ein sich selbst aufhebendes Kraft-Dreieck bilden, wie es in 6 dargestellt ist. Hierfür muss die erste Kraftrichtung 24, die zweite Kraftrichtung 25 und die resultierende Kraftrichtung 27 darstellungsgemäß vorliegen. Aus der gezeigten Lage folgt, dass sowohl das erste Energiespeicherelement 16 (vergleiche 3) als auch das zweite Energiespeicherelement 17 (vergleiche 3) stärker gespannt wird, wodurch eine erhöhte Vorspannkraft auf das Zwischenelement 6, 7 wirkt. Das stärkere Spannen folgt in dieser Ausführungsform aus einer Bewegung des Zwischenelements 6, 7 nach radial innen, sodass die Energiespeicherelemente 16, 17 mit nach radial innen bewegt und zwischen den angrenzenden Zwischenelementen 6, 7 nach Art einer Schraubzwinge gestaucht werden. Die Zwischenelemente 6, 7 werden also derart bewegt, dass der entstehende Abstand entlang der Federachsen 37, 38 der Energiespeicherelemente 16, 17 zwischen dem jeweiligen Zwischenelement 6, 7 und der Kraftseite 14 gegenüber der Ruhelage verkürzt wird, sofern eine erhöhte Steifigkeit bei einem höheren Drehmoment erwünscht ist (vergleiche 7 bis 10). Für die korrekte Ausrichtung der Drucklinie 34, also der Wirklinie der resultierenden Kraft 26, ist es notwendig, dass die Drucklinie 34, welche die Wälzachse des Wälzkörpers 8, 9 und den Momentenbilanzpunkt 3 schneidet, stets senkrecht auf der Übersetzungsbahn 12 steht, hier der zweiten Übersetzungskurve 21, welche dem Schubmoment 29 zugeordnet ist. Der Betrag der resultierenden Kraft 26 und die resultierende Kraftrichtung 27 ergeben sich dann intrinsisch aus der anliegenden ersten Kraft 22 und zweiten Kraft 23.
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In den 7 und 8 sind jeweils Varianten zu den Ausführungsformen in 3 beziehungsweise in 4 gezeigt, wobei hier eine Zwangsführung an den Zwischenelementen 6, 7 vorliegt, indem neben dem ersten Wälzkörper 8 beziehungsweise dem zweiten Wälzkörper 9 noch ein weiterer, nämlich ein dritter beziehungsweise ein vierter, Wälzkörper 10, 11 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform ist in einer Ausführungsform von der Forderung eines Momentengleichgewichts und Kräftegleichgewichts über dem jeweiligen Zwischenelement 6, 7 abgewichen. Es ist einzig erforderlich, dass eine ausreichende Kraft(-vektor-)komponente von dem (ersten) Energiespeicherelement 16 (und hier noch dem zweiten Energiespeicherelement 17) erzeugt wird, um die Wälzkörper 8, 9, 10, 11 zwischen der jeweiligen Übersetzungsbahn 12 und komplementären Gegenbahn 15 zu halten, beziehungsweise das jeweilige Zwischenelement 6, 7 gegen die beiden Wälzkörper 8, 9, 10, 11 zu drücken. Grundsätzlich sind auch mehr Wälzkörper 8, 9, 10, 11 einsetzbar. Im Übrigen wird hinsichtlich 7 auf die Beschreibung zu 3 beziehungsweise hinsichtlich 8 auf die Beschreibung zu 4 verwiesen.
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In den 9 bis 12 sind Moment-Verdrehwinkel-Diagramme gezeigt, bei welchen die Momentenachse 35 die Ordinate bildet und die Verdrehwinkelachse 36 die Abszisse. Rechts der Ordinate ist in diesem Beispiel ein Zugmomentverlauf 28 mit positiv abgetragenem Moment und Verdrehwinkel gezeigt und links der Ordinate ein Schubmomentverlauf 29 mit negativ abgetragenem Moment und Verdrehwinkel.
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In 9 ist eine erste Übersetzungskurve 19, dann zugehörig zu der Zugmomentpaarung 18, und eine zweite Übersetzungskurve 21, dann zugehörig zu der Schubmomentpaarung 20, in einer zweiteilig-progressiven Form gezeigt, sodass bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein flacher Kurvenanstieg und bei hohen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt.
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In 10 ist entsprechend eine zweiteilig-degressive Variante gezeigt, bei welcher bei niedrigen Drehmomentbeträgen ein steiler Kurvenanstieg vorliegt und bei hohen Drehmomentbeträgen ein abgeflachter Kurvenanstieg vorliegt.
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In 11 ist eine Variante gezeigt, bei welcher sich ein progressiver und degressiver Verlauf abwechseln und in 12 ist im Vergleich ein steifes System mit einem steilen Kurvenverlauf, dargestellt mit durchgezogener Linie, im Vergleich zu einem System mit einem flachen Kurvenverlauf, dargestellt mit gestrichelter Linie, gezeigt.
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Für die Ausführungsform in 3 und 4 ohne zusätzliche Führung des Zwischenelements 6, 7 ist eine solche Übersetzungskurve 19, 21 nach Maßgabe des Momentengleichgewichts und Kräftegleichgewichts wie in 5 und 6 erläutert einzuhalten. Die dargestellte Übersetzungskurve 19, 21 ist daher in Überlagerung mit der Anforderung an die Übersetzungsbahn 12 gemäß der Beschreibung zu 3 (und 4) auszuführen. Weiterhin ist in einer Ausführungsform die (erste) Kraft 22 beziehungsweise die Steifigkeit des ersten Energiespeicherelements 16 gegenüber dem zweiten Energiespeicherelement 17 in der Ruhelage unterschiedlich und nicht wie in 3 und 4 angedeutet symmetrisch ausgeführt. Dies ist weiterhin für die Überlagerung zum Erreichen der gewünschten Übersetzungskurve 19, 21 zu beachten.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungsdämpfer ist mit wenigen Bauteilen eine kostengünstige und effiziente Beeinflussung der Eigenfrequenz erreichbar.
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13 zeigt eine symbolische Darstellung der ersten Ausführungsvariante der Drehmomentwandleranordnung 39 (vgl. symbolische Darstellung in 1). 14 zeigt eine symbolische Darstellung einer dritten Ausführungsvariante. 15 zeigt eine symbolische Darstellung der zweiten Ausführungsvariante. 16 zeigt eine symbolische Darstellung einer vierten Ausführungsvariante. 17 zeigt eine symbolische Darstellung einer fünften Ausführungsvariante. 18 zeigt eine symbolische Darstellung einer sechsten Ausführungsvariante. 19 zeigt eine symbolische Darstellung einer siebten Ausführungsvariante. 20 zeigt eine symbolische Darstellung einer achten Ausführungsvariante. Die 13 bis 20 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 1 und 2 wird verwiesen.
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In 13 bis 15 sind Antriebsseite 44, Pumpenrad 40, Turbinenrad 41, Kupplung 43, Torsionsschwingungsdämpfer 1 und Abtriebsseite 45 dargestellt. In 14 ist der Torsionsschwingungsdämpfer 1 zwischen Antriebsseite 44 und Kupplung 43 angeordnet.
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In 16 bis 20 ist zusätzlich zu den in symbolischen Darstellung nach 13 bis 15 gezeigten Komponenten Antriebsseite 44, Pumpenrad 40, Turbinenrad 41, Kupplung 43, Torsionsschwingungsdämpfer 1 und Abtriebsseite 45 noch mindestens ein Fliehkraftpendel 50 (bzw. ein Tilger) vorgesehen, der an unterschiedlichen Stellen der Drehmomentwandleranordnung 39 angeordnet werden kann. In 17 sind zwei Fliehkraftpendel 50 vorgesehen, die an der Ausgangsseite 5 des Torsionsschwingungsdämpfers 1 angeordnet sind.
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21 zeigt eine symbolische Darstellung einer neunten Ausführungsvariante. 22 zeigt eine symbolische Darstellung einer zehnten Ausführungsvariante. 23 zeigt eine symbolische Darstellung einer elften Ausführungsvariante. 24 zeigt eine symbolische Darstellung einer zwölften Ausführungsvariante. 25 zeigt eine symbolische Darstellung einer dreizehnten Ausführungsvariante. 26 zeigt eine symbolische Darstellung einer vierzehnten Ausführungsvariante. Die 21 bis 26 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 13 bis 20 wird verwiesen.
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Hier ist zusätzlich ein weiterer (anders ausgeführter) Dämpfer 51 vorgesehen (mit Bogenfeder), der, ggf. im Zusammenspiel mit einem Fliehkraftpendel 50, an unterschiedlichen Stellen der Drehmomentwandleranordnung 39 angeordnet werden kann. Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 und der weitere Dämpfer 51 sind in Reihe geschaltet angeordnet.
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27 zeigt eine symbolische Darstellung einer fünfzehnten Ausführungsvariante. 28 zeigt eine symbolische Darstellung einer sechzehnten Ausführungsvariante. 29 zeigt eine symbolische Darstellung einer siebzehnten Ausführungsvariante. 30 zeigt eine symbolische Darstellung einer achtzehnten Ausführungsvariante. 31 zeigt eine symbolische Darstellung einer neunzehnten Ausführungsvariante. 32 zeigt eine symbolische Darstellung einer zwanzigsten Ausführungsvariante. 33 zeigt eine symbolische Darstellung einer einundzwanzigsten Ausführungsvariante. 34 zeigt eine symbolische Darstellung einer zweiundzwanzigsten Ausführungsvariante. Die 27 bis 34 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den 13 bis 20 sowie 21 bis 26 wird verwiesen.
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Hier sind der weitere (anders ausgeführte) Dämpfer 51 und ein oder zwei Fliehkraftpendel 50 in weiteren Kombinationen angeordnet. Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 und der weitere Dämpfer 51 sind in Reihe geschaltet angeordnet.
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Insbesondere können weitere Fliehkraftpendel an den dargestellten Positionen angeordnet werden. Insbesondere können diese Fliehkraftpendel Mehrfachpendel umfassen, die dann unterschiedliche Abstimmordnungen aufweisen.
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Die dargestellten weiteren Dämpfer können z. B. als Druck oder Bogenfederdämpfer ausgeführt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Momentenbilanzpunkt
- 4
- Eingangsseite
- 5
- Ausgangsseite
- 6
- erstes Zwischenelement
- 7
- zweites Zwischenelement
- 8
- erster Wälzkörper
- 9
- zweiter Wälzkörper
- 10
- dritter Wälzkörper
- 11
- vierter Wälzkörper
- 12
- Übersetzungsbahn
- 13
- Bahnseite
- 14
- Kraftseite
- 15
- Gegenbahn
- 16
- erstes Energiespeicherelement
- 17
- zweites Energiespeicherelement
- 18
- Zugmomentpaarung
- 19
- erste Übersetzungskurve
- 20
- Schubmomentpaarung
- 21
- zweite Übersetzungskurve
- 22
- erste Kraft
- 23
- zweite Kraft
- 24
- erste Kraftrichtung
- 25
- zweite Kraftrichtung
- 26
- resultierende Kraft
- 27
- resultierende Kraftrichtung
- 28
- Zugmoment
- 29
- Schubmoment
- 30
- erste Wirklinie
- 31
- zweite Wirklinie
- 32
- Ruhelinie
- 33
- Mittellinie
- 34
- Drucklinie
- 35
- Momentenachse
- 36
- Verdrehwinkelachse
- 37
- erste Federachse
- 38
- zweite Federachse
- 39
- Drehmomentwandleranordnung
- 40
- Pumpenrad
- 41
- Turbinenrad
- 42
- Leitrad
- 43
- Kupplung
- 44
- Antriebsseite
- 45
- Abtriebsseite
- 46
- Betätigungselement
- 47
- Betätigungseinrichtung
- 48
- äußerer Lamellenträger
- 49
- innerer Lamellenträger
- 50
- Fliehkraftpendel
- 51
- Dämpfer
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2508771 A1 [0004, 0006]
- FR 3057321 A1 [0005]
- FR 3057323 A1 [0006]
