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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges. Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges wie beispielsweise ein Zweimassendämpfer bzw. ein Zweimassenschwungrad (ZMS) sind an sich bekannt. Diese werden beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs verwendet, um hier beispielsweise von einem Motor eingeleitete Drehungleichförmigkeiten, welche zu Drehschwingungen führen können, zu dämpfen. Dabei umfasst der Drehschwingungsdämpfer vorwiegend ein Primärelement sowie ein, gegen einen Energiespeicher verdrehbares Sekundärelement. Dabei wird ein, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor in das Primärelement eingeleitetes Drehmoment von dem Sekundärelement wieder an den nachfolgenden Antriebsstrang abgegeben. Durch unterschiedliche Fahrzustände kann es dazu kommen, dass große Drehmomentspitzen im Antriebsstrang und damit auch über den Drehschwingungsdämpfer übertragen werden. Durch diese Drehmomentspitzen können Bauteile im Antriebsstrang beschädigt werden, da oftmals nicht alle Bauteile auf diese Drehmomentspitzen ausgelegt werden können.
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Dabei ist mit der
DE 8504809 ein Drehschwingungsdämpfer bekannt, der eine Überlastkupplung vorsieht, mit Hilfe dieser solche genannten Drehmomentspitzen abgefangen werden können. Dabei ist ein drehmomentübertragendes Bauteil des Drehschwingungsdämpfers mit einer Überlastkupplung, hier einer Rutschkupplung, versehen. Tritt nun solch eine Drehmomentspitze auf, so fängt die Rutschkupplung an zu rutschen und das Überlastmoment wird in Reibenergie abgeführt und damit die nachfolgenden Bauteile geschützt.
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Nachteilig daran ist jedoch die Abstimmung der Überlastkupplung. Da das Antriebsmoment sicher übertragen werden muss und nur Drehmomentspitzen abgefangen werden sollen, ist die Rutschkupplung auf das zu übertragende Antriebsmoment abzustimmen. Dabei spielt der Reibwert, der Reibradius und die Anpresskraft eine entscheidende Rolle. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass insbesondere der Reibwert großen fertigungstechnischen Schwankungen unterliegen kann und auch über die Gebrauchsdauer Einflüsse wie Korrosion und Verschleiß einen großen Einfluss auf das Auslösemoment der Kupplung haben. Da die Überlastkupplung so ausgelegt werden muss, dass das Motormoment sicher übertragen wird, liegt ihr Auslösemoment meist deutlich darüber. Dies hat zur Folge, dass die übrigen Komponenten des Antriebsstrangs so ausgelegt werden müssen, dass sie nicht nur das Motormoment ertragen können, sondern auch das deutlich darüber liegende maximale Moment, das bei der oberen Toleranzlage des Auslösemoments der Rutschkupplung auftreten kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Drehschwingungsdämpfer vorzusehen, wobei der Drehschwingungsdämpfer eine Überlastkupplung vorsieht, wobei ein Auslösemoment der Überlastkupplung im Betrieb und auf Grund fertigungstechnischer Toleranzen einer deutlich geringeren Streuung unterliegt und wobei auch die Überlastkupplung über die Lebensdauer sicher funktioniert.
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Diese Aufgabe wird durch einen Drehschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges gelöst, wobei der Drehschwingungsdämpfer ein um eine Drehachse (A) drehbares Primärelement und ein, gegen einen Energiespeicher relativ zu dem Primärelement verdrehbares Sekundärelement umfasst, wobei das Primärelement oder das Sekundärelement eine Drehmomentüberlastkupplung umfasst, wobei die Drehmomentüberlastkupplung ein Eingangselement und ein Ausgangselement vorsieht, wobei das Eingangselement mittels einer Formschlusskupplung mit dem Ausgangselement bis zur Erreichung eines Grenzdrehmoments (Mmax) drehfest verbunden ist und wobei bei einem Überschreiten des Grenzdrehmoments (Mmax) der Formschluss der Formschlusskupplung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement unterbrochen wird, so dass das Eingangselement zu dem Ausgangselement verdrehbar ist. Dabei gewährleistet der Formschluss, dass ein in die Formschlusskupplung eingebrachtes Drehmoment sicher übertragen wird. Die erfindungsgemäße Formschlusskupplung zeichnet sich dadurch aus, dass der Formschluss ab einem definierten Drehmoment aufgehoben wird und das Eingangselement zu dem Ausgangselement verdrehbar wird. Hierdurch können Drehmomentspitzen abgefangen werden und nachfolgende Bauteile im Antriebsstrang können hierdurch geschützt werden und dadurch auch geringer dimensioniert und damit auch kostengünstiger hergestellt werden.
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Dabei kann es weiter vorgesehen sein, dass das Eingangselement oder das Ausgangselement der Formschlusskupplung mit dem einen Element von Primärelement oder Sekundärelement drehfest verbunden ist oder von einem von dem Primärelement oder Sekundärelement gebildet wird. Hierdurch kann die Formschlusskupplung sowohl auf der Primärseite, als auch auf der Sekundärseite vorgesehen werden, was je nach einem verfügbaren Bauraum von Vorteil sein kann.
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Dabei kann weiter die Formschlusskupplung ein Formschlusselement und einen Energiespeicher umfassen, wobei sich der Energiespeicher einerseits gegenüber dem einen Element von Eingangselement oder Ausgangselement und andererseits mittels des Formschlusselements gegenüber dem anderen Element von Ausgangselement oder Eingangselement abstützt, wobei das Formschlusselement, mit einer Formschlussvorlast des Energiespeichers beaufschlagt, bis zu dem Grenzdrehmoment (Mmax) zumindest teilweise radial und axial überlappend zu dem Eingangselement und dem Ausgangselement verharrt, wobei weiter das Formschlusselement bei einem Überschreiten des Grenzdrehmoment (Mmax), mit einer Auslösevorlast beaufschlagt, sich auf eine zumindest teilweise radial oder axial überlappende Position zu dem Eingangselement und dem Ausgangselement bewegt. Dabei ist hier zu erwähnen, dass sich das Formschlusselement in einer Geometrie in dem Eingangselement oder dem Ausgangselement befindet, wobei durch das eingeleitete Drehmoment auf das Formschlusselement nicht nur eine Umfangskraft wirkt, sondern durch die Geometrie auch eine axiale oder radiale Kraft. Durch diese axiale oder radiale Kraft, die von der Größe abhängig von dem eingeleiteten Drehmoment und der Geometrie ist, kann das Drehmoment bestimmt werden, bis zu dem die Formschlusskupplung geschlossen ist. Dabei wirkt auf das Formschlusselement die bereits erwähnte Formschlussvorlast. Wird diese Formschlussvorlast, die von dem Energiespeicher erzeugt wird, überwunden, also wenn die radiale oder axiale Kraftkomponente auf das Formschlusselement größer als die Formschlussvorlast ist, dann bewegt sich das Formschlusselement gegen den Energiespeicher und gibt den Formschluss mit dem einen Element von Eingangselement oder Ausgangselement frei, so dass das Eingangselement zu dem Ausgangselement verdrehbar ist.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass die Auslösevorlast kleiner oder größer oder gleich der Vorlast ist. Dabei ist hierzu erwähnen, dass die Auslösevorlast die Vorlast auf das Formschlusselement ist, bei der die Formschlusskupplung keinen Formschluss mehr vorsieht, also geöffnet ist und eine Relativverdrehung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement der Formschlusskupplung vorliegt. Dabei kann es je nach dem verwendeten Energiespeicher sein, dass die Vorlasten gleich, größer oder kleiner zueinander sind. Wird beispielsweise eine Schraubendruckfeder als Energiespeicher verwendet, so wird die Formschlussvorlast immer kleiner sein, als die Auslösevorlast, da die Schraubenfeder einen linearen Kraft-Weg-Verlauf hat. Wir eine Tellerfeder als Energiespeicher verwendet, so kann es je nach Einbaulage der Tellerfeder sein, dass die Formschlussvorlast größer oder kleiner oder gleich der Auslösevorlast ist. Für eine vorteilhafte Funktion kann die Einbaulage der Tellerfeder so vorgesehen sein, dass die Formschlussvorlast größer ist als die Auslösevorlast. Dies bedeutet, dass die Einbaulage der Tellerfeder so gewählt ist, dass bei einer Positionsveränderung des Formschlusselements in Richtung der Tellerfeder, die Tellerfeder ein geringeres Kraftniveau einnimmt. Dies ist durch die spezielle und bekannte Kraft-Weg-Kennlinie der Tellerfeder möglich. Hierdurch können die Kräfte im Auslösezustand der Formschlusskupplung verringert werden, was sich vorteilhaft auf die Bauteile ausüben kann.
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Dabei kann weiter das Eingangselement oder ein mit dem Eingangselement drehfest verbundenes Element zumindest eine erste Ausnehmung vorsehen und das Ausgangselement oder ein mit dem Ausgangselement drehfest verbundenes Element zumindest eine zweite Ausnehmung vorsehen, wobei sich das Formschlusselement bis zu dem Grenzdrehmoment (Mmax) teilweise sowohl in der ersten Ausnehmung als auch teilweise in der zweiten Ausnehmung befindet, wobei bei dem Überschreiten des Grenzdrehmoments (Mmax) das Formschlusselement sich zumindest teilweise in der ersten Ausnehmung oder in der zweiten Ausnehmung befindet. Hierbei ist zu erwähnen, dass die erste oder die zweiten Ausnehmung eine Geometrie vorsieht, die, bei Vorliegen eines Drehmoments auf das Eingangselement oder Ausgangselement auf das Formschlusselement nicht nur eine Umfangskraft sondern auch eine radiale oder axiale Kraftkomponente einwirkt. Hierdurch kann, wie bereits erwähnt, mittels des eingeleiteten Drehmoments bestimmt werden, wann der Auslösezustand erfolgen soll.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Formschlusselement der Formschlusskupplung radial oder axial verschiebbar ausgeführt ist. Dabei wird die radiale oder die axiale Verschiebbarkeit durch die bereits vorangehend erwähnte Geometrie bestimmt, durch die auf das Formschlusselement bei Einleitung eines Drehmoments in den Drehschwingungsdämpfer eine radiale oder axiale Kraft einwirkt. Dabei wird weiter durch die radiale oder axiale Verschiebung des Formschlusselements der Formschluss entfernt und die Formschlusskupplung kann in die bereits erwähnte Überlastfunktion gehen und rutschen.
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Auch kann das Eingangselement an dem Ausgangselement radial gelagert sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Überlastzustand vorliegt und das Eingangselement sich zu dem Ausgangselement relativ verdreht. Um nämlich wieder von dem Überlastzustand in den Formschlusszustand zu kommen, muss das Formschlusselement wieder in das andere Element von Eingangselement oder Ausgangselement eingreifen, dieses also radial und axial überlagern. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn das Eingangselement zu dem Ausgangselement radial gelagert ist, da dadurch das Wiedereingreifen des Formschlusselements in das Eingangselement oder das Ausgangselement funktionssicherer erfolgen kann.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass das Ausgangselement an dem Eingangselement in zumindest einer axialen Richtung oder in beiden axialen Richtungen gelagert ist. Dabei kann zumindest eine axiale Lagerung des Eingangselements an dem Ausgangselements als eine Reibanordnung ausgebildet sein. Dabei wird in der Reibanordnung bei einer relativen Verdrehung des Eingangselements zu dem Ausgangselement die Reibenergie in Wärme umgewandelt. Um eine Reibfläche des Eingangselements gegen eine Reibfläche des Ausgangselements unter einer axialen Kraft relativ zu verdrehen kann vorteilhaft der Energiespeicher der Formschlusskupplung verwendet werden, der das Eingangselement gegen Ausgangselement mit einer axialen Kraft belastet. Weiter ist die Reibanordnung vorteilhaft, da es durch vorgesehene oder fertigungsbedingte Toleranzen in der Formschlusskupplung es zu geringen Relativverdrehungen des Eingangselements zu dem Ausgangselement, vor allem im Lastwechsel/ Drehmomentwechsel kommen kann, was wiederum zu Klappergeräusche führen kann. Durch die Reibanordnung können diese Relativverdrehungen gedämpft werden. Dabei kann die Reibanordnung auch weiter wirken, wenn der Formschluss der Formschlusskupplung aufgehoben ist und der Überlastzustand eintritt und sich das Eingangselement zu dem Ausgangselement relativ verdreht. Auch in diesem Zustand kann es vorteilhaft sein, wenn ein zusätzliches Reibmoment der Reibanordnung entgegengesetzt wird.
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Dabei kann weiter ein Element von dem Eingangselement oder Ausgangselement mit dem Energiespeicher drehfest verbunden sein.
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Auch kann sich der Energiespeicher direkt oder mittels zumindest eines Zwischenelements an dem Formschlusselement abstützen.
Dabei kann der Energiespeicher eine Tellerfeder sein. Dies kann vorteilhaft sein, da die Tellerfeder axial kompakt baut und durch ihre Kraft-Weg-Kennlinie in verschiedenen Kraft-Weg Einbaupositionen verbaut werden kann.
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Auch kann der Energiespeicher als eine Schraubendruckfeder ausgeführt sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das Formschlusselement eine radiale Positionsveränderung für den Überlastzustand der Formschlusskupplung vollführt, da sich die Schraubendruckfeder durch ihre länglich Bauform für den Einbau in radial verlaufende Bauräume eignet. Auch für Positionsveränderungen des Formschlusselements, die eines längeren Weges bedürfen, kann die Verwendung der Schraubendruckfeder vorteilhaft sein, da hier lange Wege gegen die Kraft der Schraubendruckfeder möglich sind. Natürlich sei hierzu erwähnt, dass die Länge des Weges durch die Windungszahl und den Windungsabstand der Schraubendruckfeder bestimmt wird.
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Weiter kann es vorgesehen sein, dass das Formschlusselement als eine Stahlkugel oder als eine Stahlwalze oder als eine Stahltonnenrolle ausgeführt ist. Hierbei kann das funktionssicherste und kostengünstigeste Element als Formschlusselement ausgewählt werden.
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Weiter kann das Eingangselement und /oder das Ausgangselement der Formschlusskupplung aus zumindest einem ersten Bauteilen und einem zweiten Bauteil gebildet werden, wobei die zumindest zwei Bauteile drehfest miteinander verbunden sind.
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Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt die
- 1 einen Drehschwingungsdämpfer mit einer erfindungsgemäßen Formschlusskupplung.
- 2-9 weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen der Formschlusskupplung.
- 10-12 unterschiedliche Kontaktgeometrien für das Formschlusselement.
- 13 eine Aufnahme für ein Formschlusselement.
- 14 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen der Formschlusskupplung.
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In der 1 ist ein Drehschwingungsdämpfer 1 mit einem Primärelement 2, welches beispielsweise über eine hier nicht dargestellte Kurbelwellenverschraubung mit einem Verbrennungsmotor verbunden werden kann. Das Primärelement ist weiter mit einem Deckblech 3 verbunden, wodurch ein Aufnahmeraum 5 für einen Energiespeicher 4 gebildet wird. Gegen die Kraft des Energiespeichers 4 ist ein Sekundärelement 8 um eine Drehachse A relativ zu dem Primärelement 2 verdrehbar vorgesehen. Dabei wird hier das Sekundärelement durch eine Überlastkupplung 11, hier in Form einer Formschlusskupplung 20 und durch ein Masseelement 15 gebildet. Dabei umfasst die Formschlusskupplung 20 hier ein Eingangselement 12 und ein Ausgangselement 14, wobei hier das Ausgangselement durch ein erstes Bauteil 16 und durch ein zweites Bauteil 18 gebildet wird, sowie ein Formschlusselement 22, hier in Form einer Stahlkugel 50, welche das Eingangselement 12 formschlüssig mit dem Ausgangselement 14 verbindet. Weiter umfasst die Formschlusskupplung 20 einen Energiespeicher 24, hier in Form einer Tellerfeder 25. Dabei ist hier das Eingangselement 12 eine Nabenscheibe 7 und das Ausgangselement 14 eine Abtriebsnabe 10. Dabei soll nachfolgend das Funktionsprinzip der Formschlusskupplung näher erläutert werden, wenn ein Drehmoment in den Drehschwingungsdämpfer eingebracht wird. Dabei ist es unerheblich, ob das Drehmoment in das Primärelement 2 oder in das Sekundärelement 8, genauer in die Abtriebsnabe 10 eingebracht wird.
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Die Nabenscheibe 7 verfügt über mindestens eine erste Ausnehmung 26, die auch als erste Kontaktgeometrie 21 bezeichnet werden kann und die sich an einer axialen Seitenfläche befindet und sich in radialer Richtung erstreckt. Die erste Kontaktgeometrie 21 ist dazu geeignet, dass die Stahlkugel 50 hier in Kontakt kommt und somit eine axiale und auch radiale Überdeckung mit der Nabenscheibe 7 einnimmt. Eine radiale Position der Stahlkugel 50 wird durch eine zweite Ausnehmung 28, die auch als zweite Kontaktgeometrie 23 bezeichnet werden kann, im zweiten Bauteil 18, das auch als eine Käfigscheibe 31 bezeichnet werden kann, bestimmt. Dabei bilden, wie bereits erwähnt, das erste Bauteil 16 und die mit dem ersten Bauteil 16 drehfest verbundene Käfigscheibe 31 die Abtriebsnabe 10. Über die zweite Ausnehmung 28 der Käfigscheibe 31 überträgt die Stahlkugel 50 eine Umfangskraft auf die Käfigscheibe 31. Das so von der erste Kontaktgeometrie 21 in der Nabenscheibe 7 über die Stahlkugel 50 auf die Käfigscheibe 15 übertragene Drehmoment wird von der Käfigscheibe 15 über die drehfeste Verbindung zur Abtriebsnabe 10 übertragen. Damit die Stahlkugel 50 auch unter Umfangslast einen Formschluss mit der erste Kontaktgeometrie 21 in der Nabenscheibe 7 eingeht, ist eine axial wirkende Formschlussvorlast Fv notwendig, welche die Stahlkugel 50 in die erste Kontaktgeometrie 21 drückt. Diese Formschlussvorlast Fv wird von der Tellerfeder 25 aufgebracht. Dabei stützt sich die Tellerfeder 25 einerseits über einen Sicherungsring 35 an einem axialen Bereich der Abtriebsnabe 10 und andererseits über die Stahlkugel 50 und die Kontaktgeometrie 21 der Nabenscheibe 7 gegen den anderen axialen Bereich der Abtriebsnabe 10 ab. Dabei ist hier der genannte axiale Kontaktbereich 36 der Nabenscheibe 7 mit der Abtriebsnabe 10 als eine Reibanordnung 30 ausgeführt. Durch die axiale Formschlussvorlast Fv, die durch die Tellerfeder 25 auf die Stahlkugel 50 und damit auch auf die Reibanordnung 30 wirkt, kann durch eine Auslegung des mittleren Reibradius und des Reibwertes hier zwischen der Nabenscheibe 7 und der Abtriebsnabe 10 die Reibanordnung 30 wirksam werden. Dabei wirkt die Reibanordnung 30 hier schon bei geringen relativen Verdrehungen nach beiden Drehrichtungen zwischen der Nabenscheibe 7 und der Abtriebsnabe 10. Solche relativen Verdrehungen können auch auftreten, obwohl der Formschluss der Formschlusskupplung vorhanden ist. Bedingt durch Toleranzen zwischen der Stahlkugel 50 und den beiden Kontaktgeometrien 21 und 23 an der Nabenscheibe 7 und der Käfigscheibe 31 kann es nämlich zu geringen relativen Verdrehungen von Nabenscheibe 7 und Abtriebsnabe 10 kommen, die durch die Reibanordnung 30 gedämpft werden können, um beispielsweise Klappergeräusche zu reduzieren oder ganz zu verhindern. Dabei wirkt die Reibanordnung 30 auch dann weiter, wenn der Formschluss der Formschlusskupplung 20 aufgehoben wurde und es im Überlastfall zu einer relativen Verdrehung der Nabenscheibe 7 zu der Abtriebsnabe 10 kommt. Weiter ist hier gut zu erkennen, dass die Nabenscheibe 7 ist in einem Bereich 19 gegenüber der Abtriebsnabe 10 radial gelagert ist.
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Es sei noch erwähnt, dass das über die Reibanordnung übertragene Drehmoment einer größeren Toleranz unterliegt und es daher für die Funktionssicherheit vorteilhafter ist den Drehmomentanteil, der durch die Reibanordnung übertragen wird, gegenüber dem Drehmomentanteil, der durch die Formschlusskupplung übertragen wird gering zu halten. Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein mittlerer Reibradius der Reibanordnung 30 möglichst gering gehalten wird. Ebenso sollte der im Anlaufbereich wirkende Reibkoeffizient möglichst konstant und gering sein. Hierzu kann bei der Montage ein Schmierstoff oder ein Gleitelement zwischen der Abtriebsnabe 10 und der Nabenscheibe 7 aufgebracht werden.
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Ab einer bestimmten Umfangskraft reicht die Formschlussvorlast Fv der Tellerfeder 25 nicht mehr aus, um die Stahlkugel 50 in ihrer axialen Position in der erste Kontaktgeometrie 21 der Nabenscheibe 7 zu halten. Die Stahlkugel 50 verlagert sich folglich axial in Richtung der Tellerfeder 25. Ab dem Punkt, ab dem keine axiale Überdeckung zwischen der Stahlkugel 50 und der Nabenscheibe 7 mehr vorhanden ist, überträgt die Formschlusskupplung 20 kein Drehmoment mehr über den Formschluss, sondern lediglich noch einen Anteil über eine Reibung des Formschlusselements 22 gegen die Nabenscheibe 7, der jedoch deutlich geringer ist als das auslösende Drehmoment. Die Nabenscheibe 7 und die Abtriebsnabe 10 können frei gegeneinander um ihre gemeinsame Drehachse sich verdrehen. Die Stahlkugel 50 rollt auf der axialen Fläche der Nabenscheibe 7 ab, bis sie in die nächste, oder nach einer vollen Umdrehung in die gleiche, erste Kontaktgeometrie 21 in Kontakt kommt. Ob die Stahlkugel 50 in der Formschlussposition bleibt hängt davon ab, ob das an der zwischen der Nabenscheibe 7 und der Abtriebsnabe 10 wirkende Drehmoment zwischenzeitig einen Wert unterhalb eines Grenzdrehmoments Mmax angenommen hat, wodurch das Formschlusselement 22 aus dem Formschluss mit der Nabenscheibe 7 gedrückt wurde.
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Es sei hier weiter erwähnt, dass auch mehrere Tellerfedern 25 gestapelt verwendet werden können. In Bezug auf die Einbaulage einer Tellerfeder ist es in der vorliegenden Anwendung besonders günstig, wenn die Einbaulage der Tellerfeder 25 so gewählt wird, dass sich das Kraftniveau von dem Zustand der Formschlussvorlast Fv, also wenn Formschluss vorhanden ist, zu dem Zustand der Auslösevorlast Fa, also wenn der Formschluss aufgehoben ist, in einem Bereich mit fallender Kennlinie im Kraft-Weg Diagramm der Tellerfeder 25 befindet. Hierdurch tritt ab dem Überschreiten der Kraft, ab der die Stahlkugel 50 ihre axiale Formschlussposition verlässt und sich in Richtung der Tellerfeder 25 verlagert, eine mit der axialen Verlagerung zunehmende Reduzierung der Federkraft auf. Dadurch wird nach dem Überschreiten des Grenzdrehmoments Mmax die Aufhebung des Formschlusses beschleunigt und es treten geringere Kontaktkräfte zwischen der Stahlkugel 50 und der axialen Anlauffläche an der Nabenscheibe 7 auf.
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Alternative Bauformen für die Tellerfeder 25 sind Schraubendruckfedern, Wellfederscheiben.
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Besonders günstig ist es, wenn die Käfigscheibe 31 über den Umfang gleichmäßig verteilt drei Kontaktgeometrien 23 aufweist und sich somit die die auftretenden Kräfte auf drei Stahlkugel verteilen. Um die Flächenpressungen an den Kontaktbereichen weiter zu reduzieren, wäre aber auch eine höhere Anzahl von Formschlusselementen 22, hier Stahlkugeln 50 möglich. Dabei sind bei der Nabenscheibe 7 korrespondierende Kontaktgeometrien 21 vorzusehen, so dass jede Stahlkugel 50 in Kontakt mit einer jeweiligen erste Kontaktgeometrie 21 gehen kann.
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Die 2 zeigt eine Ausführungsform nach dem gleichen Prinzip wie in der 1 bereits beschrieben, jedoch übernimmt hier die Funktion der Käfigscheibe 31 aus der 1 auch der Energispeicher 24. Dabei ist der Energiespeicher, hier als Federelement ausgeführt, über ein Sicherungselement 38 verdrehfest und axial verschiebefest mit der Abtriebsnabe 10 verbunden . Dabei ist an dem Energiespeicher 24 im radial äu-ßeren Bereich eine halbkugelförmige Ausformungen 39 vorgesehen, die die bereits beschriebene Kontaktgeometrie 23 bildet und die dazu dient, die Stahlkugel 50 radial und tangential zu führen. Durch den Energiespeicher 24 wird die Stahlkugel mit einer Formschlussvorlast Fv in die Kontaktgeometrie 21 der Nabenscheibe 7 gedrückt. Sobald das Grenzdrehmoment Mmax überschritten wird und die axiale Kraftkomponente Fü größer ist als die die Formschlussvorlast Fv, verändert die Stahlkugel 50 ihre axiale Position in Richtung des Energiespeichers 24 und die bereits in der 1 beschrieben Überlastfunktion, nämlich das relative Verdrehen von der Nabenscheibe 7 zu der Abtriebsnabe 10 kann erfolgen.
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Die 3 zeigt zeigt eine Ausführung, bei der die Stahlkugel 50 in radialer Richtung in eine zweite Ausnehmung 28 der Abtriebsnabe 10 in Kontakt tritt. Sie wird axial und in Umfangsrichtungen von einer ersten Ausnehmung 26 in der Nabenscheibe 7 geführt. In radialer Richtung wird sie von außen durch ein Zwischenelement 29, hier durch einen Konusring 41 gehalten. Der Konusring 41 wird von einem Energiespeicher 24, welcher sich an einem Sicherungselement 43 axial gegenüber der Nabenscheibe 7 abstützt, über die Stahlkugel 50 geschoben, so dass diese über den Winkel α der inneren Konusfläche, an der sie den Konusring 41 berührt, nach innen in die zweite Ausnehmung 28 in der Abtriebsnabe 10 gedrückt wird. Durch den Winkel der innenliegenden Konusfläche des Konusrings 41 wird die Kraft, die der Energiespeicher 24 auf die Stahlkugel 50 ausübt, in radialer Richtung verstärkt durch die sogenannte Keilwirkung. Die Nabenscheibe 7 wird über einen Sicherungsring axial gegenüber der Abtriebsnabe 10 gesichert.
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Die 4 zeigt ebenfalls eine Ausführungsvariante, bei der die Stahlkugel 50 beim Verlassen des Formschlusses in radiale Richtung verlagert wird. Hier weist die Abtriebsnabe 10 eine radial verlaufende Ausnehmung 44 auf, in der sowohl die Stahlkugel 50, als auch der dazugehörige Energiespeicher 24 geführt werden. Die Federelemente drücken die Stahlkugel 50 mit einer Formschlussvorlast Fv nach radial außen in eine erste Ausnehmung 26 an einer Innenfläche der Nabenscheibe 7.
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Die 5 zeigt mit der 6 eine Ausführung, bei der die Stahlkugel 50 in axialer Richtung ein- bzw.- ausrücken. Die schematisch dargestellte Nabenscheibe 7 und die Abtriebsnabe 10 werden bei der Montage axial ineinandergeschoben und über ein Sicherungselement 38 axial gesichert. Die Abtriebsnabe 10 und die Nabenscheibe 7 umfassen im montierten Zustand einen umlaufenden Hohlraum 61. Im Bereich dieses Hohlraums 61 weist die Abtriebsnabe 10 mehrere zweite Ausnehmungen 28 auf, um die Stahlkugel 50 in tangentialer Richtung zu halten. Im Hohlraum 61 befinden sich mindestens ein Energispeicher 24, eine Druckscheibe 62, sowie eine Mehrzahl an Stahlkugel 50. Der Energiespeicher 24 stellt eine Formschlussvorlast Fv in axialer Richtung zwischen der Nabenscheibe 7 und der Druckscheibe 62 bereit. Die Druckscheibe 62 verfügt an ihrem Umfang über radial ausgerichtete erste Ausnehmungen 26 für die Stahlkugeln 50, die wie hier dargestellt, eine Art Wellenstruktur bilden können. Zudem ist die Druckscheibe 62 in ihrem radial äußeren Bereich verdrehfest mittels eines Formschlusses der Nabenscheibe 7 drehfest verbunden, kann sich gegen diese jedoch axial verlagern. Der Vorteil dieser Ausführung ist der gute Schutz gegenüber äußeren Einflüssen, da sich die Funktionsflächen und Funktionselemente der Formschlusskupplung 20 innerhalb des Hohlraums 61 befinden. Nach radial außen werden die Kugeln 50 durch die Innenseite einer umlaufenden Kante 71 gehalten.
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Die 7 zeigt eine Ausführung, die besonders günstig ist in Bezug auf eine Minimierung der benötigten Teile. Sie wird dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlkugel 50 mittels einer Bohrungen 72 in der Nabenscheibe 7 radial und tangential geführt wird. Bei dieser Ausführung existiert eine axiale Überdeckung zwischen der Nabenscheibe 7 und dem Mittelpunkt der Stahlkugel 50. Der Formschluss zur Abtriebsnabe 10 wird über eine radial verlaufende zweite Ausnehmung 28 der Abtriebsnabe 10, an welcher die Stahlkugel 50 axial anliegt, hergestellt. Auf der gegenüberliegenden Seite wird die Stahlkugel 50 von einem Energiespeicher 24 beaufschlagt. Die Federkraft des Energiespeichers 24 stützt sich über ein Sicherungselement gegenüber der Abtriebsnabe 10 ab.
Da bei dieser Ausführung die Materialdicke der Nabenscheibe 7 einen Großteil des axialen Bauraumbedarfs der Stahlkugel 50 bereitstellt, ist diese Variante sehr günstig in Bezug auf den axialen Bauraum. Dies ist auch besonders dann ein großer Vorteil, wenn radial innerhalb des Energiespeichers 4 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 1 ein Drehzahladaptiver Tilger, hier nicht dargestellt, angeordnet werden soll.
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Die 8 eine Abwandlung des Designs aus der 7. Zum einen ist hier zwischen den Stahlkugel 50 und dem Energiespeicher 24 ein Zwischenelement 29 angeordnet. Dieses Zwischenelement 29 sorgt für eine gleichmäßigere Kraftübertragung zwischen dem Energiespeicher 24 und der Stahlkugel 50. Zum anderen ist hier das Sicherungselement 38 als eine Mutter ausgeführt, welche über ein Gewinde mit der Abtriebsnabe 10 im Eingriff steht. Dadurch ist es möglich, die Formschlussvorlast Fv bei der Montage einzustellen.
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Die 9 zeigt eine vergleichbare Ausführung. Eine Besonderheit ist hier die axiale Lagerung der Nabenscheibe 7. Die radiale Lagerung erfolgt im Bereich 19 auf einem Absatz an der Abtriebsnabe 10. Dieser Absatz ist geringfügig breiter als die Nabenscheibe 7. Die Seitenfläche zwischen diesem Absatz und dem danebenliegenden Absatz mit geringerem Durchmesser dient als axialer Anschlag 80 für das Zwischenelement 29. Die Nabenscheibe 7 wird dadurch axial mit einem geringem Spiel zwischen einem Flansch 83 der Abtriebsnabe 10 und dem Zwischenelement 29 geführt. Dies hat den Vorteil, dass keine nennenswerten Reibkräfte zwischen der Nabenscheibe 7 und der Abtriebsnabe 10 übertragen werden. Die Zwischenelement 29 wird von den Energiespeicher 24 an die axiale Anlauffläche 80 gedrückt. Der Energiespeicher stützt sich axial am Sicherungselement 38 ab, welches mit der Abtriebsnabe 10 verschweißt ist. Im radial äußeren Bereich des Sicherungselements 38 und des Zwischenelements 29 sind diese über einen Formschluss drehfest miteinander verbunden.
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Die 10 zeigt schematisch eine Ansicht in radialer Richtung auf eine Anordnung aus einer Nabenscheibe 7, einer Abtriebsnabe 10, einer Stahlkugel 50 als Formschlusselement 22 und einem Energiespeicher 24. Dabei greift die Stahlkugel 50 in eine erste Ausnehmung 26, hier als Kontaktgeometrie 21 ausgeführt, der Abtriebsnabe 10. Die Nabenscheibe 7 sieht eine zweite Ausnehmung 28 vor, hier ebenfalls als Kontaktgeometrie 23 ausgeführt. Auch hier kontaktiert die Stahlkugel 50 zumindest teilweise die Kontaktgeometrie 23. Durch den Energiespeicher 24 wird auf die Stahlkugel 50 eine Formschlussvorlast Fv aufgebracht. Die Nabenscheibe 7 und die Abtriebsnabe 10 werden in Umfangsrichtung relativ zueinander mit einem Drehmoment M belastet, so dass die Stahlkugel 50 im definierten Kontakt mit den drei anderen Teilen steht. Die Kontaktgeometrie 21 der Abtriebsnabe 10 kann drei verschiedene Bereiche aufweisen. Eine Kantenverrundung 90, eine gerade Flanke 92, sowie eine Grundverrundung 94. Je nach Herstellungsverfahren kann die Kontaktgeometrie 21 aber auch anders gestaltet sein. Die gerade Flanke 92 hat den Vorteil, dass der auslegungstechnisch relevante Winkel α über einen weiteren Weg bei einer axialer Verlagerung der Stahlkugel 50 in Richtung einer Aufhebung des Formschlusses wirkt. Die Kantenverrundung 90 senkt Spannungsspitzen an der Kante beim Aufheben des Formschlusses und beschleunigt den diesen Vorgang, da beim Kontakt der Stahlkugel 50 im Bereich der Verrundung 90 der Kontaktwinkel α kleiner wird und damit eine größere Kraftkomponente entgegen der durch den Energiespeicher 24 aufgebrachten Formschlussvorlast Fv wirkt.
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Die 11 zeigt eine alternative Ausführung, bei der die Kontaktgeometrie 23 der Stahlkugel 50 in der Nabenscheibe 7 durch eine schräge Bohrung 32 dargestellt ist. Hierdurch bildet sich der Kontaktwinkel α zwischen der Krafteinleitungslinie zwischen Stahlkugel 50 und der Nabenscheibe 7 und der Umfangsrichtung der Nabenscheibe 7. Dadurch bekommt die an dieser Stelle zwischen der Nabenscheibe 7 und der Stahlkugel 50 übertragene Kraft eine Komponente, die die Kugel in Richtung der Kontaktgeometrie 21 in der Abtriebsnabe 10 drückt. Dadurch wird in der dargestellten Lastrichtung eine geringere Federkraft bei gleichem Auslösemoment M, also bei einem Überschreiten des Grenzdrehmoments Mmax, benötigt. Der Winkel β muss kleiner als α sein, sonst klemmt die Kugel. In der anderen Lastrichtung wird der Effekt umgekehrt.
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Die 12 zeigt eine alternative Ausführung, bei der die Kontaktgeometrie 23 in der Nabenscheibe 7 durch eine konische Bohrung 34 dargestellt ist. Hier kommt es in beiden Drehmomentrichtungen zu einer axialen Kraftkomponente zwischen der Nabenscheibe 7 und Stahlkugel 50, welche die Stahlkugel 50 in Richtung der Kontaktgeometrie 21 der Abtriebsnabe 10 drückt. Zudem hat diese Ausführung den Vorteil, dass die Stahlkugel 50 bei der Montage im Raum zwischen der Nabenscheibe 7und der Abtriebsnabe 10 gehalten werden kann, wenn der Energiespeicher 24 noch nicht montiert ist.
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Die 13 zeigt eine Draufsicht auf die Abtriebsnabe 10 aus der 9. Zu erkennen ist hier die gleichmäßige Verteilung von drei Kontaktgeometrien 21 über dem Umfang.
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Die 14 zeigt eine Ausführung ähnlich der 9, nur dass hier ein tonnenförmiger Wälzköper 85 als Formschlusselement 22. Der tonnenförmige Wälzkörper 85 wird in einer entsprechenden Kontaktgeometrie 23 in der Nabenscheibe 7 geführt. Ein tonnen-, rollen-, nadel- oder kegelförmiger Formschlusselement ist gegenüber einer Kugel günstiger in Bezug auf die an den Kontaktstellen auftretende Flächenpressungen.
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Statt einer Nut 12 könnte das jeweilige Teil an dieser Stelle auch einen durchgehenden Schlitz mit angeschrägten Flanken, bzw. eine konische Durchgangsbohrung oder ein konisches Langloch aufweisen.
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Zur Steigerung der Lebensdauer ist es vorteilhaft, wenn die mit dem Wälzkörper in Kontakt stehenden Flächen an den Komponenten der Formschlusskupplung gehärtet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Primärelement
- 3
- Deckblech
- 4
- Energiespeicher
- 5
- Aufnahmeraum
- 7
- Nabenscheibe
- 8
- Sekundärelement
- 10
- Abtriebsnabe
- 11
- Drehmomentüberlastkupplung
- 12
- Eingangselement
- 14
- Ausgangselement
- 15
- Masseelement
- 16
- erstes Bauteil
- 18
- zweites Bauteil
- 19
- Radiallagerung
- 20
- Formschlusskupplung
- 21
- Kontaktgeometrie
- 22
- Formschlusselement
- 23
- Kontaktgeometrie
- 24
- Energiespeicher
- 25
- Tellerfeder
- 26
- erste Ausnehmung
- 27
- Schraubenfeder
- 28
- zweite Ausnehmung
- 29
- Zwischenelement
- 30
- Reibanordnung
- 31
- Käfigscheibe
- 32
- schräge Bohrung
- 34
- konische Bohrung
- 35
- Sicherungsring
- 36
- axialer Kontaktbereich
- 38
- Sicherungselement
- 39
- halbkugelförmige Ausformung
- 40
- Zwischenelement
- 41
- Konusring
- 43
- Sicherungselement
- 44
- Ausnehmung
- 50
- Stahlkugel
- 61
- Hohlraum
- 62
- Druckscheibe
- 71
- Kante
- 72
- Bohrung
- 80
- axialer Anschlag
- 83
- Flansch
- 85
- tonnenförmiger Wälzkörper
- 90
- Kantenverrundung
- 92
- gerade Flanke
- 94
- Grundverrundung
- Fv
- Formschlussvorlast
- Fa
- Auslösevorlast
- M
- Drehmoment
- Mmax
- Grenzdrehmoment
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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