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Die Erfindung betrifft eine Rotationsdämpfereinrichtung, umfassend einen Rotationsdämpfer mit einem innenverzahnten Abtriebszahnrad und ein außenverzahntes Antriebszahnrad einer dem Rotationsdämpfer nachgeschalteten Triebkomponente, wobei das Abtriebszahnrad mit dem Antriebszahnrad kämmt, und wobei der Rotationsdämpfer mehrere, an einem ringförmigen Träger angeordnete Federelemente aufweist.
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Eine solche Rotationsdämpfereinrichtung kommt beispielsweise innerhalb eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz, wobei über die Rotationsdämpfereinrichtung der Abtrieb der Brennkraftmaschine mit dem Getriebeantrieb respektive dem Getriebeeingang gekoppelt ist. Die Rotationsdämpfereinrichtung umfasst den eigentlichen Rotationsdämpfer mit einer Primärseite oder Primärmasse und einer die mehreren Federn angekoppelten Sekundärseite oder Sekundärmasse. Über die Primärseite wird über die daran angeschlossene Kurbelwelle, also den Abtrieb der Brennkraftmaschine, das brennkraftmaschinenseitig erzeugte Drehmoment eingeleitet und über die Dämpferfedern an die Sekundärseite übertragen, die ein innenverzahntes Abtriebszahnrad umfasst, das mit einem außenverzahnten Antriebszahnrad der nachgeschalteten Triebkomponente, also beispielsweise des Getriebes, kämmt. Dieses Antriebszahnrad ist demzufolge beispielsweise die Getriebeeingangswelle.
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Solche beschriebenen Rotationsdämpfereinrichtungen sind beispielsweise aus der
DE 10 2017 123 713 A1 bekannt. Hier ist ein Drehschwingungsdämpfer axial schwimmend auf zwei Wellen angeordnet. Zur Begrenzung der axialen Beweglichkeit ist hier ein Vorspanneinrichtung offenbar. Ähnliche Rotationsdämpfungseinrichtungen sind aus der
DE 10 2009 035 916 A1 und
DE 10 2011 081 162 A1 bekannt.
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Bekannt ist es innerhalb solcher Triebstränge auch, dass zusätzliche eine elektrische Maschine in den Antriebsstrang geschaltet sein kann, die, wie bei einem Hybridfahrzeug mit P1-Architektur, beispielsweise direkt auf den Getriebeeingang wirkt, mit diesein also über eine geeignete Verzahnung gekoppelt ist. Über diese elektrische Maschine kann ein zusätzliches Drehmoment eingeleitet werden, wobei bei permanenter Kopplung der elektrischen Maschine mit dem Antriebsstrang der Rotor der elektrischen Maschine, wenn diese nicht in Betrieb ist, mitgeschleppt wird.
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Wie beschrieben, erfolgt die Weiterleitung des Drehmoments vom Rotationsdämpfer respektive der Sekundärseite des Rotationsdämpfers zur nachgeschalteten Triebkomponente über den Verzahnungseingriff des innenverzahnten Abtriebszahnrads mit dem außenverzahnten Antriebszahnrad. Innerhalb dieser Verzahnungsverbindung ist stets eine gewisse Toleranz und damit stets ein gewisses Spiel gegeben, das im Betrieb zu einer Entstehung von Geräuschen aufgrund eines Wechsels der Flankenanlage innerhalb des Verzahnungseingriffs führen kann. Als kritische Betriebspunkte sind insbesondere die Leichtlastzustände anzusehen, bei denen ein hochfrequenter Wechsel der Flankenanlage unter Durchlaufen des Spiels gegeben ist, wie beispielsweise im Leerlauf oder beim Standladen bei Hybriden oder beim Mitschleppen des Elektromaschinenrotors. Das heißt, dass die Flankenanlage innerhalb des Verzahnungseingriffs der beispielsweise geräumten, innenverzahnten Nabe respektive des innenverzahnten Abtriebszahnrads und des beispielsweise ebenfalls geräumten, außenverzahnten Antriebszahnrads respektive der Getriebeeingangswelle wechselt, wobei das Anlegen der Flanken aneinander zur Geräuschbildung führt.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Rotationsdämpfereinrichtung anzugeben, insbesondere für eine P1-Hybridarchitektur, bei der die elektrische Maschine permanent mit ihrem Abtrieb mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist, die gegenüber bisherigen Ausgestaltungen verbessert ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Rotationsdämpfereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotationsdämpfer einen Spannring umfasst, der mehrere sich axial erstreckende Finger aufweist, die in axial offene Ausnehmungen am Antriebszahnrad, dieses gegen das Abtriebszahnrad verspannend, eingreifen.
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Bei der erfindungsgemäßen Rotationsdämpfereinrichtung ist zur Erzeugung einer den Verzahnungseingriff innerhalb der spielbehafteten Steckverzahnung zwischen innenverzahntem Abtriebszahnrad und außenverzahntem Antriebszahnrad verspannenden Vorspannung ein Spannring vorgesehen, der Teil des Rotationsdämpfers ist und der mit dem Antriebszahnrad zusammenwirkt. Zu diesem Zweck ist der am Rotationsdämpfer respektive an dessen Sekundärteil angeordnete Spannring mit mehreren, sich axial erstreckenden Fingern versehen, die sich zum Antriebszahnrad erstrecken und mit ihren Enden in entsprechende, axial offene Ausnehmungen am Antriebszahnrad eingreifen. Die Auslegung ist dabei derart, dass infolge dieses Eingriffs die Finger geringfügig gebogen werden, das heißt, dass eine Biegespannung entsteht, die wiederum dazu führt, dass die beiden Verzahnungen gegeneinander gespannt werden, mithin also eine Vorspannung in Umfangsrichtung erzeugt wird. Das heißt, dass parallel zur eigentlichen Hauptverzahnung zwischen Abtriebszahnrad und Antriebszahnrad ein zusätzlicher mechanischer Eingriff gegeben ist, der derart ausgelegt ist, dass eine in Umfangsrichtung gerichtete Vorspannung über diesen zusätzlichen mechanischen Eingriff erzeugt wird, der wiederum auf die Hauptverzahnung, diese in Umfangsrichtung verspannend, wirkt.
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Wird also die Sekundärseite mit dem Antriebsstrang verbunden, das heißt, wird die Innenverzahnung auf die Außenverzahnung aufgesteckt, so werden hierbei gleichzeitig die Finger in die stirnseitigen Ausnehmungen geschoben, was zur geringfügigen Deformation der Finger, die Vorspannung erzeugend, führt.
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Infolge dieser Vorspannung kann eine etwaige Geräuschbildung in vielen Betriebsfällen unterdrückt werden respektive deutlich reduziert werden, da es aufgrund der Vorspannung nicht oder nur zu einem geringeren Abheben der Flanken kommt.
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Der Spannring ist, wie ausgeführt, Teil des Rotationsdämpfers und dort mit dessen Sekundärseite verbunden. Um den Spannring auf einfache Weise dort integrieren und fixieren zu können, sieht die Erfindung vor, dass der Spannring einen sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch aufweist, über den er mittels Befestigungselementen an dem Träger befestigt ist. Dieser Träger ist wie beschrieben Teil der Sekundärseite, an ihm sind die Bogenfedern angeordnet respektive abgestützt. Dieser Träger dient nun gleichzeitig als Montageschnittstelle zur Fixierung des Spannrings, der hierzu einen entsprechenden, sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch aufweist, im Bereich, welcher die Befestigung am Träger und damit an der Sekundärseite ergibt. An diesen Ringflansch schließen sich die Finger dann axial erstreckend an.
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Der Ringflansch selbst ist zweckmäßigerweise über mehrere Befestigungselemente, insbesondere Niet- oder Schraubverbindungen, über die der Träger mit dem Abtriebszahnrad verbunden ist, am Träger fixiert. Der Träger dient auch als Montageschnittstelle für das Abtriebszahnrad, das wie beschrieben ebenfalls Teil der Sekundärseite ist. Das Abtriebszahnrad ist üblicherweise über Nietverbindungen am Träger fixiert, kann aber auch angeschraubt sein. Diese Verbindungen dienen nun gleichzeitig der Fixierung des Spannrings respektive des Ringflansches, so dass hierzu keine separaten Befestigungsschnittstellen vorzusehen sind.
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Die Finger und die Ausnehmungen weisen zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung gerichtete Anlageflächen auf, die, die Vorspannung erwirkend, in der Montageposition aneinander anliegen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Anlageflächen der Finger und/oder die Anlageflächen der Ausnehmungen in Umfangsrichtung gerichtete Schrägflächen aufweisen. Aufgrund dieser Schrägflächen ist es möglich, dass die Finger beim Einschieben in die Ausnehmungen an den Anlageflächen geführt abgleiten, so dass das Biegemoment und damit das Vorspannmoment erzeugt wird. Die Montage wird hierüber vereinfacht, während gleichzeitig die Vorspannung aufgebaut wird.
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Der Spannring selbst ist dabei zweckmäßigerweise aus Federstahl und kann beispielsweise durch Stanzen aus einem Federstahlband und entsprechendes Biegen und Verbinden zur Ringform erzeugt werden. Alternativ kann er auch aus vergütetem Stahl sein, je nach der Höhe der gewünschten, zu erzeugenden Vorspannung.
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Da es trotz der Vorspannung wie beschrieben im Betrieb zu Flankenwechseln kommen kann, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Finger und/oder die Ausnehmungen zumindest abschnittsweise mit einem Kunststoffbelag versehen sind. Dieser Kunststoffbelag, der eine geeignete Weichheit respektive Elastizität aufweisen kann, dient als Verschleißschutz für den mechanischen Fingereingriff und verhindert, dass die metallischen Finger gegen die metallischen Ausnehmungsflanken. Verwendet werden kann ein geeigneter Thermoplast oder Duroplast oder Elastomerwerkstoff, der einerseits eine hinreichende Verschleißfestigkeit, auch im Hinblick auf etwaig erhöhte Betriebstemperaturen, aufweist.
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Dabei kann der Kunststoffbelag an den Fingern und/oder den Ausnehmungen als Beschichtung aufgebracht sein. Das heißt, dass die Finger und/oder die Ausnehmungen in einem geeigneten Beschichtungsverfahren mit dem Kunststoffbelag versehen werden. Alternativ ist es auch denkbar, dass der Kunststoffbelag an den Aussparungen in Form eines aufgepressten Kunststoffrings, der die Ausnehmungen auskleidende Abschnitte aufweist, vorgesehen ist. Hier wird also ein zusätzlicher Kunststoffring auf die Stirnseite des Antriebszahnrads, also der Getriebeeingangswelle, aufgesetzt und dort beispielsweise verklebt oder dergleichen, der derart ausgelegt ist, dass er entsprechende Abschnitte aufweist, die in die Ausnehmungen eingreifen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 eine Prinzipdarstellung, geschnitten, einer erfindungsgemäßen Rotationsdämpfereinrichtung, in einer Teilansicht,
- 2 eine Perspektivansicht eines in den Rotationsdämpfer integrierten Spannrings,
- 3 eine Teilansicht der Rotationsdämpfereinrichtung aus 1 während des Fügens des Abtriebszahnrads mit dem Antriebszahnrad unter Darstellung des sich ergebenden Eingriffs der Finger in die Ausnehmungen,
- 4 die Anordnung aus 3 in der Montagestellung, und
- 5 eine alternative Ausgestaltung der Anordnung aus 3 mit einem stirnseitig beschichteten Antriebszahnrad.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Rotationsdämpfereinrichtung 1, umfassend einen Rotationsdämpfer 2 mit einer Primärseite 3, die auch als Primärmasse bezeichnet werden kann, an der die Kurbelwelle einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine angeschlossen wird, über welche Kurbelwelle das Drehmoment eingeleitet wird.
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Vorgesehen sind des Weiteren mehrere in einem geeigneten Federkanal 4 aufgenommene Federelemente 5 in Form von Bogenfedern, die sich ein definiertes Winkelinkrement um den Umfang des Federkanals 4 erstrecken. Diese Federelemente 5 respektive Bogenfedern sind mit einem Ende an der Primärseite 3, also der Primärmasse abgestützt, mit dem anderen Ende sind sie mit der Sekundärseite 6 respektive Sekundärmasse gekoppelt. Diese Sekundärseite 6 umfasst in an sich bekannter Weise einen Träger 7, an den die Federelemente 5 angebunden sind respektive der mit ihnen gekoppelt ist. An dem Träger 7 ist des Weiteren ein Abtriebszahnrad 8 über geeignete Nietverbindungen 9 befestigt, wobei dieses Abtriebszahnrad 8 eine Innenverzahnung 10 aufweist, die mit einer Außenverzahnung 11 eines Antriebszahnrads 12, hier beispielsweise einer Getriebeeingangswelle, kämmt. Die Innen- und die Außenverzahnungen 10, 11 sind Axialverzahnungen, die ein axiales Einstecken ineinander ermöglichen. Das Antriebszahnrad 12 ist über ein Wälzlager 13 gelagert und erstreckt sich nach rechts in Richtung des Getriebes respektive ist mit diesem gekoppelt. In diesem Bereich befindet sich auch eine entsprechende radiale Erweiterung, an der eine nicht näher gezeigte Außenverzahnung angeordnet ist, mit der eine nicht näher gezeigte Elektromaschine mit deren Abtrieb unmittelbar gekoppelt ist, so dass ein etwaiges, von der Elektromaschine geliefertes Drehmoment direkt auf das Antriebszahnrad 12 gegeben werden kann, wenn beispielsweise ein Drehmomenterhöhungswunsch gegeben ist.
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Wie vorstehend beschrieben, greifen die Innenverzahnung 10 und die Außenverzahnung 11 ineinander, das heißt, dass bei einer Drehmomentübertragung deren Flanken aneinander anliegen. Denn das über die Kurbelwelle in die Primärseite 3 eingeleitete Drehmoment wird, gedämpft über die Federelemente 5, von der Primärseite 3 auf die Sekundärseite 6 gegeben und über das Antriebszahnrad 12 auf die nachgeschaltete Triebkomponente, hier also die Getriebeeingangswelle übertragen. Das heißt, dass aufgrund der Kopplung über die Federelemente 5 die Sekundärseite 6 relativ zur Primärseite 3 in Umfangsrichtung verdrehbar ist. Dies wiederum führt nun dazu, dass innerhalb der miteinander kämmenden Innen- und Außenverzahnungen 10, 11 keine permanente Flankenanlage gegeben ist, sondern es Betriebszustände geben kann, in denen sich die Flanken voneinander lösen respektive es zu einem Flankenwechsel kommt, was zu einer Geräuscherzeugung führen kann.
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Um eine Geräuschbildung zu vermeiden oder zu unterdrücken, ist erfindungsgemäß ein Spannring 14 vorgesehen, der in den Rotationsdämpfer 2 integriert ist. Der Spannring 14, der beispielsweise aus Federstahl ist oder aus einem vergüteten Stahl, je nach der gewünschten, über ihn zu erzeugenden Vorspannung, weist einen sich radial erstreckenden Ringflansch 15 auf, über den er am Träger 7 befestigt ist, und zwar ebenso über die Nietverbindungen 9, wie das Abtriebszahnrad 8. Vom Ringflansch 15 erstrecken sich mehrere einzelne Finger 17 axial in Richtung der Stirnfläche 18 des Antriebszahnrad 12. Diesen Fingern 17 sind in der Stirnfläche 18 des Antriebszahnrads 12 ausgebildete Ausnehmungen 19 zugeordnet, die sich axial erstrecken, und in die die Finger 17 eingreifen. Die Anordnung ist derart, dass beim Einführen respektive in der Montagestellung der Finger 17 innerhalb der Ausnehmungen 18 die Finger 17 geringfügig verbogen werden, so dass in Umfangsrichtung eine torsionale Vorspannung erzeugt wird, über die die Flanken der Außenverzahnung 11 gegen die Flanken der Innenverzahnung 10 in Umfangsrichtung vorgespannt werden.
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Der Spannring 14 ist im Detail perspektivisch in 2 gezeigt. Am Ringflansch 15 sind im gezeigten Beispiel vier Finger 17 angebunden, die einstückig mit dem Ringflansch ausgeführt werden und entsprechend gebogen sind, so dass sie sich axial erstrecken und gleichwohl eine gewisse Deformation unter Verbiegung in Umfangsrichtung möglich ist.
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3 zeigt die Situation, wenn die Innenverzahnung 10 auf die Außenverzahnung 11 aufgeschoben wird. Gezeigt ist hier die Ebene der Finger 17 und der Ausnehmungen 19. Ersichtlich sind die Finger 17 in Umfangsrichtung geringfügig zur Mitte der Ausnehmungen 19 versetzt. Die Finger 17 weisen Anlageflächen 20 auf, die entsprechende Schrägflächen 21 aufweisen. Auch die Ausnehmungen 19 weisen Anlageflächen 22 auf, die im gezeigten Beispiel ebenfalls Schrägflächen 23 aufweisen. Der Winkel, den die Schrägflächen 21 und 23 relativ zur Längsachse einnehmen, ist in 4 mit dem Winkel α dargestellt. Werden nun die Finger 17 in die Ausnehmungen 19 eingeschoben, wie durch den Pfeil P1 in 2 gezeigt ist, so gleiten die Schrägflächen 21 auf den Schrägflächen 23 ab, es kommt zu einer geringfügigen Deformation oder Verbiegung der länglichen, sich axial erstreckenden Finger 17, wie in 3 gezeigt, und damit zur Erzeugung einer in Richtung des Pfeils P2 gerichteten Vorspannung in Umfangsrichtung, das heißt, dass die beiden Schrägflächen 21 und 23 in Umfangsrichtung gegeneinander gespannt sind. Aufgrund dieser Vorspannung wird nun das Umfangsspiel zwischen der Innen- und der Außenverzahnungen 10, 11 überbrückt und damit eine permanente Flankenanlage realisiert, das heißt, dass über die Vorspannung verhindert wird, dass sich die Flanken allzu häufig voneinander abheben, wobei dies in bestimmten Betriebszuständen natürlich nicht ausgeschlossen ist. Gleichwohl kann eine Geräuschbildung aufgrund der über die Vorspannung gegebenen, nahezu permanenten Flankenanlage deutlich reduziert werden.
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In bestimmten Betriebszuständen kann es gleichwohl zu einem Flankenwechsel kommen. Daher sind die Finger bzw. die Ausnehmungsflanken gegen Verschleiß zu schützen. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung, siehe 5, sieht hierzu vor, einen Kunststoffbelag 24 im gezeigten Beispiel an dem Antriebszahnrad 12 stirnseitig aufzubringen, wobei dieser Kunststoffbelag 24 beispielsweise ein aufgepresster oder angeklebter Kunststoffring 25 ist, der entsprechende Abschnitte 26 aufweist, die die Ausnehmungen 19 hier vollständig auskleiden. Dieser Kunststoffbelag 24 dient als Verschleißschutz bezüglich des Fingereingriffs. Alternativ zur dargestellten Ausbildung oder Anordnung es Kunststoffbelags 24 an dem Antriebszahnrad 12 ist es auch denkbar, die jeweiligen Finger 17 mit einem entsprechenden Kunststoffbelag zu versehen.
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Das heißt, dass durch die Integration des erfindungsgemäßen Spannrings 14 in Verbindung mit dem mechanischen Eingriff der Finger 17 in die antriebszahnradseitigen Ausnehmungen 19 eine permanente Vorspannung auf den Verzahnungseingriff der Innen- und der Außenverzahnung 10, 11 gegeben ist, was zu einer Geräuschminderung führt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotationsdämpfereinrichtung
- 2
- Rotationsdämpfer
- 3
- Primärseite
- 4
- Federkanal
- 5
- Federelement
- 6
- Sekundärseite
- 7
- Träger
- 8
- Abtriebszahnrad
- 9
- Nietverbindung
- 10
- Innenverzahnung
- 11
- Außenverzahnung
- 12
- Antriebszahnrad
- 13
- Wälzlager
- 14
- Spannring
- 15
- Ringflansch
- 17
- Finger
- 18
- Ausnehmung
- 19
- Ausnehmung
- 20
- Anlagefläche
- 21
- Schrägfläche
- 22
- Anlagefläche
- 23
- Schrägfläche
- 24
- Kunststoffbelag
- 25
- Kunststoffring
- 26
- Abschnitt
- P1, P2
- Pfeil
