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Die Anmeldung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, der ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil einschließt, zwischen denen eine Federdämpfereinrichtung angeordnet ist, deren Bogenfedern sich einerseits an dem Eingangsteil und andererseits an einem dem Ausgangsteil zugeordneten Bogenfederflansch abstützen, wodurch das Eingangsteil und das Ausgangsteil entgegen einer Rückstellkraft der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind und im Drehmomentfluss der Federdämpfereinrichtung ein als Rutschkupplung aufgebauter Drehmomentbegrenzer nachgeordnet ist, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Drehschwingungsdämpfer bzw. Zweimassenschwungräder sind bekannt. Diese werden in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen einer Brennkraftmaschine und beispielsweise einer Fahrzeugkupplung eingesetzt zur Isolation von Drehschwingungen, die durch die Wirkungsweise von Brennkraftmaschinen prinzipbedingt entstehen. Bei dem Drehschwingungsdämpfer ist ein auch Primärmasse genanntes Eingangsteil mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und ein auch Sekundärmasse genanntes Ausgangsteil mit einer Reibungskupplung und/oder in anderer Weise mit einem Getriebe verbindbar. Zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil ist vorzugsweise eine in Umfangsrichtung wirksame Federdämpfereinrichtung mit eingangs- und ausgangsseitig beaufschlagten Bogenfedern vorgesehen, die Drehmomentspitzen zwischenspeichern und zeitverzögert abgeben. Beispielsweise ist aus der
DE 10 2014 211 603 A1 ein entsprechender, als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer bekannt.
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Im Antriebsstrang von brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugen können insbesondere in der Start- und Stoppphase der Brennkraftmaschine oder bei einem plötzlichen, zum Motorstillstand führenden Einkuppeln schlagartig den Antriebsstrang schädigende Spitzenbelastungen, sogenannte Impacts (Drehmomentstöße), mit hoher Lastwechselzahl auftreten. Von den Kraftfahrzeugherstellern werden daher Drehmomentbegrenzer gefordert, um Bauteile innerhalb des Getriebes vor Überlast zu schützen. Weiterhin werden die Bogenfedern der Federdämpfereinrichtung durch die Impacts belastet, die kurzzeitig bis zum Anschlag zusammengedrückt werden.
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Um diesen nachteiligen Effekt der Impacts zu vermeiden und materialschonend zu kompensieren, ist es bekannt, Drehschwingungsdämpfer mit einem als Rutschkupplung ausgeführten Drehmomentbegrenzer zu bestücken. Mit dem im mehrteiligen, auch Sekundärteil genannten Ausgangsteil integrierten Drehmomentbegrenzer kann bei einer Überschreitung eines Grenzdrehmomentes beispielsweise ein Durchrutschen von einem Bauteil der zusammenwirkenden Bauteile des Ausgangsteils erreicht werden. Dabei wird überschüssige Energie als Reibungswärme abgeführt und eine Bauteilbelastung verringert. Der zulässige Abstand zwischen minimal zu übertragendem Moment und maximal zu übertragendem Moment ist dabei oft relativ klein.
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Die
DE 10 2010 025 579 A1 sowie die
DE 10 2014 211 603 A1 zeigen bereits als Rutschkupplung aufgebaute, Reibscheiben einschließende Drehmomentbegrenzer, die eine Übertragung von Drehmomentspitzen (Impacts) im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs vermeiden. Bei bekannten Lösungen kann im Betriebszustand eine von den Bogenfedern des Drehschwingungsdämpfers ausgelöste Querkraft den Bogenfederflansch bzw. den Trägerflansch beaufschlagen und in den Drehmomentbegrenzer einleiten. Als Folge tritt häufig eine Verschiebung von Reibpartnern des Drehmomentbegrenzers auf, verbunden mit einer nachteiligen unkontrollierten Fremdreibung zwischen den Reibpartnern. In der
DE 10 2014 217 853 A1 ist ein weiterer, seriell zu der Federdämpfereinrichtung des Zweimassenschwungrades geschalteter, als Rutschkupplung wirkender Drehmomentbegrenzer offenbart, der in einem Ölbad eingesetzte oder anderweitig geschmierte Reibscheiben einschließt, wodurch dieser eine aufwendige Abdichtung erfordert.
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Zugrunde liegt die Aufgabe, einen Drehschwingungsdämpfer mit einem baulich und/oder funktional verbesserten Drehmomentbegrenzer bereitzustellen, der ohne Fremdreibung über seine Lebensdauer eine gleichbleibende Reibeigenschaft sichert, wobei die dazu vorgesehene Maßnahme bauraumneutral sowie einfach und mit geringem Kostenaufwand darstellbar ist.
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Diese Aufgabenstellung wird durch einen die Merkmale des Anspruchs 1 einschließenden Drehschwingungsdämpfer gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
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Das konstruktive Konzept besteht darin, dass die Reibscheiben jeweils radial innenseitig eine abgewinkelte, axial abstehende Innenschulter aufweisen, die im Einbauzustand zueinander ausgerichtet, übereinstimmend den Bogenfederflansch begrenzt umschließen. Durch die auch als Bund oder Bord zu bezeichnenden Innenschultern der Reibscheiben stellt sich eine großflächige, eine Abstützung und Führung bildende Überlappung an dem Bogenfederflansch ein. Damit gewährleistet das vorgeschlagene Design eine exakte radiale Stabilisierung und effektive Führung der Reibscheiben, wodurch das für den Drehmomentbegrenzer ausgelegte Haftmoment (max. Moment) und das Gleitmoment (min. Moment) dauerhaft eingehalten wird.
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So führt ein Mittenversatz des Bogenfederflansches, der sich durch eine Querkraft aufgrund unterschiedlicher Blockwinkellängen der Bogenfedern ergibt, nicht zu einer nachteiligen Fremdreibung, einem Stahl/Stahl-Kontakt, beispielsweise zwischen dem Bogenfederflansch und der Stützscheibe des Drehmomentbegrenzers. Durch die vorgeschlagene Lösung, dem Anbringen der Innenschulter an der Reibscheibe ist folglich sichergestellt, dass bei auftretender Querkraft der damit verbundene Mittenversatz des Bogenfederflansches sich stets ein Kontakt zwischen der Reibscheiben-Innenschulter und einem Nachbarteil einstellt. Dadurch ist vorteilhaft stets ein gewünschter, stabiler, keine Streuung aufweisender Reibwert zwischen der Reibscheibe und der Stützscheibe und/oder dem Bogenfederflansch realisierbar.
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Mit dem konstruktiven Aufbau des Drehmomentbegrenzers verbessert sich das Isolationsverhalten des Drehschwingungsdämpfers. Die sich gleichzeitig einstellende geringere Reibwertstreuung reduziert entscheidend einen Abstand zwischen dem maximalen Haftreibmoment und dem minimalen Gleitreibmoment auf ein für die Betriebssicherheit des Drehmomentbegrenzers ausreichendes Niveau. Damit verbunden können im Vergleich zu bisherigen Lösungen aufwendige Anpassungen an die Steuerung der Brennkraftmaschine entfallen, um die gewünschten Ergebnisse hinsichtlich Impactreduzierung und Bauteilschutz zu erreichen.
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Vorteilhaft sind die Reibscheiben, mit denen über die Lebensdauer gleichbleibende Reibeigenschaften realisierbar sind, fertigungstechnisch einfach, mit geringem Kostenaufwand herstellbar. Weiterhin sind die nahezu bauraumneutral gestalteten Reibscheiben kostenneutral in bekannte Serienkonstruktionen von Drehschwingungsdämpfern integrierbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, die einteilig aufgebaute Reibscheibe mit einer partiell angeordneten oder umlaufenden Innenschulter mit einer speziellen Länge zu versehen. Bevorzugt weist die Innenschulter eine Länge auf, die geringer ist als die halbe Wand- bzw. Materialstärke von dem Bogenfederflansch. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass auch bei einer durch Verschleiß bedingten reduzierten Wandstärke der Reibscheiben kein die Funktion des Drehmomentbegrenzers beeinflussender Kontakt über die Innenschulter entsteht.
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Zur Erzielung einer kraftschlüssigen Abstützung beider Reibscheiben an dem Bogenfederflansch ist zwischen einer Stützscheibe und einem Führungsblech eine Tellerfeder eingesetzt, durch deren Spreizkraft beide Reibscheiben beaufschlagt an dem Bogenfederflansch geführt sind. Um die Montage zu vereinfachen, ist die Tellerfeder vorzugsweise an der Stützscheibe abgestützt, welche der Abtriebsseite des Drehmomentbegrenzers zugeordnet ist.
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Weiterhin ist ein zentrierter Einbau des Führungsblechs gegenüber der zugehörigen Reibscheibe vorgesehen, wodurch gleichzeitig die Reibscheibe radial fixiert ist. Dazu ist das Führungsblech umfangsverteilt mit mehreren axial ausgerichteten Zentriernocken versehen, die formschlüssig in korrespondierende Ausnehmungen der abtriebsseitigen Reibscheibe eingreifen.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist im Einbauzustand die antriebsseitig positionierte Reibscheibe über die Innenschulter an einem gestuften, axial ausgerichteten Abschnitt der zugehörigen Stützscheibe des Drehmomentbegrenzers abgestützt. Damit ist die antriebsseitige Reibscheibe in beiden radialen Richtungen lagefixiert positioniert eingesetzt.
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Bevorzugt umfasst der Drehmomentbegrenzer Reibscheiben, die an dem Bogenfederflansch oder alternativ an der Stützscheibe bzw. an dem Führungsblech vorzugsweise stoffschlüssig befestigt sind. Weiterhin bietet es sich an, die Reibscheibe formschlüssig zu sichern. Die konstruktive Ausgestaltung der Reibscheiben ist außerdem auf Drehmomentbegrenzer mit nassen bzw. geschmierten Reibscheiben übertragbar.
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Die Anmeldung schließt zum Schutz von trocken eingesetzten Reibscheiben eine zwischen der Federdämpfereinrichtung und dem Drehmomentbegrenzer angeordnete, an dem Bogenfederflansch befestigte Abschirmung ein. Mit dieser Maßnahme ist sichergestellt, dass die Reibscheiben weder von dem Schmierstoff der Federdämpfereinrichtung noch durch von außen in den Drehschwingungsdämpfer eindringende Verunreinigung kontaminiert werden. Vorteilhaft unterstützt diese Maßnahme, dass damit für den als Rutschkupplung wirkenden Drehmomentbegrenzer ein definierter Reibwert über die Lebensdauer gewährleistet ist. Eine wirksame Abdichtung ist mit einem an dem Bogenfederflansch befestigten Abschirmblech erzielbar, dessen abgewinkelte Schenkel im Einbauzustand entgegengesetzt zueinander ausgerichtet in einem radialen Abstand zu den Reibscheiben angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Drehmomentbegrenzer mehrteilig aufgebaute Reibscheiben. Dabei besteht jede Reibscheibe aus einer Verbundscheibe bzw. Trägerscheibe, an der beidseitig ein Reibbelag bevorzugt stoffschlüssig oder durch Nieten befestigt ist. Weiterhin weist die bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff hergestellte Trägerscheibe eine axial abstehende Innenschulter auf.
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Das Reibmaterial für die Reibscheibe und die Reibbeläge zur Erzielung guter Reibwerte umfasst vorteilhaft einen Basiswerkstoff, beispielsweise Polyamid, mit einer Beimischung eines Füllstoffs, beispielsweise mit Bariumsulfat und/oder mineralisch, sowie vorzugsweise Kohlenstofffasern und/oder PTFE.
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Das vorgeschlagene Konzept erfüllt die Forderung von Automobilherstellern, Drehschwingungsdämpfer speziell für Hybridanwendungen, auch DHT- (dedictated hybrid transmission) Anwendungen genannt, bereitzustellen, mit denen der Isolationsgrad der Drehschwingungen im Antriebsstrang weiter verbessert werden kann. Bei einer Hybridanwendung kann der Achsantrieb des Kraftfahrzeugs rein elektrisch über eine Brennkraftmaschine oder mittels eines kombinierten Antriebs erfolgen, wobei der Achsantrieb eine Schalttrennkupplung einschließt. Die vorgeschlagene, die Funktion des Drehmomentbegrenzers verbessernde Maßnahme beansprucht wenig Bauraum, die sich somit vorteilhaft für eine Hybrid-Anwendung eignet, bei der die Drehschwingungsdämpfer für enge Einbauräume auszulegen sind.
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Der vorgeschlagene, Reibscheiben mit Innenschulter einschließende Drehmomentbegrenzer ist für nahezu alle Drehschwingungsdämpfer verwendbar, die in unterschiedlichen Antriebsstränge einsetzbar sind. Außerdem kann der Drehmomentbegrenzer in Drehschwingungsdämpfer integriert werden, die ein Fliehkraftpendel und/oder einen im Drehmomentfluss zwischen der Federdämpfereinrichtung und dem Drehmomentbegrenzer angeordneten Vordämpfer einschließen.
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Der angemeldete Gegenstand wird nachfolgend anhand von drei Figuren näher beschrieben, in denen eine Ausführungsform von einem Drehmomentbegrenzer gezeigt ist. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigte Ausführungsform beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einem Halbschnitt einen Drehschwingungsdämpfer mit einem Drehmomentbegrenzer;
- 2: vergrößert einen Ausschnitt des in 1 gezeigten Drehmomentbegrenzers, der insbesondere den Aufbau des Drehmomentbegrenzers verdeutlicht;
- 3: eine Einzelteilzeichnung von einer mehrteilig aufgebauten Reibscheibe.
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In der 1 ist in einem Halbschnitt ein als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer 1 gezeigt, der beispielsweise in einem für eine Hybridanwendung (DHT) bestimmten Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Antriebsseitig ist der Drehschwingungsdämpfer 1 mit einer Brennkraftmaschine und abtriebsseitig beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle oder einer Schalttrennkupplung verbunden bzw. verbindbar. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst brennkraftmaschinenseitig ein auch Primärteil genanntes Eingangsteil 2 und abtriebsseitig ein auch Sekundärteil genanntes Ausgangsteil 3, die gemeinsam um eine Drehachse 4 drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Zwischen dem Eingangsteil 2 und dem Ausgangsteil 3 ist eine Federdämpfereinrichtung 5 wirksam, die als Bogenfedern 6 ausgeführte mechanische Energiespeicher einschließt. Das Eingangsteil 2 umschließt gemeinsam mit einem Deckelelement 7 einen zur Aufnahme der Federdämpfereinrichtung 5 bestimmten Innenraum 8, in dem die Bogenfedern 6 mit einem Federende an Anschlägen (nicht gezeigt) des Eingangsteils 2 und mit dem weiteren Federende an einem auch Trägerflansch genannten Bogenfederflansch 9 des mehrteilig aufgebauten Ausgangsteils 3 abgestützt sind. Zur Reibungsminderung der Bogenfedern 6 ist der Innenraum 8 zumindest teilweise mit einem Schmierstoff gefüllt. Im Einbauzustand ist das Eingangsteil 2 des Drehschwingungsdämpfers 1 an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) befestigt. Das Ausgangsteil 3 ist über eine Abtriebsnabe 10 beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle (nicht gezeigt) verbunden, die bevorzugt formschlüssig in eine Steckverzahnung der Abtriebsnabe 10 eingreift.
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Innerhalb des Drehschwingungsdämpfers 1 radial unterhalb der Federdämpfereinrichtung 5 ist ein als Rutschkupplung wirkender Drehmomentbegrenzer 11 integriert, der den Antriebsstrang, insbesondere dem Drehschwingungsdämpfer 1 nachgeordnete Aggregate vor schlagartig auftretenden Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts schützt und auf ein betriebssicher übertragbares Drehmoment begrenzt. Sobald ein Drehmoment einen definierten, maximalen Wert überschreitet, wird eine Drehmomentübertragung durch den Drehmomentbegrenzer 11 unterbrochen. Der Drehmomentbegrenzer 11 umfasst radial innenseitig beidseitig an dem Bogenfederflansch 9 abgestützte Reibscheiben 12, 13, die gemeinsam in eine Aufnahme 14 eingreifen. Die radial in Richtung der Federdämpfereinrichtung 5 offene, U-förmig gestaltete Aufnahme 14 ist axial von zwei beabstandeten, zueinander entgegengesetzt gekröpften Stützscheiben 15, 16 begrenzt, die über Nietverbindungen 17 an der Abtriebsnabe 12 befestigt sind. Antriebsseitig ist die Reibscheibe 12 unmittelbar zwischen dem Bogenfederflansch 9 und der Stützscheibe 15 eingesetzt. Auf der Gegenseite, der Abtriebsseite, ist die Reibscheibe 13 von einer zwischen der Stützscheibe 16 und einem Führungsblech 19 angeordneten Tellerfeder 18 kraftbeaufschlagt. Der Drehschwingungsdämpfer 1 umfasst weiterhin ein der Abtriebsnabe 10 und folglich dem Ausgangsteil 3 zugeordnetes Fliehkraftpendel 26, welches axial dem Drehschwingungsdämpfer 1 vorgelagert ist. Mit dem Fliehkraftpendel 26 bekannten Aufbaus, das schwingende Pendelmassen einschließt, ist eine weitere Dämpfung von auftretenden Drehschwingungen erzielbar.
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Die 2 verdeutlicht durch einen vergrößerten Ausschnitt des Drehmomentbegrenzers 1 den Aufbau des Drehmomentbegrenzers 11 und zeigt dazu weitere Details. Zur Erzielung einer stabilen, radial nach außen gerichteten Einbaulage der Reibscheiben 12, 13 weisen diese jeweils radial innenseitig eine abgewinkelte, axial abstehende Innenschulter 20, 21 auf, die zueinander ausgerichtet, den Bogenfederflansch 9 übereinstimmend begrenzt umschließen. Für die partiell oder umlaufend angeordneten Innenschultern 20, 21 der einteiligen Reibscheiben 12, 13 ist eine Länge L vorgesehen, die geringer ist als die halbe Materialstärke S von dem Bogenfederflansch 9. Radial innenseitig ist die Reibscheibe 12 über die Innenschulter 20 an einem gestuften, axial verlaufenden Abschnitt 22 der Stützscheibe 15 abgestützt. Eine entsprechende radiale Führung der Reibscheibe 13 kann über umfangsseitige, axiale Zentriernocken 23 des Führungsblechs 19 erfolgen, die formschlüssig in korrespondierende Ausnehmungen 24 der Reibscheibe 13 verrasten. Als Maßnahme zur Darstellung einer abgeschirmten Aufnahme 14 der trocken eingebauten Reibscheiben 12, 13, um diese wirksam vor einem Schmierstoffeintritt aus dem Innenraum 8 und allgemein vor Verunreinigungen abzudichten, ist eine Abschirmung 25 vorgesehen. Als Abschirmung 25 eignen sich abgewinkelte Blechelemente, die jeweils radial oberhalb der Aufnahme 14 an dem Bogenfederflansch 9 befestigt, axial nach außen gerichtete, sich axial über die Materialstärke der Reibscheibe 12, 13 erstreckende Schenkel bilden.
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In der 3 ist eine mehrteilig aufgebaute, für den Drehmomentbegrenzer 11 bestimmte Reibscheibe 27 gezeigt. Dabei umfasst die Reibscheibe 27 beidseitig an einer auch Trägerscheibe zu bezeichnenden Verbundscheibe 28 jeweils bevorzugt formschlüssig befestigte Reibbeläge 29, 30. Radial innenseitig schließt sich eine axial abstehende Innenschulter 31 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Eingangsteil
- 3
- Ausgangsteil
- 4
- Drehachse
- 5
- Federdämpfereinrichtung
- 6
- Bogenfeder
- 7
- Deckelelement
- 8
- Innenraum
- 9
- Bogenfederflansch
- 10
- Abtriebsnabe
- 11
- Drehmomentbegrenzer
- 12
- Reibscheibe
- 13
- Reibscheibe
- 14
- Aufnahme
- 15
- Stützscheibe
- 16
- Stützscheibe
- 17
- Nietverbindung
- 18
- Tellerfeder
- 19
- Führungsblech
- 20
- Innenschulter
- 21
- Innenschulter
- 22
- Abschnitt
- 23
- Zentriernocken
- 24
- Ausnehmung
- 25
- Abschirmung
- 26
- Fliehkraftpendel
- 27
- Reibscheibe
- 28
- Verbundscheibe
- 29
- Reibbelag
- 30
- Reibbelag
- 31
- Innenschulter
- L
- Länge (Innenschulter)
- S
- Materialstärke (Bodenfederflansch)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014211603 A1 [0002, 0005]
- DE 102010025579 A1 [0005]
- DE 102014217853 A1 [0005]
