DE102021108195A1

DE102021108195A1 - Drehschwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102021108195A1
Application number: DE102021108195.5A
Authority: DE
Inventors: Roman Weisenborn
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-05-06
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-11-11
Also published as: CN113623360A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer (10) zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem um eine Drehachse (12) drehbaren Primärteil (14), einem relativ zu dem Primärteil (14) begrenzt verdrehbaren Sekundärteil (22) und einem an dem Primärteil (14) und an dem Sekundärteil (22) anschlagbaren Energiespeicherelement (18), insbesondere Druck- oder Bogenfeder, zur Koppelung des Primärteils (14) mit dem Sekundärteil (22), wobei das Energiespeicherelement (18) in einem von dem Primärteil (14) zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum (16) angeordnet ist, wobei das Sekundärteil (22) einen in den Aufnahmeraum (16) hineinragenden Ausgangsflansch (20) zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement (18) und eine mit dem Ausgangsflansch (20) verbundene Ausgangsnabe (24) zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist, und wobei das Primärteil (14) eine Flexplate (28) und eine Deckscheibe (32) aufweist. Um die Flexplate (28) und die Deckscheibe (32) axial schmalbauend, aber sicher miteinander verbinden zu können, wird vorgeschlagen, dass die Flexplate (28) und die Deckscheibe (32) miteinander verstemmt sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler, Pendelwippendämpfer oder Scheibendämpfer, mit dessen Hilfe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs auftretende Drehschwingungen gedämpft werden können.
Aus der DE 10 2018 110 309 A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer mit einer als Schwungrad ausgebildeten Primärmasse und einer radial innen daran befestigten Deckscheibe bekannt. Will man solche Drehschwingungsdämpfer axial dünner bauen oder den axialdynamischen Einfluss der Kurbelwelle reduzieren, kann man anstelle des (axial dickeren) Schwungrads eine sogenannte „Flexplate“ verwenden, die deutlich dünner ist als ein konventionelles Schwungrad.
Eine Flexplate ist eine Metallscheibe, die den Ausgang eines Motors mit dem Eingang eines Drehmomentwandlers - meist in einem mit einem Automatikgetriebe ausgestatteten Auto - verbindet. Da der englische Ausdruck flexplate (auch flex plate) für eine federnde, flexible Platte bei Drehschwingungsdämpfern ein Fachwort ist und bereits in der deutschen Patentliteratur verwendet wird, werden wir ihn auch hier (als Hauptwort großgeschrieben) verwenden.
So ist zum Beispiel aus der DE 10 2017 117 526 A1 ein solcher Drehschwingungsdämpfer mit einer Flexplate bekannt. Er ist ausgestattet mit einem um eine Drehachse drehbaren Primärteil, einem relativ zu dem Primärteil begrenzt verdrehbaren Sekundärteil und einem an dem Primärteil und an dem Sekundärteil anschlagbaren Energiespeicherelement, insbesondere Druck- oder Bogenfeder, zur Koppelung des Primärteils mit dem Sekundärteil, wobei das Energiespeicherelement in einem von dem Primärteil zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum angeordnet ist, wobei das Sekundärteil einen in den Aufnahmeraum hineinragenden Ausgangsflansch zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement und eine mit dem Ausgangsflansch verbundene Ausgangsnabe zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist, wobei das Primärteil eine Flexplate und eine Deckscheibe aufweist. Die Deckscheibe ist radial innen angeordnet und dient unter anderem dazu, die Klemmlänge der Kurbelwellenverschraubung ausreichend groß zu machen. Die Deckscheibe wird hier von den Befestigungsschrauben des Nabenflansches an der Flexplate mitgehalten. Wenn eine solche Flexplate ein Schwungrad ersetzt, ist häufig an der an sich dünnen, leichten Flexplate radial außen eine größere Schwungmasse angeordnet. Bei diesem Stand der Technik benötigen die Befestigungsschrauben, die die Deckscheibe an der Flexplate halten, axial einen bestimmten Bauraum, der nicht immer zur Verfügung steht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen aufzuzeigen, mit denen Flexplate und Deckscheibe eines Drehschwingungsdämpfers axial schmalbauend, aber trotzdem sicher miteinander verbunden werden können.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Drehschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Es wird also ein Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler oder Scheibendämpfer, zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, vorgeschlagen, mit einem um eine Drehachse drehbaren Primärteil, einem relativ zu dem Primärteil begrenzt verdrehbaren Sekundärteil und einem an dem Primärteil und an dem Sekundärteil anschlagbaren Energiespeicherelement, insbesondere Druck- oder Bogenfeder, zur Koppelung des Primärteils mit dem Sekundärteil, wobei das Energiespeicherelement in einem von dem Primärteil zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum angeordnet ist, wobei das Sekundärteil einen in den Aufnahmeraum hineinragenden Ausgangsflansch zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement und eine mit dem Ausgangsflansch verbundene Ausgangsnabe zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist, wobei das Primärteil eine Flexplate und eine Deckscheibe aufweist, und wobei die Flexplate und die Deckscheibe miteinander verstemmt sind.
„Verstemmen“ (englisch: press-fit stem) bezeichnet in der Mechanik das Herstellen einer kraft- und formschlüssigen Verbindung zwischen zwei einzelnen Werkstücken durch plastisches Verformen. Meist wird der Randbereich eines der beiden Werkstücke so verformt, dass sich die beiden Werkstücke unlösbar ineinander verkeilen. Im Gegensatz zu stoffschlüssigen Verbindungen, wie Schweißen, lassen sich durch Verstemmen auch unterschiedliche Werkstoffe zusammenfügen. Zum Verstemmen eignen sich alle Materialien oder Materialkombinationen, von denen sich wenigstens eines/eine plastisch verformen lässt. Hier gelingt das durch Verformen des weicheren Werkstoffs, zum Beispiel des Stahls der Deckscheibe, in Ausnehmungen der aus härterem Werkstoff, zum Beispiel Federstahl, hergestellten Flexplate. Die Deckscheibe besteht hier aus einem Stahl, der eine geringere Festigkeit besitzt als die Flexplate und gerne zum Umformen genommen wird. Deckscheibe und Flexplate werden bevorzugt durch Stanzen hergestellt.
Die Flexplate und die Deckscheibe können minimal eine Verbindungsstelle haben. Dies würde schon reichen, da Verstemmungen hohe Drehmomente übertragen können. Bevorzugt ist allerdings eine Ausführung, bei der die Flexplate und die Deckscheibe an mehreren Stellen verbunden sind, zum Beispiel an zwei, drei, vier, fünf oder sechs Stellen, bevorzugt gleichmäßig auf einem Kreis auf den runden Scheiben verteilt. Bevorzugt wäre also, dass die Flexplate mehrere Bohrungen und die Deckscheibe mehrere, mit den Bohrungen korrespondierende hervorragende Elemente, wie Warzen, aufweisen.
Die mit den Bohrungen korrespondierenden Elemente können, wie Niete, eigene Bauteile sein. Dann ist das Vorbereiten und Aneinanderlegen von Deckscheibe und Flexplate aber etwas umständlich. In einer bevorzugten Ausführung sind die Warzen deshalb integrierte Teile der Deckscheibe und zum Beispiel gezogen. Dann können die Deckscheibe und die Flexplate einfach aufeinandergelegt werden - Warzen in Löcher stecken - und liegen automatisch schon vor der Verstemmung richtig aufeinander.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich die Deckscheibe der Primärmasse am radial inneren Ende der Primärmasse. Sie liegt dann genau dort, wo eine substantielle Verstärkung des an sich dünnen Materials der Flexplate für sichere Verschraubungen benötigt wird.
Die Bohrungen können mit an sich bekannten Verfahren eingebracht sein, wie zum Beispiel durch Bohren, Stanzen oder Laserbearbeitung. Dann sind die Bohrungen gerade, weisen also über ihre gesamte Erstreckung den gleichen Durchmesser auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können die Bohrungen auch anders geformt sein, zum Beispiel insgesamt konisch, also mit unterschiedlichen Durchmessern über den Verlauf, oder teilweise gerade und teilweise mit einer konischen Anprägung oder einer konischen Stanzung (großer Stanzaustritt), so wie häufig Bohrungen für Senkkopfschrauben angesenkt sind. So ergibt sich beim Fließen des Materials in der Bohrung in dem konischen Bereich, dass das Material auch den Konus - nun breiter werdend - teilweise füllt und sich durch dieses Hintergreifen eine besonders feste Verbindung ergibt.
Nach dem Zusammenlegen der beiden Bauteile Flexplate und Deckscheibe erfolgt dann das eigentliche Verstemmen, das plastische Verformen der Warzen, so dass die Warzen bei vereinigter Flexplate und Deckscheibe zu einer Art Schließkopf verformt sind und beide Teile unlösbar miteinander verbunden sind. Dies hält die Deckscheibe sicher an der richtigen Stelle und lange genug fest, und wenn es nur bis zur Montage der dann mit der Deckscheibe verbundenen Flexplate an der Kurbelwelle mittels Schrauben dauert. Danach wird die Flexplate ja auch von den Montageschrauben der Kurbelwelle an ihrer richtigen Position gehalten.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Schließkopf so ausgebildet, dass er keinen Überstand gegenüber der Flexplate aufweist, dass also kein Material hinter der Flexplate herausragt. So wird eine axial sehr schlanke Bauform erreicht, die es erlaubt, den Drehschwingungsdämpfer auch in axial beengten Platzverhältnissen einzusetzen. Eine axial schlanke Bauart hat den Vorteil, dass die verstemmten Warzen radial innerhalb der Erstreckung der Kurbelwelle liegen können.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen

1: eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines Drehschwingungsdämpfers,
2: eine schematische Schrägansicht einer Flexplate mit Deckscheibe,
3: eine schematische Schnittansicht einer Flexplate mit Deckscheibe,
4: Herstellungsschritte für die Verbindung einer Deckscheibe mit einer Flexplate und
5: die Herstellung einer Verbindung einer Deckscheibe mit einer anderen Flexplate.

Der in der 1 am Beispiel eines Zweimassenschwungrads zur Drehschwingungsdämpfung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dargestellte Drehschwingungsdämpfer 10 weist ein um eine Drehachse 12 rotierbares Primärteil 14 auf. Das Primärteil 14 weist ein mit einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors verschraubbare scheibenförmige Flexplate 28, auf, an der radial außen eine Schwungmasse 40 befestigt ist. Die Flexplate 28 und die Schwungmasse 40 begrenzen motorseitig einen ringförmigen Aufnahmeraum 16, in dem ein als Bogenfeder ausgestaltetes Energiespeicherelement 18 angeordnet ist. Das Primärteil 14 kann über in den Aufnahmeraum 16 abstehende Einprägungen tangential an einem Ende des Energiespeicherelements 18 anschlagen. An einem anderen Ende kann das Energiespeicherelement 18 zur Drehmomentübertragung an einen in den Aufnahmeraum 16 radial hineinragenden Ausgangsflansch 20 (in der Fig. ist der Flanschflügel, der bis zum Energiespeicherelement 18 reicht, nicht zu sehen) eines zu dem Primärteil 14 begrenzt verdrehbaren Sekundärteils 22 tangential anschlagen. Das Sekundärteil 22 weist eine mit dem Ausgangsflansch 20 verbundene Zusatzmasse 42 und eine mit dem Ausgangsflansch 20 vernietete Ausgangsnabe 24 auf. Die Ausgangsnabe 24 kann radial innen eine Steckverzahnung 26 aufweisen, über welche die Ausgangsnabe 24 drehmomentübertragend mit einer zu einem Kraftfahrzeuggetriebe des Kraftfahrzeugs führenden Welle drehfest verbunden werden kann.
Das Primärteil 14 wird radial innen mit Hilfe von als Schrauben ausgestalteten Befestigungsmitteln mit der Antriebswelle verschraubt. Um dafür eine ausreichende Dicke bereitzustellen, ist an der Flexplate 28 in ihrem radial inneren Bereich eine Deckscheibe 32 vorgesehen, die über Verstemmungen - hier ist eine Warze 34 zu sehen, die in eine Bohrung 30 der Flexplate 28 eingreift - mit der Flexplate 28 dauerhaft verbunden ist. Die Deckscheibe 32 ist, wie ihr Name schon sagt, ebenfalls scheibenförmig, hat aber hier einen wesentlich kleineren Durchmesser als die Flexplate 28. Beide weisen größere Bohrungen für das Durchschieben von Befestigungsschrauben auf. Diese größeren Bohrungen sind nicht in 1, aber in 2 zu sehen.
2 zeigt eine schematische Schrägansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Flexplate 28, verbunden mit einer Deckscheibe 32. Die Flexplate 28 ist eine relativ dünne Scheibe aus federndem Metall, zum Beispiel aus Stahl oder Federstahl, die den Vorteil einer hohen axialen Elastizität hat. Dafür hat sie den Nachteil, dass ihr Material weniger zum Umformen geeignet ist als das Material der Deckscheibe 32. Radial innen an der Flexplate 28 ist die Deckscheibe 32 befestigt, die mit mehreren Warzen 34 versehen ist, die in Bohrungen 30 der Flexplate 28 eingreifen und dort durch Verstemmung die beiden Bauteile 28 und 32 fest aneinandergefügt halten. Die Warzen können gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang verteilt sein. Die in der Deckscheibe 32 zu sehenden größeren Bohrungen (in 2 sind drei zu erkennen) dienen dem Durchstecken von Befestigungsschrauben, mit denen die Flexplate 28 - und damit das Primärteil 14 - am Motorausgang befestigt werden können.
3 zeigt eine schematische Schnittansicht von Flexplate 28 und Deckscheibe 32 der 2, links im Schnitt und rechts in einer Detailvergrößerung. Die Deckscheibe 32 liegt wieder am radial inneren Rand der Flexplate 28 an. Die Warzen 34 der Deckscheibe 32 greifen in Bohrungen 30 der Flexplate 28 und halten beide Bauteile 28 und 32 fest aneinander. In der Detailvergrößerung rechts ist zu erkennen, dass der Schließkopf 38 der verstemmten Warze 34 keinen Überstand aufweist. Sein Material reicht trotz des vorherigen Einfließens in die Bohrung 30 nicht weiter nach links, also Richtung Motor, als das Material der Flexplate 28 in dem Bereich der Bohrung 30.
4 zeigt drei Herstellungsschritte für ein Verstemmen einer Deckscheibe 32 mit einer Flexplate 28. Im ersten Schritt, links, werden die Flexplate 28 und die Deckscheibe 32 so zueinander positioniert, dass die Drehachsen 12 übereinstimmen und die - hier gestanzten - Achsen der Bohrungen 30 der Flexplate 28 mit den Symmetrieachsen der - hier gezogenen - Warzen 34, die aus der Deckscheibe 32 hervorragen, übereinstimmen.
Im zweiten Schritt, wie in der 4 in der Mitte zu sehen ist, werden die Bauteile 28 und 32 dann so zusammengeführt, dass die Warzen 34 in den Bohrungen 30 zum Liegen kommen. Dann wird, wie durch den Pfeil angedeutet ist, ein Stempel 36 auf das die Bohrung 30 füllende Material der Warze 34 gepresst. Der Stempel 36 hat hier in Bewegungsrichtung vorne eine Verjüngung, deren Durchmesser in etwa dem Durchmesser der Bohrung 30 entspricht, eine konische Zentrierspitze und eine leicht nach außen abfallende Arbeitsfläche. Der Stempel 36 ist hier nur beispielhaft gezeigt, kann aber auch anders geformt sein. Er muss eben für das Verpressen des Materials der Warze 34 in der Bohrung geeignet sein. Der Stempel 36 verformt die Warze 34 bleibend, verpresst das Material und sorgt so für einen permanenten Zusammenhalt von Deckscheibe 32 und Flexplate 28.
Im dritten Schritt, wie in 4 rechts zu sehen ist, wird der Stempel 36 wieder herausgezogen, wie der Pfeil andeutet. Die Verstemmung ist fertig, die Deckscheibe 32 ist permanent mit der Flexplate 28 verbunden. Zu erkennen ist, dass der Schließkopf 38 der verstemmten Warze 34 keinen Überstand nach links hat.
5 zeigt die Herstellung einer Verstemmung einer Deckscheibe 32 mit einer anderen Ausführung einer Flexplate 28. Die Flexplate 28 dieser Ausführung hat keine durchgehend gerade zylindrische Bohrung 30, sondern zusätzlich zur geraden zylindrischen Bohrung 30 eine konische Anprägung 44 auf ihrer der Deckscheibe 32 abgewandten Seite. Im linken Figurenteil sieht man wieder das aneinander Ausrichten der beiden Bauteile 28 und 32. Rechts und vergrößert sieht man das Ergebnis der Verstemmung. Ein Teil des Materials des Schließkopfes 38 der verstemmten Warze 34 floss beim Verstemmen oder Verpressen in die konische Anprägung 44 und bildet dort einen hintergreifenden Rand, der sich einem versuchten Auseinanderziehen der Bauteile 28 und 32 besonders heftig entgegenstemmt. Zu sehen ist auch, dass der Schließkopf 38 nicht links übersteht.
Bezugszeichenliste

10: Drehschwingungsdämpfer
12: Drehachse
14: Primärteil
16: Aufnahmeraum
18: Energiespeicherelement
20: Ausgangsflansch
22: Sekundärteil
24: Ausgangsnabe
26: Steckverzahnung
28: Flexplate
30: Bohrung
32: Deckscheibe
34: Warze
36: Stempel
38: Schließkopf
40: Schwungmasse
42: Zusatzmasse
44: konische Anprägung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018110309 A1 [0002]
DE 102017117526 A1 [0004]

Claims

Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler oder Scheibendämpfer, zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem um eine Drehachse (12) drehbaren Primärteil (14), einem relativ zu dem Primärteil (14) begrenzt verdrehbaren Sekundärteil (22) und einem an dem Primärteil (14) und an dem Sekundärteil (22) anschlagbaren Energiespeicherelement (18), insbesondere Druck- oder Bogenfeder, zur Koppelung des Primärteils (14) mit dem Sekundärteil (22), wobei das Energiespeicherelement (18) in einem von dem Primärteil (14) zumindest teilweise begrenzten Aufnahmeraum (16) angeordnet ist, wobei das Sekundärteil (22) einen in den Aufnahmeraum (16) hineinragenden Ausgangsflansch (20) zum tangentialen Anschlagen an dem Energiespeicherelement (18) und eine mit dem Ausgangsflansch (20) verbundene Ausgangsnabe (24) zur drehfesten Koppelung mit einer Welle, insbesondere Getriebeeingangswelle, aufweist, wobei das Primärteil (14) eine Flexplate (28) und eine Deckscheibe (32) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flexplate (28) und die Deckscheibe (32) miteinander verstemmt sind.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flexplate (28) mehrere Bohrungen (30) und die Deckscheibe (32) mehrere Warzen (34) aufweisen.
Drehschwingungsdämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Warzen (34) gezogen sind.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckscheibe (32) des Primärteils (14) sich am radial inneren Ende des Primärteils (14) befindet.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (30) gerade und/oder gestanzt sind.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (30) konisch angeprägt oder gestanzt sind.
Drehschwingungsdämpfer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Warzen (34) bei den miteinander verstemmten Bauteilen Flexplate (28) und Deckscheibe (32) zu je einer Art Schließkopf (38) verformt sind.
Kombination aus einer Flexplate (28) und einer damit verstemmten Deckscheibe (32) zur Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zum Herstellen eines Drehschwingungsdämpfers (10) oder einer Kombination aus einer Flexplate (28) und einer damit verstemmten Deckscheibe (32) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach Zusammenfügen von Flexplate (28) und Deckplatte (32) die Warzen (34) von einem Stempel (36) schließkopfartig verformt werden.
Herstellverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verformen der Warzen (34) je ein Überstand des Schließkopfes (38) vermieden wird.