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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer als Konuskupplung ausgebildeten Rutschkupplung, die als Drehmomentbegrenzer dient. Der Torsionsschwingungsdämpfer kann insbesondere im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
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Der Einsatz von Rutschkupplungen als Drehmomentbegrenzer ist bekannt. Hierbei handelt es sich um Reibkupplungen, die bei Überschreiten eines Grenzdrehmomentes zu rutschen beginnen und so die Übertragung von oberhalb des Grenzdrehmomentes liegenden Drehmomenten unterbinden. Aus der
DE 100 25 853 A1 ist eine Konuskupplung als Rutschkupplung bekannt. Gerade bei nur geringen zur Verfügung stehenden Bauräumen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen besteht das Bedürfnis nach möglichst kompakt bauenden Drehmomentbegrenzern.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zumindest teilweise zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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Der erfindungsgemäße Torsionsschwingungsdämpfer, umfassend ein Dämpfereingangsteil und ein Dämpferausgangsteil, wobei Dämpfereingangsteil und Dämpferausgangsteil relativ zueinander gegen die Wirkung mindestens einer Dämpferfedereinrichtung verdrehbar sind,
weiterhin umfassend eine Rutschkupplung, umfassend eine Anpressplatte, die in Richtung einer Rotationsachse der Rutschkupplung relativ zu einer Gegendruckplatte verschiebbar ist, wobei über eine Federeinrichtung eine Anpresskraft in Richtung der Gegendruckplatte auf die Anpressplatte aufbringbar ist, wobei zwischen Anpressplatte und Gegendruckplatte mindestens ein Reibbelag und mindestens eine Kupplungsscheibe ausgebildet ist, so dass sich durch die Anpresskraft ein Reibverbund zwischen Anpressplatte, mindestens einem Reibbelag, mindestens einer Kupplungsscheibe und der Gegendruckplatte bildet, über den Drehmoment reibschlüssig übertragbar ist, wobei Anpressplatte und Gegendruckplatte rotationsfest mit einem Eingangsteil und die mindestens eine Kupplungsscheibe rotationsfest mit einem Ausgangsteil verbunden ist, wobei die Rutschkupplung als Konuskupplung ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass Dämpfereingangsteil und/oder Dämpferausgangsteil und die Rutschkupplung einander in Richtung der Rotationsachse zumindest teilweise überlappen.
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Unter dem Begriff Konuskupplung wird eine Kupplung verstanden, die einen Reibverbund aus mehreren Reibpartnern aufweist, die sich nicht senkrecht zur Rotationsachse erstrecken, wie dies beispielsweise bei einer üblichen Lamellenkupplung der Fall ist, sondern in einem Winkel geneigt zur Rotationsachse ausgebildet sind. Der Winkel liegt dabei zwischen 0 und 90° und ist von 90° verschieden. Unter dem Begriff Rutschkupplung wird eine Reibkupplung verstanden, durch deren Ausgestaltung ein Grenzdrehmoment definiert ist, bei dessen Überschreitung die Reibpartner zu rutschen beginnen und der Reibverbund der Reibkupplung aufgelöst wird. So kann die Übertragung von das Grenzdrehmoment überschreitenden Drehmomenten unterbunden werden. Die Rutschkupplung wirkt dabei als Drehmomentbegrenzer.
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Die Rutschkupplung kann dabei in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse außerhalb oder innerhalb des Dämpfereingangsteils und/oder des Dämpferausgangsteils ausgebildet sein. Durch die zumindest teilweise Überlappung der Rutschkupplung und des Dämpfereingangsteils und/oder Dämpferausgangsteils in Richtung der Rotationsachse wird ein kompakter Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers erreicht. Gleichzeitig ermöglicht die Ausgestaltung als Konuskupplung bei gleicher Anpresskraft im Vergleich zu einer entsprechenden Lamellenkupplung mit sonst gleichen Parametern ein größeres Grenzdrehmoment, oder, bei gleichem Grenzdrehmoment, eine reduzierte Anpresskraft.
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Bevorzugt ist die Rutschkupplung in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse innerhalb des Dämpfereingangsteils und des Dämpferausgangsteils ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Rutschkupplung radial innerhalb von Dämpfereingangsteil und Dämpferausgangsteil wird ein kompakter Aufbau des Torsionsschwingungsdämpfers erreicht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn kleine Sekundärmassen zum Einsatz kommen. Alternativ ist die Rutschkupplung in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse außerhalb des Dämpfereingangsteils und des Dämpferausgangsteils ausgebildet. Dies ist insbesondere dann bevorzugt, wenn hohe Sekundärmassen zum Einsatz kommen. Weiterhin ist durch die radial außenliegende Anordnung bei gleicher Anpresskraft ein größeres Grenzdrehoment realisierbar.
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Bevorzugt schließt die Konuskupplung einen Winkel zwischen 7° und 10° zur Rotationsachse einschließt. Dies bedeutet insbesondere, dass sich die Reibpartner der Konuskupplung, beispielsweise die Anpressplatte, die Kupplungsscheibe und die Gegendruckplatte in einer Richtung erstrecken, die den Winkel mit der Rotationsachse einschließen. Die genannten Winkelbereiche haben sich als besonders bevorzugt herausgestellt, da in diesem Bereich ein kompakter Aufbau, gerade in radialer Richtung bezogen auf die Rotationsachse, mit einem hohen zu erreichendem Grenzdrehmoment bei gleichzeitig moderaten Anforderungen an die Federeinrichtung der Rutschkupplung vereinbart werden kann.
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Bevorzugt umfasst die Federeinrichtung mindestens eine Tellerfeder umfasst. Eine Tellerfeder bewirkt einen über dem Umfang der Anpressplatte gleichmäßigen Auftrag der Anpresskraft und bewirkt ein wohldefiniertes Grenzdrehmoment.
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Bevorzugt stützt sich die Tellerfeder an einem rotationsfest mit dem Eingangsteil verbundenen Sicherungsring ab. Dies ermöglicht einen konstruktiv einfachen Aufbau der Rutschkupplung und eine einfache Montage.
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Bevorzugt ist eine erste Anzahl von Kupplungsscheiben und eine zweite Anzahl von Zwischenplatten ausgebildet, wobei die erste Anzahl mindestens zwei beträgt und die zweite Anzahl um einen Betrag von eins kleiner ist als die erste Anzahl, wobei in Richtung der Anpresskraft abwechselnd Kupplungsscheiben und Zwischenplatten angeordnet sind und die Zwischenplatten rotationsfest mit dem Eingangsteil verbunden sind. Hierdurch kann eine Mehrscheibenrutschkupplung ausgebildet werden, die eine Vergrößerung des Grenzdrehmomentes bei gleichzeitig kompaktem Aufbau möglich macht.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“,...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1: eine Schnittansicht eines ersten Beispiels einer Rutschkupplung;
- 2: eine Schnittansicht eines zweiten Beispiels einer Rutschkupplung;
- 3: eine Schnittansicht eines dritten Beispiels einer Rutschkupplung; und
- 4: ein Beispiel eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einer Rutschkupplung
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1 zeigt schematisch ein erstes Beispiel einer Rutschkupplung 1 im Schnitt. Die Rutschkupplung 1 umfasst eine Anpressplatte 2 und eine Gegendruckplatte 3. Die Rutschkupplung 1 und ihre Bauteile sind um eine Rotationsachse 4 rotierbar. Die Anpressplatte 2 ist durch die Wirkung einer Federeinrichtung 14 umfassend mindestens eine vorgespannte Tellerfeder 5 (hier zwei Tellerfedern 5) axial bezogen auf die Rotationasche 4 in Richtung der Gegendruckplatte 3 verlagerbar. Die Anpressplatte 4 bewirkt dabei einen Reibverbund 23 zwischen einer Wirkoberfläche 6 der Anpressplatte 4, einer Kupplungsscheibe 7, einem Reibbelag 8 und der Gegendruckplatte 3. Hierdurch kann Drehmoment zwischen einem mit der Gegendruckplatte 3 rotationsfest verbundenen Eingangsteil 9 und einem rotationsfest mit der Kupplungsscheibe 7 verbundenen Ausgangsteil 10 übertragen werden. Die Tellerfedern 5 stützen sich dabei an einem rotationsfest mit dem Eingangsteil 9 verbundenen Sicherungsring 11 ab. Das Ausgangsteil 10 ist als Nabe ausgebildet und weist eine entsprechende Innenverzahnung 13 zur Verbindung mit einer Außenverzahnung einer nicht gezeigten Welle auf.
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Die Rutschkupplung 1 ist als Konuskupplung ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Reibverbund 23 und seine Elemente, also beispielsweise die Anpressplatte 2 und die anderen Reibpartner wie hier die Kupplungsscheibe 7, nicht senkrecht zur Rotationsachse 4 ausgerichtet sind, sondern einen schiefen Winkel 12, also einen zwischen 0° und 90° liegenden Winkel, mit der Rotationsachse 4 einschließt. Die Rutschkupplung 1 weist ein maximal zu übertragendes Grenzdrehmoment auf. Dieses wird definiert durch die Anpresskraft, mit der die Anpressplatte 2 gegen die anderen Reibpartner gepresst wird, durch die Reibkoeffizienten der beteiligten Reibpartner und die Fläche, über die ein Reibschluss hergestellt wird. Die Anpresskraft wird dabei durch die Tellerfedern 5 aufgebracht. Hier ist das Grenzdrehmoment proportional zum Radius und der Anpresskraft und antiproportional zum Sinus des Winkels 12. Ist also beispielsweise ein Winkel 12 von 7° bis 10° ausgebildet, so erhöht sich bei gleicher Anpresskraft und gleichem Radius das Grenzdrehmoment um einen Faktor von etwa 5,8 (bei 10°) bis etwa 8,3 (bei 7°). Alternativ kann zur Erreichung des gleichen Grenzdrehmoments die Anpresskraft um einen Faktor 1/8,3 bis 1/5,8 verringert werden.
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Übersteigt das über die Rutschkupplung 1 zu übertragende Drehmoment das maximal zu übertragende Grenzdrehmoment, so beginnt die Rutschkupplung 1 zu rutschen, das heißt der Reibschluss zwischen Reibbelag 8 und Reibpartner löst sich, bis das Drehmoment wieder kleiner als das Grenzdrehmoment ist. Der Reibbelag 8 kann in dieser Ausgestaltung entweder an der Gegendruckplatte 3 befestigt, insbesondere verklebt, oder an der Kupplungsscheibe 7 befestigt, insbesondere verklebt sein. Ist der Reibbelag 8 an der Gegendruckplatte 3 befestigt, so ist der Reibpartner des Reibbelags 8 die Kupplungsscheibe 7. Ist der Reibbelag 8 an der Kupplungsscheibe 7 befestigt so ist der Reibpartner die Gegendruckplatte 3.
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2 zeigt ein zweites Beispiel einer Rutschkupplung 1 im Schnitt. Um Wiederholungen zu vermeiden werden hier nur die Unterschiede zum ersten Beispiel beschrieben, ansonsten wird auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen. Im Unterschied zum ersten Beispiel weist das zweite Beispiel einer Rutschkupplung 1 zwei Reibbeläge 8 auf, die auf beiden Seiten der Kupplungsscheibe 7 ausgebildet sind. Die Reibbeläge 8 können dabei an der Anpressplatte 2, der Gegendruckplatte 3 oder an der Kupplungsscheibe 7 befestigt sein.
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Aufgrund des Winkels 12 reduziert sich die für die Übertragung eines bestimmten maximal zu übertragenden Drehmoments notwendige Anpresskraft, so dass das maximal zu übertragende Drehmoment für eine Rutschkupplung 1 als Konuskupplung bei gleichem Bauraum deutlich größer ist als für eine übliche Lamellenkupplung, bei der Lamelle und Reibbeläge in einem rechten Winkel zur Rotationsachse 4 ausgerichtet sind. Wie oben erläutert hängt das Grenzdrehmoment proportional von der Anpresskraft und antiproportional vom Sinus des Winkels 12 ab.
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3 zeigt schematisch ein drittes Beispiel einer Rutschkupplung 1 im Schnitt. Um Wiederholungen zu vermeiden werden hier nur die Unterschiede zum ersten und zweiten Beispiel beschrieben, ansonsten wird auf die oben gemachten Ausführungen verwiesen. Im Unterschied zum ersten Beispiel und zum zweiten Beispiel weist die Rutschkupplung 1 nach dem dritten Beispiel zwei Kupplungsscheiben 7 auf, sowie jeweils zwei jeweils einer Kupplungsscheibe 7 zugeordnete Reibbeläge 8. Weiterhin ist eine Zwischenplatte 15 ausgebildet. Beim Verschieben der Anpressplatte 2 axial bezogen auf die Rotationsachse 4 in Richtung der Gegendruckplatte 3 bildet sich ein Reibverbund 23 aus der Wirkoberfläche 6 der Anpressplatte 2, einem ersten Reibbelag 16, einer ersten Kupplungsscheibe 17, einem zweiten Reibbelag 18, der Zwischenplatte 15, einem dritten Reibbelag 19, einer zweiten Kupplungsscheibe 20, einem vierten Reibbelag 21 und der Gegendruckplatte 2. Die Zwischenplatte 15 wird dabei entsprechend der Anpressplatte 2 bewegt.
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Der erste Reibbelag 16 ist dabei an der Wirkoberfläche 6 der Anpressplatte 2 oder der ersten Kupplungsscheibe 17 befestigt. Der zweite Reibbelag 18 ist an der ersten Kupplungsscheibe 17 oder der Zwischenplatte 15 befestigt. Der dritte Reibbelag 19 ist an der Zwischenplatte 15 oder der zweiten Kupplungsscheibe 20 befestigt. Der vierte Reibbelag 21 ist an der zweiten Kupplungsscheibe 20 oder der Gegendruckplatte 3 befestigt. Die Befestigung erfolgt jeweils bevorzugt über ein Verkleben.
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4 zeigt einen Torsionsschwingungsdämpfer 22 mit einer Rutschkupplung 1, beispielsweise wie in einer der 1 bis 3, hier nach 2, ausgebildet ist. Auf die obige Beschreibung, insbesondere zum Beispiel nach 2, wird verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden. Der Torsionsschwingungsdämpfer 22 weist ein Dämpfereingangsteil 24 auf, welches mit einer nicht gezeigten Welle, beispielsweise einer Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, verbunden oder verbindbar ist. Der Torsionsschwingungsdämpfer 22 umfasst weiterhin ein Dämpferausgangsteil 25, welches drehfest mit dem Eingangsteil 9 der Rutschkupplung 1 verbunden ist. Dämpfereingangsteil 24 und Dämpferausgangsteil 25 sind relativ gegeneinander und gegen die Federwirkung einer Dämpferfedereinrichtung 26 um die Rotationsachse 4 verdrehbar, um so Drehungleichförmigkeiten zu dämpfen. Dämpfereingangsteil 24 und Dämpferausgangsteil 25 überlappen einander axial, also in Richtung der Rotationsachse 4. Durch die Ausgestaltung der Rutschkupplung 1 radial innerhalb (bezogen auf die Rotationsachse 4) ist der Torsionsschwingungsdämpfer 22 mit Rutschkupplung 1, die als Drehmomentbegrenzer wirkt, kompakt ausführbar. Über eine Verzahnung 13 des Ausgangsteils 10 der Rutschkupplung 1 kann der Torsionsschwingungsdämpfer 22 mit einer nicht gezeigten Welle verbunden werden, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle.
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Vorgeschlagen wird ein Torsionsschwingungsdämpfer 1 mit Dämpfereingangsteil 24 und Dämpferausgangsteil 25 und einer als Konuskupplung ausgebildete Rutschkupplung 1, die einander in Richtung einer Rotationsachse 4 zumindest teilweise überlappen. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau eines Torsionsschwingungsdämpfers 22 mit Rutschkupplung 1. Die Rutschkupplung 1 wirkt dabei als Drehmomentbegrenzer.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rutschkupplung
- 2
- Anpressplatte
- 3
- Gegendruckplatte
- 4
- Rotationsachse
- 5
- Tellerfeder
- 6
- Wirkoberfläche
- 7
- Kupplungsscheibe
- 8
- Reibbelag
- 9
- Eingangsteil
- 10
- Ausgangsteil
- 11
- Sicherungsring
- 12
- Winkel
- 13
- Verzahnung
- 14
- Federeinrichtung
- 15
- Zwischenplatte
- 16
- Erster Reibbelag
- 17
- Erste Kupplungsscheibe
- 18
- Zweiter Reibbelag
- 19
- Dritter Reibbelag
- 20
- Zweite Kupplungsscheibe
- 21
- Vierter Reibbelag
- 22
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 23
- Reibverbund
- 24
- Dämpfereingangsteil
- 25
- Dämpferausgangsteil
- 26
- Dämpferfedereinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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