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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, eine Kupplung, eine Kupplungsscheibe und eine Drehmomentübertragungsvorrichtung. Insbesondere aber nicht ausschließlich bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Konzept zum Reduzieren eines Verschleißes bei Kupplungsscheiben.
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Bei Kraftfahrzeugen sind Zweimassenschwungräder und/oder Kupplungen zum Unterbrechen eines Kraftschlusses, Übertragen eines Drehmoments zwischen einem Antrieb und einem Abtrieb und Dämpfen von Torsionsschwingungen, die beispielsweise von einem Antrieb herrühren, vorgesehen. Solche Kupplungen oder Zweimassenschwungräder umfassen üblicherweise eine Primärseite und eine Sekundärseite, die relativ zueinander entgegen einer Rückstellkraft einer oder mehrerer Federn verdrehbar sind. Hierfür sind die Federn beispielsweise längs zur Tangentialrichtung in dafür vorgesehenen Fenstern der Primärseite und der Sekundärseite angeordnet, so dass sich die Federn bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite mit ihren Federenden an zu diesen weisenden Seiten der Fenster abstützen. In bekannten Konzepten weisen die Fenster eine Geometrie zugunsten einer symmetrischen Federführung und Kinematik bei relativen Verdrehungen mit und gegen den Uhrzeigersinn eine deckungsgleiche und symmetrische, beispielsweise trapezförmige Geometrie auf. Diese Geometrie sieht vor, dass die Federenden, wenn die Primär- und Sekundärseite sich gegenübereinander relativ verdrehen, zunächst nur mit einem radial innenliegenden Bereich mit den zu diesen weisenden Seiten der Fenster in Kontakt kommen und erst, wenn sich die Primärseite und Sekundärseite weiter relativ zueinander verdrehen, planparallel an den genannten Seiten der Fenster aufliegen. Die hierbei entstehende Reibung sorgt für Abrieb und damit zum Verschleiß an den Federn und/oder den Federfenstern zuungunsten der Lebensdauer von Zweimassenschwungrädern oder Kupplungen.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept für eine Drehmomentübertragungsvorrichtung.
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Diesem Bedarf trägt die Lehre der vorliegenden unabhängigen und abhängigen Ansprüche Rechnung.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen insbesondere eine Drehmomentübertragungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer drehbaren Primärseite, zumindest einer Federanordnung umfassend zumindest Feder, und einer drehbaren Sekundärseite. Die Primärseite und die Sekundärseite weisen für gegenüberliegende Federenden der Feder jeweils einen Abstützbereich zum Abstützen gegen die Feder bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite auf. Die Feder und zumindest einer der Abstützbereiche sind an zumindest einem Federende derart ausgebildet, so dass der Abstützbereich und das Federende, wenn diese bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite in Kontakt kommen, planparallel zur Anlage kommen. Vorliegend kann darunter verstanden werden, dass der Abstützbereich und das Federende unmittelbar, wenn/sobald diese zur Berührung kommen planparallel zueinanderstehen. Zu diesem Zweck ist beispielsweise die Geometrie und/oder Lage der Feder, des Federendes und/oder des Abstützbereichs entsprechend angepasst. Dadurch, dass das Federende und der Abstützbereich unmittelbar bei Kontakt (d.h. unmittelbar, wenn das Federende und der Abstützbereich in Kontakt kommen) planparallel zur Anlage kommen, kann eine Relativbewegung des Federendes und des Abstützbereichs gegenüber davon abweichenden Konzepten zugunsten eines geringeren Verschleißes zumindest reduziert, idealerweise vermieden werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen weisen die Primärseite und die Sekundärseite jeweils zumindest ein Federfenster zur Aufnahme der Feder auf. Hierbei bildet beispielsweise das Federfenster der Primärseite oder der Sekundärseite den Abstützbereich. Beispielsweise bildet das Federfenster der Primärseite oder der Sekundärseite an einer zu dem Federende weisenden Seite einer Begrenzung, beziehungsweise eine Kante des Federfensters in Umfangsrichtung, den Abstützbereich. Neben der Aufnahme der Feder dient das Federfenster hierbei außerdem zum Kontakt mit der Feder, so dass von zusätzlichen für den Kontakt mit der Feder vorgesehenen Komponenten abgesehen werden kann. Zur planparallelen Anlage unmittelbar bei Kontakt können das Federende und die vorhergehend genannte Seite oder Kante entsprechend ausgebildet und/oder angeordnet sein. Insbesondere kann hierfür ein Winkel, in dem die Seite oder Kante zu dem Federende steht, geeignet angepasst sein.
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Optional kann der Abstützbereich ausgebildet sein, um die Feder an dem zumindest einen Federende in radialer Richtung nach außen abzustützen. Der Abstützbereich kann die Feder zum Beispiel radial außen in Umfangsrichtung überragen, wodurch Relativbewegungen des Federendes und des Abstützbereichs zugunsten eines weiter reduzierten Verschleißes zusätzlich eingeschränkt werden.
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Wie später näher erläutert, kann das vorliegend beschriebene Konzept optional bei der Primärseite und der Sekundärseite sowie an gegenüberliegenden Federenden der Feder umgesetzt werden.
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Dazu kann die Feder und ein erster Abstützbereich der Primärseite an einem ersten Federende sowie ein zweiter Abstützbereich der Sekundärseite an einem dem ersten Federende gegenüberliegenden zweiten Federende derart ausgebildet sein, so dass das erste Federende und der erste Abstützbereich sowie das zweite Federende und der zweite Abstützbereich, wenn das erste Federende mit dem ersten Abstützbereich und das zweite Federende mit dem zweiten Abstützbereich bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite in Kontakt kommen, planparallel zur Anlage kommen. Auf diese Weise kann die Relativbewegung sowohl an dem ersten Federende wie auch an dem zweiten Federende zugunsten einer Verschleißreduzierung sowohl an dem ersten wie auch an dem zweiten Federende reduziert werden.
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In manchen Ausführungsbeispielen weisen sowohl die Primärseite wie auch die Sekundärseite jeweils zumindest einen Abstützbereich für das erste Federende und zumindest einen Abstützbereich für das zweite Federende auf. Auf diese Weise kann die Feder bei relativen Verdrehungen der Primärseite und Sekundärseite in gegensätzlichen Richtungen an ihren Federenden wechselseitig von der Primärseite unter Sekundärseite abgestützt werden. Insbesondere kann dadurch Drehmoment von der Primärseite zu der Sekundärseite und von der Sekundärseite zu der Primärseite übertragen werden.
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Bei der Anwendung in Kraftfahrzeugen kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung zumeist im sogenannten „Zugbetrieb“ betrieben werden. Der Zugbetrieb bezeichnet einen Betriebszustand der Drehmomentübertragungsvorrichtung, in welchem das Drehmoment von einer Antriebsseite, vorliegend beispielsweise die Primärseite, zu einer Abtriebsseite, vorliegend beispielsweise die Sekundärseite, übertragen wird. Das vorliegend beschriebene Konzept kann daher bevorzugt bei Abstützbereichen und Federenden umgesetzt werden, die im Zugbetrieb in Kontakt kommen. Dazu können das erste Federende und der erste Abstützbereich sowie das zweite Federende und der zweite Abstützbereich derart ausgebildet sein, so dass das erste Federende und der erste Abstützbereich sowie das zweite Federende und der zweite Abstützbereich bei einer relativen Verdrehung der Primärseite und der Sekundärseite bei einer Drehmomentübertragung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in Kontakt kommen. Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann also bevorzugt derart ausgebildet und implementiert sein, so dass die im Zugbetrieb gerade diejenigen Abstützbereiche, vorliegend der erste und zweite Abstützbereiche, mit den Federenden zur Anlage kommen, die entsprechend dem vorgeschlagenen Konzept ausgebildet sind, um planparallel mit den Federenden zur Anlage zu kommen, sobald sich diese berühren. Hierfür können entsprechend die Geometrie und/oder die Lage des ersten Federendes und des ersten Abstützbereich und die Geometrie und/oder die Lage des zweiten Federendes und des zweiten Abstützbereichs so gewählt werden, dass diese unmittelbar bei Kontakt planparallel zur Anlage kommen.
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Ferner kann das zweite Federende und ein dritter dem ersten Abstützbereich gegenüberliegender Abstützbereich der Primärseite derart ausgebildet sein, so dass der dritte Abstützbereich und das zweite Federende, wenn diese bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite in Kontakt kommen, planparallel zur Anlage kommen. Auf diese Weise kann die Relativbewegung zweiten Federendes und des dritten Abstützbereichs insbesondere im Schubbetrieb, d.h. wenn das Drehmoment von der Sekundärseite zu der Primärseite übertragen wird, zugunsten einer weiteren Verschleißreduzierung verringert werden.
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Damit das zweite Federende unmittelbar bei Kontakt mit dem zweiten Abstützbereich planparallel mit diesen zur Anlage kommt, kann die Lage der Feder so gewählt werden, dass eine Mittenachse der Feder senkrecht zu dem zweiten Abstützbereich ist, wenn das zweite Federende mit dem zweiten Abstützbereich in Kontakt kommt. Je nach Geometrie des Federfensters kann die Feder zu diesem Zweck schräg angeordnet sein, so dass die Mittenachse (Federachse) der Feder schräg (d.h. ungleich 90°) zum Radius auf einen Mittelpunkt der Mittenachse angeordnet ist. Wie später näher erläutert erlaubt dies beispielsweise auf der Sekundärseite bekannte Geometrien für das Federfenster der Sekundärseite vorzusehen und von Modifikationen der Federfenster abzusehen.
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Zur Implementierung des vorliegenden Konzepts können Geometrien/Konturen für die Federfenster der Primärseite und Sekundärseite vorgesehen sein, die so ausgestaltet sind, dass es bei relativer Verdrehung der Primärseite zu der Sekundärseite zu Überschneidungen von Rändern der Federfenster mit dem jeweils anderen Federfenster kommt. Wenn das Federfenster der Primärseite und das Federfenster der Sekundärseite ungleich sind, können solche Überschneidungen in den verschiedenen Umfangsrichtungen (im und gegen den Uhrzeigersinn) ungleich groß sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen ist die Feder als Schraubenfeder ausgeführt, deren Windungsdurchmesser sich bis zu einem der Federenden, beispielsweise zu dem ersten oder zweiten Federende hin verjüngt. Dadurch kann dem vorgebeugt werden, dass das Federende, zu welchem sich der Windungsdurchmesser hin verjüngt, in der radialen Richtung an der Primärseite und/oder Sekundärseite zuungunsten eines erhöhten Verschleißes reibt. Bevorzugt verjüngt sich der Windungsdurchmesser der Feder zu diesem Zweck zu einem der Federenden hin, in dessen Umfangsrichtung die größeren Überschneidungen auftreten.
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Der Windungsdurchmesser verjüngt sich beispielsweise stetig von einem der Federenden zu dem anderen Federende (konische Feder). Wie später beschrieben können optional auch andere Geometrien, bei denen sich der Windungsdurchmesser zu einem der Federenden hin verjüngt, für die Feder vorgesehen sein.
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Bevorzugt kann die Feder als zylindrokonische Schraubenfeder mit einem ersten Windungsbereich, in dem sich der Windungsdurchmesser bis zu dem einen Federende hin verjüngt, und einem zweiten Windungsbereich, in dem der Windungsdurchmesser konstant ist, ausgeführt sein. Dadurch kann die Feder zugunsten einer besseren Dämpfung und/oder Drehmomentübertragung eine niedrigere Federsteifigkeit und Rückstellkraft aufweisen.
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In manchen Ausführungsbeispielen weist die Feder eine sogenannte „Bienenkorb-Geometrie“ auf, bei der ein Außendurchmesser (z.B. der Windungsdurchmesser) sich in Außenbereichen der Feder an deren Federenden jeweils zum Federende hin verjüngt und zwischen den Außenbereichen konstant ist.
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Die Feder weist optional einen anderen Federtyp auf. Die Feder ist beispielsweise optional als Gummifeder, Ringfeder oder eine Feder eines anderen Federtyps ausgeführt, wobei ein Außendurchmesser der Feder, analog zur Geometrie der Schraubenfeder, sich zu zumindest einem der Federenden hin verjüngt und/oder die Feder eine zylindrokonische Geometrie oder Bienenkorb-Geometrie aufweist.
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In manchen Ausführungsbeispielen sind die Primärseite und die Sekundärseite innerhalb eines vorbestimmten relativen Verdrehwinkels frei von einer Rückstellkraft der Feder verdrehbar. Hierfür kann das Federfenster der Primärseite und/oder der Sekundärseite eine gegenüber einer Länge der Feder in Umfangsrichtung oder tangentialer Richtung größere Erstreckung aufweisen. Somit kann innerhalb des vorbestimmten Verdrehwinkels, auch als „loser Winkel“ zu verstehen, in dem die Primärseite und die Sekundärseite frei von der Rückstellkraft verdrehbar sind, kein Drehmoment über die Feder übertragen werden. Bevorzugt weist die Drehmomentübertragungsvorrichtung in solchen Ausführungsbeispielen eine Reibvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um einen Reibschluss zwischen der Primärseite und Sekundärseite zu schaffen. Innerhalb des losen Winkels wird Drehmoment daher vornehmlich über die Reibvorrichtung übertragen. Dies kann insbesondere bei Leichtlastzuständen und/oder beim Motorstart, bei welchem Torsionsschwingungen entsprechend einer Resonanzfrequenz der Drehmomentübertragungsvorrichtung auftreten, zu einer besseren Dämpfung der Torsionsschwingungen führen.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung kann in verschiedenen Komponenten, wie zum Beispiel in Kupplungen, insbesondere Kupplungsscheiben, und Zweimassenschwungrädern implementiert sein.
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Insbesondere bei Anwendungen in Kupplungen oder Kupplungsscheiben kann die Primärseite eine Mitnehmerscheibe zum Bilden eines Reibschlusses mit einer antriebsseitigen Komponente und die Sekundärseite zumindest ein mit einer abtriebsseitigen Komponente gekoppeltes Deckblech umfassen.
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Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Kupplungsscheibe für eine Kupplung zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Die Kupplungsscheibe umfasst Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden Konzept.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen eine Kupplung für ein Kraftfahrzeug, die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Kupplungsscheibe eine Drehmomentübertragungsvorrichtung umfasst.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Kraftfahrzeug umfassend ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Drehmomentübertragungsvorrichtung, Kupplungsscheibe oder Kupplung.
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Dadurch kann die Kupplungsscheibe, die Kupplung, beziehungsweise das Kraftfahrzeug einen geringeren Verschleiß und/oder eine höhere Lebensdauer aufweisen als bei Verwendung von Drehmomentübertragungsvorrichtungen nach Konzepten, die von dem vorliegenden Konzept abweichen.
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Einige Beispiele von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren lediglich beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 a, 1 b und 1 c einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Drehmomentübertragungsvorrichtung in einer Seitenansicht zur schematischen Darstellung einer Kinematik nach dem vorgeschlagenen Konzept;
- 2a und 2b eine Seitenansicht und ein Schnittbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Drehmomentübertragungsvorrichtung; und
- 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Drehmomentübertragungsvorrichtung.
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Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind.
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Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen.
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Bei bekannten Konzepten für Kupplungsscheiben sind Federfenster, die in einer Mitnehmerscheibe und Deckblechen zur Aufnahme von Druckfedern eingebracht sind, jeweils symmetrisch und die Druckfedern weisen eine zylindrische Geometrie auf. Ferner sind die Druckfedern zugunsten einer im Zug- und Schubbetrieb identischen Druckfederführung und Kinematik derart ausgerichtet, so dass Mittenachsen der Druckfedern stets parallel zur tangentialen Richtung in einem Mittelpunkt der Mittenachse der entsprechenden Druckfeder, oder anders ausgedrückt senkrecht zum Radius auf den Mittelpunkt ausgerichtet sind.
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Zudem sind die Federfenster in Mitnehmerscheibe und den Deckblechen bei bekannten Konzepten derart ausgeführt, so dass die Druckfedern bis zu einem bestimmten relativen Verdrehwinkel der Mitnehmerscheibe und den Deckblechen mit ihren Federenden zunächst nur an radial innenliegenden Bereichen der Federenden in den Federfenstern mit der Mitnehmerscheibe und den Deckblechen zur Anlage kommt, bevor die Federenden bei größeren relativen Verdrehwinkeln vollflächig an Mitnehmerscheibe und den Deckblechen zur Anlage kommt. Bis zur vollflächigen Anlage der Druckfedern können die Federenden der Druckfedern in den Federfenstern an der Mitnehmerscheibe und/oder den Deckblechen reiben, wodurch die Druckfedern, die Mitnehmerscheibe und/oder die Deckbleche verschleißen können.
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Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept für eine Drehmomentübertragungsvorrichtung und insbesondere zur Reduzierung des Verschleißes bei Drehmomentübertragungsvorrichtungen in Kupplungen oder Zweimassenschwungrädern. Diesem Bedarf tragen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele Rechnung.
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1a, 1b und 1c zeigen jeweils einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 in einer Seitenansicht zur schematischen Darstellung einer Kinematik nach dem vorgeschlagenen Konzept. Hierbei sei angemerkt, dass 1a bis 1c insbesondere als schematische Darstellung zu verstehen sind und Geometrien wie auch Proportionen in Ausführungsbeispielen der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 von den in 1a bis 1c gezeigten abweichen können.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 umfasst eine drehbare Primärseite 110, eine Federanordnung umfassend eine Feder 120 und eine drehbare Sekundärseite 130. Die Primärseite 110 und die Sekundärseite 130 sind unter Kompression der Federn 120 relativ zueinander verdrehbar. Vorliegend sind die Primärseite 110 und Sekundärseite 130 axial versetzt zueinander und die Schraubenfeder 120, hier vorliegend eine Schraubenfeder, in einem Federfenster 112 der Primärseite 110 und einem Federfenster 132 der Sekundärseite 130 angeordnet. Die Federfenster 112 und 132 bilden an ihren Rändern, welche die Federfenster 112 und 132 in Umfangsrichtung 191/192 begrenzen, für gegenüberliegende Federenden 121 und 122 der Schraubenfeder 120 jeweils einen Abstützbereich zum Abstützen gegen die Schraubenfeder 120 bei relativer Verdrehung der Primärseite 110 und Sekundärseite 130. Wie hier zu sehen, weist die Primärseite 110 einen ersten Abstützbereich 114a und die Sekundärseite 130 einen zweiten Abstützbereich 134b auf, zwischen welchen die Schraubenfeder 120 komprimiert werden kann, wenn sich die Primärseite 110 in eine erste Umfangsrichtung 191 (in 1a bis 1c gegen den Uhrzeigersinn) relativ zu der Sekundärseite 130 verdreht. In Umfangsrichtung gegenüber des ersten Abstützbereichs 114a bildet die Primärseite 110, beziehungsweise das Federfenster 112 einen dritten Abstützbereich 114b aus. Analog bildet die Sekundärseite 130, beziehungsweise das Federfenster 132 in Umfangsrichtung gegenüber des zweiten Abstützbereichs 134b einen vierten Abstützbereich 134a aus zum Komprimieren der Schraubenfeder 120 zwischen dem dritten und vierten Abstützbereich 114b und 134a, wenn die Primärseite 110 sich gegenüber der Sekundärseite 130 in einer zweiten Umfangsrichtung 192 (in 1a bis 1c mit dem Uhrzeigersinn) relativ verdreht.
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Bei Verwendung einer Schraubenfeder für die Feder 120 umfassen die Federenden beispielsweise eine Kontaktfläche, die zu den Abstützbereichen 114a, 114b, 134a, 134b weist und auf einer in Umfangsrichtung 191/192 äußersten Windung der Schraubenfeder aufgebracht ist. Die Federfenster 112 und 132 können zur Einsparung zusätzlicher Komponenten wie etwa Federtellern mit ihren Rändern, welche die Abstützbereiche 114a, 114b, 134a und 134b bilden, direkt (unmittelbar) mit der Kontaktfläche zur Anlage kommen. Die Kontaktfläche ist beispielsweise eine durch Schleifen auf der äußersten Windung gebildete Fläche.
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Optional umfasst zumindest eines der Federenden 121 und 122 einen Federteller (nicht gezeigt) zum Abstützen des Federendes 121/122 an den Abstützbereichen 114a/134a oder 114b/134b.
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Es sei angemerkt, dass die Feder optional entsprechend einem anderen Federtyp für Druckfedern, zum Beispiel als Gummifeder ausgeführt sein kann.
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1a bis 1c zeigen der Reihenfolge nach qualitativ einen Bewegungsverlauf der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 bei relativer Verdrehung der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 in der ersten Umfangsrichtung 191 (hier: gegen den Uhrzeigersinn).
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In 1a ist ein Zustand der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 dargestellt, in welcher die Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 bezüglich dem in 1b dargestellten Zustand in der zweiten Umfangsrichtung 192 verdreht ist. Wie in 1a gezeigt, stützt sich die Schraubenfeder 120 dabei mit den Federenden 121 und 122 unter Kompression in Umfangsrichtung an den Abstützbereichen 114b und 134a ab. Bei relativer Verdrehung der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 in der ersten Umfangsrichtung 191 wird der in 1b gezeigte Zustand erreicht. Hierbei kommt die Schraubenfeder 120 an den Federenden 121 und 122 (erstmals bei dem in 1a bis 1c gezeigten Bewegungsablauf) mit den Abstützbereichen 114a und 134b zur Anlage. Dadurch kommt es zu einem sogenannten „Anlagenwechsel“, bei dem die Federenden 121 und 122 momentan/kurzzeitig mit dem ersten Federende 121 zeitgleich an den Abstützbereichen 114a und 134a anliegt und mit dem zweiten Federende 122 an den Abstützbereichen 114b und 134b anliegt.
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Wie in 1b gezeigt, kommen die Abstützbereiche 114a und 134b dabei planparallel mit den Federenden 121 und 122 zur Anlage. Vorliegend kommen die Federenden 121 und 122 bei Kontakt mit den Abstützbereichen 114a und 134b zeitgleich mit einem radial (in radialer Richtung 193) innenliegenden Bereich und einen demgegenüber radial außenliegenden Bereich der Federenden 121 und 122 an den Abstützbereichen 114a und 134b zur Anlage/in Berührung. In davon abweichenden bekannten Konzepten kommen Druckfedern beim Anlagenwechsel dagegen zunächst lediglich mit einem radial innenliegenden Berührpunkt zur Anlage. Dadurch, dass die Federenden 121 und 122 beim Anlagenwechsel (direkt) planparallel mit den Abstützbereichen 114a und 134b zur Anlage kommen, können beispielsweise aufgrund einer höheren Haftreibung zwischen der Schraubenfeder 120 und den Abstützbereichen gegenüber den vorhergehend genannten bekannten Konzepten relative Bewegungen in der radialen Richtung 193 und Kippbewegungen der Schraubenfeder 120 und Federenden 121 und 122 relativ zu den Abstützbereichen 114a und 134b reduziert werden. Mit anderen Worten, die Schraubenfeder 120 wird „direkt tangential vollflächig betätigt“ und die verschleißauslösende Relativbewegung zwischen den Federenden 121 und 122 und der Primär- und/oder Sekundärseite 110/130 entfällt oder wird zumindest reduziert. Auf diese Weise kann zugunsten einer größeren Lebensdauer der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 insbesondere ein dadurch verursachter Reibverschleiß an der Schraubenfeder 120 und den Abstützbereichen 114a und 134b reduziert werden.
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Zu dem Zweck, dass die Abstützbereiche 114a und 134b und die Schraubenfeder 120, wenn diese in Berührung kommen, planparallel zur Anlage kommen, kann die Geometrie der Abstützbereiche 114a und 134b, beziehungsweise die Kontur der Federfenster 112 und 132 und/oder der Federenden 121 und 122 sowie eine Lage der Schraubenfeder 120 entsprechend angepasst sein. Zum Beispiel können Kontaktflächen der Abstützbereiche 114a und 134b und/oder der Federenden 121 und 122, an welchen diese gegenseitig zur Anlage kommen, in einem vorbestimmten Winkel angeordnet sein, so dass die Federenden 121 und 122 planparallel mit den Abstützbereichen 114a und 134b zur Anlage kommen, wenn diese in Berührung kommen. Wie später näher erläutert, kann zu diesem Zweck alternativ oder zusätzlich die Schraubenfeder 120 geeignet angeordnet sein.
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Wie in 1c gezeigt, erreicht die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 bei weiterer relativer Verdrehung der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 einen Zustand, bei dem sich die Federenden 121 und 122 unter Kompression der Schraubenfeder 120 ausschließlich an den Abstützbereichen 114a und 134b anliegen.
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Durch die in 1a bis 1c gezeigte Auslegung der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 kann insbesondere der Reibverschleiß an beiden Federenden 121 und 122 reduziert werden. Es sei angemerkt, dass das vorliegend beschriebene Konzept in Ausführungsbeispielen optional für (nur) eines der beiden Federenden umgesetzt sein kann für die Reduzierung des Reibverschleißes an zumindest einem der Federenden. Ferner sei angemerkt, dass das vorliegende Konzept optional auch für zumindest einen der Abstützbereiche 134a und 114b umgesetzt sein kann, um den Reibverschleiß bei relativer Verdrehung der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 in der zweiten Umfangsrichtung 192 zu reduzieren.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 ist beispielsweise in einer Kupplung, zum Beispiel in einer Kupplungsscheibe, oder in einem Zweimassenschwungrad umgesetzt.
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Bei der Umsetzung der vorliegenden Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 in einer Kupplungsscheibe umfasst die Primärseite beispielsweise eine Mitnehmerscheibe zum Bilden eines Reibschlusses mit einer antriebsseitigen Komponente und die Sekundärseite zumindest ein mit einer abtriebsseitigen Komponente gekoppeltes Deckblech, welches axial versetzt zu der Mitnehmerscheibe angeordnet ist.
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In Zweimassenschwungrädern kann die Primärseite eine Primärschwungmasse und die Sekundärseite eine Sekundärschwungmasse zur Dämpfung von Torsionsschwingungen umfassen.
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2a und 2b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100. Das in 2a und 2b gezeigte Ausführungsbeispiele umfasst die in 1a bis 1c gezeigten Merkmale.
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Wie in 2b gezeigt, umfasst die Sekundärseite 130 beispielsweise ein erstes Deckblech 130a und ein zweites Deckblech 130b. Die Primärseite 110 ist hierbei axial zwischen dem ersten und zweiten Deckblech 130a und 130b angeordnet. Umfangsseitig weisen die Federfenster 132 in den Deckblechen 130a und 130b Umfangsabstützelemente 131a und 131b, sogenannte „Augenbrauen“, auf, die ausgebildet sind, um die Schraubenfeder 120 in radialer Richtung 193 abzustützen.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Schraubenfeder 120 derart ausgebildet, dass die Kontaktflächen der Schraubenfeder 120 senkrecht zu einer Mittenachse 123 der Schraubenfeder 120 sind. Vorliegend entspricht die Mittenachse 123 beispielsweise einer Federachse, um welche Windungen der Schraubenfeder 120 gewunden sind. Um dafür zu sorgen, dass die Schraubenfeder 120, wenn das Federende 122 den Abstützbereich 134b berührt, planparallel mit diesem zur Auflage kommt, ist die Schraubenfeder 120 derart angeordnet, so dass die Mittenachse 123 senkrecht zu dem Abstützbereich 134b ist. Dies erlaubt davon abzusehen den Abstützbereich 134b anzupassen und für die Sekundärseite 130 eine bereits bekannte Geometrie für die Federfenster 132 in der Sekundärseite 130 zu verwenden. Dadurch können zum Beispiel bereits bekannte Deckbleche verwendet werden.
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Um die Mittenachse 123 senkrecht zum Abstützbereich 134b anzuordnen, kann die Schraubenfeder 120 schräg (d.h. nicht senkrecht) zu einem Radius 150 angeordnet sein, der sich zwischen einem Drehmittelpunkt 160 und einem Mittelpunkt 124 in der Mitte der Mittenachse 123 erstreckt.
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Wie vorliegend gezeigt, kann die Geometrie/Kontur des Federfensters 112 an den Abstützbereichen 114a und 114b derart an die schräge Anordnung der Schraubenfeder 120 angepasst sein, so dass diese planparallel mit dem ersten, beziehungsweise zweiten Federende 121 und 122 in Anlage zu kommen, wenn diese in Kontakt mit den Federenden 121/122 kommen. Auf diese Weise wird der Reibverschleiß an den Abstützbereichen 114a, 114b, 134a und 134b reduziert.
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Im gezeigten Beispiel wurde beispielsweise, um bekannte Geometrien für die Federfenster 132 zu verwenden und von kostspieligen Anpassungen abzusehen, darauf verzichtet den Abstützbereich 134a geeignet anzupassen, dass dieser, wenn/sobald er mit dem ersten Federende 121 in Berührung kommt, planparallel zur Anlage kommt. Dies hat, wie zu sehen ist, beispielsweise zur Folge, dass der Abstützbereich 134a mit dem ersten Federende 121, wenn diese in Berührung kommen, das Federende 121 bei relativer Verdrehung der Primär- und Sekundärseite zunächst punktuell an einem radial innenliegenden Berührpunkt zur Anlage kommt und die Schraubenfeder 120 gegenüber dem Abstützbereich 134a zuungunsten eines Reibverschleißes relative Bewegungen in radialer Richtung und/oder Kippbewegungen vollführt. Bei relativen Verdrehungen der Primär- und Sekundärseite, bei denen die Schraubenfeder 120 zwischen den Abstützbereichen 114a und 134b komprimiert wird (d.h. bei relativen Verdrehungen der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 in der ersten Umfangsrichtung 191), kann der Reibverschleiß daher geringer sein, wenn die Schraubenfeder 120 zwischen den Abstützbereichen 114b und 134a komprimiert wird (d.h. bei relativen Verdrehungen der Primärseite 110 gegenüber der Sekundärseite 130 in der zweiten Umfangsrichtung 192).
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Kraftfahrzeuge werden vorwiegend im Zugbetrieb betrieben, weshalb die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 zugunsten eines geringeren Reibverschleißes vorzugsweise derart implementiert sein kann, so dass die Primärseite 110 sich im Zugbetrieb (bei einer Drehmomentübertragung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in Kontakt kommen) in der ersten Umfangsrichtung 191 gegenüber der Sekundärseite 130 verdreht. Mit anderen Worten, die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 kann derart umgesetzt sein, so dass das erste Federende 121 und der erste Abstützbereich 114a sowie das zweite Federende 122 und der zweite Abstützbereich 134b bei einer relativen Verdrehung der Primärseite 110 und der Sekundärseite 130 bei einer Drehmomentübertragung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mit den Federenden 121 und 122 zur Kompression der Schraubenfeder 120 in Kontakt kommen. Dies erlaubt den Reibverschleiß, der im Schubbetrieb dadurch zustande kommt, dass das erste Federende 121 zunächst punktuell an einem radial innenliegenden Berührpunkt zur Anlage kommt, zugunsten eines insgesamt geringeren Verschleißes der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 in Kauf zu nehmen.
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In dem gezeigten Ausführungsbeispiel verjüngt sich ein Windungsdurchmesser der Schraubenfeder 120 zu dem ersten Federende 121 hin, um zugunsten eines geringeren Reibverschleißes zu vermeiden, dass das erste Federende 121, insbesondere bei relativen Verdrehungen der Primär- und Sekundärseite 110 und 130 an den Augenbrauen 131a und 131b und/oder einer umfangsseitigen Begrenzung des Federfensters 132 der Sekundärseite 130 reibt.
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Um zu vermeiden, dass die Schraubenfeder radial außen an der Primär- und/oder Sekundärseite reibt, kann eine Verjüngung insbesondere an demjenigen Federende vorgesehen sein, welches dadurch, dass die Schraubenfeder 120 schräg angeordnet ist in radialer Richtung nach radial außen ragt. Im gezeigten Beispiel verjüngt sich der Windungsdurchmesser daher beispielsweise zum ersten Federende 121 hin. Vorliegend ist die Schraubenfeder 120 beispielsweise als zylindrokonische Feder/Schraubenfeder ausgeführt, bei der sich der Windungsdurchmesser in einem ersten Windungsbereich 125, der das erste Federende 121 umfasst, bis zu dem ersten Federende 121 hin verjüngt, und der Windungsdurchmesser in einem zweiten Windungsbereich 126 konstant ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich der zweite Windungsbereich 126 beispielsweise von dem zweiten Federende 122 längs zu der Mittenachse 123 bis zu dem ersten Windungsbereich 125. Es sei angemerkt, dass die Feder/Schraubenfeder 120 optional andere Geometrien aufweisen kann, bei denen sich die Schraubenfeder 120 zu einem der Federenden hin verjüngt. Beispielsweise kann die Schraubenfeder 120 sich stetig von einem zum anderen Federende hin verjüngen. Gegenüber einer solchen Geometrie kann die zylindrokonische Feder/Schraubenfeder jedoch eine niedrigere Federsteifigkeit aufweisen und somit in manchen Anwendungen für eine bessere Dämpfung von Torsionsschwingungen sorgen.
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Abstützbereich 114a ist zudem ausgebildet, um die Schraubenfeder 120 an dem zumindest einen Federende in radialer Richtung nach außen abzustützen. Hierfür weist der Abstützbereich 114a eine Schräge 117 auf, welche die Schraubenfeder 120 in Umfangsrichtung radial außen überragt, um relative Bewegungen der Schraubenfeder in der radialen Richtung zu begrenzen. Die Schräge 117 ist, wie gezeigt, beispielsweise zwischen einer für den Kontakt mit dem Federende 121 vorgesehenen Kontaktfläche 118 des Abstützbereichs 114a und einer radial außenliegenden Begrenzung 113 des Federfensters 112 angeordnet. Dadurch können zugunsten eines geringeren Reibverschleißes radial nach außen gerichtete relative Bewegungen der Schraubenfeder 120 gegenüber des Abstützbereichs 114a reduziert werden.
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Ferner weist der Abstützbereich 114a eine weitere Schräge 119 auf, welche zwischen der Kontaktfläche 118 und einer radial innenliegenden Begrenzung 116 des Federnfensters angeordnet und überragt das Federende 121 in Umfangsrichtung radial innen überragt, um radial nach innen gerichtete relative Bewegungen der Schraubenfeder 120 zugunsten eines geringeren Reibverschleißes zu begrenzen.
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Hierfür kann die Kontaktfläche 118 dadurch in der radialen Richtung auf ein Maß begrenzt sein, welches dem Windungsdurchmesser an dem ersten Federende 121 entspricht, um relativen Bewegungen der Schraubenfeder 120 in der radialen Richtung vorzubeugen. Optional ist die Kontaktfläche 118 zugunsten eines Bewegungsspiels in der radialen Richtung, wie vorliegend gezeigt, um ein Maß des vorgesehenen Bewegungsspiels größer als der Windungsdurchmesser.
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Durch den Einsatz mehrerer Deckbleche, vorliegend Deckblech 130a und 130b, ist die Schraubenfeder 120 zu den Deckblechen 130a und 130b hin besser geführt als Primärseite 110 hin. Man kann sagen, die Deckbleche 130a und 130b bieten eine in axialer Richtung weiter erstreckte „Stützbasis“ als die Primärseite 110. Um die Führung der Schraubenfeder 120 zu verbessern zumindest eines der Federenden 121 und 122 einen Federteller (nicht gezeigt) umfassen. Entsprechend dem vorliegenden Konzept kann der Federteller und zumindest einer der Abstützbereiche zugunsten eines reduzierten Verschleißes derart ausgebildet sein, so dass der Abstützbereich und der Federteller, wenn diese bei relativer Verdrehung der Primärseite und Sekundärseite in Kontakt kommen, planparallel zur Anlage kommen.
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In Ausführungsbeispielen kann die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 eine Mehrzahl von Federn/Schraubenfedern umfassen. Bei diesen kann das vorliegende Konzept optional an mehreren, vorzugsweise an allen Federn/Schraubenfedern und den betreffenden Abstützbereichen umgesetzt werden.
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3 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100, welches die Merkmale des in 2a und 2b gezeigten Ausführungsbeispiels vorsieht und, dass die Primärseite 110 und die Sekundärseite 130 sich innerhalb eines vorbestimmten Verdrehwinkels 180 um den Drehmittelpunkt 160 frei von einer Rückstellkraft der Feder/Schraubenfeder 120 relativ zueinander verdrehbar sind. Mit anderen Worten, die Primärseite 110 und die Sekundärseite 130 sind innerhalb dieses Verdrehwinkels 180 gegenüber der Schraubenfeder 120 lose verdrehbar. Der Verdrehwinkel 180 kann daher auch als „loser Winkel“ verstanden werden. Wie in 3 gezeigt, wird auf diese Weise bei relativer Verdrehung in der zweiten Umfangsrichtung 192, was der relativen Verdrehung im Schubbetrieb entsprechen kann, zunächst kein Drehmoment über die Schraubenfeder 120 übertragen. Um den losen Winkel 180 zu schaffen, weist das Federfenster 112 entlang der Schraubenfeder 120 eine Weite auf, die größer ist als eine Länge der Schraubenfeder 120 längs der Mittenachse. Der lose Winkel 180 kann insbesondere zu einer verbesserten Dämpfung von Torsionsschwingungen bei Leichtlastzuständen, beim Motorstart, und insbesondere im Bereich einer Resonanzdrehzahl oder Resonanzfrequenz der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 führen. Der lose Winkel 180 kann entsprechend an einen Umfang von Torsionsschwingungen in Leichtlastzuständen oder beim Motorstart angepasst sein. In Ausführungsbeispielen kann der lose Winkel 180 zum Beispiel in einem Bereich von 0,5 bis 7° liegen. In anderen Ausführungsbeispielen kann der lose Winkel 180 auch kleiner oder größer sein.
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In manchen Ausführungsbeispielen umfasst die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 zusätzlich eine Reibvorrichtung, die für eine Dämpfung von Torsionsschwingungen einen Reibschluss zwischen der Primärseite 110 und der Sekundärseite 130 schafft und dadurch Torsionsschwingungen innerhalb des losen Winkels dämpft.
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Die Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 kann zugunsten eines geringeren Verschleißes und einer längeren Lebensdauer insbesondere in Fahrzeugen, beziehungsweise Fahrzeugantriebssträngen, beispielsweise in Kupplungen, beziehungsweise Kupplungsscheiben, Anordnungen mit einer Kupplungsscheibe und zumindest einer Schwungmasse oder in Zweimassenschwungrädern umgesetzt sein.
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Bei Anordnungen mit einer Kupplungsscheibe und einer Schwungmasse kann die Kupplungsscheibe zur Drehmomentübertragung fest (drehfest) oder formschlüssig mit der Schwungmasse gekoppelt sein oder ausgebildet sein. Entsprechend ist beispielsweise die Primär- und/oder Sekundärseite der Drehmomentübertragungsvorrichtung 100 drehfest oder formschlüssig mit einer Schwungmasse gekoppelt oder ausgebildet, um einen Reibschluss zu einer solchen Schwungmasse herzustellen.
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Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorher detaillierten Beispiele und Figuren beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein gleiches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
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Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier explizit vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Drehmomentübertragungsvorrichtung
- 110
- Primärseite
- 112
- Federfenster
- 113
- radial außenliegende Begrenzung
- 114a
- Abstützbereich
- 114b
- Abstützbereich
- 116
- radial innenliegende Begrenzung
- 117
- Schräge
- 118
- Kontaktfläche
- 119
- Schräge
- 120
- Feder/Schraubenfeder
- 121
- Federende
- 122
- Federende
- 123
- Mittenachse
- 124
- Mittelpunkt
- 125
- erster Windungsbereich
- 126
- zweiter Windungsbereich
- 130
- Sekundärseite
- 130a
- Deckblech
- 130b
- Deckblech
- 131a
- Umfangsabstützelement/Augenbraue
- 131b
- Umfangsabstützelement/Augenbraue
- 132
- Federfenster
- 134a
- Abstützbereich
- 134b
- Abstützbereich
- 150
- Radius
- 160
- Drehmittelpunkt
- 180
- Verdrehwinkel/loser Winkel
- 191
- erste Umfangsrichtung
- 192
- zweite Umfangsrichtung
- 193
- radiale Richtung
- 194
- axiale Richtung
