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Die Anmeldung betrifft einen als Zweimassenschwungrad ausgebildeten Drehschwingungsdämpfer, der ein Primärteil und ein Sekundärteil umfasst, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, wobei eine zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil wirksame Federdämpfereinrichtung vorgesehen ist, deren in einem Federkanal eingesetzten Bogenfedern an dem Primärteil und an einem Trägerflansch des Sekundärteils abgestützt sind und zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil eine kraftbeaufschlagte, einen Federflansch sowie eine zumindest einen Reibring einschließende Reibeinrichtung vorgesehen ist.
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Derartige Drehschwingungsdämpfer sind aus Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen bekannt, die zwischen der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und beispielsweise einer Getriebeeingangswelle zur Schwingungsisolation von Drehungleichförmigkeiten der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Aufgrund der Funktionsweise der Brennkraftmaschine wird von der Kurbelwelle ein nicht kontinuierliches Drehmoment auf den Antriebsstrang übertragen. Dabei treten Drehschwingungen auf, zu deren Dämpfung bevorzugt als Zweimassenschwungräder aufgebaute Drehschwingungsdämpfer eingesetzt werden.
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In der
DE 10 2012 202 255 A1 ist ein Drehschwingungsdämpfer gezeigt, der zur Tilgung oder Dämpfung von Torsionsschwingungen im Antriebsstrang eines von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs einsetzbar ist. Der Drehschwingungsdämpfer ist dabei antriebsseitig über ein Primärteil mit der Brennkraftmaschine und abtriebsseitig über ein Sekundärteil mittelbar mit einem Getriebe verbunden. Die durch das ungleichmäßige Antriebsmoment der Brennkraftmaschine verursachten Schwingungen werden durch den Drehschwingungsdämpfer getilgt, indem die Primärmasse und die Sekundärmasse gegen die Federkraft von Bogenfedern der Federdämpfereinrichtung relativ zueinander verdrehbar sind.
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Aus der
DE 10 2009 030 984 A1 ist ein weiterer als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer bekannt, der für den Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs bestimmt ist. Ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes Primärteil ist verdrehbar und federnd mit einem Sekundärteil gekoppelt, weiterhin ist zum Hemmen einer Relativdrehbewegung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil eine Reibeinrichtung vorgesehen. Über die im Drehschwingungsdämpfer integrierte Reibeinrichtung stellt sich bei der Relativdrehbewegung eine Hysterese bzw. eine Grundhysterese ein, indem während einer Relativverdrehung zwischen den Eingangs- und Ausgangskomponenten der Reibeinrichtung ein Reibmoment aufgebaut wird.
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Die
DE 10 2017 117 976 A1 offenbart ein Zweimassenschwungrad mit einer Reibeinrichtung, die eine drehfest mit dem Sekundärteil verbundene, elastisch deformierbare Dichtmembran vorsieht, welche über einen Reibring innenseitig an einem Deckelabschnitt des Primärteils in axialer Richtung vorgespannt anliegt. Die Dichtmembran erzeugt bei einer Relativverdrehung zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil über den Reibring eine Reibkraft und folglich damit eine auch Grundhysterese genannte Basishysterese. Über die Anzahl der Lastspiele im Betriebszustand des Drehschwingungsdämpfers kann sich über die gesamte Lebensdauer eine sich nachteilig verändernde Basishysterese einstellen.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe darin, einen funktional verbesserten und optimierten Drehschwingungsdämpfer bereitzustellen, mit dem eine in Abhängigkeit bestimmter Betriebspunkte und/oder Betriebsbedingungen steuerbare Basishysterese realisierbar ist.
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Die Lösung der Aufgabenstellung erfolgt durch einen Drehschwingungsdämpfer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination weitere Aspekte darstellen.
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Demgemäß ist vorgesehen, dass über einen verdrehgesicherten, in Abhängigkeit von auch Parametern genannten Messgrößen bzw. Betriebspunkten der Brennkraftmaschine oder des Antriebsstrangs eine Druckplatte der Reibeinrichtung von einem axial stufenlos verstellbaren Aktor druckbeaufschlagt werden kann.
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Mit dem einen verstellbaren Aktor einschließenden Konzept kann die Druckplatte und folglich die Reibeinrichtung mit variabel einstellbaren Stellkräften beaufschlagt werden. Vorteilhaft ist über die Anpresskraft des Aktors die Basishysterese des Drehschwingungsdämpfers beeinflussbar und damit unmittelbar steuerbar. Bei Bedarf kann die Stellkraft des Aktors bis zu einem Reibschluss der Reibeinrichtung gesteigert werden.
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Heute bekannte, beispielsweise für Doppelkupplungsgetriebe oder Hybridanwendungen vorgesehene Drehschwingungsdämpfer nutzen eine starre bzw. feste Basishysterese. Die Basishysterese wird insbesondere mittels einer dem Sekundärteil zugeordneten Tellerfeder realisiert, die über einen Kunststoffring oder Reibring an einem dem Primärteil zugeordneten Deckelelement abgestützt ist. Bei diesem Aufbau und der damit verbundenen Toleranzkette treten häufig Schwankungen der Einbaulage und folglich der Abstützkräfte der Tellerfeder auf, die sich unmittelbar auf die Basishysterese auswirken.
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Bei bisherigen Systemen ist die Dämpferleistung bzw. deren Auslegung stets ein Kompromiss zwischen benötigter Reibung und darauf abgestimmter Federrate der Tellerfeder. Folglich sind damit für verschiedene Betriebspunkte keine darauf abgestimmten Basishysteresewerte einstellbar bzw. erreichbar. Dadurch treten häufig nachteilige NVH-Probleme (Noise, Vibration, Harshness) auf. Nachteilig verändert sich weiterhin die starre, nicht steuerbare Basishysterese durch die Lastspielzahl des Drehschwingungsdämpfers über deren Betriebs- bzw. Lebensdauer.
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In den Start- und Stoppphasen der Brennkraftmaschine ist der Dämpferschwingwinkel für die Auslegung der Federkennlinien entscheidend. Eine zur Erzielung einer optimalen Isolation angepasste Kennlinie ermöglichen die bekannten Lösungen nicht. Zum Schutz vor schlagartig auftretenden Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts, im Antriebsstrang ist außerdem eine Abstimmung zwischen der Basishysterese und Federsteifigkeit notwendig. Die daran angepassten Dämpferkennlinien bisheriger Lösungen stehen damit einer gewünschten hohen Dämpferisolation in den Zugphasen entgegen.
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Gegenüber den bekannten Lösungen verringert das strukturell und funktionell verbesserte Konzept sowohl das Kompromissniveau zwischen benötigter Reibung und notwendiger Federrate der Tellerfeder bzw. des Federflansches als auch die Hysteresetoleranz. Weiterhin verbessert die steuerbare Basishysterese sowohl die Dämpferleistung als auch die Isolationsleistung des Drehschwingungsdämpfers.
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Vorteilhaft kann mit dem neuen Konzept, beispielsweise bei Start und Stopp der Brennkraftmaschine der Hysteresewert gezielt erhöht werden, um den maximalen Schwingwinkel des Dämpfers zu verringern und damit Herausforderungen, wie Federfestigkeit zu sichern oder die Geräuschentwicklung zu reduzieren. Andererseits bietet die steuerbare Basishysterese in den Zugphasen die Möglichkeit, das Hystereseniveau zwecks verbesserter Isolationsleistung auf einen minimalen Wert zu reduzieren. Weiterhin kann in Leerlaufphasen das Hystereseniveau im Hinblick auf die Geräuschentwicklung angepasst werden, wobei in Abhängigkeit von der Anwendung und/oder dem Aufbau des Antriebsstrangs ein kleineres oder größeres Hystereseniveau eine verbesserte Leistung erbringt.
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Bei Spitzenbelastungen, sogenannten Impacts mit Drehmomenten von bis zu > 6000 Nm stellen sich große Dämpferschwingwinkel ein, wobei die Bogenfedern der Federdämpfungseinrichtung des Zweimassenschwungrades auf Block gedrückt werden. Um diese durch kritische Betriebszustände verursachten hohen Impactmomente und eine Überschreitung der Bauteilfestigkeit zu vermeiden, wurden bislang verschiedene Parameter im Drehschwingungsdämpfer angepasst, die zu einer nachteiligen verringerten Dämpferisolation führten. Aufgrund dieser Maßnahme kam es zu einem Zielkonflikt zwischen bestmöglicher NVH-Performance und maximalem Schutz und/oder maximaler Dauerfestigkeit. Alternativ dazu wurde der Drehschwingungsdämpfer zusätzlich mit einem Drehmomentbegrenzer bestückt.
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Mit den Vorteilen und Eigenschaften des neuen Dämpferaufbaus kann der Kompromiss zwischen Performance und Schutz bei der Dämpferauslegung entscheidend verringert werden. Durch das steuerbare Konzept ist eine Dämpferauslegung ohne eine Betrachtung des Impactmomentes möglich, um das volle Potenzial der NVH-Performance ausschöpfen zu können und gleichzeitig einen wirksamen Getriebe- und Dämpferschutz zu erreichen. Der Dämpferaufbau erfordert keine Integration eines Drehmomentbegrenzers, so dass sich dessen Design vereinfacht und die Herstellkosten verringert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Aktor über ein Steuergerät betätigt bzw. angesteuert wird. Vorteilhaft erfasst das Steuergerät mittels Sensoren auch Kenngrößen genannte Steuersignale der Brennkraftmaschine und/oder des Antriebsstrangs wie beispielsweise: Drehmoment, Drehzahl, Beschleunigung, Verdrehwinkel. In Verbindung mit einer Recheneinheit und abgestimmter Software verarbeitet das Steuergerät die Steuersignale, bevor dieses den Aktor betätigt. Vorteilhaft besteht mittels einer geeigneten Softwarestrategie die Möglichkeit, beispielsweise bei schlagartig den Antriebsstrang schädigenden Spitzenbelastungen, sogenannte Impacts (Drehmomentstöße), diese zu detektieren. Durch die steuerbare Hysterese können diese gezielt auf einen maximalen Wert gesenkt und somit die relative Geschwindigkeit zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Drehschwingungsdämpfers reduziert werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Reibeinrichtung einen auch Tellerfeder genannten, gekröpft ausgebildeten Federflansch einschließt, an dem beidseitig Reibbeläge befestigt sind. Im Einbauzustand ist der Federflansch einschließlich beidseitiger Reibbeläge in einem axial von einem Deckelelement des Primärteils sowie der über den Aktor stufenlos verstellbaren Druckplatte begrenzten Ringspalt eingesetzt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die mit der Reibeinrichtung zusammenwirkende Druckplatte auf einem dem Aktor zugeordneten Bauteil drehbar gelagert ist. Dazu eignet sich vorzugsweise eine Lagerung, die ein reibungsarmes, beispielsweise als Rillenkugellager oder Kegelrollenlager ausgeführtes Wälzlager einschließt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zur axialen Verstellung der Druckplatte ein elektrifiziertes System als Aktor vorgesehen ist. Beispielsweise eignet sich dazu ein elektrisch angetriebener, auch Stellantrieb genannter Gewindetrieb, mit dem die Druckplatte der Reibeinrichtung präzise stufenlos linear verstellbar ist.
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Alternativ dazu bietet es sich an, die Druckplatte über einen hydraulisch betätigten Aktor zu verstellen. Ein in einem Zylinder geführter Ringkolben wird entgegen einer Federkraft durch Druckbeaufschlagung gemeinsam mit der an dem Kolben angeordneten Druckplatte axial verschoben. Eine Steuerung der hydraulischen Druckbeaufschlagung erfolgt bevorzugt über ein zentrales, mit dem Aktor zusammenwirkendes externes Steuergerät.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das mit dem Aktor zusammenwirkende Steuergerät im Bereich des Antriebsstrangs auf oder an einer Getriebeglocke positioniert ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Reibeinrichtung außerhalb des Federkanals der Federdämpfereinrichtung angeordnet ist. Aufgrund dieser Anordnung besteht keine Gefahr einer Fettkontamination für die Reibeinrichtung durch das im Federkanal der Federdämpfereinrichtung zur Schmierung der Bogenfedern eingesetzte Schmierfett.
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Ferner bietet es sich, im Drehschwingungsdämpfer mit dem eine steuerbare Basishystherese realisierbar ein Fliehkraftpendel zu integrieren, mit dem zusätzlich Schwingungsenergie gedämpft oder getilgt wird. Dazu kann das Fliehkraftpendel bauraumneutral innerhalb des Drehschwingungsdämpfers angeordnet werden. Bevorzugt ist das Fliehkraftpendel, dessen Pendelmassen gegenläufig zu den zu tilgenden Schwingungen pendeln, radial unterhalb der Federdämpfungseinrichtung dem Trägerflansch zugeordnet. Als Unterzusammenbau ist der Trägerflansch über Nietverbindungen mit dem Federflansch der Reibeinrichtung sowie mit einer Abtriebsnabe zur Bildung des Sekundärteils zusammengefügt.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, den Drehschwingungsdämpfer für hybridische Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen einzusetzen. Derartige Anwendungen, insbesondere DHT-Hybridanwendungen (dedicated hybrid transmission) genannt, werden mit einem entsprechenden Getriebe kombiniert. Für diese Hybridanwendungen erfüllt die steuerbare Basishysterese die Forderung von Kraftfahrzeugherstellern, dass Drehschwingungsdämpfer den Antriebsstrang, insbesondere das Getriebe vor Überlast schützen.
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Nachfolgend wird der Anmeldungsgegenstand unter Bezugnahme auf die Zeichnung, die ein bevorzugtes Ausführungsform zeigt, beschrieben. Es zeigt:
- 1: in einem Halbschnitt einen Drehschwingungsdämpfer mit einem eine Reibeinrichtung kraftbeaufschlagenden Aktor.
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In der 1 ist ein als Zweimassenschwungrad aufgebauter Drehschwingungsdämpfer 1 dargestellt, der in einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-Fahrzeugs, einsetzbar ist, um die von der Brennkraftmaschine eingeleiteten Drehungleichförmigkeiten zu dämpfen. Der Drehschwingungsdämpfer 1 ist eingangsseitig über ein Primärteil 2 mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine und ausgangsseitig über ein Sekundärteil 3 beispielsweise mit einem Getriebe (nicht gezeigt) verbunden. Der Drehschwingungsdämpfer 1 schließt eine mit dem Primärteil 2 und dem Sekundärteil 3 zusammenwirkende, Bogenfedern 4 einschließende Federdämpfereinrichtung 5 bekannten Aufbaus und bekannter Wirkungsweise ein. Die in einem Federkanal 6 eingesetzten Bogenfedern 4 sind jeweils an einem Ansatz (nicht gezeigt) des Primärteils 2 und an einem Trägerflansch 7 des Sekundärteils 3 abgestützt. Weiterhin ist innerhalb des Drehschwingungsdämpfers 1 dem Trägerflansch 7 ein Fliehkraftpendel 8 bekannter Wirkungsweise zugeordnet, das radial unterhalb der Federdämpfereinrichtung 5 platziert ist. Das Fliehkraftpendel 8 umfasst an beiden Axialseiten des Trägerflansches 7 mehrere umfangsverteilt positionierte Pendelmassen 9, 10, die in Verbindung mit Laufrollen entlang von Pendelbahnen (nicht gezeigt) begrenzt auslenkbar sind.
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Getriebeseitig weist der Drehschwingungsdämpfer 1 eine Reibeinrichtung 11 auf, bestehend aus einem Federflansch 12, der über Nietverbindungen 13 mit dem Trägerflansch 7 sowie einer formschlüssig mit einer Getriebewelle (nicht gezeigt) verzahnten Abtriebsnabe 14 zu einer Baueinheit, dem Sekundärteil 3, verbunden sind. Der Federflansch 12 einschließlich beidseitiger Reibbeläge 15, 16 ist in einem axial von einem Deckelelement 17 des Primärteils 2 sowie einer Druckplatte 19 begrenzten Ringspalt 18 eingesetzt. Die Druckplatte 19 ist mittels eines Aktors 20 axial verstellbar, wobei über eine variable Anpresskraft des Aktors 20 eine Basishysterese des Drehschwingungsdämpfers 1 beeinflussbar und folglich unmittelbar steuerbar ist. Der Aufbau des gemeinsam mit dem Drehschwingungsdämpfer 1 in einer Getriebeglocke 21 eingesetzten, hydraulisch betätigten Aktors 20 umfasst ein Gehäuse 22, in dessen Zylinder ein Kolben 23 entgegen einer Federkraft durch Druckbeaufschlagung gemeinsam mit der dem Kolben 23 zugeordneten Druckplatte 19 axial verschiebbar ist. Die Druckplatte 19 ist dabei gegenüber dem Kolben 23 über eine Lagerung 24 frei drehbar. Eine Steuerung des Aktors 20 bzw. dessen Druckbeaufschlagung erfolgt über ein mit dem Aktor 20 zusammenwirkendes, beispielsweise extern an der Getriebeglocke 21 positioniertes Steuergerät 25.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehschwingungsdämpfer
- 2
- Primärteil
- 3
- Sekundärteil
- 4
- Bogenfeder
- 5
- Federdämpfereinrichtung
- 6
- Federkanal
- 7
- Trägerflansch
- 8
- Fliehkraftpendel
- 9
- Pendelmasse
- 10
- Pendelmasse
- 11
- Reibeinrichtung
- 12
- Federflansch
- 13
- Nietverbindung
- 14
- Abtriebsnabe
- 15
- Reibbelag
- 16
- Reibbelag
- 17
- Deckelelement
- 18
- Ringspalt
- 19
- Druckplatte
- 20
- Aktor
- 21
- Getriebeglocke
- 22
- Gehäuse
- 23
- Kolben
- 24
- Lagerung
- 25
- Steuergerät
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012202255 A1 [0003]
- DE 102009030984 A1 [0004]
- DE 102017117976 A1 [0005]
