-
Die Erfindung betrifft ein Hysterese-Element mit einer Rotationsachse für einen Torsionsschwingungsdämpfer in einem Antriebsstrang, einen Pendelwippendämpfer mit einem solchen Hysterese-Element mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, eine Reibscheibe mit einem solchen Hysterese-Element mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, eine Reibkupplung mit einer solchen Reibscheibe mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, einen Drehmomentbegrenzer mit einer solchen Reibscheibe mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Pendelwippendämpfer und/oder mit einer solchen Reibkupplung und/oder mit einem solchen Drehmomentbegrenzer, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
-
Für Torsionsschwingungsdämpfer für den Einsatz in einem Antriebsstrang, beispielsweise für ein Kraftfahrzeug, ist oftmals ein sogenanntes Hysterese-Element gewünscht oder erforderlich. Damit ist ein Ansprechverhalten eines Torsionsschwingungsdämpfers veränderbar, beispielsweise sind Drehschwingungen mit kleiner Amplitude mittels des Hysterese-Elements dissipierbar und der eigentliche Torsionsschwingungsdämpfer wird nicht in einem Arbeitsbereich betrieben. Ein Hysterese-Element in platzsparender Bauweise umfasst meist zumindest eine Reibfläche und ein axial vorgespanntes Federelement, beispielsweise eine Membranfeder. In manchen Anwendungen ist zwischen dem Federelement und der jeweiligen Reibfläche ein weiteres Ringelement vorgesehen, welches in unmittelbarem Kontakt mit der Reibfläche als Reibpartner dient. Alternativ ist das Federelement selbst mit zumindest einer der Reibflächen der unmittelbare Reibpartner.
-
Unter anderem ist aus der
WO 2008 / 046 379 A1 eine Doppelkupplung bekannt, auf deren Eingangsseite ein Torsionsschwingungsdämpfer in Form eines Zweimassenschwungrads mit einem Hysterese-Element angeordnet ist. Gleiches gilt für die
WO 2012 / 069 028 A1 .
-
In vielen Anwendungen treten sogenannte Lastwechsel auf, also eine Umkehr der Richtung des übertragenen Drehmoments. Wenn bei dem Hysterese-Element zwischen der Reibfläche und dem Reibpartner ein Spiel in Umlaufrichtung vorliegt, muss dieses zunächst überwunden werden, bevor das Hysterese-Element seine gewünschte Funktion aufnehmen kann. Es wurde aber festgestellt, dass ein solches Spiel unerwünschte Geräuschemissionen, also ein Problem bei der NVH [engl.: Noise Vibration Harshness], verursachen kann. Ein Spiel ist also zu vermeiden. Zugleich soll aber ein solches Hysterese-Element kostengünstig und leicht montierbar sein.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft ein Hysterese-Element mit einer Rotationsachse für einen Torsionsschwingungsdämpfer in einem Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - für einen Torsionsschwingungsdämpfer einen Drehmomenteingang;
- - für einen Torsionsschwingungsdämpfer einen Drehmomentausgang mit einem Anschlagelement;
- - zumindest eine Reibfläche, welche mit dem Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden ist; und
- - für einen Reibschluss eine Membranfedereinrichtung zum Aufbringen einer Axialkraft auf die zumindest eine Reibfläche,
wobei die Membranfedereinrichtung eine Mehrzahl von Radialzungen aufweist, welche zum drehmomentübertragenden Anliegen an dem Anschlagelement des Drehmomentausgangs eingerichtet sind.
-
Das Hysterese-Element ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass die Membranfedereinrichtung zwei Scheiben mit jeweils zumindest einer Radialzunge umfasst, und die zwei Scheiben im Betrieb aneinander in Umfangsrichtung derart abgestützt sind, dass die zumindest eine erste Radialzunge der ersten Scheibe in einer ersten Umfangsrichtung und die zumindest eine zweite Radialzunge der zweiten Scheibe in der gegenläufigen zweiten Umfangsrichtung gegen das Anschlagelement vorgespannt sind.
-
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
-
Hier ist ein Hysterese-Element für einen Torsionsschwingungsdämpfer vorgeschlagen, bei welchem ein Drehmoment um die Rotationsachse übertragbar ist, und überlagernde Drehschwingungen mittels des Hysterese-Elements in einem vorbestimmten Amplitudenbereich dissipierbar sind, bevor andere Amplitudenbereiche von dem Torsionsschwingungsdämpfer gedämpft beziehungsweise moduliert werden. Ein solches Hysterese-Element ist in einem Antriebsstrang einsetzbar und bevorzugt Baueinheitlich mit einem Torsionsschwingungsdämpfer in einem Antriebsstrang montierbar. Beispielsweise ist ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Getriebe, bevorzugt zwischen einer Verbrennungskraftmaschine und einem Hybrid-E-Motor (beispielsweise in einem Hybridmodul), angeordnet. Beispielsweise ist ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer ein sogenannter Pendelwippendämpfer zum Modulieren einer Torsionssteifigkeit (also Drehmomentweichheit) eines Antriebsstrangs und/oder ein sogenannter Mehrflanschdämpfer. Das Hysterese-Element weist einen Drehmomenteingang und einen Drehmomentausgang auf, wobei diese für eine Hauptrichtung definiert sind. Damit ist aber nicht ausgeschlossen, dass umgekehrt über den Drehmomentausgang ein Drehmoment eingetragen wird und über den Drehmomenteingang ein Drehmoment weitergegeben wird.
-
Der Drehmomenteingang und der Drehmomentausgang sind in einer Ausführungsform gleichbedeutend mit dem Eingang und dem Ausgang des Torsionsschwingungsdämpfers. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Hysterese-Element vorgeschaltet beziehungsweise nachgeschaltet und somit beim Eingang beziehungsweise Ausgang des Torsionsschwingungsdämpfers angeordnet, sodass beispielsweise der Drehmomentausgang Getriebe-seitig angeordnet ist und der Drehmomenteingang Torsionsschwingungsdämpfer-seitig (oder umgekehrt) angeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Hysterese-Element parallel-geschaltet zu einem Torsionsschwingungsdämpfer.
-
Das Hysterese-Element umfasst zumindest eine Reibfläche und eine Membranfedereinrichtung. Das Hysterese-Element ist dazu eingerichtet, mittelbar oder unmittelbar eine Axialkraft auf die zumindest eine Reibfläche aufzubringen, sodass ein Reibschluss vorliegt für ein definiertes übertragbares Reibmoment um die Rotationsachse. Die zumindest eine Reibfläche ist zu dem Drehmomenteingang drehmomentfest verbunden. Die Membranfedereinrichtung ist zu dem Drehmomentausgang über ein Anschlagelement drehmomentübertragend verbunden, wobei hier bevorzugt bei der Montage ein geringes Spiel vorliegt, wie nachfolgend näher erläutert wird. Die Membranfedereinrichtung weist für die Drehmomentübertragung eine Mehrzahl von Radialzungen auf, welche somit in Umfangsrichtung mit dem Anschlagelement überlappend angeordnet sind und somit eine Drehmomentübertragung von der Membranfedereinrichtung auf den Drehmomentausgang ermöglichen.
-
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Membranfedereinrichtung zwei (oder mehr) Scheiben umfasst, von welchen jeweils eine Scheibe zumindest eine Radialzunge für das Anschlagelement des Drehmomentausgangs umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der Scheiben selbst eine Membranfeder. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine der Scheiben ein passives Element, bevorzugt beispielsweise ein Reibpartner.
-
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die zwei (oder mehr) Scheiben im Betrieb aneinander in Umfangsrichtung abgestützt sind. Beispielsweise ist eine Lasche und/oder ein Zapfen und eine korrespondierende Aufnahme in der jeweils komplementären Scheibe vorgesehen, über welche die Scheiben aneinander in Umfangsrichtung abgestützt sind.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an einer oder an zwei korrespondierenden Scheiben eine Rampe mit axialer Erstreckung und mit einer Steigung (also geneigte Abweichung zur rein axialen Ausrichtung) in Umfangsrichtung gebildet, sodass bei einer axialen Montage die beiden korrespondierenden Scheiben in Umfangsrichtung gegeneinander verdreht werden. In einer alternativen Ausführungsform ist (bevorzugt bei einer als Membranfeder ausgeführten Scheibe) eine Federlasche gebildet, welche zu einer Kraftausübung in Umfangsrichtung (beziehungsweise Tangentialrichtung) eingerichtet ist und mit einem entsprechenden Zapfen beziehungsweise Lasche der korrespondierenden Scheibe derart zusammenwirkt, dass die beiden Scheiben in Umfangsrichtung gegeneinander verspannt werden.
-
Im Ergebnis werden die beiden Scheiben derart gegeneinander abgestützt, dass sich die Scheiben mit jeweils zumindest einer ihrer Radialzungen an einem Anschlagelement vorgespannt abstützen, und zwar in einander entgegengesetzter (gegenläufiger) Umfangsrichtung. Damit ist im Betrieb ein Spiel in Umfangsrichtung (vollständig) eliminiert und somit die Wirkung des Hysterese-Elements auch bei einem Lastwechsel von Anfang an sichergestellt. Gleichzeitig ist aber auch erreicht, dass sich die Membranfedereinrichtung leicht montieren lässt, wenn in einer vorteilhaften Ausführungsform im Montagezustand ein Spiel gegenüber dem Anschlagelement vorgesehen ist. Damit ist ein Verkanten bei der Montage leicht auszuschließen. Weiterhin hat dieses Hysterese-Element den Vorteil, dass das Spiel mit einer großen Toleranz ausführbar ist und somit die Fertigungskosten für die Membranfedereinrichtung im Vergleich zu einer einteiligen Membranfeder mit hoher Passgenauigkeit (geringem Spiel) reduzierbar sind.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass im Betrieb die Abstützung der Scheiben aneinander bevorzugt derart ausgelegt ist, dass (in einem auslegungsgemäßen Betrieb) bei einem Lastwechsel keine der beiden Scheiben von dem Anschlagelement gelöst wird. Dies ist beispielsweise über einen ausreichend hohen Reibschluss zwischen den korrespondierenden Scheiben sichergestellt.
-
Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass die Scheiben einzig bevorzugt unmittelbar axial benachbart zueinander angeordnet sind. Alternativ ist ein Zwischenelement axial zwischen zwei korrespondierenden Scheiben angeordnet.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Hysterese-Elements vorgeschlagen, dass mittels korrespondierender Wellungen die zwei Scheiben im Betrieb aneinander in Umfangsrichtung abgestützt sind.
-
Hier ist vorgeschlagen, dass die zwei (axial unmittelbar benachbarten) Scheiben jeweils eine korrespondierende Wellungen aufweisen, über welche sie aneinander in Umfangsrichtung abgestützt sind. Die Wellungen sind dabei derart korrespondierend zueinander gebildet, dass die beiden miteinander in Kontakt stehenden (benachbarten) Scheiben bei einer Axiallast einander in Umfangsrichtung verdrehen, eben bis die jeweilige Radialzunge gegen das Anschlagelement gedrückt wird. Die Wellung hat also damit die Aufgabe einer Rampe, wobei diese Rampe zugleich elastisch ist und somit eine Kraft in Umfangsrichtung zugleich ausreichend gering ist, sodass keine Überlastung an dem Anschlagelement oder im Betrieb aufgrund einer Überlast in Umfangsrichtung (beispielsweise Knickung) ein Verkanten an dem Anschlagelement auftritt. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass eine für die Dämpfungsfunktion benötigte axiale Hubbewegung einer solchen Membranfedereinrichtung sehr gering ist, weil diese (lediglich passiv) beim Aufheben des Reibschlusses (infolge eines entsprechenden Drehmomentbetrags) zwischen der jeweiligen Reibfläche und dem Reibpartner (beispielsweise der entsprechenden Scheibe der Membranfedereinrichtung) bei Überschreiten des von der Axialkraft definierten reibschlussbedingten Reibmoments um etwa den Betrag einer mittleren Rauigkeit der Reibpaarung axial abhebt.
-
Infolge von Reibungseffekten zwischen den unmittelbar axial benachbarten Scheiben ist der benötigte axiale Bauraum (bei gleicher Axialkraft) im Vergleich zu einer einteiligen Membranfeder gleich oder sogar geringer.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Scheiben der Membranfedereinrichtung, bevorzugt in unmittelbarem Kontakt miteinander, wie ein Tellerfederpaket von radial-innen nach radial-außen gegenläufig geneigt, bevorzugt so, dass im unbelasteten Zustand der radial-äußere Rand der Scheiben zueinander den geringsten axialen Abstand zueinander aufweisen beziehungsweise miteinander in Kontakt stehen (Extremum: Minimum) und der radial-innere Rand axial den größten Abstand zueinander beziehungsweise sind (Extremum: Maximum) dort voneinander beabstandet. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Geometrie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform von den Wellungen überlagert ist (superponiert) und dass dies bevorzugt, aber nicht zwangsläufig globale Extrema sind. Weiterhin sei darauf hingewiesen, dass Radialzungen am radial-äußeren Rand beziehungsweise am radial-inneren Rand die oben beschriebenen Extrema gebildet ist. Alternativ sind die Extrema von dem Rand am Übergang zu den Radialzungen gebildet.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Hysterese-Elements vorgeschlagen, dass ein mit dem Drehmomenteingang drehmomentfest verbundenes Hysterese-Gehäuse mit zwei Reibflächen vorgesehen ist, welches eine erste der Reibflächen und axial gegenüberliegend eine zweite der Reibflächen umfasst, wobei die Membranfedereinrichtung zwischen den einander gegenüberliegenden Reibflächen vorgespannt gehalten ist, wobei bevorzugt die Scheiben der Membranfedereinrichtung mit der jeweils axial angrenzenden Reibfläche in unmittelbarem Kontakt steht.
-
Hier ist vorgeschlagen, dass die Membranfedereinrichtung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Reibflächen vorgespannt gehalten ist und somit eine Kraftklammer um die Membranfedereinrichtung gebildet ist. Damit ist bewirkt, dass die für den Reibschluss innerhalb des Hysterese-Elements notwendige Axialkraft von dem angrenzenden Bauteil, beispielsweise einem Torsionsschwingungsdämpfer, abgekoppelt ist, also nicht in ein angrenzendes Bauteil eingeleitet wird.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein solches Hysterese-Element als Baueinheit vorgefertigt, und somit einem Bauteil in dem Antriebsstrang, beispielsweise an einem Torsionsschwingungsdämpfer montierbar, ohne dass hierbei eine Einstellung der Axialkraft beziehungsweise der Dämpfungswirkung notwendig ist und auch nicht von der Montage abhängig ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die (gewünschte) Axialkraft (für ein definiertes Reibmoment) mittels des axialen Abstands zwischen den beiden Reibflächen hinreichend genau einstellbar, sodass eine Qualitätskontrolle über einfaches Messen des Abstands hinreichend ist.
-
In einer besonders kompakten Ausführungsform sind die Scheiben der Membranfedereinrichtung in unmittelbarem Kontakt mit der jeweils angrenzenden Reibfläche, bilden also den jeweiligen Reibpartner. Ein Zwischenelement, beispielsweise ein Reibring, ist hier nicht vorgesehen und somit auch ein dafür erforderlicher Bauraum eingespart. Bevorzugt ist sind zudem die Scheiben der Membranfedereinrichtung miteinander in unmittelbarem Kontakt, besonders bevorzugt genau zwei Scheiben vorgesehen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Pendelwippendämpfer mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen eingangsseitigen Flansch;
- - einen ausgangsseitigen Flansch;
- - zumindest ein Wippenelement;
- - zumindest ein Energiespeicherelement; und
- - zumindest eine Pendelrolle,
wobei das zumindest eine Wippenelement an zumindest einem der Flansche mittels zumindest einer der Pendelrollen wippbar abgestützt ist und diese zumindest eine Pendelrolle mittels des Energiespeicherelements zwischen dem Wippenelement und dem betreffenden Flansch mit einer Modulationskraft eingespannt ist,
wobei weiterhin ein Hysterese-Element nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung vorgesehen ist, von welchem der Drehmomenteingang mit dem eingangsseitigen Flansch und der Drehmomentausgang mit dem ausgangsseitigen Flansch drehmomentfest verbunden ist.
-
Der Pendelwippendämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Energiespeicherelement zum Ausüben einer Modulationskraft vorgesehen ist, wobei mittels der Modulationskraft die zumindest eine Pendelrolle bahn-senkrecht gegen eine Rollenbahn in einem Flansch und/oder dem Wippenelement vorgespannt ist. Der Pendelwippendämpfer ist zum Modulieren eines Drehmoments innerhalb des Antriebsstrangs eingerichtet. Das moduliert zu übertragende Drehmoment ist im Betrieb um die Rotationsachse ausgerichtet. Dabei ist der Pendelwippendämpfer (bevorzugt rotationssymmetrisch) zu dieser Rotationsachse ausgewuchtet.
-
Weiterhin ist von dem Pendelwippendämpfer ein eingangsseitiger Flansch, welcher zum Aufnehmen (aber bevorzugt auch zum Abgeben) eines Drehmoments eingerichtet ist, und ein ausgangsseitiger Flansch, welcher zum Abgeben (aber bevorzugt auch zum Aufnehmen) eines Drehmoments eingerichtet ist, umfasst. Der eingangsseitige Flansch und/oder der ausgangsseitige Flansch sind bevorzugt scheibenartig oder scheibensegmentartig, besonders bevorzugt mittels Stanzen und/oder Blechumformung, aus Blech gebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem eingangsseitigen Flansch und dem ausgangsseitigen Flansch zudem ein Hysterese-Element, welches nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, vorgesehen. Dabei ist es derart angeordnet, dass es parallel geschaltet und somit mit seinem Drehmomenteingang an dem eingangsseitigen Flansch und mit seinem Drehmomentausgang an dem ausgangsseitigen Flansch drehmomentfest verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich ist ein solches Hysterese-Element in Reihe geschaltet. Dann ist der Drehmomenteingang des Hysterese-Elements mit beispielsweise einer Motorwelle (mittelbar oder unmittelbar) drehmomentübertragend verbunden und der Drehmomentausgang mit dem eingangsseitigen Flansch des Pendelwippendämpfers. Alternativ umgekehrt der Drehmomentausgang des Hysterese-Elements mit beispielsweise einer Getriebewelle (mittelbar oder unmittelbar) drehmomentübertragend verbunden und der Drehmomenteingang mit dem ausgangsseitigen Flansch des Pendelwippendämpfers.
-
Zum Modulieren eines Drehmoments umfasst der Pendelwippendämpfer zumindest ein Wippenelement, zumindest ein erstes Energiespeicherelement, welches zum Ausüben der Modulationskraft eingerichtet ist. Das Wippenelement ist mittels zumindest einer oder mehr (bevorzugt zwei oder drei) Pendelrollen an dem eingangsseitigen Flansch und/oder dem ausgangsseitigen Flansch relativ zu der Umfangsrichtung (beziehungsweise die Umlaufbewegung überlagernd) verschwenkbar, also wippbar, gelagert. Bevorzugt sind zwei Energiespeicherelemente und zwei Wippenelemente vorgesehen.
-
Wenn zwei oder mehr Wippenelemente vorgesehen sind, ist das zumindest eine Energiespeicherelement bevorzugt zwischen zwei Wippenelementen vorgesehen, wobei eine Wippbewegung der beiden Wippenelemente eine Relativbewegung der beiden Wippenelemente zueinander resultiert. Aus der Relativbewegung wiederum resultiert eine Veränderung des Energiepotentials des zumindest einen Energiespeicherelements. Wenn zwei Wippenelemente vorgesehen sind, sind bevorzugt ein oder zwei Energiespeicherelement vorgesehen, welche bevorzugt an jeweils gegenüberliegenden Enden der Wippenelemente angeordnet sind, bei drei Wippenelementen bevorzugt drei Energiespeicherelemente. Wenn lediglich ein Wippenelement vorgesehen ist, ist das Energiespeicherelement bevorzugt zwischen dem Wippenelement und entweder dem ausgangsseitigen Flansch oder dem eingangsseitigen Flansch angeordnet, sodass sich bei einer aus der Wippbewegung resultierenden Relativbewegung zwischen dem Wippenelement und dem ausgangsseitigen Flansch beziehungsweise dem eingangsseitigen Flansch das Energiepotential des Energiespeicherelements verändert.
-
Die zumindest eine Pendelrolle ist dabei derart auf einer wippenseitigen Rollenbahn und einer dazu komplementären außenseitigen Rollenbahn angeordnet, dass diese sich im Betrieb ohne anliegendes Drehmoment innerhalb der Rollenbahnen in einer Ruhelage befindet und innerhalb der Rollenbahnen abrollbar gelagert sind. Die zumindest eine Pendelrolle ist mittels des zumindest einen Energiespeicherelements beziehungsweise von dessen ausgeübter Modulationskraft gegen die Rollenbahn vorgespannt und bildet somit ein Rampengetriebe aus.
-
Die Rollenbahnen weisen dabei eine Steigung auf, welche derart gewählt sind, dass zum Überwinden der Steigungen zusätzliche (Bewegungs-) Energie beziehungsweise Arbeit aufzuwenden ist. Die benötigte (Bewegungs-) Energie ist mittels Reduktion einer Torsionsschwingung beziehungsweise des zu modulierenden Drehmoments erzielbar. Beispielsweise ist mittels der Steigung der Rollenbahnen und/oder der Steifigkeit des Energiespeicherelements, damit einhergehend der Betrag der Modulationskraft, eine Steifigkeit beziehungsweise ein Dämpfungswert darstellbar beziehungsweise einstellbar. Somit ist eine modulierte Drehmomentübertragung von dem eingangsseitigen Flansch zu dem ausgangsseitigen Flansch oder umgekehrt ausführbar. Das zumindest eine Energiespeicherelement ist beispielsweise eine Schraubendruckfeder, beispielsweise mit gerader Federachse, eine Bogenfeder, oder ein Gasdruckspeicher. Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft zwei oder mehr Schraubendruckfedern radial ineinander anzuordnen, von welchen gemeinsam als Federpaket ein Energiespeicherelement gebildet ist. Das Energiespeicherelement ist durch eine Relativbewegung des eingangsseitigen Flanschs und des ausgangsseitigen Flanschs zueinander dehnbar oder stauchbar.
-
In einer alternativen Ausführungsform umfasst der Torsionsschwingungsdämpfer eine erste Seite (beispielsweise eine Eingangsseite für eine Zugmomentübertragung) und eine zweite Seite (beispielsweise eine Ausgangsseite für eine Zugmomentübertragung) im Drehmomentfluss. Die erste Seite ist beispielsweise von einem Drehmomentbegrenzer gebildet und die zweite Seite von einem radial-inneren Anschluss. Eine Scheibe beziehungsweise ein Flansch der zweiten Seite ist beispielsweise von einer Zentralscheibe gebildet. Die erste Seite umfasst Seitenscheiben (und funktional, solange das maximal übertragbare Drehmoment nicht überschritten ist auch die Komponenten des Drehmomentbegrenzers). Die erste Seite und die zweite Seite sind mittels zumindest eines Energiespeicherelements (bevorzugt drei oder mehr Energiespeicherelementen) aneinander abgestützt, sodass eine Vergleichmäßigung der Drehmomentübertragung erzielt wird.
-
In einer anderen Ausführungsform ist der Torsionsschwingungsdämpfer als Mehrflanschdämpfer ausgeführt, wobei hier anstelle einer einzigen Zentralscheibe eine Mehrzahl von Zentralscheiben (dann auch als Flanschscheiben bezeichnet) vorgesehen sind und im Übrigen die obige Beschreibung analog gilt. Von der Mehrzahl der Flanschscheiben ist zumindest eine mit einem radial-inneren Anschluss verbunden und zumindest eine andere Flanschscheibe allein mittels zumindest eines (bevorzugt jeweils zwei) Energiespeicherelement(en) an den Seitenscheiben abgestützt. In einer Ausführungsform mit mehr als zwei Flanschscheiben ist zumindest eine Flanschscheibe zwischen zwei Flanschscheiben mittels Energiespeicherelementen abgestützt.
-
Ein Energiespeicherelement ist beispielsweise eine Schraubendruckfeder, beispielsweise mit gebogener Federachse (Bogenfeder) oder zumindest eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse. In einer bevorzugten Ausführungsform ist für die zwei Übertragungsrichtungen eine beidseitige gedämpfte Abstützung gewünscht und somit zumindest zwei Energiespeicherelemente vorgesehen, für eine Ausführungsform umfassend zumindest eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse drei oder mehr Energiespeicherelemente. Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft zwei oder mehr Schraubendruckfedern radial ineinander anzuordnen, von welchen gemeinsam als Federpaket ein Energiespeicherelement gebildet ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Reibscheibe mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - einen Reibring mit zumindest einem axial verpressbaren Reibbelag für ein reibschlüssiges Drehmomentübertragen;
- - eine Nabe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen dem Reibring und einer Welle; und
- - einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einem Hysterese-Element nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei der Drehmomenteingang des Hysterese-Elements mit dem Reibring drehmomentfest verbunden ist,
wobei der Torsionsschwingungsdämpfer in Reihe zwischen die Nabe und den Reibring geschaltet ist,
wobei der Torsionsschwingungsdämpfer bevorzugt einen Pendelwippendämpfer nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst.
-
Die hier vorgeschlagene Reibscheibe ist für eine konventionelle Verwendung (beispielsweise in einer Reibkupplung oder in einer Rutschkupplung beziehungsweise in einem Drehmomentbegrenzer) eingerichtet. Bevorzugt weist die hier vorgeschlagene Reibscheibe eine konventionelle oder im Vergleich dazu eine geringere Bauraumforderung bei gleicher Funktion auf. Besonders bevorzugt ist die Reibscheibe einzig hinsichtlich des Torsionsschwingungsdämpfers mit dem hier vorgeschlagenen Hysterese-Element und gegebenenfalls daraus resultierenden Anpassungen, bevorzugt ohne notwendige Anpassungen, anders als eine konventionelle Reibscheibe.
-
Die Reibscheibe umfasst zumindest einen Reibring, welcher als mechanischer Träger für zumindest eine der weiteren Komponenten der Reibscheibe eingerichtet ist. Bevorzugt ist der Reibring aus einem Metall (beispielsweise aus Stahl oder Aluminium) gefertigt. In einer Ausführungsform ist der Reibring aus einer Mehrzahl von separaten Blechelementen gebildet und einzig infolge der Montage ringförmig ausgebildet. Beispielsweise ist ein solcher Reibring im Vorfeld mit dem zumindest einen Reibbelag vormontiert, bevor der Reibring mit den übrigen Komponenten der Reibscheibe verbunden wird.
-
Weiterhin umfasst die Reibscheibe zumindest einen Reibbelag, welcher drehmomentübertragend mit dem Reibring verbunden ist. Beispielsweise ist der zumindest eine Reibbelag eine separate Komponente, beispielsweise aus einem Kunststoff, und mittels Nieten und/oder Schweißen mit dem Reibring verbunden. In einer Ausführungsform ist der Reibbelag einstückig mit dem Reibring gebildet, beispielsweise von einem Oberflächenabschnitt des Reibrings. In einer Ausführungsform sind der Reibbelag und/oder der Reibring jeweils mehrstückig ausgeführt. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist axial links und rechts des Reibrings jeweils ein Reibbelag zum reibschlüssigen Verpressen der Reibscheibe zwischen zwei Reibpartnern (beispielsweise einer Anpressplatte und einer Gegenplatte) vorgesehen.
-
Der Reibring ist mit einer Nabe drehmomentübertragend verbunden, wobei die Nabe zum Übertragen eines Drehmoments einer Welle eingerichtet ist. Beispielsweise weist die Nabe eine Kerbverzahnung zum Aufnehmen einer korrespondierend verzahnten Welle auf, sodass das an der Welle anliegende Drehmoment mittels der Kerbverzahnung beziehungsweise dem Formschluss von der Nabe auf der Reibring übertragbar ist. In einer Ausführungsform ist die Nabe einstückig von dem Reibring ausgebildet, wobei bevorzugt die Nabe und andere Funktionsabschnitte des Reibrings mittels (bevorzugt Kalt-) Umformen, beispielsweise Stanzen und/oder Umkanten, aus einer Blechplatine gebildet ist. In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der Reibring und die Nabe einzig mittelbar drehmomentübertragend miteinander verbunden.
-
Zusätzlich umfasst die hier vorgeschlagene Reibscheibe einen Torsionsschwingungsdämpfer, welcher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung mit einem Hysterese-Element nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist. Der Torsionsschwingungsdämpfer ist je nach Ausführungsform zum Dämpfen, Tilgen und/oder Entkoppeln beziehungsweise Modulieren von (gegebenenfalls vorbestimmten) Vibrationen und Drehmomentüberhöhungen eingerichtet. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Torsionsschwingungsdämpfer einen Pendelwippendämpfer, welcher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist.
-
Der Torsionsschwingungsdämpfer ist in Reihe zwischen die Nabe und den Reibring geschaltet. In einer Ausführungsform ist der Reibring zudem zum Halten von zumindest einer Pendelmasse eines Fliehkraftpendels eingerichtet. Alternativ oder zusätzlich ist ein Pendelwippendämpfer umfasst und der Reibring (mittelbar oder unmittelbar) über zumindest ein Wippenelement und zumindest ein Energiespeicherelement und eine entsprechende Anzahl von Pendelrollen (mittelbar oder unmittelbar) mit der Nabe drehmomentübertragend verbunden.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass in einer Ausführungsform die Reibscheibe eine Mehrzahl von Torsionsschwingungsdämpfern und/oder eine Mehrzahl von Hysterese-Elementen umfasst. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Reibscheibe eine (einzige oder mehrere) Hysterese-Elemente und zwei oder mehr Dämpfervorrichtungen, beispielsweise einen Vordämpfer nach Art eines Zweimassenschwungrads und einen Mehrflanschdämpfer und/oder einen Pendelwippendämpfer, sowie gegebenenfalls weiterhin oder alternativ ein oder mehrere Fliehkraftpendel.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Reibkupplung mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend ein Reibpaket mit einer Reibscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, welches über einen Kupplungsbefehl lösbar zum Übertragen eines Drehmoments eingerichtet ist.
-
Die Reibkupplung ist dazu eingerichtet, in einem Antriebsstrang ein Drehmoment um die Rotationsachse von ihrer Eingangsseite auf die Ausgangsseite, und bevorzugt umgekehrt, lösbar zu übertragen. Dazu ist zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite ein axial verpressbares Reibpaket vorgesehen, welches zumindest eine Reibscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst. Beispielsweise umfasst das Reibpaket eine (axial fixierte) Gegenplatte, eine (axial verschiebbare) Anpressplatte und eine axial dazwischen angeordnete Reibscheibe. Alternativ umfasst das Reibpaket weiterhin eine oder mehrere Zwischenplatten und eine korrespondierende Anzahl von Reibscheiben, wobei dann bevorzugt eine einzige Reibscheibe wie oben beschrieben ausgeführt ist und die anderen Reibscheiben einfacher aufgebaut sind. Die Platten (Anpressplatte, Gegenplatte und gegebenenfalls Zwischenplatte(n)) sind bevorzugt mit der Eingangsseite verbunden (beispielsweise die Motorseite) und die Reibscheibe(n) mit der Ausgangsseite (entsprechend beispielsweise der Getriebeseite). Alternativ ist dies umgekehrt ausgeführt.
-
Das Reibpaket ist derart eingerichtet, dass dieses mittels eines Kupplungsbefehls ein Drehmoment lösbar überträgt. Der Kupplungsbefehl ist im Betrieb von dem Fahrer eines Fahrzeugs oder dem (Automatik-) Getriebe initiiert und veranlasst ein Einkuppeln beziehungsweise Auskuppeln des Reibpakets von der Reibscheibe.
-
Beispielsweise wird dieser Kupplungsbefehl mittels eines elektrischen Aktuators und/oder eines hydraulischen Systems und/oder mittels eines mechanischen Seilzugs als Anpresskraft beziehungsweise eine Anpresskraft (beispielsweise einer Tellerfeder) aufhebende Lösekraft in das Reibpaket eingeleitet. Somit ist ein Reibschluss mittels Verpressung des Reibpakets für eine lösbare Drehmomentübertragung steuerbar. Im unverpressten Zustand (ausgekuppelt) des Reibpakets ist kein Drehmoment oder nur ein zulässig geringes Schleppmoment zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite übertragbar.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Drehmomentbegrenzer mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend ein Rutschkupplungspaket mit einer Reibscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, welches zum Übertragen eines Drehmoments bis zu einer vorbestimmten Drehmomentgrenze geschlossen ist und jenseits von der vorbestimmten Drehmomentgrenze zum Durchrutschen eingerichtet ist.
-
Der hier vorgeschlagene Drehmomentbegrenzer ist für eine konventionelle Verwendung, beispielsweise in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug, zum Beschränken eines maximal übertragbaren Drehmoments um die Rotationsachse eingerichtet. Bevorzugt weist der Drehmomentbegrenzer eine konventionelle oder im Vergleich dazu eine geringere Bauraumforderung bei gleicher Funktion auf. Besonders bevorzugt ist der Drehmomentbegrenzer einzig hinsichtlich des Rutschkupplungspakets beziehungsweise der Reibscheibe und gegebenenfalls daraus resultierenden Anpassungen, bevorzugt ohne notwendige Anpassungen, anders als ein konventioneller Drehmomentbegrenzer. In einer Ausführungsform ist der Drehmomentbegrenzer zwischen einer Verbrennerwelle und einer Rotorwelle einer elektrischen Antriebsmaschine in einem Hybrid-Antriebsstrang angeordnet. In einer Ausführungsform ist der Drehmomentbegrenzer zwischen einem Getriebe und einer elektrischen Antriebsmaschine angeordnet.
-
Hierfür umfasst das Rutschkupplungspaket eine Reibscheibe nach einer der Ausführungsformen gemäß der obigen Beschreibung. Das Rutschkupplungspaket ist derart eingerichtet, dass es im Betrieb zum reibschlüssigen Übertragen eines Drehmoments eingerichtet ist. Die Drehmomentübertragung erfolgt dabei bis einschließlich einer vorbestimmten Drehmomentgrenze, wobei hierzu das Rutschkupplungspaket mit der Reibscheibe verpresst ist. Liegt eine (mit der vorbestimmten Drehmomentgrenze als Bezugsgröße) Drehmomentüberhöhung an dem Rutschkupplungspaket beziehungsweise dem Drehmomentbegrenzer an, so löst sich der Reibschluss aus der Reibhaftung und es findet ein Durchrutschen statt.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass für die meisten Anwendungen die Drehmomentgrenze derart definiert ist, dass eine Drehmomentüberhöhung, mit einem Drehmoment oberhalb der Drehmomentgrenze weiterhin eine Drehmomentübertragung stattfindet. Ein solches Drehmoment einer übertragbaren Drehmomentüberhöhung ist beispielsweise um bis zu 10 % größer als die vorbestimmte Drehmomentgrenze.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - zumindest eine Antriebsmaschine zum Abgeben eines Drehmoments;
- - zumindest einen Verbraucher zum Aufnehmen eines Drehmoments;
- - ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine und einem Verbraucher; und
- - einen Pendelwippendämpfer nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und/oder einer Reibkupplung nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und/oder einem Drehmomentbegrenzer nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei mittels des Torsionsschwingungsdämpfer beziehungsweise Pendelwippendämpfers ein Drehmoment zwischen der zumindest einen Antriebsmaschine und dem Verbraucher moduliert übertragbar ist.
-
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst eine erste Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Verbrennerwelle und ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments zwischen der Verbrennerwelle und einem Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Vortriebsräder. Mittels des Pendelwippendämpfers, welcher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, ist die Drehmomentübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Verbraucher moduliert übertragbar. Eine Drehmomentübertragung zwischen dem Verbraucher und der Verbrennerwelle ist bevorzugt in beiden Richtungen möglich, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (Zugbetrieb) und in Gegenrichtung (Schubbetrieb) beispielsweise zum Einsatz der Motorbremse zum Entschleunigen des Kraftfahrzeugs oder zur Rekuperation dieser Entschleunigungsenergie. Bei einer Ausführungsform mit einer Reibkupplung, welche nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, und/oder einem Drehmomentbegrenzer, welcher nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung ausgeführt ist, ist eine Drehmomentübertragung gezielt unterbrechbar beziehungsweise erheblich verringerbar (per Reibkupplung aktiv mit einem Kupplungsbefehl und per Drehmomentbegrenzer passiv mittels einer voreingestellten axialen Verpressung der Reibscheibe).
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebsstrangs ist weiterhin eine elektrische Antriebsmaschine mit einer Rotorwelle in den Drehmomentfluss ausgangsseitig des Pendelwippendämpfers und vor den Verbraucher geschaltet. Beispielsweise ist so bei geöffneter Kupplung ein rein elektrischer Betrieb der Verbraucher ermöglicht. In einer Ausführungsform bilden die elektrische Antriebsmaschine und die Kupplung (mit dem oder ohne den Pendelwippendämpfer) gemeinsam ein sogenanntes Hybrid-Modul, welches als eine Baueinheit in den Antriebsstrang einfach integrierbar ist.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang, welcher den oben beschriebenen Pendelwippendämpfer beziehungsweise den oben beschrieben Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, sind verringerte Torsionsschwingungen und akustische Störgeräusche innerhalb der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe beziehungsweise dem Pendelwippendämpfer beziehungsweise dem Torsionsschwingungsdämpfer erzielbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Montage der Membranfedereinrichtung des Hysterese-Elements vereinfacht und zugleich die Herstellungskosten gleich oder sogar reduziert.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend einen Antriebsstrang nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und zumindest ein Vortriebsrad, wobei zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs das zumindest eine Vortriebsrad mittels des Antriebsstrangs antreibbar ist.
-
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Mit dem gewünschten sogenannten Downsizing der Antriebsmaschine bei einer gleichzeitigen Verringerung der Betriebsdrehzahlen wird die Intensität der störenden Torsionsschwingungen erhöht. Eine ähnliche Problemstellung ergibt sich bei der sogenannten Hybridisierung, bei welcher eine elektrische Antriebsmaschine im Betrieb immer häufiger in Einsatz gebracht wird oder sogar die Hauptdrehmomentquelle bildet und eine möglichst kleine Verbrennungskraftmaschine einzusetzen ist, welche aber deutlich häufiger dem Antriebsstrang zugeschaltet und wieder weggeschaltet werden muss. Auch bei einem rein elektrischen Antriebsstrang ist der zur Verfügung stehende Bauraum meist gering, weil viele solche Antriebsstränge ohne Dämpfungsmaßnahmen konzipiert worden sind und/oder der Bauraum für andere Komponenten wie beispielsweise einen Pulswechselrichter und/oder eine Traktionsbatterie vorgehalten werden muss. Es ist daher eine Herausforderung, eine ausreichende Vergleichmäßigung von Drehungleichförmigkeiten bei gleichzeitig geringen Teilekosten und geringem verfügbarem Bauraum bereitzustellen.
-
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner.
-
Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug, dessen Antriebsstrang den oben beschriebenen Pendelwippendämpfer beziehungsweise den oben beschrieben Torsionsschwingungsdämpfer umfasst, sind verringerte Torsionsschwingungen und akustische Störgeräusche innerhalb der Verbrennungskraftmaschine und dem Getriebe beziehungsweise dem Pendelwippendämpfer beziehungsweise dem Torsionsschwingungsdämpfer erzielbar. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Montage der Membranfedereinrichtung des Hysterese-Elements vereinfacht und zugleich die Herstellungskosten gleich oder sogar reduziert.
-
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Audi A1, Volkswagen Polo, Opel Corsa oder Renault Clio. Bekannte (Mild-) Hybrid-Fahrzeuge sind Fiat Panda oder der Mazda3 (BP). Als vollelektrische Kraftfahrzeuge bekannt sind beispielsweise ein Audi Q4 e-tron oder ein BMW i3 oder VW ID.3.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Hysterese-Element mit einer einteiligen Membranfeder in einem Torsionsschwingungsdämpfer;
- 2: eine Scheibe einer Membranfedereinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- 3: eine Membranfedereinrichtung mit zwei Scheiben gemäß 2;
- 4: eine Reibscheibe mit einem Torsionsschwingungsdämpfer und mit einem Hysterese-Element in einer perspektivischen Schnittansicht; und
- 5: ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang.
-
In 1 ist ein Hysterese-Element 1 mit einer einteiligen Membranfeder 40 in einem Torsionsschwingungsdämpfer 3 dargestellt. Bei der gezeigten Ausführungsform ist (rein optional) die einteilige Membranfeder 40 in einem Hysterese-Gehäuse 17 mit Reibflächen 8,9 (die zweite Reibfläche 9 ist hier von dem Hysterese-Gehäuse 17 verdeckt) derart eingespannt, dass ein eingehendes Drehmoment über einen Eingang (beispielsweise einen Reibring 25 einer Reibscheibe 24, vergleiche 4) zum Ausgang (hier mittels eines Anschlagelements 7 drehmomentfest mit einer innen verzahnten Nabe 28 zum Anschließen an eine Welle 29 beispielsweise eine Getriebeeingangswelle 41, vergleiche 5) reibschlüssig übertragbar ist, wobei überlagernde Drehschwingungen in einem vorbestimmten Bereich mittels relativer Verdrehung von der einteiligen Membranfeder 40 zu den Reibflächen 8,9 dissipierbar sind. Das gezeigte Anschlagelement 7 ist hier beispielsweise als Lasche ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich ist ein Anschlagelement 7 von einem oder mehreren Bolzen gebildet. Dabei ist das Hysterese-Element 1 derart ausgeführt, dass das
-
Drehmoment von der einteiligen Membranfeder 40 in einer ersten Umfangsrichtung 15 mit ihrer (ersten) Radialzunge 11 mit der korrespondierenden Seite des Anschlagelements 7 und in der gegenläufigen zweiten Umfangsrichtung 16 mit ihrer (zweiten) Radialzunge 12 mit der korrespondierenden Seite des Anschlagelements 7 hin zu dem Drehmomentausgang 6 (und umgekehrt) übertragbar ist beziehungsweise in einer Verdrehung der einteiligen Membranfeder 40 relativ zu den Reibflächen 8,9 resultiert. Das für eine Montage der einteiligen Membranfeder 40 notwendige Umfangsspiel 42 (hier beidseitig bei einer ideal mittigen Anordnung des Anschlagelements 7) muss bei einem Lastwechsel, also einer Umkehr der Umfangsrichtung 16,15 des anliegenden Drehmoments zunächst überwunden werden. Das Hysterese-Element 1 ist in diesem Zustand nicht oder zumindest nicht wie gewünscht aktiv.
-
In 2 ist eine (erste) Scheibe 13 einer Membranfedereinrichtung 10 (vergleiche 4) in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Die Rotationsachse 2 der (ersten) Scheibe 13 ist (leicht aus der Bildebene nach vorne verkippt) etwa senkrecht dargestellt. Die (erste) Scheibe 13 umfasst eine (hier rein optional Mehrzahl von) ersten Radialzungen 11, welche in diesem Ausführungsbeispiel (in Analogie zu der einteiligen Membranfeder 40 gemäß 1) nach radial-innen orientiert angeordnet sind. Die (erste) Scheibe 13 ist nicht plan ausgeführt, sondern weist eine (erste) Wellung auf, welche hier (rein optional) umlaufend und (beispielsweise sinusartig) mit sich axial erstreckenden Amplituden gebildet ist. Beispielsweise ist die (erste) Scheibe 13 aus einem (Federstahl-) Blech ausgestanzt und umgeformt. Eine zweite Scheibe 14 (vergleiche 3) ist in einer Ausführungsform gleichartig oder (bevorzugt) identisch ausgeführt.
-
In 3 ist eine Membranfedereinrichtung 10 mit einer ersten Scheibe 13 gemäß 2 und einer (bevorzugt identischen) zweiten Scheibe 14 dargestellt. Die erste Scheibe 13 und die zweite Scheibe 14 sind zu der Rotationsachse 2 koaxial angeordnet und in diesem Ausführungsbeispiel korrespondierend ausgeführt, sodass die Radialzungen 11,12 der beiden Scheiben 13,14 in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. Aufgrund des Versatzes sind die jeweiligen Wellungen der Scheiben 13,14 derart zueinander orientiert, dass diese sich in Umfangsrichtung 15,16 (vergleiche 1 und 4) aneinander abstützen. Die Wellungen haben die Aufgabe einer Rampe zum Umleiten einer Axialkraft in eine Umfangskraft (beziehungsweise Tangentialkraft). Diese Rampen sind hierbei aufgrund der intrinsischen Federsteifigkeit der Scheiben 13,14 zugleich elastisch und somit ist eine Kraft in Umfangsrichtung 15,16 (vergleiche 4) zugleich ausreichend gering, sodass im Betrieb aufgrund einer Überlast eine Umfangskraft in Umfangsrichtung 15,16 ausgeschlossen ist, welche beispielsweise in einer Knickung und damit zu einem Verkanten zumindest einer der Scheiben 13,14 an dem Anschlagelement 7 resultiert.
-
Im Betrieb, also bei einer anliegenden Axialkraft (also mit zumindest einer Vektorkomponente parallel zu der Rotationsachse 2) innerhalb des Hysterese-Elements 1 (vergleiche 4), stehen die beiden Scheiben 13,14 miteinander derart in Kontakt, dass aufgrund der Steigung der Wellungen (also Rampen) eine vorbestimmte Umfangskraft (in einander gegenläufiger Umfangsrichtung 15,16) die Radialzungen 11,12 gegen ein Anschlagelement 7 drücken (vergleiche 4). Im Betrieb ist das Vorliegen eines Umfangsspiels 42 (vergleiche 1) damit nahezu ausgeschlossen.
-
In 4 ist eine Reibscheibe 24 mit einem Torsionsschwingungsdämpfer 3 und mit einem Hysterese-Element 1 in einer perspektivischen Schnittansicht zum reibschlüssigen Drehmomentübertragen gezeigt. Der Torsionsschwingungsdämpfer 3 ist in die Reibscheibe 24 integriert und hier (rein optional) als Pendelwippendämpfer 18 ausgeführt. Die Reibscheibe 24 ist beispielsweise in einem Reibpaket 31 einer Reibkupplung 30 und/oder in einem Drehmomentbegrenzer 32 mit einem Rutschkupplungspaket 33 einsetzbar.
-
Die Reibscheibe 24 umfasst radial-außen einen Reibring 25, bei welchem eine Mehrzahl von separaten Blechelementen mit Reibbelägen 26,27 und dem eingangsseitigen Flansch 19 (und mittelbar mit dem Hysterese-Gehäuse 17 des Hysterese-Elements 1) drehmomentfest verbunden (hier rein optional vernietet) sind, also erst nach der Montage von diesen Elementen des Reibrings 25 der gewünschte Ring gebildet ist. Radial-innen ist eine Nabe 28 (hier rein optional mit einer Innenverzahnung für eine Steckverzahnung), welche zur Drehmomentübertragung mit einer Welle 29 (beispielsweise einer Getriebeeingangswelle 41) eingerichtet ist.
-
Die Nabe 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem ausgangsseitigen Flansch 20 des Pendelwippendämpfers 18 drehmomentübertragend verbunden, wobei hier rein optional eine zweite Hysterese-Einrichtung vorgesehen ist.
-
Der hier eingesetzte Pendelwippendämpfer 18 umfasst eine Mehrzahl von Pendelrollen 23, und zwei Wippenelemente 21, welche aneinander mittels zweier Energiespeicherelemente 22 (beispielsweise jeweils einer Schraubendruckfeder beziehungsweise ein Federpaket umfassend zwei oder mehr koaxial angeordneter Schraubendruckfedern) abgestützt und damit eine Vorspannkraft auf die Pendelrollen 23 ausgeübt ist. Mittels des eingangsseitigen Flanschs 19 ist der Pendelwippendämpfer 18 mit dem Reibring 25 und mittels des ausgangsseitigen Flanschs 20 mit der Nabe 28 drehmomentübertragend verbunden. Die Wippenelemente 21 sind jeweils über zumindest ein Pendelrolle 23, bevorzugt einseitig (beispielsweise ausgangsseitig) mithilfe von jeweils einer einzigen Pendelrolle 23 und anderseitig (beispielsweise entsprechend eingangsseitig) mithilfe von jeweils zwei Pendelrollen 23 an dem jeweiligen Flansch 19,20 wippbar abgestützt. Die Vorspannkraft der Energiespeicherelemente 22 ist zum Ausüben einer Modulationskraft zum Modulieren einer Torsionssteifigkeit des Pendelwippendämpfers 18 eingerichtet ist.
-
Der eingangsseitige Flansch 19 ist zum Aufnehmen (aber bevorzugt auch zum Abgeben) eines Drehmoments eingerichtet, ebenso wie der ausgangsseitige Flansch 20 zum Abgeben (aber bevorzugt auch zum Aufnehmen) eines Drehmoments eingerichtet ist. Der eingangsseitige Flansch 19 und/oder der ausgangsseitige Flansch 20 sind hier scheibenartig oder scheibensegmentartig gebildet, beispielsweise mittels Stanzen und/oder Blechumformung aus Blech. In diesem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem eingangsseitigen Flansch 19 und dem ausgangsseitigen Flansch 20 zudem das Hysterese-Element 1 vorgesehen. Dabei ist es derart angeordnet, dass es parallel geschaltet und somit mit seinem Drehmomenteingang 5 (hier dem Hysterese-Gehäuse 17) an dem eingangsseitigen Flansch 19 und mit seinem Drehmomentausgang 6 (hier den Radialzungen 11,12) an dem ausgangsseitigen Flansch 20 (hier über ein Laschen-förmiges Anschlagelement 7) drehmomentfest verbunden ist.
-
Das Hysterese-Element 1 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine erste Scheibe 13 und eine zweite Scheibe 14 (vergleiche 3), von welchen also die Membranfedereinrichtung 10 gebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform sind die Scheiben 13,14 axial innerhalb eines Hysterese-Gehäuses 17, von welchem eine Kraftklammer bildend in der Darstellung axial unten eine Anschlussscheibe 43 und darstellungsgemäß axial darüber ein Deckel 44 umfasst ist, gegeneinander und die erste Scheibe 13 gegen die korrespondierende erste Reibfläche 8 und die zweite Scheibe 14 gegen die korrespondierende zweite Reibfläche 9 vorgespannt sind. Damit ist bewirkt, dass die für den Reibschluss innerhalb des Hysterese-Elements 1 notwendige Axialkraft (axiale Vorspannung) von dem Pendelwippendämpfer 18 abgekoppelt ist, also nicht in die Wippenelemente 21 und/oder Pendelrollen 23 eingeleitet wird.
-
Jede Scheibe 13,14 umfasst eine Mehrzahl von Radialzungen 11,12, welche radial innen angeordnet sind und im Betrieb infolge der besagten axialen Vorspannung in Umfangsrichtung gegenläufig verdreht werden und somit in Umfangsrichtung gegen das Anschlagelement 7 gedrückt werden. Ein Umfangsspiel 42 ist damit im Betrieb eliminiert. Gleichwohl ist ein Spiel bei der Montage vorsehbar, gegebenenfalls sogar größer als bei der Ausführungsform in 1. Erst mit Aufbringen der axialen Vorspannung, beispielsweise beim Montieren des Deckels 44 des Hysterese-Gehäuses 17 (hier mittels Vernieten mit dem eingangsseitigen Flansch 19 und dem Reibring 25) mit dessen Anschlussscheibe 43.
-
In 5 ist ein Kraftfahrzeug 39 mit einem Antriebsstrang 4 in einer schematischen Draufsicht gezeigt. Das Kraftfahrzeug 39 weist eine Längsachse 45 und eine Motorachse 46 auf, wobei die Motorachse 46 (rein optional) hier quer vor der Fahrerkabine 47 angeordnet ist. Der Antriebsstrang 4 umfasst eine erste Antriebsmaschine 34, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine 34 ausgeführt ist, mit einer ersten Maschinenwelle 48 (dann beispielsweise die Verbrennerwelle 48), eine zweite (bevorzugt elektrische) Antriebsmaschine 35 (beispielsweise als sogenanntes Hybridmodul ausgeführt) mit einer Rotorwelle 49, sowie ein Getriebe 38 (hier beispielsweise ein Umschlingungsgetriebe [CVT: continuous variable transmission]). Die Verbrennerwelle 48 ist mittels einer Reibkupplung 30 und/oder einem Drehmomentbegrenzer 32 mit der Welle 29 (hier der Rotorwelle 49) drehmomentübertragend verbunden. Die Rotorwelle 49 wiederum ist (beispielsweise mittels einer gegebenenfalls weiteren Trennkupplung, hier nicht bezeichnet) über eine Getriebeeingangswelle 41 mit dem Getriebe 38 und das Getriebe 38 wiederum mit einem linken Vortriebsrad 36 und einem rechten Vortriebsrad 37 drehmomentübertragend verbunden. Mittels beider Antriebsmaschinen 34,35 beziehungsweise über deren Maschinenwellen 48,49 ist gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten ein (Zug-) Drehmoment für den Antriebsstrang 4 abgebbar.
-
Die Vortriebsräder 36,37 sind von den Antriebsmaschinen 34,35 somit mit einer (bevorzugt veränderbaren) Übersetzung versorgbar. Es ist aber auch ein (Schub-) Drehmoment aufnehmbar, beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine 34 zum Motorbremsen und/oder mittels der elektrischen Antriebsmaschine 35 zur Rekuperation von Bremsenergie. Mittels der Reibkupplung 30, welche eine Reibscheibe 24 (beispielsweise gemäß 4) umfasst ist über eine Anpressplatte und eine Gegenplatte in einem geschlossenen Zustand (Anpressplatte, Reibscheibe 24 und Gegenplatte sind in reibschlüssigem Kontakt) der Reibkupplung 30 ein Drehmoment von der Verbrennerwelle 48 auf die Rotorwelle 49 und umgekehrt übertragbar. Alternativ oder zusätzlich ist mittels eines Drehmomentbegrenzers 32 über die bis einschließlich einer vorbestimmten Drehmomentgrenze in dem Rutschkupplungspaket 33 verpresste Reibscheibe 24 ein Drehmoment von der Verbrennerwelle 48 auf die Rotorwelle 49 und umgekehrt übertragbar. Mittels des Torsionsschwingungsdämpfers 3 (hier beispielsweise als Pendelwippendämpfer 18 gemäß 1 ausgeführt) ist die elektrische Antriebsmaschine 35 (verbrennerseitig) vor systembedingten Drehungleichförmigkeiten geschützt, weil diese vergleichmäßigt sind.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Hysterese-Element sind lastwechsel-bedingte akustische Störgeräusche reduzierbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hysterese-Element
- 2
- Rotationsachse
- 3
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 4
- Antriebsstrang
- 5
- Drehmomenteingang
- 6
- Drehmomentausgang
- 7
- Anschlagelement
- 8
- erste Reibfläche
- 9
- zweite Reibfläche
- 10
- Membranfedereinrichtung
- 11
- erste Radialzunge
- 12
- zweite Radialzunge
- 13
- erste Scheibe
- 14
- zweite Scheibe
- 15
- erste Umfangsrichtung
- 16
- zweite Umfangsrichtung
- 17
- Hysterese-Gehäuse
- 18
- Pendelwippendämpfer
- 19
- eingangsseitiger Flansch
- 20
- ausgangsseitiger Flansch
- 21
- Wippenelement
- 22
- Energiespeicherelement
- 23
- Pendelrolle
- 24
- Reibscheibe
- 25
- Reibring
- 26
- erster Reibbelag
- 27
- zweiter Reibbelag
- 28
- Nabe
- 29
- Welle
- 30
- Reibkupplung
- 31
- Reibpaket
- 32
- Drehmomentbegrenzer
- 33
- Rutschkupplungspaket
- 34
- Antriebsmaschine
- 35
- Antriebsmaschine
- 36
- linkes Vortriebsrad
- 37
- rechtes Vortriebsrad
- 38
- Getriebe
- 39
- Kraftfahrzeug
- 40
- einteilige Membranfeder
- 41
- Getriebeeingangswelle
- 42
- Umfangsspiel
- 43
- Anschlussscheibe
- 44
- Deckel
- 45
- Längsachse
- 46
- Motorachse
- 47
- Fahrerkabine
- 48
- Verbrennerwelle
- 49
- Rotorwelle
