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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Aus der
DE 197 09 343 A1 ist ein
Torsionsschwingungsdämpfer
mit einem antriebsseitigen Übertragungselement
in Form einer ersten Schwungmasse und einem abtriebsseitigen Übertragungselement
in Form einer zweiten Schwungmasse bekannt. Beim antriebsseitigen Übertragungselement
dient eine über
ein Distanzstück
an einem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
befestigte Nabenscheibe zur Herstellung einer Wirkverbindung mit
abtriebsseitigen Deckblechen beidseits der Nabenscheibe, indem sowohl
die Nabenscheibe als auch die Deckbleche mit Fenstern zur Aufnahme
von im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden elastisch verformbaren
Kraftspeichern versehen sind.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer ist
weiterhin mit einer Reibvorrichtung mit aus Kunststoff bestehenden
Reibelementen versehen. Bei dieser sind erste Reibflächen mit
der Nabenscheibe und zweite Reibflächen mit den Deckblechen in
Wirkverbindung bringbar, wobei kleinere Torsionsschwingungen die einen
Reibflächen
und über
eine vorbestimmbare Grenzgröße hinausgehende
Torsionsschwingungen die anderen Reibflächen in Funktion treten lassen. Aufgrund
unterschiedlicher Werk stoffkombinationen sowie unterschiedlich starker
axialer Kraftspeicher, von denen jeder jeweils einem Teil der Reibflächen zugeordnet
ist, wird bei Überschreitung
der vorgenannten, vorbestimmten Grenzgröße durch Torsionsschwingungen
ein Übergang
von einem geringeren Reibmoment zu einem höheren Reibmoment ausgelöst.
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Durch entsprechende Auswahl der Werkstoffkombinationen
an den verschiedenen Reibflächen
der Reibelemente soll dieser Übergang
in den Reibmomenten von einem niedrigeren auf einen höheren Wert
zwar feinfühlig
abstimmbar sein, jedoch wird dieser Übergang dennoch stets deutlich
bemerkbar sein, da der Übergang
zwischen den beiden Reibmomenten immer in Form eines Reibmomentensprunges
erfolgt und dadurch mit Eintritt des jeweils anderen Reibmomentes
schlagartig die Entkopplungsgüte
der Übertragungseinrichtung
verändert wird.
Trotz dieses Nachteiles kann allerdings bei vielen Torsionsschwingungsdämpfern nicht
auf das höhere
Reibmoment in einer zweiten Stufe der Reibvorrichtung verzichtet
werden, um bestimmte Betriebszustände des Antriebs mit Torsionsschwingungen
zumindest nahe des Resonanzbereiches des Torsionsschwingungsdämpfers wirksam
unterdrücken
und damit eine Beschädigung
oder gar Zerstörung
des Torsionsschwingungsdämpfers
vermeiden zu können.
Eine derartige Situation kann beispielsweise bei Motorstart entstehen.
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Andererseits treten bei häufig vorkommenden
Betriebszuständen,
wie der Kriechfahrt im Stau ohne Betätigung des Fahrpedals und damit
bei geringer Last, also beim sogenannten „creeping", sowie bei Volllastzugfahrt mit höherer Drehzahl
Torsionsschwingungen sehr kleinen Betrags auf. Hier würde die
zweite Stufe der Reibvorrichtung aufgrund ihres hohen Reibmomentes
eine Relativdrehauslenkung der Übertragungselemente
zueinander unterbinden, so dass zugunsten einer hinreichenden Entkopplungsgüte die erste
Stufe der Reibvorrichtung mit niedrigerem Reibmoment benötigt wird.
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Aufgrund der Zweistufigkeit der Reibvorrichtung
ist zwar eine hinreichende Anpassung der Reibmomente an die beiden
vorgenannten, extremen Betriebsbedingungen möglich, jedoch sind Betriebsbereiche,
die zwischen diesen beiden extremen Be triebsbedingungen liegen und
für die
demnach weder der eine noch der andere Reibungswert optimal sein kann,
stets mit dem Mangel eines entweder zu geringen oder eines zu starken
Reibmomentes behaftet, so dass entweder eine unzureichende Entkopplungsgüte oder
eine zu geringe Dämpfungswirkung
beklagt werden muss.
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Die
DE 196 14 002 A1 zeigt einen weiteren Torsionsschwingungsdämpfer mit
einer Reibvorrichtung, bei der allerdings gemäß der Ausführung nach
4 das Bestreben besteht, jederzeit einen
an die Betriebsbedingungen angepassten Reibwert zur Verfügung stellen
zu können,
indem eine verdrehwinkelabhängige Änderung
des Reibmomentes vorgenommen wird. Hierzu sind Reibelemente enthalten,
die nicht nur über
die üblichen,
sich im Wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Drehachse des Torsionsschwingungsdämpfers erstreckenden
Reibflächen verfügen, sondern
darüber
hinaus mit Übergangsabschnitten
versehen sind, die als keilförmig
verlaufende Rampen Reibflächen
auf unterschiedlichem axialen Niveau miteinander verbinden und mit
einem axial wirksamen Kraftspeicher (vgl.
1) zusammenwirkend, bei einer in Umfangsrichtung
erfolgenden Verlagerung gegenüber
Reibflächen
des jeweils anderen Reibelementes nicht allein den üblichen
Bewegungsanteil in Umfangsrichtung, sondern darüber hinaus einen axialen Bewegungsanteil
einbringen. Aufgrund dieser Umfangsabschnitte kann eine kontinuierliche Änderung
der Spannung im axialen Kraftspeicher und damit des Reibmomentes
erzeugt werden, wobei diese Wirkung zusätzlich durch entsprechende
Werkstoffkombinationen an den einzelnen Reibflächen unterstützt werden
kann. Hierzu ist vorgesehen, zumindest an einigen Übergangsabschnitten
der Reibelemente das Reibmoment mindernde Beschichtungen oder das
Reibmoment erhöhende Reibbeläge vorzusehen
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Es ist verständlich, dass bereits die geometrische
Ausbildung der mit Übergangsabschnitten
versehenen Reibelemente fertigungstechnisch einen erheblichen Aufwand
bedeutet, da von einer Herstellung dieser Reibelemente aus Metall
ausgegangen wird. Der Fertigungsaufwand erhöht sich nochmals, wenn darüber hinaus
die besagte Beschichtung auf zumindest eine Reibfläche des
Reibelementes aufgetragen oder aber ein zusätzlicher Reibbelag in eine entsprechende
Vertiefung des Reibelementes eingesetzt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Torsionsschwingungsdämpfer
mit einer Reibvorrichtung auszubilden, durch welche bei einfachem konstruktiven
Aufbau und guter Herstellbarkeit eine stufenlose Anpassbarkeit des
Reibmomentes an unterschiedliche Betriebsbedingungen ermöglich wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den
Hauptanspruch gelöst.
So sind bei der Reibvorrichtung eine Mehrzahl von Reibelementen
vorgesehen, von denen ein erstes Reibelement aus zumindest zwei
Komponenten besteht, die sich bezüglich ihrer Werkstoffe voneinander
unterscheiden. Bedingt durch diese Werkstoffunterschiede kann es
vorteilhaft sein, jede dieser Komponenten in einem eigenen, für den jeweiligen
Werkstoff ideal geeigneten Fertigungsverfahren herzustellen, um
zur endgültigen
Herstellung des Reibelementes die beiden Komponenten miteinander
zu verbinden. Hierzu ist anspruchsgemäß vorgesehen, eine der Komponenten mit Übergangsabschnitten
auszubilden, die zusätzlich
zum üblichen
Erstreckungsanteil in Umfangsrichtung jeweils einen axialen Erstreckungsanteil
aufweisen, wobei die Übergangsabschnitte
benachbart zur Reibfläche
dieser Komponente einstöckig
ausgebildet ist. Der geometrisch komplizierte Aufbau dieser Komponente
wird durch entsprechende Auswahl eines hierfür besonders geeigneten Werkstoffes,
wie Kunststoff, kompensiert, so dass diese Komponente mit geringen
Kosten und vertretbarem fertigungstechnischen Aufwand hergestellt
werden kann. Nach Fertigstellung kann die Komponente mit der anderen Komponente,
im folgenden erste Komponente genannt, verbunden werden, wofür Idealerweise
diese erste Komponente als Tragring ausgebildet ist, der zur Erzielung
der notwendigen Stabilität
bevorzugt aus dem Werkstoff Metall hergestellt ist und mit üblichen
Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch einen Stanzvorgang,
die Eignung zur Aufnahme der anderen Komponente, als zweite Komponente
bezeichnet, erfährt,
indem durch den Stanzvorgang Aussparungen zur Aufnahme der zweiten
Komponente gebildet werden. Die Letztgenannte liegt vorzugsweise
in Form von Einsatzstücken
vor, welche den Tragring axial durchgreifen und in dessen Aussparungen
im Wesentlichen ohne Spiel in Radial- und Umfangsrichtung vorgesehen
sowie darüber
hinaus durch eine Sicherung in Achsrichtung gehalten sind.
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Ein zweites Reibelement der Reibvorrichtung
des Torsionsschwingungsdämpfers
ist vorzugsweise als Druckring ausgebildet, der aus einem einheitlichen
Werkstoff besteht und, bei Ausbildung aus Metall, mit Vorzug durch
plastische Verformung hergestellt werden kann. Auch dieses zweite
Reibelement ist, ebenso wie das zuvor behandelte erste Reibelement,
mit Reibflächen
versehen, von denen ein Teil erhaben ausgebildet sein und dadurch
dichter an das erste Reibelement herangeführt sein kann als die in Umfangsrichtung
zwischen jeweils zwei Reibflächen
verbleibenden Verbindungsflächen,
wobei die Reibflächen
durch Übergangsabschnitte,
die jeweils einen axialen Erstreckungsanteil aufweisen, mit den Verbindungsflächen verbunden
sind. Die Übergangsabschnitte
verlaufen im wesentlichen komplementär zu den Übergangsabschnitten des ersten
Reibelementes und bilden mit diesen gemeinsam Rampen, welche für eine Axialverlagerung
zumindest eines der beiden Reibelemente gegenüber dem jeweils anderen sorgen,
wobei diese Axialverlagerung gegen die Wirkung eines axialen Kraftspeichers
erfolgt, der aufgrund der Verlagerung des zumindest einen Reibelementes
seinen Spannungszustand und damit die Reibmomenten erzeugende Normalkraft ändert. Bevorzugt
wird hierbei ein axialer Kraftspeicher, dessen Charakteristik innerhalb
des benötigten
Differenzbereiches der Spannung sich im Wesentlichen linear verhält. Als
vorzüglich
geeignet für
einen derartigen Kraftspeicher haben sich Wellfedern erwiesen, jedoch
sind ebenso auch Tellerfedern verwendbar, sofern deren Einbausituation
so gewählt
ist, dass der – vergleichsweise
kleine – lineare
Charakteristikbereich dieses Kraftspeichers genutzt wird. Ebenfalls denkbar
wären Schraubenfedern.
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Steht nun eines der Reibelemente
mit dem ersten Übertragungselement
des Torsionsschwingungsdämpfers
und ein anderes Reibelement mit dem anderen Übertragungselement in Drehverbindung,
dann wird durch eine torsionsschwingungsbedingte Relativdrehauslenkung
der beiden Übertragungselemente
zueinander auch eine Relativdrehauslenkung der Reibelemente zueinander
ausgelöst.
Durchlaufen hierbei die Reibelemente einen Drehwinkelbereich, in
welchem die Übergangsabschnitte
als Reibflächen
genutzt werden und der nachfolgend als „mittlerer Reibmomentenbereich" bezeichnet ist,
dann kann das Reibmoment von einem niedrigen ersten Reib momentenwert
aus kontinuierlich, also ohne sprunghafte Reibmomentenänderungen,
zu einem deutlich höheren
zweiten Reibmomentenwert ansteigen, und zwar bevorzugt mit einer
im wesentlichen linearen Reibmomenten-Kennlinie. In diesem mittleren
Reibmomentenbereich wird das Reibmoment dann, wenn die Übergangsabschnitte über ihren
gesamten Relativbewegungsbereich stets eine gleichbleibende Werkstoffkombination
nutzen, allein aufgrund unterschiedlicher Spannungszustände des
zugeordneten axialen Kraftspeichers zwischen dem unteren Reibmomentenwert und
dem oberen Reibmomentenwert kontinuierlich geändert.
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Unterhalb des mittleren Reibmomentenbereiches
schließt
sich ebenso wie oberhalb desselben je ein Reibmomentenbereich mit
vorzugsweise jeweils konstantem Reibmoment an. Bei dem unteren Reibmomentenbereich
wird ebenso wie bei dem oberen Reibmomentenbereich jeweils die Spannung
des axialen Kraftspeichers im wesentlichen konstant gehalten, wobei
der Kraftspeicher beim unteren Reibmomentenbereich mit minimaler
Spannung und beim oberen Reibmomentenbereich mit maximaler Spannung
beaufschlagt ist. Eine Beeinflussungsmöglichkeit des jeweiligen Reibmomentes
verbleibt daher bei der Werkstoffkombination der jeweiligen Reibflächen.
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Mit Vorzug können beispielsweise die Reibflächen der
zweiten Komponente des ersten Reibelementes, also der Einsatzstücke, aus
dem gleichen Werkstoff hergestellt sein wie die Übergangsabschnitte, wobei sich
Kunststoff dann anbietet, wenn im unteren Reibmomentenbereich ebenso
wie im mittleren Reibmomentenbereich das gleiche sehr niedrige Reibmoment
zugunsten einer hohen Entkopplungsgüte anliegen soll. Im Gegensatz
dazu wird es zur Dämpfung
sehr starker Torsionsschwingungen vorteilhaft sein, die Reibflächen an
der die Einsatzstücke
aufnehmenden ersten Komponente, also den Tragring, in eine Werkstoffkombination
einzubringen, die höhere
Reibmomente begünstigt,
wie beispielsweise Stahl/Stahl oder Stahl/Sintermetall. Die erste
Komponente wird demnach aus einem Metall, wie Stahl oder Sintermetall,
hergestellt sein. Der obere Reibmomentenbereich wird dann ein hohes Reibmoment
aufbringen.
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Zurück kommend auf den unteren
Reibmomentenbereich, sind, um dessen niedriges Reibmoment ebenso
wenig zu verfälschen
wie den Übergang
zum mittleren Reibmomentenbereich, folgende Maßnahmen getroffen:
Zum
Einen sind an der Reibvorrichtung beim ersten Reibelement die Einsatzstücke der
zweiten Komponente derart in Achsrichtung bemessen, dass diese, vorzugsweise
aus Kunststoff bestehend, nicht nur auf die Seite des zweiten Reibelementes
durchdringt, sondern auch in Richtung zur antriebsseitigen Anlagewandung über die
die Einsatzstücke
aufnehmende erste Komponente hinausragt. Dadurch ist sichergestellt,
dass auch an dieser Seite des ersten Reibelementes nur ein Reibmoment
wirksam sein kann, das nicht größer als
dasjenige an der Reibungsstelle zum zweiten Reibelement ist.
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Zum Anderen sind zugunsten unverfälscht niedriger
Reibmomente insbesondere im unteren Reibmomentenbereich zu den bereits
erwähnten Verbindungsflächen angeordnet,
als dies am ersten Reibelement zwischen den Reibflächen der
ersten und der zweiten Komponente der Fall ist, so dass eine unbeabsichtigte
Reibwirkung durch die Verbindungsflächen sicher ausgeschlossen
werden kann. Es greifen daher bei sehr geringer Relativdrehauslenkung
der beiden Übertragungselemente
vorzugsweise bis zu einer Auslenkweite von ± 3° nur die Reibflächen des
zweiten Reibelementes an den Reibflächen der durch die Einsatzstücke gebildeten Komponente
des ersten Reibelementes an, während die
Reibflächen
der die Einsatzstücke
aufnehmenden Komponente des ersten Reibelementes und die Verbindungsflächen des
zweiten Reibelementes keinen Axialkontakt miteinander haben und
demnach auch keine Reibmomente aufbauen. Innerhalb der Auslenkweite
von t 3° liegt
demnach lediglich ein sehr geringes konstantes Reibmoment an, das
15 Nm nicht überschreiten
sollte. Der Torsionsschwingungsdämpfer
weist in diesem Betriebsbereich aufgrund der geringen Reibwirkung
eine hervorragende Entkopplungsgüte
auf, sodass sehr kleine Torsionsschwingungen besonders effektiv
ausgefiltert werden können.
Derartige kleine Torsionsschwingungen treten beispielsweise bei
staubedingter Kriechfahrt mit eingelegtem Gang, eingerückter Kupplung
und unbetätigtem
Fahrpe dal auf, was vom Fachmann als „creeping" bezeichnet wird, kommen aber ebenso auch
bei Volllastfahrten mit höherer
Drehzahl vor.
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Um bei dem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer die
Reibmomente im mittleren Reibmomentenbereich zu erzeugen, werden
bei Relativdrehauslenkungen der beiden Übertragungselemente in einem
Winkelbereich zwischen ± 3° und ± 8° die dann
in Kontakt miteinander stehenden Übergangsabschnitte von erstem
und zweitem Reibelement relativ zueinander bewegt, was zu der bereits beschriebenen
Axialverlagerung zumindest eines Reibelementes, vorzugsweise des
zweiten Reibelementes und zur verformungsbedingten Spannungsänderung
am axialen Kraftspeicher führt.
Bevorzugt ist innerhalb dieses Reibmomentenbereiches der Reibwert
von etwa 15 Nm auf nunmehr 22,5 Nm angestiegen.
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Sollten die Relativdrehauslenkungen
zwischen den beiden Übertragungselementen
so groß sein,
dass sie trotz des maximalen mittleren Reibmomentenwertes über die
Auslenkweite von ± 8° hinausschwingen,
dann werden die beiden Reibelemente nochmals weiter gegeneinander
verdreht, sodass die Reibflächen
des zweiten Reibelementes nun an den Reibflächen der die Einsatzstücke aufnehmenden
Komponente zur Anlage kommen. Zwar vermag bei der vorliegenden Ausführung der
Reibvorrichtung der axiale Kraftspeicher nunmehr seine Spannung nicht
weiter zu erhöhen,
da auch eine weitere Verlagerung des bislang verlagerbaren Reibelementes
beendet ist, jedoch erbringt jetzt eine andere Werkstoffkombination
nochmals höhere
Reibmomente. Denkbar sind hierbei Werkstoffkombinationen aus Stahl/Stahl
oder Stahl/Sintermetall, wobei ein Reibmoment bis im Wesentlichen
maximal 45 Nm erzeugt werden sollte. Dieses Reibmoment dürfte genügen, um
auch bei vergleichsweise starken Torsionsschwingungen eine ausreichende
Dämpfungswirkung
zu erzielen. Derartige Betriebsbedingungen liegen vor, wenn Torsionsschwingungen
in der Nähe des
Resonanzbereichs des Torsionsschwingungsdämpfers auftreten, die vergleichsweise
große
Relativdrehauslenkungen der beiden Übertragungselemente zueinander
auslösen.
Zwar sind üblicherweise an
Torsionsschwingungsdämpfern
mechanisch wirksame Drehwinkelbegrenzungen vorhanden, die eine Relativdrehauslenkung
der beiden Übertragungselemente über ein
vorbestimmtes Maß hinaus
verhindern, jedoch verhindern, jedoch werden diese Drehwinkelbegrenzungen
die Relativdrehauslenkungen der Übertragungselemente
nahezu ungedämpft
beenden, und dadurch gegebenenfalls zu einer Schädigung oder Zerstörung des
Torsionsschwingungsdämpfers
führen,
sofern nicht bereits zuvor vermittels eines ausreichend hohen Reibmomentes
der Bewegung der Übertragungselemente
hinreichend Energie entzogen worden ist. Diese Gefahr des Aufschaukelns
im Resonanzbereich ist insbesondere bei trockenlaufenden Torsionsschwingungsdämpfern vorhanden,
zumal bei Positionierung der in Umfangsrichtung zwischen den Übertragungselementen
wirksamen Kraftspeicher im radial mittleren oder radial inneren
Bereich des Torsionsschwingungsdämpfers, da
eine derartige Positionierung eine vergleichsweise steife Ausführung der
Kraftspeicher mit kurzen Federwegen erfordert, was den Resonanzbereich
des Torsionsschwingungsdämpfers
zu relativ hohen, energiereichen Drehzahlbereichen verlagert.
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Lediglich der Vollständigkeit
halber sei darauf verwiesen, dass bei der erfindungsgemäßen Reibvorrichtung
die Hystereseschleife bei einem kompletten Zyklus, also bei einer
Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente von einem zum
anderen Endanschlag die gleiche Fläche einschließen und
damit die gleiche Energie dissipieren muss, wie dies bei einer Reibvorrichtung
mit konstantem Reibmoment der Fall wäre. Allerdings ist bei der jetzt
vorliegenden Reibvorrichtung der Reibwertverlauf an das mögliche Optimum
herangeführt,
wobei die pro Zyklus dissipierte Energie unterhalb von 20 Joule
liegt, vorzugsweise aber bei dem Wert von 14 Joule liegt.
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Die erfindungsgemäße Reibvorrichtung ist mit
Vorzug in einem Aufnahmeraum eines der beiden Übertragungselemente, insbesondere
des antriebseitigen Übertragungselementes
aufgenommen, und zwar zwischen zwei mit vorbestimmten Abstand zueinander
vorgesehenen Anlagewandungen dieses Übertragungselementes. Dadurch
ergibt sich der Vorteil, dass eventuelle Axialkräfte auf den Torsionsschwingungsdämpfer, beispielsweise
durch das Ein- oder Ausrücken
einer in üblicher
Weise ausgebildeten, am abtriebsseitigen Übertragungselement befestigten
Reibungs kupplung, keine Rückwirkung
auf das Betriebsverhalten der Reibvorrichtung nehmen.
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Das im besagten Aufnahmeraum eines
der beiden Übertragungselemente
aufgenommene erste Reibelement greift zur Drehverbindung in eine
Mitnahmeöffnung
eines Bauteiles des jeweils anderen Übertragungselementes, vorzugsweise
hierbei eines Deckbleches, ein, während das zweite Reibelement, ebenfalls
im Aufnahmeraum angeordnet, an dem denselben aufweisenden Übertragungselement
axial verschiebbar, aber drehgesichert gehalten ist. Zur Drehsicherung
dieses Reibelementes sind in dem Übertragungselement Bohrungssegmente
enthalten, in welche am zweiten Reibelement angeformte Radialansätze eingreifen,
deren Außenkontur
jeweils an die Innenkontur des zugeordneten Bohrungssegmentes angepasst
ist. Die Verwendung von Bohrungssegmenten für diese Funktion hat sich gegenüber eingefrästen Aussparungen
als von Vorteil erwiesen, da zur Herstellung ein wesentlich kostengünstigerer
Bohrvorgang genügt.
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Im Sinne einer besonders einfachen
und kompakten Bauweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den
Aufnahmeraum für
die Reibvorrichtung in einem Massering des Übertragungselementes auszubilden,
der eine der Anlagewandungen bildet, während die gegenüberliegende
Anlagewandung durch eine an einem Antrieb, wie beispielsweise der
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zu befestigende Nabenscheibe
bereitgehalten wird. Diese Nabenscheibe steht über die in Umfangsrichtung
verlaufenden Kraftspeicher in Wirkverbindung vorzugsweise mit Deckblechen
des jeweils anderen Übertragungselementes,
wobei diese Deckbleche fest mit einem Trägerblech verbunden sind, das
einerseits zur Aufnahme eines Masseringes vorgesehen ist und andererseits über einen
Lagerflansch verfügt,
der über
eine Lagerung für
eine Zentrierung des die Deckbleche beinhaltenden Übertragungselementes
gegenüber dem
Antrieb sorgt. Die Zentrierung erfolgt im Einzelnen über eine
die besagte Lagerung aufnehmende Lagerschale mit im Wesentlichen
L-förmigem
Querschnitt, also mit einem im Wesentlichen radialen Schenkel und
einem sich daran anschließenden,
im Wesentlichen axialen Schenkel, wobei der radiale Schenkel sich
nach radial außen
und der axiale Schenkel sich in Richtung zur Abtriebsseite erstreckt. Der
radiale Schenkel ist an seinem freien Ende mit einer Verrundung
ausgebildet, wodurch folgender Vorteil entsteht:
Die Kurbelwelle
führt neben
den üblichen
Torsionsschwingungen auch axiale Schwingungen sowie Rotationsschwingungen
zu Achsen aus, die senkrecht zu der Kurbelwellenachse ausgerichtet
sind. Diese letztgenannten Schwingungen werden auch als Taumelschwingungen
bezeichnet. Bei Übertragung
dieser Taumelschwingungen auf den an der Kurbelwelle befestigten
Torsionsschwingungsdämpfer
ist, sofern diese Taumelschwingungen sich der Erregerfrequenz des
Torsionsschwingungsdämpfers
annähern, mit
Schwingungen großer
Amplitude zu rechnen, wodurch an Bauteilen in den Bereichen hoher
Biegebeanspruchung Risse und Brüche
auftreten können. Untersuchungen
haben ergeben, dass die größten Biegespannungen
beim erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer radial
dicht neben der Befestigung an der Kurbelwelle auftreten. Zur Vorbeugung
gegen mögliche
Schäden
wird die gefährdete Stelle
am radialen Außendurchmesser
der Lagerschale durch die Verrundung entschärft und dadurch das Auftreten
möglicher
Spannungsspitzen vermieden.
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Wie anfangs bereits erwähnt, verfügen die Einsatzstücke der
einen Komponente über
eine axial wirksame Sicherung gegenüber der die Einsatzstücke aufnehmende
Komponente, die vorzugsweise durch einen Tragring für die Einsatzstücke gebildet wird.
Bei dieser Sicherung handelt es sich um am Tragring jeweils im umfangsmäßigen Erstreckungsbereich
eines Einsatzstückes
vorgesehen Zungen, die sich vom Tragring aus in Richtung zu einer
Halterung des jeweiligen Einsatzstückes erstrecken und dort zum
Eingriff kommen. Diese axiale Sicherung erhält auch erhebliche funktionelle
Bedeutung, da sie bei Relativdrehauslenkungen bis ± 8° eine Verlagerung
des Tragringes des ersten Reibelementes zur Getriebeseite hin verhindert,
da in diesem Bereich der Relativdrehauslenkung der Tragring nicht
unter der Einwirkung des axialen Kraftspeichers steht. Der Letztgenannte
wirkt in diesem Betriebszustand nämlich über die Reibflächen des
zweiten Reibelementes lediglich auf die Einsatzstücke, nicht
aber auf die Reibflächen
am Tragring.
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Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde,
existiert zwischen den beiden Übertragungselementen eine
mechanische Drehwinkelbegrenzung, wozu beim vorliegenden Torsionsschwingungsdämpfer an zumindest
einem der Deckbleche eine Lasche vorgesehen ist, die vorzugsweise
mit Spiel in Umfangsrichtung in eine entsprechende Aussparung der
Nabenscheibe des jeweils anderen Übertragungselementes eingreift.
Diese Drehwinkelbegrenzung erreicht erst dann ihre Wirkung, wenn
die Relativdrehauslenkung zwischen den beiden Übertragungselementen so groß ist, dass
das vorhandene Spiel in Umfangsrichtung in der besagten Aussparung
der Nabenscheibe aufgebraucht und die Lasche des Deckbleches an der
Umfangsbegrenzung dieser Nabenscheibe in der entsprechenden Drehrichtung
in Anlage geraten ist. Verständlicherweise
wird eine derartige Drehwinkelbegrenzung unverzüglich und nahezu ungedämpft wirksam,
so dass sie lediglich im Sinne einer Notfunktion angesehen werden
sollte.
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Weitere konstruktive Ausgestaltungen
der Reibvorrichtung sind denkbar, wie beispielsweise eine einstöckige Ausbildung
des zweiten Reibelementes mit dem zugeordneten axialen Kraftspeicher.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand
eines Ausführungsbeispieles
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
radial hälftige
Darstellung eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einer Reibvorrichtung;
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2 eine
vergrößerte Herauszeichnung der
Reibvorrichtung;
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3 eine
Explosionszeichnung der Reibvorrichtung;
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4a ein
aus 3 vergrößert herausgezeichnetes
Bauteil in Draufsicht;
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4b das
Bauteil nach 4a gemäß der Schnittlinie
A-A;
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4c das
Bauteil nach 4a gemäß der Schnittlinie
B-B;
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5 ein
Blick auf die Reibvorrichtung von radial außen;
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6 eine
Darstellung des Reibmomentenverlaufes der Reibvorrichtung über dem
Auslenkwinkel;
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7 eine
vergrößerte Herauszeichnung des
in 1 eingekreisten Bereiches
Z.
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In 1 ist
ein Torsionsschwingungsdämpfer
dargestellt, der an einem Antrieb 1, wie beispielsweise
der Kurbelwelle 3 einer Brennkraftmaschine, eine Befestigung 7 mittels
Kurbelwellen-Schrauben 9 aufweist. Der Torsionsschwingungsdämpfer vermag Drehbewegungen
um eine Drehachse 5 auszuführen und weist eine Lagerschale 11 auf,
die mit einem Radialschenkel 13 an der benachbarten Seite
der Kurbelwelle 3 zur Anlage kommt und in einen Axialschenkel 15 übergeht.
Die Lagerschale 11 stellt über ihren Radialschenkel 13 eine
axiale Distanz zu einer Nabenscheibe 17 her, an deren vom
Radialschenkel 13 abgewandter Seite die Köpfe der
bereits erwähnten
Kurbelwellen-Schrauben zur Anlage kommen. Aufgrund der zuvor beschriebenen
konstruktiven Ausbildung kann die Nabenscheibe 17 mit begrenzter
Massivumformung hergestellt werden, was insbesondere bei Ausbildung
der Nabenscheibe 17 aus einem hochfesten metallischen Werkstoff
oder nach entsprechenden Vergütungsmaßnahmen
einen großen
Vorteil darstellt. Dagegen kann die Lagerschale 11 aus
vergleichsweise weichem Werkstoff bestehen, so dass auch höhere Umformgrade
problemlos möglich
sind.
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Die Nabenscheibe 17 weist
radial außerhalb ihrer
Befestigung 7 Fenster 18 auf, in denen sich im wesentlichen
in Umfangsrichtung erstreckende Kraftspeicher 19 aufgenommen
sind. Diese sind einerends durch die Nabenscheibe 17 ansteuerbar,
und anderenends durch Deckbleche 20, 21, die ebenfalls zur
Aufnahme der Kraftspeicher 19 mit Fenstern 22 versehen
sind. Die Deckbleche 20, 21 sind radial außerhalb
der Fenster 22 im radialen Erstreckungsbereich von Umfangsöffnungen 24 der
Na benscheibe 17 mit Laschen 23 axial aneinander
herangeführt
und durch eine Vernietung 25 miteinander verbunden. Die
Laschen 23 sind mit Spiel in Umfangsrichtung in die Umfangsöffnungen 24 eingesetzt
und übernehmen
die Funktion einer mechanischen Drehwinkelbegrenzung 26,
indem sie eine vorhandene Relativdrehauslenkung der Deckbleche 20, 21 relativ
zur Nabenscheibe 17 beenden, sobald die Laschen 23 in Relativdrehrichtung
an den umfangsseitigen Enden der Umfangsöffnungen 24 zur Anlage
kommen. Vorzugsweise sind die Umfangsöffnungen 24 relativ
zu den Laschen 23 derart dimensioniert, dass die Kraftspeicher 19 zwar
erheblich komprimiert werden, dabei aber nicht mit ihren einzelnen
Windungen auf Block gehen können,
d.h. miteinander in Anlage gelangen, da eine derartige Betriebsweise
häufig
zum Bruch der Kraftspeicher insbesondere unter der Wirkung innerer
Torsionsspannungen führen
kann.
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Radial außerhalb der Drehwinkelbegrenzung 26 ist
an der Nabenscheibe 17 eine in 1 lediglich angedeutete Verbindung, wie
beispielsweise eine Vernietung, vorgesehen, um einen Massering 30 zu befestigen.
Dieser enthält
einen im wesentlichen ringförmigen
Aufnahmeraum 32 für
eine Reibvorrichtung 35, die ein erstes Reibelement 37,
ein mit diesem in Wirkverbindung stehendes zweites Reibelement 39 und
einen axialen Kraftspeicher 41 aufweist. Das erste Reibelement 37 kommt
axial an einer Anlagewandung 130 des Masseringes 30 und
der axiale Kraftspeicher 31 an einer Analgewandung 132 der Nabenscheibe 17 axial
in Anlage. Aufgrund der unveränderbaren
axialen Distanz zwischen Nabenscheibe 17 und Massering 30 bleibt
die Reibvorrichtung 35 unbeeinflusst von eventuellen äußeren axialen
Krafteinwirkungen auf den Torsionsschwingungsdämpfer, so dass der jeweilige
Verformungsgrad des Kraftspeichers 41, wie nachfolgend
noch ausführlicher
erläutert
wird, allein von der Auslenkposition der Reibelemente 37, 39 der
Reibvorrichtung 35 abhängig
ist.
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Am ersten Reibelement 37 sind
Mitnehmer 43 vorgehen, die in entsprechende Mitnahmeöftnungen 45 des
dem Antrieb 1 zugewandten Deckbleches 20 eingreifen.
Je nach Anforderung an die Reibvorrichtung 35 können die
Mitnehmer 43 spielfrei in den Mitnahmeöffnungen 45 aufgenommen
sein, so dass bereits kleinste Relativ drehauslenkungen zwischen Nabenscheibe 17 und
Deckblechen 20, 21 zu einer Reibwirkung führen. Ebenso
ist aber auch denkbar, die Mitnehmer 43 mit vorbestimmtem
Spiel in Umfangsrichtung in den Mitnahmeöffnungen 45 aufzunehmen,
um einen kleinen Bereich einer Relativdrehauslenkung ohne Reibwirkung
verfügbar
zu haben.
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Das vom Antrieb 1 abgewandte
Deckblech 21 ist an einem Trägerelement 50 befestigt,
vorzugsweise hierbei mittels einer Vernietung 47. Dieses
Trägerelement 50 erstreckt
sich nach radial außen,
wo es zur Aufnahme eines Masseringes 52 dient, und zwar
ebenfalls mittels einer Vernietung 51. Der Massering 52 nimmt
in an sich bekannter Weise an seiner vom Antrieb 1 abgewandten
Seite ein nur angedeutetes Gehäuse 56 einer
Reibungskupplung über
Befestigungsmittel 54 auf und verfügt zudem über eine Reibfläche 55 zur
Anlage von Reibbelägen
einer Kupplungsscheibe der nicht gezeigten Reibungskupplung.
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Radial innerhalb der Verbindungsstelle
zwischen Deckblech 21 und Trägerelement 50 ist
das letztgenannte mit Fenstern 62 ausgebildet, die im wesentlichen
mit den Fenstern 18 und 22 in Nabenscheibe 17 und
Deckblechen 20, 21 fluchten und zum Eingriff der
Kraftspeicher 19 dienen. Nochmals weiter radial innen ist
das Trägerelement 50 mit
Montageöffnungen 64 für die Kurbelwellen-Schrauben 9 ausgebildet,
die ihrerseits wiederum radial außerhalb eines Lagerflansches 66 des
Trägerelementes 50 liegen, wobei
dieser Lagerflansch 66 in eine Lagerung 68 eingreift,
die ihrerseits vom Axialschenkel 15 der Lagerschale 11 umschlossen
ist. Die Lagerung 68 dient zur Zentrierung des Trägerelementes 50 und
damit der Deckbleche 20, 21 gegenüber der
Nabenscheibe 17. Da die Nabenscheibe 17 gemeinsam mit der
Lagerschale 11 und dem Massering 30 als antriebsseitiges Übertragungselement 58 des
Torsionsschwingungsdämpfers
wirksam ist, die Deckbleche 20, 21 gemeinsam mit dem Trägerelement 50 und
dem Massering 52 sowie der Reibungskupplung dagegen als
antriebsseitiges Übertragungselement 60,
dient die Lagerung 68 demnach zur Zentrierung des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 gegenüber dem
antriebsseitigen Übertragungselement 58 und damit
auch gegenüber
der Kurbelwelle 3 des Antriebes 1. Folglich führen auch
die Übertragungsele mente 58, 60 Drehbewegungen
um die Drehachse 5 durch, wobei darüber hinaus bei Einleitung von
Torsionsschwingungen durch die Kurbelwelle 3 auch Relativdrehbewegungen
der Übertragungselemente 58, 60 zueinander
ausgelöst
werden.
-
Die Übertragungselemente 58, 60 sind
auch in Achsrichtung relativ zueinander positioniert, und zwar über eine
Axiallagerung 70, die am Trägerelement 50 aufgenommen
ist und sich mit ihrem freien Lagerungsende 74 (7) an der Nabenscheibe 17 abstützt. Vorzugsweise
ist die Axiallagerung 70 an ihrer dem Trägerelement 50 zugewandten
Seite mit Vorsprüngen 71 ausgebildet,
die zugunsten einer drehfesten Verbindung mit dem Trägerelement 50 in Öffnungen 72 desselben
eingreifen. Das axial freie Lagerungsende 74 ist dagegen
bezüglich
der Nabenscheibe 17 relativ bewegbar.
-
Die Reibvorrichtung 35 soll
anhand der 2 bis 6 bezüglich ihres Aufbaues und ihrer
Wirkungsweise näher
erläutert
werden. Beginnend mit dem ersten Reibelement 37 ist festzustellen,
dass dieses, wie insbesondere den 3 und 5 entnommen werden kann,
mehrteilig ausgebildet ist, wobei eine erste Komponente 80 in
Form eines Tragringes 84 aus einem ersten Werkstoff vorliegt,
wobei dieser zugunsten einer hohen Festigkeit sowie großer Reibwerte
vorzugsweise aus Metall, wie aus Stahl oder einem Sintermetall besteht.
Der Tragring 84 verfügt über eine
Mehrzahl von Aussparungen 86, die bezogen auf den Umfang
in im wesentlichen gleichen Abständen
voneinander vorgesehen sind. Jeweils vorzugsweise in der umfangsmäßigen Mitte
jeder Aussparung 86 erstreckt sich eine Zunge 88 über den
Innendurchmesser des Tragringes 84 nach radial innen, wobei
jeweils zweien dieser Zungen 88 in Umfangsrichtung mittig
zwischen denselben je einer der bereits erwähnten Mitnehmer 43 zugeordnet
ist, und die Mitnehmer 43 vorzugsweise einstöckig mit
dem Tragring 84 ausgebildet sind.
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Zurückkommend auf die Aussparungen
86 im Tragring 84 dienen diese zur Aufnahme von Einsatzstücken 92,
welche eine zweite Komponente 94 des ersten Reibelementes 37 bilden,
und vorzugsweise aus einem zweiten Werkstoff bestehen, wobei insbesondere
Kunststoff von Vorteil ist. Diese Einsatzstücke 92 verfügen abtriebs seitig
im wesentlichen jeweils in Umfangsmitte über eine Reibfläche 98,
die beidseits jeweils durch Übergangsabschnitte 100 begrenzt
sind. Diese Übergangsabschnitto 100 sind,
ausgehend jeweils von der Reibfläche 98,
jeweils mit axialer Steigung in Form je einer Rampe ausgebildet.
An der Stelle der Übergangsabschnitte 100 mit
dem axial größten Überstand 101 gegenüber dem
restlichen Einsatzstück 92 grenzt,
jeweils in Umfangsrichtung fortlaufend, je eine Abstützfläche 102 (4a, 4c) an, die, wie 5 in deutlicher Weise zeigt, jeweils
an der benachbarten Seite des Tragringes 84 zur Anlage
kommen. Die Übergangsabschnitte 100 durchgreifen
dagegen im wesentlichen ohne Spiel in Radial- sowie in Umfangsrichtung
die jeweilige Aussparung 86 im Tragring 84, während die
axiale relative Positionierung der Einsatzstücke 92 gegenüber dem
Tragring 84 durch Einrasten der Zungen 88 jeweils
in Halterungen 90 an den Einsatzstücken 92 erfolgt. Die
Halterungen 90 sind bei der Herstellung der Einsatzstücke 92 einstöckig mit
diesen ausgeführt
und sind demnach ebenso wie die Zungen 88 Teil einer axialen
Sicherung 96 zwischen den beiden Komponenten 80, 94 des
ersten Reibelementes 37. Nach dem Einrasten der Zungen 88 in
die Halterungen 90 sind die Übergangsabschnitte 100 mit
ihrem jeweils axial gegenüber
den Abstützflächen 102 größten Überstand
101 im wesentlichen auf dem axialen Niveau der Abtriebsseite des
Tragringes 84 positioniert. Damit führen die Übergangsabschnitte 100 vom
axialen Niveau der Reibflächen 98 an
den Einsatzstücken 92 auf
das axiale Niveau von am Tragring 84 vorgesehenen Reibflächen 108,
wobei auch die Übergangsabschnitte 100 als
Reibflächen
nutzbar sind. Das erste Reibelement 37 der Reibvorrichtung 35 verfügt demnach
abtriebsseitig über
drei unterschiedliche Reibflächen,
von denen bei der beschriebenen Ausführungsform die Reibflächen 98 und
die durch die Übergangsabschnitte 100 gebildeten
Reibflächen
aus Kunststoff bestehen, die am Tragring 84 vorgesehenen
Reibflächen 108 dagegen aus
einem metallischen Werkstoff. Darüber hinaus ist, wie 5 anschaulich zeigt, aufgrund
der wegen der Abstützflächen 102 zur
Antriebsseite hin axial über
den Tragring 84 hinausragenden Einsatzstücke 92 auch
an deren dem Massering 30 zugewandten Seiten jeweils eine
Reibfläche 110 realisiert,
die mit der Anlagewandung 130 des Masseringes 30 zusammenwirkt,
wobei die Anlagewandung 130 als Reibfläche 112 dient, die
aus metallischem Werkstoff besteht, während die Reibfläche 110 an
den Einsatzstücken 92 selbstverständlich aus
dem gleichen Werkstoff wie das restliche Einsatzstück 92 besteht,
also vorzugsweise aus Kunststoff.
-
Das zweite Reibelement 39 der
Reibvorrichtung 35 besteht aus einem Druckring 114,
an welchem in umfangsmäßig gleichen
Abständen,
die den Aussparungen 86 im Tragring 84 zugeordnet sind, stanztechnisch
hergestellte Ausstellungen 116 vorgesehen sind, so dass
der verbleibende Steg 117 aufgrund seiner Freistellung
gegenüber
dem übrigen Ringbereich
in optimaler Weise durch einen Umformvorgang seine erforderliche
Kontur erhalten kann. Der Steg 117 vertilgt, wie die 3 und 5 anschaulich zeigen, jeweils in Umfangsrichtung
im wesentlichen mittig über
eine Reibfläche 118,
mit welcher der Steg 117 zur Antriebsseite hin am weitesten über das axiale
Niveau des Druckringes 114 hinausragt und, wie 5 zeigt, in zusammengebautem
Zustand der Reibvorrichtung 35 beispielsweise an der jeweiligen Reibfläche 98 des
ersten Reibelementes 37 in Anlage kommt. In Umfangsrichtung
beidseits der Reibflächen
118 am Steg 117 sind jeweils Übergangsabschnitte 120 vorgesehen,
von denen jeder an seiner dem ersten Reibelement 37 zugewandten
Seite als Reibfläche
genutzt werden kann und die in Form jeweils einer Rampe mit axialem
Gefälle
vom axialen Niveau der Reibflächen 118 jeweils
zum axialen Niveau des restlichen Druckringes 114 überführt. Die Übergangsabschnitte
120 am Druckring 114 unterscheiden sich entweder bezüglich ihrer
axialen Neigung oder bezüglich
ihrer Erstreckungsgröße in Umfangsrichtung
oder bezüglich
beider Positionen von den Übergangsabschnitten
100 am Tragring 84, so dass Verbindungsflächen 122 des
Druckringes 114, die jeweils an einen der Übergangsabschnitte 120 angrenzen,
axial nicht an den benachbarten Reibflächen 108 vom Tragring 84 des
ersten Reibelementes 37 in Anlage kommen können. So
verbleibt, wie 5 zeigt,
bei einer Reibflächenkombination
aus Reibfläche 98 des
ersten Reibelementes 37 mit der Reibfläche 118 des zweiten
Reibelementes 39 zwischen der Reibfläche 108 des ersten
Reibelementes 37 und der zugeordneten Verbindungsfläche 122 des Druckringes 114 jeweils
mindestens eine Distanz D. Dadurch sind ungewollte Reibungseinflüsse ausgeschlossen.
Gleichzeitig ist an dieser Stelle noch anzumerken, dass aufgrund
der Distanz D zwar die Einsatzstücke 92 über den
Druckring 114 und den axialen Kraftspeicher 41 gegen
die Anlagewandung 130 des Masseringes 30 gedrückt sind,
der Tragring 84 in der eingezeichneten Relativdrehauslenkung
der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander dagegen
ohne Axialpositionierung durch den axialen Kraftspeicher 41 verbleibt.
Allerdings sorgt bei diesem Betriebszustand die bereits erläuterte axiale
Sicherung 96 zwischen dem Tragring 84 und den
Einsatzstücken 92 für die benötigte Axialpositionierung
des Tragringes 84.
-
Während
das erste Reibelement 37 bei Anordnung im antriebsseitigen Übertragungselement 58 über die
Mitnehmer 43 mit dem abtriebsseitigen Übertragungselement 60 in
Wirkverbindung steht, soll das zweite Reibelement 39, ebenfalls
aufgenommen im antriebsseitigen Übertragungselement 58, drehfest,
aber axial verschiebbar in dem letztgenannten aufgenommen sein.
Hierzu sind, über
den Außenumfang
des Druckringes 114 in vorbestimmten Abständen hinausragend,
Radialansätze 124 mit
vorzugsweise kreissegmentförmiger
Ausbildung vorgesehen, die in entsprechend geformte Bohrungssegmente
126 im Massering 30 einsetzbar sind.
-
Derart im Aufnahmeraum 32 des
antriebsseitigen Übertragungselementes 58 aufgenommen, werden
die Reibelemente 37 und 39 durch den axialen Kraftspeicher 41 eingespannt
gehalten, wobei sich der axiale Kraftspeicher an der Nabenscheibe 17 als
Anlagewandung abstützt
und vorzugsweise als Wellfeder 128 ausgebildet ist, die über einen
hinreichend großen
Verformungsbereich mit linearer Kennlinie verfügt.
-
Die Reibvorrichtung 35 arbeitet
wie folgt:
In 5 sind
die Reibelemente 37, 39 in derjenigen Relativdrehposition
II-II zueinander dargestellt, die sie ohne eine Relativdrehauslenkung
der Übertragungselemente 58, 60 einnehmen.
Die Reibfläche 118 des
Druckringes 114 liegt dann im wesnentlichen mittig an der
in Umfangsrichtung größeren Reibfläche 98 des
Einsatzstückes 92 an.
In dieser Relativdrehposition der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander
nimmt der axiale Kraftspeicher 41 seine größte axiale
Erstreckungsbreite ein, die Vorspannung dieses Kraftspeichers ist
also minimal.
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Bei Einleitung einer Torsionsschwingung,
die eine Änderung
der Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente 58, 60 zur
Folge hat, wird wegen der drehfesten Verbindung des ersten Reibelementes 37 mit
den Deckblechen 20, 21 des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 und
der drehfesten Verbindung des zweiten Reibelementes 39 mit
dem antriebsseitigen Überragungselement 58 eine Änderung
der Relativdrehposition der Reibelemente 37 und 39 zueinander
bewirkt. Davon ausgehend, dass in 5 das
zweite Reibelement 39 in Richtung des in 5 eingetragenen Pfeiles V verlagert wird,
während
das erste Reibelement 37 aufgrund seiner Verbindung mit
der Abtriebsseite zunächst
noch als stillstehend anzusehen ist, wird sowohl zwischen den Reibflächen 98 der
Einsatzstücke 92 und
den Reibflächen 118 des
Druckringes 114 als auch zwischen den Reibflächen 110 der
Einsatzstücke 92 und
der Reibfläche 112 der
Anlagewandung 130 des Masseringes 30 jeweils Reibung
mit konstantem Reibmoment M1 aufgebracht, wobei dieses Reibmoment
aufgrund der Kombination Kunststoff an den Einsatzstücken 92 und
Metall an Druckring 114 und Massering 30 vergleichsweise
niedrig ist. Diese Situation ist im Kennlinienfeld der 6 dargestellt, und zwar über einen
Winkel von im wesentlichen 0 und 3 Grad. Bei einer Relativdrehauslenkung
von etwa 3 Grad ist eine vorbestimmte erste Auslenkweite erreicht,
bei der vorzugsweise das Reibmoment nicht über maximal 15 Nm hinausgeht,
um bei creeping oder geringen Torsionsschwingungen bei hoher Drehzahl
die gewünschte
Entkopplungsgüte
bieten zu können.
Das Moment M1 verläuft
im Bereich zwischen 0 und 3 Grad im wesentlichen konstant.
-
Treten stärkere Torsionsschwingungen
auf, so wird der Massering 30 zusammen mit dem Druckring 114 in
Richtung des Pfeils V in 5 über die vorbestimmte
erste Auslenkweite hinausbewegt, in welcher die Reibfläche 118 des
Druckringes 114 mit ihrem jeweiligen Abschnitt 115 exakt
das Ende der Reibfläche
98 am Einsatzstück 92 erreicht
hat. Die Überschreitung
der vorbestimmten ersten Auslenkweite hat demnach zur Folge, dass
die Übergangsabschnitte 120 des
Druckringes 114 gegenüber
den Übergangsabschnitten 100 der
Einsatzstücke 92 verschoben
werden, was mit einer Axialverlagerung des Druckringes 114 gegen
die Wirkung des axialen Kraftspeichers 41 erfolgt. Dadurch
wird, anders als bei Relativdrehauslenkungen bis zum Erreichen der vorbestimmten
ersten Auslenkweite, nicht nur die Werkstoffkombination der miteinander
in Reibwirkung stehenden Reibflächen
für das
Reibmoment entscheidend sein, sondern darüber hinaus auch die sich nun
aufgrund des stärkeren
Zusammenpressens erhöhende
Spannung am axialen Kraftspeicher 41. In diesem Bereich
der Relativdrehauslenkung sind die Übergangsabschnitte 100, 120 ebenso
als Reibflächen
wirksam wie auch die Reibflächenkombination
der Einsatzstücke 92 mit
der Anlagewandung 130 des Masseringes 30. Die
Reibflächen 118 des
Druckringes 114 werden dagegen mit zunehmender Axialverlagerung
des Druckringes 114 in Richtung zur Abtriebsseite von den
entsprechenden Reibflächen 98 der
Einsatzstücke 92 entfernt,
so dass sie keine Wirkung mehr entfalten. Dieser Betriebszustand
der Reibvorrichtung 35 setzt sich fort, bis der den Reibbereich 118 vom Übergangsabschnitt 120 des
Druckringes 114 trennende Abschnitt 115 mit dem
größten Überstand
101 am Randbereich 104 des jeweils zugeordneten Einsatzstückes 92 in Überdeckung
gelangt. Bei dieser Relativdrehauslenkung der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander
ist eine vorbestimmte zweite Auslenkweite erreicht, was gemäß 6 bei einem Winkel von etwa
8 Grad der Fall ist. Es liegt dann ein Reibmoment M2 an, das trotz
der nun höheren
Kraft durch den stärker
gespannten axialen Kraftspeicher 41 aufgrund der immer
noch vorliegenden Werkstoffkombination Metall/ Kunststoff an allen
Reibflächen
auf ein relativ geringes Reibmoment von etwa 20 bis 22 Nm vorzugsweise
jedoch auf 21,5 Nm begrenzt ist. Das gegenüber dem Reibmoment M1 nun höhere Reibmoment
M2 vermag zwar auch stärkere
Torsionsschwingungen zu dämpfen,
gestattet aber dennoch eine gute Entkopplung zuwischen den beiden Übertragungselementen 58, 60.
-
Sollte dennoch die anliegende Torsionsschwingung
weiter ansteigen und eine nochmalige Bewegung von Massering 30 und
zweitem Reibelement 39 in Richtung des Pfeils V zur Folge
haben, dann wird auch die vorbestimmte zweite Auslenkweite überschritten
und die Reibflächen 118 des
Druckringes 114 beginnen, auf die Reibflächen 108 des Tragringes 84 aufzuschieben.
Von diesem Zeitpunkt an wird keine weitere Verformung des axialen
Kraftspeichers mehr erfolgen, so dass die von diesem ausgeübte Anpresskraft
konstant bleibt. Allerdings liegt wegen der Ausführung aus dem Werkstoff Metall sowohl
beim Tragring 84 als auch beim Druckring 114 ein höheres Reibmoment
an, das in 6 mit M3
bezeichnet ist und auf 45 Nm festgelegt werden kann. Es ist weiterhin
in 6 deutlich erkennbar,
dass der im wesentlichen kontinuierliche Übergang zwischen den Reibmomenten
M1 und M2 sich nun durch einen Stufensprung S zwischen den Reibmomenten
M2 und M3 fortsetzt. Dieses Reibmoment M3 ist vergleichsweise hoch
und vermag sehr starke Torsionsschwingungen wirksam zu dämpfen, würde allerdings
bei sehr kleinen Torsionsschwingungen den Eindruck zweier starr
miteinander verbundener Übertragungselemente 58, 60 hervorrufen.
In diesem Betriebszustand wirkt auch erstmals der axiale Kraftspeicher 41 über den
Druckring 114 unmittelbar auf den Tragring 84 zurück, und
nicht nur mittelbar über die
Einsatzstücke 92.
Das Reibmoment M3 bleibt nach Überschreitung
der vorbestimmten zweiten Auslenkweite konstant. Dies gilt auch
dann, wenn Kraftspeicher 19 mit zwei unterschiedlichen
Steifigkeiten vorgesehen sind, wodurch sich, wie aus 6 erkennbar, Federstufen
C1 und C2 ergeben. Der Übergang
von der ersten Federstufe C1 zur zweiten Federstufe C2 vollzieht
sich, bedingt durch das Vorspannmoment der zweiten Federstufe C2,
gemäß 6 mit einem Anstieg W.
-
Sollte die eingeleitete Torsionsschwingung so
stark sein, dass die Gefahr von Resonanzschäden am Torsionsschwingungsdämpfer droht
und selbst das hohe Reibmoment M3 nicht genügt zur endgültigen Dämpfung, dann würde die
bereits beschriebene Drehwinkelbegrenzung 26 in Aktion
treten müssen, um
durch eine mechanische Blockade eine noch weitergehende Relativdrehauslenkung
zwischen den Übertragungselementen 58 und 60 zu
verhindern. Die Drehwinkelbegrenzung 26 wird bei einer
Relativdrehauslenkung von etwa 23 Grad wirksam. 6 zeigt diese Stelle mit der Bezeichnung
U.
-
Sobald die eingeleitete Torsionsschwingung sich
abschwächt,
bewirken die in Umfangsrichtung wirksamen Kraftspeicher 19 eine
Rückführung der Übertragungselemente 58, 60 und
damit der Reibelemente 37 und 39 vorzugsweise
in die in 5 mit II-II eingezeichnete
Ausgangsposition. Damit ist gewährleistet,
dass auch bei einer neuerlich eingeleiteten Torsionsschwingung jeweils
wieder die der jeweiligen Schwingungsstärke optimal zugeordnete Dämpfungswirkung
durch die Reibvorrichtung 35 erzeugt werden kann.
-
Selbstverständlich würden Torsionsschwingungen,
die entgegen der in 5 eingezeichneten Richtung
des Pfeils V gerichtet sind, das gleiche Betriebsverhalten an der
Reibvorrichtung auslösen.
-
Da über die Kurbelwelle 3 eines
Antriebs 1 nicht nur Torsionsschwingungen, also Drehungleichförmigkeiten
um die Drehachse 5 (1)
eingeleitet werden, sondern auch Schwingungen mit einer Komponente
senkrecht zur Drehachse 5, die in üblicher Weise als Taumelschwingungen
bezeichnet werden, kann es zu extremen Belastungen an der Nabenscheibe 17 kommen,
und zwar im wesentlichen unmittelbar radial außerhalb desjenigen Bereiches,
in dem die Nabenscheibe 17 axial zwischen der an der Kurbelwelle 3 aufgenommenen
Lagerschale 11 und den Kurbelwellen-Schrauben 9 eingespannt ist.
Zur Minderung dieses Problems ist gemäß 7 vorgesehen, die Lagerschale 11 am radial äußeren Ende 133 ihres
Radialschenkels 13 mit einer Verrundung 134 auszubilden,
die eine evtl. Kerbung der Nabenscheibe 17 in dem besagten
Bereich ausschließt
und zudem der Nabenscheibe 17 auch in Richtung zur Kurbelwelle 3 einen
begrenzten Bewegungsspielraum belässt, der bei Einleitung von
Taumelschwingungen zum auffangen derselben erforderlich ist.
-
- 1
- Antrieb
- 3
- Kurbelwelle
- 5
- Drehachse
- 7
- Befestigung
- 9
- Kurbelwelle-Schrauben
- 11
- Lagerschale
- 13
- Radialschenkel
- 15
- Axialschenkel
- 17
- Nabenscheibe
- 18
- Fenster
- 19
- Kraftspeicher
- 20
- Deckbleche
- 21
- Deckbleche
- 22
- Fenster
- 23
- Laschen
- 24
- Umfangsöffnungen
- 25
- Vernietung
- 26
- Drehwinkelbegrenzung
- 30
- Massering
- 32
- Aufnahmeraum
- 35
- Reibvorrichtung
- 37
- erstes
Reibelement
- 39
- zweites
Reibelement
- 41
- axialer
Kraftspeicher
- 43
- Mitnehmer
- 45
- Mitnahmeöffnungen
- 47
- Vernietung
- 50
- Trägerelement
- 51
- Vernietung
- 52
- Massering
- 54
- Befestigungsmittel
- 55
- Reibfläche
- 56
- Reibungskupplung
- 58
- antriebsseitiges Übertragungselement
- 60
- abtriebsseitiges Übertragungselement
- 62
- Fenster
- 64
- Montageöffnung
- 66
- Lagerflansch
- 68
- Lagerung
- 70
- Axiallagerung
- 71
- Vorsprung
- 72
- Öffnung
- 74
- freies
Lagerungsende
- 80
- erste
Komponente
- 84
- Tragring
- 86
- Aussparung
- 88
- Zungen
- 90
- Halterungen
- 92
- Einsatzstücke
- 94
- zweite
Komponente
- 96
- Sicherung
- 98
- Reibflächen
- 100
- Übergangsabschnitte
- 101
- größter Überstand
- 102
- Abstützfläche
- 104
- Randbereiche
- 108
- Reibflächen
- 110
- Reibflächen
- 112
- Reibflächen
- 114
- Druckring
- 115
- Abschnitt
- 116
- Ausstellungen
- 117
- Steg
- 118
- Reibflächen
- 120
- Übergangsabschnitte
- 122
- Verbindungsflächen
- 124
- Radialansätze
- 126
- Bohrungssegmente
- 128
- Wellfeder
- 130
- Anlagewandungen
- 132
- Anlagewandungen
- 133
- radial äußeres Ende
- 134
- Verrundung