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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Torsionsschwingungs-Dämpfungs-einrichtung zur Verwendung
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
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Torsionsschwingungsdämpfer werden
zur Dämpfung
der bei Brennkraftmaschinen prinzipbedingten Drehschwingungen benötigt. Die
Drehschwingungen erzeugen neben Dröhngeräusch des Fahrzeugkörpers auch
Geräusche
in nachgeschalteten Schalt- und Ausgleichsgetrieben. Die typischerweise
verwendeten elastischen Kräfte
zur Aufnahme der Drehschwingung und zur Abgabe eines möglichst
gleichmäßigen Drehmoments,
müssen
einerseits zur wirksamen Dämpfung
hinreichend klein sein, anderseits hohe Beschleunigungen bzw. Kräfte aufnehmen.
Große
Auslenkung und damit große
Verdrehwinkel der Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung sind daher
wünschenswert.
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Mit
Hilfe parallel geschalteter Federn können Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtungen mit hohen
maximal übertragbaren
Drehmomenten bei gutem Ansprechverhalten hergestellt werden, die vergleichsweise
kompakt sind. Torsionsschwingungsdämpfer mit doppelten bzw. mehrfachen
parallel gekoppelten Federsystemen sind beispielsweise aus
DE 31 50 877 A1 bekannt.
Dort wird eine Kupplungsscheibe mit Torsionsschwingungsdämpfern vorgestellt,
bei der die Motordrehschwingungen mit zwei oder mehr wesentlich
gleichen, parallel geschalteten Torsionsschwingungsdämpfern unterdrückt werden sollen.
Jeder der Torsionsschwingungsdämpfer
umfaßt
dabei einen ringförmigen
Flansch für
die Antriebsseite und zwei für
die Antriebsseite, und ein System in Reihe geschalteter Spiralfedern.
Des weiteren sind zwei Reibeinrichtungen vorgesehen, die vom Verdrehwinkel
abhängige
Hysteresedrehmomente erzeugen. Neben den hohen Herstellungskosten
hat eine solche Kupplungsscheibe wesentlich höhere Abmessungen in radialer
wie auch axialer Richtung. Auch steigt die Masse erheblich.
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Aus
der
DE 40 40 606 A1 ist
ein Schwingungsdämpfer
bekannt, bei dem drei Dämpfungseinrichtungen
zwischen Eingangsteil und Ausgangsteil axial hintereinander angeordnet
sind wobei die axial mittlere Dämpfungseinrichtung
bei einer Relativverdrehung als letzte zur Wirkung kommt. Die dort
gezeigte Ausführungsform
ist axial sehr breit bauend.
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Weiterhin
ist aus der
DE 31 50
877 A1 eine Kupplungsscheibe bekannt, bei der zwei axial
nebeneinander am Außenumfang
des Torsionsschwingungsdämpfers
angeordnete Federsätze
zur Aufnahme des Drehmomentes angebracht sind. Durch die beiden
Flansche zusammen mit einem Drehkranz zur Beaufschlagung der Torsionsfedern
ergibt sich eine sehr schwere und großvolumige Kupplungsscheibe.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Torsionsschwingungs-Dämpfungsein-richtung mit parallel
geschalteten Federn vorzustellen, die jedoch deutlich kompakter,
leichter und preiswerter herzustellen ist, als dies der Stand der
Technik ermöglicht.
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Vorliegende
Erfindung löst
die Aufgabe durch eine Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung mit den
im Anspruch 1 bezeichneten Merkmalen. Durch die Anordnung der Federsysteme
axial außerhalb
des ringförmigen
Bauteils kann dieses radial sehr kompakt aufgebaut sein. Darüber hinaus
entfallen Hohlräume
zur Aufnahme der Federelemente, wie sie bei Torsionsschwingungsdämpfern mit
ganz oder teilweise innenliegenden Federsystemen nötig sind.
An Außenflächen des
ringförmigen
Bauteils befestigte Federsysteme haben des weiteren den Vorteil,
daß die
Torsionsschwingungsdämpfer
mit zwei oder mehr parallel geschalteten Federsystemen preiswert
aus Teilen hergestellt werden können,
die zur Produktion von solchen mit nur einem Federsystem (bzw. mit
zwei in Reihe geschalteten Federsystemen) verwendet werden.
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Bevorzugt
können
in dieser Hinsicht weitgehend gleiche bzw. identische Federsysteme
verwendet werden, die neben den o. g. Vorteilen des weiteren wegen
des damit sichergestellten gleichmäßigen Kraftflusses auch gleichmäßig belastet
werden, die Belastung der Einzelteile somit verringert werden kann.
Typischerweise stark belastete Bauteile, wie etwa Verzahnungen,
können
daher günstig
hergestellt werden. Die besonders bevorzugte, zur Drehebene spiegelsymmetrische
Anordnung wesentlich gleicher oder identischer Federsysteme zeichnet
sich in dieser Hinsicht besonders aus.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, wenigstens eines der Federsysteme
nicht bereits in der Ruhelage des Torsionsschwingungsdämpfers sondern
erst ab einer bestimmten, größeren Torsion zu
beaufschlagen. Die Beaufschlagung kann auch winkelversetzt werden,
um etwa verschiedene Kennlinien zu realisieren. So können beispielweise
wenigstens zwei der durch die gegeneinander verdrehbaren Federele ments-Eingriffsvorrichtungen
gebildeten Räume
in der Ruhelage unterschiedlich groß gewählt werden. Werden dann die
Federsysteme mit gleichen Federn bestückt, wird das Federsystem mit kleinen
Eingriffsvorrichtungen bereits bei kleinen verdrehwinkeln beaufschlagt.
Umgekehrt können
natürlich
auch Federelemente verschiedener Federkonstanten verwendet werden.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist, die Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung mit mindestens
einer Reibeinrichtung zu versehen. Arbeitet nun die Reibeinrichtung
mit einem der Federsysteme zusammen, so kann diese mit einfachen Mitteln
an die jeweiligen Bedürfnisse
angepaßt
werden. Eine Möglichkeit
hierzu ist eine geeignete Kombination der Reibeinrichtung mit einem
der oben erwähnten
Federsysteme.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist die Auslegung der doppelten
bzw. mehrfachen Federsysteme dergestalt, daß bereits gegen das zu erwartende
Maximaldrehmoment kleine Drehmomente zu merklicher Torsion der Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
führt.
Da ein wesentlicher Vorteil mehrerer parallel geschalteter Federsysteme
die relativ hohen Drehmomente sind, die bereits von vergleichsweise
kleinen Federsystemen übertragen
werden können,
kann eine solche Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung sehr kompakt gebaut
werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die o. g.
Federsysteme als Leerlaufdämpfer
ausgelegt. Diese vergleichsweise kleinen Drehmomente erfordern relativ
kleine Federkräfte. Die
dementsprechend kleinen Federelemente benötigen in der hier gezeigten
Anordnung kaum zusätzlichen
Bauraum.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform sieht
vor, daß die
Federsysteme als Vordämpfungseinrichtung
bei Betrieb von Nebenaggregaten ausgelegt ist. Durch die Parallelschaltung
der Federsysteme sind hohe verdrehwinkel möglich, da schwächer ausgelegte
Federelemente stär ker
deformiert werden können,
so daß bei
guter Entkopplung der Motorschwingungen gleichzeitig die für Nebenantriebe
nötigen
Schleppmomente übertragen
werden können.
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Des
weiteren kann die Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung mit einem
zusätzlichen Federsystem
in Reihe geschaltet werden, welches für einen weiteren Aufgabenbereich
ausgelegt ist. Das doppelte bzw. mehrfache Federsystem wird somit
mit den entsprechenden – möglicherweise
schädlichen – Kräften nicht
beaufschlagt, wenn dieses beispielsweise mit Anschlägen vor übermäßigem Verdrehen
gesichert ist.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung ist es, dieses weitere Federsystem radial
außerhalb
des mehrteiligen Federsystems anzuordnen, da auf dem größeren Radius
insbesondere in Umfangsrichtung mehr Raum vorhanden ist und somit
auch große
Federelemente problemlos untergebracht werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist dieses weitere Federsystem als Lastdämpfungseinrichtung ausgelegt.
Somit kann das mehrteilige Federsystem im wesentlichen von der Beaufschlagung mit
hohen Drehmomenten verschont werden. Hiermit kann ein insgesamt
breiteres Band von Drehschwingungen abgedeckt werden.
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Nachfolgend
werden Aufbau und Funktion der bevorzugten Ausführungsformen genauer erklärt, wobei
auf die 1 bis 5 Bezug
genommen wird. Im einzelnen zeigt:
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1 die
Ansicht einer Kupplungsscheibe, die radial innenliegend eine Ausführungsform
des Torsionsschwingungsdämpfers
und eine mit dieser in Reihe geschaltete radial außenliegende
Lastfedereinrichtung aufweist;
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2 die
entlang der Linie A-A geschnittene Kupplungsscheibe aus 1;
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3 die
entlang der Linie B-B geschnittene Kupplungsscheibe aus 1;
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4 Längsschnitt
einer anderen Kupplungsscheibe; die ebenfalls radial innenliegend
eine Ausführungsform
des Torsionsschwingungsdämpfers
und eine mit dieser in Reihe geschaltete, radial außenliegende
Lastfedereinrichtung aufweist;
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5 die
Ansicht einer weiteren Kupplungsscheibe, die ausschließlich eine
Ausführungsform des
Torsionsschwingungsdämpfers
aufweist;
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6 ein
Beispiel für
die Ausgestaltung der äußeren und
inneren Eingriffsvorrichtungen.
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Die
in 1–3 dargestellte
Kupplungsscheibe weist zur drehfesten und koaxialen Verbindung mit
einer Getriebewelle, die sich in Richtung einer Drehachse 3 erstreckt,
eine Nabe mit Verzahnung 2 auf. Zwei drehfest miteinander
verbundene Deckbleche 4 und 5 sind über eine
Lastfedereinrichtung 15 elastisch mit einer Nabenscheibe 7 verbunden,
wobei zwischen der Nabenscheibe und den Deckblechen eine Reibeinrichtung 8 vorgesehen
ist. Die Teile 5, 6, 7, 8, 9 und 14 bilden
eine ringförmige Baugruppe 4,
die in vorbestimmten Grenzen um die Drehachse 3 verdrehbar
auf der Nabe 1 angeordnet ist. In der hier gezeigten bevorzugten
Ausführungsform
werden die Grenzen der Torsion durch das Verdrehspiel in der Verzahnung 16 zwischen
Nabe 1 und Außennabe 9 bestimmt.
Axial zu beiden Seiten der ringförmigen
Baugruppe 4 sind zwei im wesentlichen gleiche Torsionsschwingungsdämpfer 10 angeordnet,
von denen jeder eine innere Eingriffseinrichtung 11 und
eine äußere Eingriffseinrichtung 12 aufweist. Die
innere Eingriffseinrichtung 11 ist mit den Deckblechen 4 und 5 und
der Außennabe 9 drehfest
verbunden, was vorzugsweise durch Vernieten, ebenso jedoch auch
auf andere Weise, wie etwa durch Verschweißen, erfolgen kann. Die äußere Eingriffsvorrichtung 12 ist
drehfest mit der Nabe 1 verbunden, wobei gleichzeitig die
axiale Bewegung der äußeren Eingriffsvorrichtung 12 verhindert
wird, indem diese mit einer Verzahnung 14 auf der Nabe 1 in
Eingriff steht und vorzugsweise auf ihr verstemmt wird. Dabei sind
jeweils innere Eingriffsvorrichtungen 11 und äußere Eingriffsvorrichtungen 12 um
die Drehachse 3 gegeneinander verdrehbar, und mittels Federelementen 13 elastisch
miteinander verbunden. Als Federelement 13 werden hier
vorzugsweise Spiralfedern verwendet, ebenso gut können jedoch
auch beliebige elastische Bauteile, wie etwa Gummielemente, verwendet
werden.
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Wie
in 2 zu sehen, arbeitet das zweite Federsystem 10 mit
einer Reibeinrichtung 17 zusammen. Die Reibeinrichtung 17 besteht
im wesentlichen aus Reibbelägen 123,
die über
einen Ring 122 mit der inneren Eingriffsvorrichtung 11 drehfest
verbunden ist und über
Reibbeläge 124,
die mit der äußeren Eingriffsvorrichtung 12 drehfest
verbunden ist. Des weiteren ist mindestens eines der Federsysteme 10 mit
einer Reibeinrichtung 17 versehen. Das ringförmige Bauteil 4 umfaßt hier
im wesentlichen eine ringförmige
Außennabe 9 die
drehbar auf der Nabe 1 angeordnet ist, und welche drehfest
mit zwei ringförmigen
Deckblechen 5 und 6 verbunden ist. Hierbei sind die
Deckbleche 5 und 6 mittels in Umfangsrichtung wirksamer
Federelemente 14 mit der Nabenscheibe 7 elastisch
verbunden. In axialen Zwischenräumen zwischen
der Nabenscheibe 7 und den Deckblechen 5 und 6 befindet
sich eine Reibeinrichtung 8.
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Im
Betrieb werden von einer Brennkraftmaschine erzeugte unerwünschte Drehschwingungen über an der
Nabenscheibe 7 befestigte Reibbeläge auf die scheibenförmige Baugruppe 4 übertragen,
wo hohe Drehbeschleunigungen von der Lastfedereinrichtung 15 gedämpft werden.
Im Leerlaufbetrieb sind die Drehbeschleunigungen vergleichsweise klein
und die Lastfedereinrichtung 15 quasistarr. Die relativ
schwachen Drehschwingungen im Leerlaufbetrieb werden von der Vordämpfereinrichtung
aufgenommen, die bei der in 1 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
aus zwei im wesentlichen gleichen Federsystemen 10 besteht,
die parallel geschaltet sind. Der maximale Drehwinkel der Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
kann hier durch das Verdrehspiel der Verzahnung 16 zwischen
Nabe 1 und Außennabe 9 bestimmt
werden, welches eine bestimmte Schwenkfreiheit der Federeinrichtungen 10 zuläßt. Bei
Erreichen eines vorbestimmten Drehmomentes zwischen der Nabe 1 und
der scheibenförmigen
Baugruppe 4 ist das Verdrehspiel aufgebraucht, und somit
wird das Drehmoment über
die Verzahnung 16 übertragen.
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4 zeigt
eine weitere Kupplungsscheibe mit einer anderen Ausführungsform
des Torsionsschwingungsdämpfers.
Die Unterschiede zu der in den 1 bis 3 gezeigten
Kupplungsscheibe beschränken
sich im wesentlichen auf den Aufbau der ringförmigen Baugruppe 4.
Die Reibbeläge 18 sind
hier über
den Reibbelagträger
an dem Deckblech 5 befestigt. Das Motordrehmoment gelangt
daher zunächst
auf das Deckblech und von dort über das
Federelement 14 auf die Nabenscheibe. Zwischen Nabenscheibe 7 und
Nabe 1 ist eine Verzahnung 16 mit Verdrehspiel
vorgesehen, die eine vorbestimmte Schwenkfreiheit zuläßt. Nabe 1 und
Nabenscheibe 7 sind über
zwei in Umfangsrichtung wirksame Federsysteme 10 verbunden.
Die Federsysteme umfassen unter anderem zwei drehfest miteinander verbundene
ringförmige
Eingriffsvorrichtungen 11 und 11a, von denen mindestens
eine mit der Nabenscheibe 7 drehfest verbunden ist, während eine
weitere ringförmige
Eingriffsvorrichtung 12 über eine Verzahnung drehfest
mit der Nabe 1 verbunden ist.
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Wie
in der ersten Ausführungsform
nehmen die Federsysteme 10 im Leerlaufbetrieb die Drehschwingungen
auf. Wird ein bestimmtes Drehmoment überschritten und damit das
Verdrehspiel der Verzahnung 16 zwischen Nabe 1 und
Nabenscheibe 7 aufgebraucht, wird das Drehmoment von der
Nabenscheibe 7 auf die Nabe 1 über die Verzahnung 16 übertragen.
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Die
in den 1 bis 3 und in 4 gezeigte
Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtungen
sind beide vorzugsweise als Vordämpfungseinrichtungen
ausgelegt. Ist der vorbestimmte Verdrehwinkel aufgebraucht, so wird
eine zu ihr in Reihe geschaltete Lastfedereinrichtung beaufschlagt.
Der hier gezeigte Aufbau ist jedoch nicht zwingend notwendig. Ebensogut
könnte
beispielsweise die doppelte bzw. mehrfache Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
als Lastfedereinrichtung ausgelegt werden und axial außerhalb
des ringförmigen
Bauteils angebracht werden.
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5 zeigt
eine weitere Ausführung
in Form einer Kupplungsscheibe, die einer aus je einem Federsystem 10 bestehende
Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
aufweist, auf eine weitere in Reihe geschaltene Federeinrichtung
jedoch verzichtet. Vorzugsweise ist die mehrteilige Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
als Vordämpfungseinrichtung
ausgelegt. Eine Lastfedereinrichtung kann dann in einem anderen
Bauteil des Antriebsstranges vorgesehen werden.
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6 zeigt
beispielsweise äußere und
innere Eingriffsvorrichtungen 11 bzw. 12. Im zusammengebauten
Zustand befinden sich die Federelemente 13 in den Eingriffsöffnungen 121.
Wenn, wie im vorliegenden Fall, einzelne Eingriffsöffnungen 121 größer als
die Federelemente 13 in nicht deformierten Zustand sind,
werden die entsprechenden Federelemente in und in einer Umgebung
der Ruhelage des Torsionsschwingungsdämpfers nicht beaufschlagt. Erst
nach einem bestimmten Verdrehwinkel, wenn eines oder mehrere der
Federelemente 13 an eine der radial verlaufenden Kanten
der Eingriffsöffnungen 121 gerückt werden,
tritt eine entsprechende Gegenkraft auf. Sind dahingegen die Eingriffsöffnungen 121 kürzer als
die Federelemente 13 im Ruhezustand, tritt bei jeder Verdrehung
eine Gegenkraft auf. Durch geeignete Kombination können somit
beliebig viele lineare oder progressive Kennlinien erzeugt werden. In
diesem Falle wirken zunächst
die Federelemente 13 in den kürzeren Öffnungen 121, während bei
hohem Verdrehwinkel die gesamte Gegenkraft vorliegt.
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In
allen hier gezeigten bevorzugten Ausführungsformen wurden Spiralfedern
verwendet, um die Federelemente 13 bzw. 14 zu
realisieren. Dennoch kann der Erfindungsgedanke mit jedem elastischen Material
umgesetzt werden. Des weiteren ist für die Dämpfung von Drehschwingungen
die Elastizität
in Umfangsrichtung entscheidend. Mit der hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungs-Dämpfungseinrichtung
können
aber auch solche Federsysteme kombiniert werden, die z. B. auch
radiale Kräfte
aufnehmen können.
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- 1
- Nabe
- 2
- Verzahnung
- 3
- Drehachse
- 4
- ringförmiges Bauteil/Baugruppe
- 5
- Deckblech
- 6
- Deckblech
- 7
- Nabenscheibe
- 8
- Reibeinrichtung
- 9
- Außennabe
- 10
- Federsystem
- 11
- Eingriffsvorrichtung
- 11a
- Eingriffsvorrichtung
- 12
- Eingriffsvorrichtung
- 13
- Federelement
- 14
- Federelement
- 15
- Federsystem
- 16
- Verzahnung
- 17
- Reibeinrichtung
- 18
- Reibbelag
- 19
- Verzahnung
- 112
- Befestigungsöffnung
- 121
- Eingriffsöffnung
- 122
- Ring
- 123
- Reibbelag
- 124
- Reibbelag