DE202007017816U1

DE202007017816U1 - Zweimassenschwungrad

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Publication number: DE202007017816U1
Application number: DE202007017816U
Authority: DE
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2017-12-21
Also published as: FR2920850A1; DE102008017353A1

Abstract

Zweimassenschwungrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer primären Schwungmasse (18) und einer sekundären Schwungsmasse (30), die drehbar um eine gemeinsame Rotationsachse (A) angeordnet sind und die über eine elastische Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander gekoppelt sind, so dass die Schwungmassen (18, 30) ausgehend von einer Ruhelage, in der kein Drehmoment zwischen den Schwungmassen (18, 30) übertragen wird, um einen Verdrehwinkel relativ zueinander verdrehbar sind, wobei das Zweimassenschwungrad zumindest eine Dämpfungsvorrichtung (28) umfasst, die eine Verdrehbewegung zwischen den Schwungmassen (18, 30) dissipativ dämpft, wobei die Dämpfungsvorrichtung (28) zumindest ein Reibungselement (34a–d, 34', 34a'–c') umfasst, das der einen der beiden Schwungmassen (18 bzw. 30) zugeordnet ist und das mit einer Andruckfläche (39) zusammenwirkt, die der anderen der beiden Schwungmassen (30 bzw. 18) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Zweimassenschwungrades wirksam ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer primären Schwungmasse und einer sekundären Schwungmasse, die drehbar um eine gemeinsame Rotationsachse angeordnet sind und die über eine elastische Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander gekoppelt sind.
Ein derartiges Zweimassenschwungrad dient in einem Kraftfahrzeug zum Zwischenspeichern von Bewegungsenergie während der Leertakte des Motors sowie zum Aufnehmen und Dämpfen von Drehschwingungen zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang. Bei einem Fahrzeug mit Schaltgetriebe kann beispielsweise die primäre Schwungmasse drehwirksam mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden sein, während die sekundäre Schwungmasse drehwirksam mit einer Kupplung des Schaltgetriebes verbunden ist. Drehschwingungen, die über die Kurbelwelle an die primäre Schwungmasse geleitet werden, werden dank der Kopplungseinrichtung und einer zusätzlichen Dämpfungsvorrichtung nur abgeschwächt an die sekundäre Schwungmasse und damit an das Schaltgetriebe und den weiteren Antriebsstrang übertragen.
Bei bekannten Zweimassenschwungrädern der eingangs genannten Art tritt das Problem auf, dass bei einem Durchgang durch die Resonanzfrequenz des Systems Resonanzen auftreten, die neben störenden Geräuschen auch zu Beschädigungen des Antriebsstrangs führen können. Die Resonanzfrequenz liegt üblicherweise unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors, so dass die vorstehend genannte Situation insbesondere bei einem Start des Motors auftritt. Außerdem treten bei den bekannten Zweimassenschwungrädern Probleme während transienten Vorgängen auf, d. h. etwa bei einer Änderung der Amplitude des anliegenden Moments und einer damit einhergehenden Veränderung eines Verdrehwinkels zwischen der primären und der sekundären Schwungmasse, die größer als ein bestimmter Wert ist.
Die genannten Probleme lassen sich grundsätzlich durch eine geeignet ausgebildete Dämpfungsvorrichtung lösen. Bekannte Dämpfungsvorrichtungen schaffen allerdings nicht oder nur teilweise Abhilfe in den eingangs beschriebenen Situationen und/oder sind aufwändig und teuer in der Herstellung.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zweimassenschwungrad mit einer Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, die auf einfache und kostengünstige Weise die genannten Probleme vermeidet, gleichzeitig aber auch eine zuverlässige und effektive Aufnahme und Dämpfung von Drehschwingungen insbesondere zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Zweimassenschwungrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Wie eingangs bereits erwähnt, umfasst das erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eine primäre Schwungmasse und eine sekundäre Schwungmasse, die drehbar um eine gemeinsame Rotationsachse angeordnet sind und die über eine elastische Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander gekoppelt sind, so dass die Schwungmassen ausgehend von einer Ruhelage, in der kein Drehmoment zwischen den Schwungmassen übertragen wird, um einen Verdrehwinkel relativ zueinander verdrehbar sind. Das Zweimassenschwungrad umfasst zudem zumindest eine Dämpfungsvorrichtung, die eine Verdrehbewegung zwischen den Schwungmassen dissipativ dämpft, wobei die Dämpfungsvorrichtung zumindest ein Reibungselement umfasst, das der einen der beiden Schwungmassen zugeordnet ist. Das Reibungselement wirkt mit einer Andruckfläche zusammen, die der anderen der beiden Schwungmassen zugeordnet ist. Die Dämpfungsvorrichtung ist in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Zweimassenschwungrads wirksam.
Es ist bevorzugt, dass die Dämpfungsvorrichtung in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen oder einer Änderung des Verdrehwinkels wirksam ist.
Beispielsweise kann bei sehr kleinen anliegenden Momenten beim Start des Motors ein definiertes Ruhelagen-Reibmoment vorliegen, welches wegfällt, wenn die einleitend diskutierte Resonanzfrequenz überschritten wurde. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass beispielsweise bei Überschreiten eines bestimmten Verdrehwinkels zwischen den Schwungmassen zusätzliche dämpfende Reibmomente zwischen den Schwungmassen auftreten. Das erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad weist somit an die jeweils vorliegenden Bedingungen angepasste Dämpfungseigenschaften auf, wodurch Drehschwingungen zwischen dem Motor und dem Antriebsstrang des Fahrzeugs in optimierter Weise aufgenommen und gedämpft werden können.
Gemäß einer Ausführungsform des Zweimassenschwungrads wirkt das Reibungselement bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in radialer Richtung mit der Andruckfläche zusammen, nämlich radial nach innen oder radial nach außen.
Das Reibungselement kann eine Reibfläche und einen Reibflächenträger aufweisen.
Weiterhin kann einer der beiden Schwungmassen eine Federeinrichtung zugeordnet sein, mittels derer das Reibungselement in Richtung der Andruckfläche vorspannbar ist.
Eine konstruktiv besonders vorteilhafte und robuste Variante des Zweimassenschwungrads sieht vor, dass die Andruckfläche einstöckig mit der anderen der beiden Schwungmassen ausgebildet ist. Sie ist insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildet.
Um die Dämpfung effizienter zu gestalten, kann eine weitere Dämpfungsvorrichtung vorgesehen sein, wobei die eine Dämpfungsvorrichtung und die weitere Dämpfungsvorrichtung bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads einander gegenüber liegend angeordnet sind. Anstelle von zwei unter einem Winkel von 180° angeordneten Dämpfungsvorrichtungen können beispielsweise auch drei Dämpfungsvorrichtungen unter Winkeln von jeweils 120° vorgesehen sein. Es ist auch möglich, dass zumindest zwei Dämpfungsvorrichtungen vorgesehen sind, die unterschiedliche Dämpfungswirkungen aufweisen. Beispielsweise können insgesamt vier Dämpfungsvorrichtungen vorgesehen sein, die zwei Paare mit einander gegenüber liegenden Dämpfungsvorrichtungen bilden, wobei sich die Dämpfungswirkungen der Paare unterscheiden. In bestimmten Fällen können auch einander gegenüber liegende Dämpfungsvorrichtungen unterschiedliche Dämpfungswirkungen aufweisen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Zweimassenschwungrads wirken das Reibungselement und die Andruckfläche dergestalt zusam men, dass das Reibungselement die Andruckfläche mit einer vorbestimmten Andruckkraft beaufschlagt, wenn sich die beiden Schwungmassen in der Ruhelage befinden. Dahingegen beaufschlagt das Reibungselement die Andruckfläche nicht oder mit einer geringeren Andruckkraft als der vorbestimmten Andruckkraft, wenn die beiden Schwungmassen bezüglich der Ruhelage verdreht sind. Bei kleinen an dem Zweimassenschwungrad anliegenden Momenten ist durch das vorbestimmte Reibmoment somit eine definierte Kopplung zwischen den Schwungmassen gewährleitstet. Die Dämpfungsvorrichtung dieser Ausführungsform unterdrückt auf effiziente Weise Resonanzen des Zweimassenschwungrads, die insbesondere beim Starten des Motors auftreten, da das anfänglich vorliegende Reibmoment erst wegfällt, wenn der Verdrehwinkel zwischen den beiden Schwungmassen einen bestimmten Betrag übersteigt.
Um die Andruckkraft, mit der das Reibungselement die Andruckfläche beaufschlagt, in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen zu steuern, kann die Dämpfungsvorrichtung ferner zumindest einen Steuerabschnitt umfassen, der drehfest mit der anderen der beiden Schwungmassen verbunden ist. Insbesondere erstreckt sich der Steuerabschnitt bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung, d. h. in Drehrichtung. Der Steuerabschnitt besitzt zudem einen entlang der Umfangsrichtung variierenden Radius.
Vorteilhafterweise wirkt der Steuerabschnitt über eine Federeinrichtung mit dem Reibungselement zusammen. Insbesondere ist die Federeinrichtung an der einen der beiden Schwungmassen gehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads wirkt der Steuerabschnitt dergestalt über die Feder einrichtung mit dem Reibungselement zusammen, dass der Steuerabschnitt die Federeinrichtung komprimiert, um das Reibungselement in Richtung der Andruckfläche vorzuspannen, wenn die beiden Schwungmassen sich in der Ruhelage befinden. Um die von dem Reibungselement auf die Andruckfläche ausgeübte Andruckkraft zu verringern, entspannt der Steuerabschnitt die Federeinrichtung, wenn die beiden Schwungmassen bezüglich der Ruhelage verdreht sind.
Die Federeinrichtung kann bogenförmig mit einem Scheitelabschnitt und zwei sich beiderseits an den Scheitelabschnitt anschließenden Schenkelabschnitten ausgebildet sein, wobei die Schenkelbschnitte mit dem Reibungselement an der einen der beiden Schwungmassen zusammenwirken. Der Scheitelabschnitt der Federeinrichtung wirkt mit dem Steuerabschnitt der anderen der beiden Schwungmassen zusammen. Es können beispielsweise auf geeignete Weise gebogene Blattfedern zum Einsatz kommen.
Um die Andruckkraft im Bereich um die Ruhelage der Schwungmassen auf "sanfte" Weise zu modulieren, kann der Steuerabschnitt einen Aktuierungsbereich und zwei sich beiderseits an den Aktuierungsbereich anschließende Auflaufschrägen aufweisen, die bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in radialer Richtung gegenüber dem Aktuierungsbereich zurück versetzt sind.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads sieht eine Dämpfungsvorrichtung mit einer Federeinrichtung vor, mittels derer das Reibungselement in Richtung der Andruckflächen vorgespannt ist. Bei dieser Ausführungsform ist das Reibungselement bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung versetzbar gelagert. Eine Versetzung des Reibungselements ist durch wenigstens einen Anschlag begrenzt. Das Reibungselement wirkt mit der Andruckfläche derart zusammen, dass bei einer Verdrehbewegung zwischen den beiden Schwungmassen in einer ersten Bewegungsphase das Reibungselement relativ zu der Andruckfläche unbewegt bleibt und relativ zu dem Anschlag versetzt wird, bis das Reibungselement an dem Anschlag anschlägt. Das Reibungselement wirkt zudem mit der Andruckfläche derart zusammen, dass in einer nachfolgenden zweiten Bewegungsphase das Reibungselement relativ zu der Andruckfläche bewegt wird. Insbesondere ist das in der zweiten Bewegungsphase von der Dämpfungsvorrichtung bewirkte Dämpfungsmoment höher als das in der ersten Bewegungsphase bewirkte Dämpfungsmoment.
Mit anderen Worten tritt aufgrund der fehlenden Relativbewegung zwischen dem Reibungselement und der Andruckfläche in der ersten Bewegungsphase kein Reibmoment auf. Das Reibungselement wird mit der Andruckfläche bewegt, bis es an dem Anschlag anschlägt. Bewegt sich die Andruckfläche weiter, während das Reibungselement an dem Anschlag anliegt, tritt eine reibungsbehaftete Relativbewegung zwischen dem vorgespannten Reibungselement und der Andruckfläche auf. In der zweiten Bewegungsphase liegt daher ein Reibmoment vor, das die Relativbewegung zwischen den Schwungmassen dämpft.
Bei einer konstruktiv vorteilhaften Ausführungsform des Zweimassenschwungrads ist der Anschlag an der einen der beiden Schwungmassen ausgebildet. Vorzugweise ist der Anschlag an einem Lagerungsabschnitt ausgebildet, an dem das Reibungselement versetzbar gelagert ist. Insbesondere sind dem jeweiligen Reibungselement zwei Anschläge zugeordnet, die eine Versetzung des Reibungselements in den beiden möglichen Drehrichtungen der primären Schwungmasse relativ zu der sekundären Schwungmasse begrenzen.
Gemäß einer Variante der Dämpfungsvorrichtung ist die Federeinrichtung an der einen der beiden Schwungmassen vorgesehen und ist insbesondere gegen eine Bewegung relativ zur Umfangrichtung gesichert. Das Reibungselement kann relativ zu der Federeinrichtung versetzbar gelagert sein und mit der Andruckfläche einerseits und der Federeinrichtung andererseits derart zusammenwirken, dass das Reibungselement in der ersten Bewegungsphase relativ zu der Federeinrichtung versetzt wird. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Reibungselement mit der Andruckfläche gemäß einem ersten Reibungskoeffizienten zusammenwirkt und dass das Reibungselement mit der Federeinrichtung gemäß einem zweiten Reibungskoeffizienten zusammenwirkt, wobei der erste Reibungskoeffizient größer ist als der zweite Reibungskoeffizient. Das Reibungselement ist somit relativ zu der Federeinrichtung „leichter" bewegbar als relativ zu der Andruckfläche, was einerseits die Versetzung des Reibungselements relativ zu der Federeinrichtung in der ersten Bewegungsphase vereinfacht, andererseits in der zweiten Bewegungsphase eine ausreichend effiziente Dämpfung der Relativbewegung der Schwungmassen sicherstellt.
Die Federeinrichtung der Ausführungsform mit versetzbar gelagertem Reibungselement ist insbesondere an der einen der beiden Schwungmassen gehalten und weist zwei Schenkelabschnitte auf, deren Enden sich bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung erstreckt. Da das Reibungselement zumindest abschnittsweise an den Schenkelabschnitten der Federeinrichtung flächig anliegt, wird eine flächige Verteilung der Andruckkraft erzeugt, was sich positiv auf die Dämpfungseigenschaften der Dämpfungsvorrichtung auswirkt. Vorteilhafterweise erzeugt die Federeinrichtung eine in im Wesentlichen radialer Richtung wirkende Kraft zur Vorspannung des Reibungselements.
Gemäß einer alternativen Konzeption der Dämpfungsvorrichtung bildet das Reibungselement zusammen mit der Federeinrichtung eine bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung geschlossene Dämpfungsvorrichtung. Insbesondere weist die Dämpfungsvorrichtung zumindest zwei Reibungselemente und zumindest zwei Federeinrichtungen auf, die in Umfangsrichtung alternierend angeordnet sind.
Bei dieser Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Federeinrichtung eine in im Wesentlichen tangentialer Richtung wirkende Kraft zur Vorspannung des Reibungselements erzeugt. Mit anderen Worten wirkt die Kraft der Federeinrichtung nicht parallel zu einer Zentrifugalkraft, die bei einer Rotation der Schwungsmassen auftritt, sondern im Wesentlichen senkrecht dazu.
Weiterhin kann die Federeinrichtung bei dieser Ausführungsform relativ zu dem Anschlag versetzbar sein.
Die Federeinrichtung umfasst insbesondere zumindest eine Druckfeder. Diese Druckfeder kann beispielsweise im Wesentlichen das einzige Element der Federeinrichtung darstellen und eine Verbindung zwischen freien Enden des Reibungselements herstellen, um die in Umfangsrichtung geschlossene Dämpfungsvorrichtung zu bilden. Alternativ kann jedoch auch eine Zugfeder zum Einsatz gelangen. Die Federeinrichtung kann auch ein Verbindungselement umfassen, das den freien Enden des Reibungselements oder zwei benachbarten freie Enden von in Umfangsrichtung benachbarten Reibungselementen – wenn zwei oder mehr Reibungselemente vorgesehen sind – zugeordnet ist.
Das Verbindungselement kann grundsätzlich im Wesentlichen alleine durch eine Feder gebildet sein. Das Verbindungselement ist alternativ hierzu insbesondere klammerartig ausgebildet und weist Halteabschnitte auf, die beispielsweise an sich gegenüber liegenden Enden des Verbindungselements angeordnet sind. Jeder der Halteabschnitte ist jeweils einem Bügelelement des Reibungselements – bzw. der Reibungselemente – zugeordnet, wobei zwischen jeweils einem Halteabschnitt und einem Bügelabschnitt eine Feder angeordnet ist. Die Feder sorgt beispielsweise dafür, dass der jeweilige Halteabschnitt von dem ihm zugeordneten Bügelabschnitt weggedrückt oder an ihn herangezogen wird. Die Fixierung der Feder wird erleichtert, wenn der Halteabschnitt und der Bügelabschnitt jeweils einen Abschnitt aufweisen, der sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckt.
Es kann eine zweite Andruckfläche vorgesehen sein, die insbesondere als eine hohlzylindrische Fläche ausgebildet ist, die koaxial zu der ersten Andruckfläche angeordnet ist. Die Dämpfungsvorrichtung ist besonders wirksam, wenn die erste und die zweite Andruckfläche gemeinsam an einer der beiden Schwungmassen angeordnet sind bzw. mit derselben der Schwungmassen verbunden sind.
Insbesondere ist das Reibungselement schwimmend zwischen der – vorstehend bereits beschriebenen – ersten Andruckfläche und der zweiten Andruckfläche gelagert.
Beispielsweise ergibt sich durch die Ausgestaltung der beiden Andruckflächen ein Ringspalt, in dem das Reibungselement – sowie gegebenenfalls weitere Komponenten – der Dämpfungsvorrichtung angeordnet ist. Das Reibungselement ist dabei letztlich derjenigen der beiden Schwungmassen zugeordnet, welche den zugeordneten Anschlag trägt. Es ist jedoch an keiner der beiden Schwungmassen fest angeordnet. Vielmehr ist es schwimmend zwischen den beiden Andruckflächen gelagert.
Das Verbindungselement kann eine Reibfläche aufweisen, die unter Wirkung einer bei Betrieb des Zweimassenschwungrads auftretenden Zentrifugalkraft zumindest abschnittsweise flächig an die zweite Andruckfläche andruckbar ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
Die Erfindung wird im Folgenden rein beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Gleichartige Elemente sind darin mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
1 schematisch einen Teil eines erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads in einer Perspektivansicht,
2a und 2b die Schwungmassen sowie die mit diesen verbundenen Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen des erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrads in einer Perspektivansicht,
3 die mit der primären Schwungmasse verbundenen Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen,
4 die in 3 gezeigten Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen in Verbindung mit der primären Schwungmasse in einer Perspektivansicht,
5 eine Variante der primären Schwungmasse sowie die mit der primären und der sekundären Schwungmasse verbundenen Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen in einer Perspektivansicht,
6a und 6b weitere Ausführungsformen einer der Dämpfungsvorrichtungen in einer schematischen Darstellung, und
7a und 7b eine weitere Ausführungsform einer der Dämpfungsvorrichtungen in einer Draufsicht bzw. in einer Perspektivansicht.
1 zeigt schematisch in einer Perspektivansicht Teile eines Zweimassenschwungrads 10, welches vier Schwenkhebel 12 aufweist, die paarweise mit Schraubenfedern 14 zusammenwirken. Hierbei ist einem jeweiligen Schwenkhebel 12 ein weiterer Schwenkhebel 12 zugeordnet, wobei die beiden Schwenkhebel 12, 12' eines Hebelpaars an einem gemeinsamen Schwenklager 16 einer primären Schwungmasse 18 unabhängig voneinander um eine gemeinsame Schwenkachse C schwenkbar gelagert sind.
Auf der einen Seite bezüglich des jeweiligen Schwenklagers 16 besitzt jeder Schwenkhebel 12 einen Antriebsabschnitt 20 mit einer daran ausgebildeten Steuerbahn 22. Eine an einer sekundären Schwungmasse (in 1 nicht gezeigt) drehbar gelagerte Antriebsrolle 24 kann entlang der jeweiligen Steuerbahn 22 verfahren werden, um hierdurch eine Schwenkbewegung des jeweiligen Schwenkhebels 12 zu bewirken oder ein Zurückschwenken des Schwenkhebels 12 zu gestatten. Auf der anderen Seite des jeweiligen Schwenklagers 16 besitzt jeder Schwenkhebel 12 einen Auslenkabschnitt 26, dessen freies Ende mit der jeweiligen Schraubenfeder 14 verbunden ist. Der genannte Antriebsabschnitt 20 bildet somit einen ers ten Hebelarm, und der genannte Auslenkabschnitt 26 bildet einen zweiten Hebelarm, wobei diese beiden Hebelarme starr miteinander verbunden sind und wobei das jeweilige Schwenklager 16 zwischen diesen beiden Hebelarmen angeordnet ist.
Entsprechendes gilt für den genannten jeweils zugeordneten Schwenkhebel 12', d. h. dieser besitzt ebenfalls einen Antriebsabschnitt 20' mit Steuerbahn 22' und einen Auslenkabschnitt 26'. Bezüglich der Darstellung in 1 ist zu beachten, dass der jeweilige Antriebsabschnitt 20, 20' und der jeweilige Auslenkabschnitt 26, 26' der Schwenkhebel 12 bzw. 12' in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Zweimassenschwungrads 10 erläutert. In der gezeigten Ruhelage des Zweimassenschwungrads sind die beiden als Druckfedern wirkenden Schraubenfedern 14 maximal entspannt, wobei die Auslenkabschnitte 26, 26' der Schwenkhebel 12, 12', an denen die Enden der Schraubenfedern 14 befestigt sind, an jeweiligen Anschlagabschnitten (nicht gezeigt) der primären Schwungmasse 18 anliegen. Wenn die sekundäre Schwungmasse gegen den Uhrzeigersinn relativ zu der primären Schwungmasse 18 gedreht wird, bedeutet dies, dass die an der sekundären Schwungmasse gelagerten Antriebsrollen 24 um die Drehachse des Zweimassenschwungrads 10 geschwenkt werden und hierbei entlang der jeweiligen Steuerbahn 22 der beiden Schwenkhebel 12 abrollen. Hierdurch werden die Schwenkhebel 12 allmählich um die jeweilige Schwenkachse C verschwenkt, so dass der jeweilige Auslenkabschnitt 26 die zugeordnete Schraubenfeder 14 komprimiert. Das jeweils andere Ende der betreffenden Schraubenfeder 14 behält hierbei seine Position bei, da dieses Federende – wie vorstehend erläutert – über den Auslenkabschnitt 26' des zugeordneten Schwenkhebels 12' an einem Anschlagabschnitt der primären Schwungmasse 18 anliegt. Durch das erläuterte Komprimieren der Schraubenfedern 14 wird somit ein zunehmendes Rückstellmoment erzeugt.
Es versteht sich, dass ausgehend von der Ruhelage – wie sie in 1 dargestellt ist – auch eine Verdrehung der beiden Schwungmassen im umgekehrten Drehsinn erfolgen kann. In diesem Fall werden die beiden Schwenkhebel 12' verschwenkt, während die Schwenkhebel 12 ihre Lage beibehalten. Für beide Drehrichtungen wird das jeweilige Rückstellmoment mittels der beiden Schraubenfedern 14 erzeugt, wobei diese schwimmend gelagert sind und entweder das eine oder das andere jeweilige Ende ausgelenkt wird. Eine Drehbewegung der primären Schwungmasse 18 und der sekundären Schwungmasse relativ zueinander führt somit zu einer untersetzten Auslenkbewegung der beiden Schraubenfedern 14, so dass Schraubenfedern 14 mit einer vergleichsweise steifen Kennlinie zum Einsatz gelangen können und die beiden Schraubenfedern 14 entsprechend kurz ausgebildet sein können.
Durch den vorstehend beschriebenen Mechanismus wird somit eine elastische Kopplungseinrichtung gebildet, die die beiden Schwungmassen des Zweimassenschwungrads 10 drehelastisch miteinander koppelt. In Abhängigkeit eines Verdrehwinkels zwischen den Schwungmassen wird ein Rückstellmoment erzeugt, welches auf eine Bewegung zurück in die Ruhelage hinwirkt. Verschiedene andere Kopplungsmechanismen sind grundsätzlich bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft allerdings im Wesentlichen die Ausgestaltung von Dämpfungsvorrichtungen 28, die in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Zweimassenschwungrads 10 wirksam sind. Die Dämpfungsvorrichtungen 28 sind im zentralen Bereich des Zweimassenschwungrads 10 angeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in
2a und 2b lediglich die primäre Schwungmasse 18 und eine sekundäre Schwungmasse 30 sowie die wesentlichen Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen 28 ohne den vorstehend beschriebenen Kopplungsmechanismus gezeigt.
2a zeigt die primäre Schwungmasse 18 mit den daran angebrachten Bestandteilen der Dämpfungsvorrichtungen 28, während 2b die sekundäre Schwungmasse 30 mit den daran befestigen Bestandteilen der Dämpfungsvorrichtungen 28 zeigt. Die Bestandteile der Dämpfungsvorrichtungen 28 an der primären Schwungmasse 18 sind auch in 3 dargestellt und werden anhand dieser im Folgenden im Einzelnen beschrieben:
Die Dämpfungsvorrichtungen 28 umfassen zusammen vier Lagerabschnitte 32, die einstückig an der primären Schwungmasse 18 ausgebildet sind. Die Lagerabschnitte 32 weisen radiale Abschnitte 32a und bezüglich der Rotationsachse des Zweimassenschwungrads 10 in Umfangsrichtung verlaufende Lagersegmente 32b auf. Die Lagersegmente 32b lagern Reibungselemente 34a–d, die jeweils mit einer Reibfläche 36 versehen sind. Den Reibungselementen 34a–d sind Federelemente 38a–d zugeordnet, durch die die Reibungselemente 34a–d permanent oder zeitweise in radialer Richtung nach innen vorgespannt werden können. Im vorgespannten Zustand der Reibungselemente 34a–d drücken die Reibflächen 36 gegen eine Andruckfläche 39, die – wie in 2b gezeigt – an der sekundären Schwungmasse 30 einstückig ausgebildet ist. Mit anderen Worten werden die Reibflächen 36 gegen die Andruckfläche 39 gedrückt, um betriebszustandabhängig ein dämpfendes Reibmoment zwischen den Schwungmassen 18, 30 zu erzeugen.
Die die Vorspannung der Reibungselemente 34a–d erzeugenden Federelemente 38a–d werden von drehfest mit der primären Schwungmasse 18 verbundenen Zapfen 40 getragen. Somit sind auch die Federelemente 38a– d in Bezug auf die primäre Schwungmasse 18 drehfest angeordnet. Dies gilt ebenfalls für die Reibungselemente 34b, 34d, da sie durch die radialen Abschnitte 32a der ihnen zugeordneten Lagerabschnitte 32 im Wesentlichen spielfrei fixiert werden. Mit anderen Worten bilden die radialen Abschnitte 32a Anschläge, die einen signifikanten Versatz der Reibungselemente 34b, 34d in Umfangsrichtung verhindern.
Die Reibungselemente 34b, 34d sind bezüglich einer Rotationsachse A des Zweimassenschwungrads 10 einander gegenüber liegend angeordnet. Die den Reibungselementen 34b, 34d zugeordneten Federelemente 38b, 38d weisen – wie auch die Federelemente 38a, 38c – jeweils einen bogenförmigen Scheitelabschnitt 42 und zwei Schenkelabschnitte 44 auf. Wird der bogenförmige Scheitelabschnitt 42 durch eine Kraft in radialer Richtung nach innen gedrückt – d. h. zu einem beispielsweise als Befestigungsflansch dienenden Ring 46 hin, der eine nicht gezeigte Welle umgibt, die beispielsweise mit dem Motor des Fahrzeugs in Verbindung steht -, werden auch die Schenkelabschnitte 44 nach innen bewegt. Dadurch erfolgt eine Kraftbeaufschlagung der Reibungselemente 34b, 34d in derselben Richtung, wodurch deren Reibflächen 36 gegen die Andruckfläche 39 der sekundären Schwungmasse 30 gedrückt werden.
Die Kraftbeaufschlagung der Scheitelabschnitte 42 der Federelemente 38b, 38d erfolgt durch Steuerabschnitte 48, die in 2b gezeigt sind. Die Steuerabschnitte 48 sind einstückig an der sekundären Schwungmasse 30 ausgebildet. In einer Ruhelage des Zweimassenschwungrads 10, d. h. wenn die Schwungmassen 18, 30 nicht gegeneinander verdreht sind, sind die Steuerabschnitte 48 in einer derartigen Position, dass sie die bogen förmigen Scheitelabschnitte 42 der Federelemente 38b, 38d in radialer Richtung nach innen drücken (siehe auch 1). Dadurch wird ein Reibmoment zwischen den Schwungmassen 18, 30 erzeugt, welches deren Auslenkung aus der Ruhelage entgegenwirkt. Bei kleinen anliegenden Momenten wird somit auf effiziente Art und Weise die Entstehung von unerwünschten und schädlichen Resonanzen insbesondere während des Startens des Motors verhindert werden.
Die Charakteristik der durch die Reibelemente 34b, 34d erzeugten Dämpfung hängt somit unter anderem von den elastischen Eigenschaften der Federelemente 38b, 38d ab, die unter Umständen auch voneinander abweichen können. Weiterhin spielt die Positionierung und Ausgestaltung der Steuerabschnitte 48 eine wesentliche Rolle.
Wie in 2b zu sehen ist, weisen die Steuerabschnitte 48 weisen jeweils einen Aktuierungsabschnitt 48a und zwei Auflaufflächen 48b auf. Die radiale Lage des Aktuierungsabschnitts 48a bestimmt die Stärke mit der die Reibungselemente 34b, 34d gegen die Andruckfläche 39 gedrückt werden, während die – in Umfangsrichtung gesehene – Breite des Aktuierungsabschnitts 48a festlegt, bis zu welchem positiven oder negativen Verdrehwinkel der Schwungmassen 18, 30 aus der Ruhelage ein dämpfendes Reibmoment bereitgestellt werden soll. Die Auflaufflächen 48b sind relativ zu der Umfangsrichtung geneigt und gekrümmt und stellen sicher, dass bei einer Auslenkung der Schwungmassen 18, 30 aus ihrer Ruhelage der Abbau des dieser Auslenkung entgegenwirkenden Reibmoments „sanft" erfolgt. Da eine relative Verdrehung der beiden Schwungmassen 18, 30 einen Drehsinn sowohl im Uhrzeigersinn als auch dagegen aufweisen kann, sind die Steuerabschnitte 48 im Wesentlichen symmetrisch ausgebildet. Analog wird bei einer Rückkehr der Schwungmassen 18, 30 in einen Verdrehwinkelbereich in der Nähe der Ruhelage ein „sanfter" Aufbau des Reibungsmoments sichergestellt.
1 zeigt eine Variante der Steuerabschnitte 48, die im Gegensatz zu den Steuerabschnitten 48 der 2b einen schmäleren Aktuierungsabschnitt 48a aufweist. Durch die schmäleren Aktuierungsabschnitte 48a wirkt das dämpfende Reibmoment in einem kleineren Winkelbereich um die Ruhelage der Schwungmassen 18, 30. Außerdem sind die Auflaufflächen 48b dieser Variante der Steuerabschnitte 48 länger und deutlich stärker „geschwungen" ausgestaltet, was eine andere Charakteristik des Dämpfungsaufbaus/-abbaus zur Folge hat.
Die vorstehenden Ausführungen machen deutlich, dass die Reibungselemente 34b, 34d und die diesen zugeordneten Federelemente 38b bzw. 38d sowie die Steuerabschnitte 48 eine effiziente Dämpfung bei kleinen anliegenden Momenten, kleinen Verdrehwinkeln bzw. Oszillationen um die Ruhelage der Schwungmassen 18, 30 ermöglicht.
Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Reibungselementen 34b, 34d werden die Reibungselemente 34a, 34c nicht durch die radialen Abschnitte 32a der Lagerabschnitte 32 in einer festen Position gehalten. Vielmehr ist ein Spiel vorgesehen, das einen in Umfangsrichtung gerichteten Versatz der Reibungselemente 34a, 34c in einem vorbestimmten Maß zulässt. Um trotzdem eine zuverlässige Lagerung der Reibungselemente 34a, 34c zu ermöglichen, sind die diesen zugeordneten Lagersegmente 32b in Umfangsrichtung länger als die den Reibungselementen 34b, 34d zugeordneten Lagersegmente 32b.
Die Reibungselemente 34a, 34c werden durch die im Wesentlichen drehfest mit der primären Schwungmasse 18 in Verbindung stehenden Feder elemente 38a, 38c permanent gegen die Andruckfläche 39 der sekundären Schwungmasse 30 vorgespannt. Dreht sich während des Betriebs die sekundäre Schwungmasse 30 relativ zu der primären Schwungmasse 18, werden die Reibungselemente 34a, 34c durch das permanent vorliegende Reibmoment zwischen der Andruckfläche 39 und den jeweiligen Reibfläche 36 „mitgeschleppt", bis sie an dem jeweiligen radialen Abschnitt 32a anschlagen. Während dieses Vorgangs treten im Wesentlichen keine oder nur kleine Reibmomente auf, da zwischen den Schenkelabschnitten 44 der Federelemente 38a, 38c und den entsprechenden Abschnitten der Reibungselemente 34a bzw. 34c nur geringe Reibmomente auftreten. Dies wird beispielsweise durch eine geeignete Wahl der verwendeten Materialien, gegebenenfalls (nicht gezeigte) spezielle Beschichtungen/Beläge und/oder geeignete andere Schmiermaßnahmen sichergestellt.
Da das beschriebene Konzept eine Relativbewegung zwischen den Reibungselementen 34a, 34c und den Federelementen 38a bzw. 38c vorsieht, sind diese nicht einstückig ausgebildet. Bei Ausführungsformen, bei denen die Federelemente 38a, 38c nicht drehfest angeordnet sind – d. h. bei denen den Federelemente 38a, 38c ebenfalls ein Spiel zugeordnet ist, so dass auch sie „mitgeschleppt" werden können – ist demgegenüber eine einstückige Ausgestaltung möglich.
Die radialen Abschnitte 32a wirken somit als Anschläge, die einen Versatz der Reibungselemente 34a, 34c in Umfangsrichtung auf einen vorbestimmten Betrag begrenzen. Der Zeitraum des „Mitschleppens" der Reibungselemente 34a, 34d kann als erste Phase bezeichnet werden, während der im Wesentlichen keine Dämpfungswirkung erzeugt wird, da keine Relativbewegung zwischen der Andruckfläche 39 und den jeweiligen Reibflächen 36 stattfindet.
Im Gegensatz dazu wird während einer zweiten Phase, die mit dem Anschlag der Reibungselemente 34a, 34c an den entsprechenden radialen Abschnitten 32a beginnt, eine Dämpfungswirkung erzeugt, da aufgrund der gehemmten Bewegung der Reibungselemente 34a, 34c eine Relativbewegung zwischen diesen und der Andruckfläche 39 auftritt, die mit Reibmomenten einhergeht.
Die Reibungselemente 34a, 34c erzeugen somit im Zusammenspiel mit den ihnen zugeordneten Federelementen 38a bzw. 38c eine verdrehwinkelabhängige Dämpfung. Wie vorstehend beschrieben, setzt die Dämpfung allerdings erst nach Überschreiten eines vorbestimmten Verdrehwinkels ein, der durch das Spiel der Reibungselemente 34a, 34c zwischen den radialen Abschnitten 32a definiert wird. Anders als bei den Reibungselementen 34b, 34d variiert die Vorspannkraft nicht verdrehwinkelabhängig. Allerdings ist es grundsätzlich möglich, den Reibungselementen 34a, 34c Steuerabschnitte zuzuordnen, die in vorbestimmten Verdrehwinkelbereichen die Vorspannkraft beeinflussen, um eine noch feiner abgestufte Dämpfungscharakteristik zu erzeugen.
Üblicherweise weisen die Federelemente 38a, 38c in etwa die gleichen elastischen Eigenschaften auf. Allerdings kann es vorgesehen sein, dass diese sich unterscheiden. Außerdem ist es nicht zwangsläufig notwendig, dass das dem Reibungselement 34a zugeordnete Spiel gleich groß ist wie jenes des Reibungselements 34c. Diese Maßnahmen können – alleine oder zusammen – zur Generierung einer geeigneten Reibungsmomentkennlinie in Abhängigkeit des Drehwinkels genutzt werden.
Zwar wurde anhand von 3 beschrieben, dass die durch die Steuerabschnitte 48 aktuierten Reibungselemente 34b, 34d paarweise gegenüber liegend angeordnet sind. Es kann allerdings vorgesehen sein, eine beliebige Anzahl von derartigen Reibungselementen 34b, 34d und eine entsprechende Anzahl von Steuerabschnitten 48 vorzusehen. Dies gilt analog auch für die permanent vorgespannten Reibungselemente 34b, 34d.
Aus den vorstehenden Erläuterungen der Funktionsweisen der Reibungselementpaare 34a, 34c bzw. 34b, 34d und der durch diese realisierten Dämpfungskonzepte ist ersichtlich, dass die Konzepte unabhängig voneinander eingesetzt werden können. D. h. es können auch Zweimassenschwungräder vorgesehen sein, bei denen lediglich eines der beiden Dämpfungskonzepte verwirklicht ist.
4 zeigt die Anordnung der anhand von 3 beschriebenen Komponenten der Dämpfungsvorrichtungen 28 an der primären Schwungmasse 18. Die Ausgestaltung der Schwungmasse 18 selbst ist nicht weiter von Bedeutung für die vorliegende Erfindung und wird daher nicht näher beschrieben. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die begriffliche Unterscheidung von „primärer" Schwungmasse 18 und „sekundärer" Schwungmasse 30 nicht implizieren soll, dass die in 3 gezeigten Bestandteile der Dämpfungsvorrichtungen 28 zwingend an der dem Motor zugewandten Schwungscheibe 18 angeordnet sein müssen. Wesentlich ist lediglich, dass die Reibungselemente 34a–d einerseits und die Andruckfläche 39 und die Steuerabschnitte 48 andererseits an unterschiedlichen Schwungmassen angeordnet sind.
5 zeigt zusätzlich zu den in 4 dargestellten Einzelheiten noch die Andruckfläche 39 und die Steuerabschnitte 48 der sekundären Schwungmasse 30, die hier nicht dargestellt ist. Zwar unterscheidet sich die primäre Schwungmasse 18 der 5 in Details von der Schwungmasse 18 in 4 – beispielsweise sind die Schwenklager 16 zur Lagerung der Schwenkhebel 12, 12' gezeigt (siehe 1) –, da diese Details aber nicht erfindungsrelevant sind, wird im Folgenden nicht weiter darauf eingegangen.
In 5 ist ein Zustand dargestellt, den die Dämpfungsvorrichtungen 28 in der Ruhelage der Schwungmassen 18, 30 einnimmt. Die Steuerabschnitte 48 beaufschlagen die Federelemente 38b, 38d, was die Bereitstellung eines Reibmoments zur Folge hat, wie vorstehend bereits beschrieben wurde. Eine Auslenkung aus dem gezeigten Zustand führt aufgrund der Auflaufflächen 48b, die bezüglich der Rotationsachse A des Zweimassenschwungrads 10 in radialer Richtung nach außen verlaufen, zu einem Abbau des Reibmoments. Zwar sind die bogenförmigen Scheitelabschnitte 42 in 5 dargestellt, als würden sie die Steuerabschnitte 48 schneiden. In der Praxis tritt allerdings eine Verformung der bogenförmigen Scheitelabschnitte 42 auf, die die Schenkelabschnitte 44 – und damit die Reibungselemente 34b, 34d – in radialer Richtung nach innen gegen die Andruckfläche 39 drückt.
Die 6a und 6b zeigen weitere Ausführungsformen von Dämpfungsvorrichtungen 28 mit einer drehwinkelabhängigen Dämpfungscharakteristik bei permanenter Vorspannung eines Reibungselements 34' bzw. mehrerer Reibungselemente 34a'–c'.
Das Reibungselement 34' der 6a ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet. Die Ringform wird allerdings durch eine Unterbrechung im Bereich U unterbrochen. Die diesem Unterbrechungsbereich U zugewandten Endabschnitte des Reibungselements 34' weisen Bügel 50 auf, die sich in radialer Richtung nach innen erstrecken. Zwischen den Bügeln 50 ist eine Druckfeder 52 angebracht, die die beiden Bügel verbindet und auseinanderdrückt. Durch diese im Wesentlichen tangential wirkende Kraft wird das Reibungselement 34' permanent zumindest abschnittsweise in radialer Richtung nach außen gegen die Andruckfläche 39 gepresst. Die Druckfeder 52 erfüllt somit die Vorspannfunktion der Federelemente 38a, 38c, die beispielsweise in 3 gezeigt sind. Um eine zweiphasige und drehwinkelabhängige Dämpfungscharakteristik mit einer ersten dämpfungsfreien Phase und einer zweiten gedämpften Phase zu realisieren, kann sich das von Lagerabschnitten 32 gelagerte Reibungselement 34' um die Rotationsachse A des Zweimassenschwungrads drehen. Die Drehbewegung ist allerdings nicht vollkommen frei, sondern wird in Umfangsrichtung begrenzt. Dies wird durch ein Zusammenwirken der Bügel 50 mit den oberen beiden der in 6a gezeigten Lagerabschnitten 32 erreicht.
Mit anderen Worten wird während der ersten Phase das ständig gegen die Andruckfläche 39 vorgespannte Reibungselement 34' von der sich bewegenden Andruckfläche 39 mitbewegt, wobei lediglich ein Reibmoment zwischen der Innenseite des Reibungselements 34' mit den Lagerabschnitten 32 auftritt, die durch geeignete konstruktive Maßnahmen und eine entsprechende Materialwahl möglichst gering gehalten wird. Die Mitnahmebewegung setzt sich so lange fort, bis einer der Bügel 50 – je nach Drehsinn der Relativbewegung – an dem entsprechenden Lagerabschnitt 32 anschlägt. Dann ist das Reibungselement 34' bei einer weiteren Bewegung der Andruckfläche 39 bezüglich diesem Drehsinn drehfest fixiert, wodurch ein Reibmoment zwischen der Andruckfläche 39 und nicht gezeigten Reibflächen 36 an der Außenfläche des Reibungselements 34' entsteht, welches dämpfend wirkt.
Liegt beispielsweise der linke Bügel 50 an dem linken Lagerabschnitt 32 an und bewegt sich die die Andruckfläche 39 tragende Schwungmasse 30 entgegen dem Uhrzeigersinn, dann kann das Reibungselement 34' dieser Drehbewegung um einen maximalen Verdrehwinkel folgen, der der Sum me der Winkel α1 und α2 in 6a entspricht. Bei transienten Vorgängen, wenn die Änderung des Verdrehwinkels zwischen den Schwungmassen 18, 30 größer als diese Summe, wird ein definiertes Reibmoment erzeugt, um die Verdrehbewegung auf effiziente Weise zu dämpfen.
6b zeigt eine Variante des in 6a gezeigten Konzepts, die drei segmentartige Reibungselemente 34a'–c' umfasst, zwischen denen jeweils Druckfedern 52 angeordnet sind.
Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass durch die vorstehend beschriebenen Reibungselemente 34a, 34c, 34' und 34a'–c' bei großen Lastwechselvorgängen ein Dämpfungsmoment generiert wird, wie zum Beispiel bei einem Übergang von Zug zu Schub, d. h. wenn das Spiel zwischen radialen Abschnitten 32a (siehe 3) bzw. zwischen Lagerabschnitten 32 (siehe 6a und 6b) ausgeschöpft wurde. Bei anschließend wieder kleineren Momenten- und damit Drehwinkelschwankungen entfällt das Reibmoment, da der Versatz der Reibungselemente 34a, 34c, 34' und 34a'–c' sich dann im Rahmen des vorhandenen Spiels bewegt. Die Dimensionierung des Spiels und die Wahl einer geeigneten Vorspannkraft ermöglichen die Bereitstellung einer definierten Dämpfungswirkung bei Überschreiten eines vorgegebenen Verdrehwinkels zwischen den Schwungmassen 18, 30.
Die Lagerung der Reibungselemente 34a–d, 34' und 34a'–c' an den direkt mit der Schwungmasse 18 verbundenen Lagerabschnitten 32 ermöglicht zudem eine verbesserte Abfuhr der bei den Reibungsprozessen auftretenden Abwärme.
7a und 7b zeigen eine weitere Ausführungsform einer Dämpfungsvorrichtung 28 mit einer drehwinkelabhängigen Dämpfungscharakteristik bei permanenter Vorspannung mehrerer Reibungselemente 34a'–c' gegen die Andruckfläche 39. 6a zeigt diese Ausführungsform in einer Draufsicht, während sie in 7b in einer Perspektivansicht dargestellt ist.
Die dargestellte Dämpfungsvorrichtung 28 umfasst ähnlich zu der in 6b dargestellten Ausführungsform drei segmentartige Reibungselemente 34a'–c'. Im Gegensatz zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind die Reibungselemente 34a'–c' allerdings nicht in radialer Richtung außenseitig mit jeweils einer Reibfläche 36 versehen, sondern an deren Innenseite. Durch eine Vorspannung der Reibungselemente 34a'–c', d. h. eine zwischen den Reibungselementen 34a'–c' wirkende Zugkraft, werden die Reibflächen 36 gegen die Andruckfläche 39 gedrückt, wodurch eine reibungsbehaftete Kopplung zwischen den Reibungselementen 34a'–c' und der Andruckfläche 39 entsteht.
Die vorstehend genannte Vorspannung muss im Gegensatz zur Ausführungsform der 6b durch eine die einzelnen Reibungselemente 34a'–c' zueinander ziehende Kraft erzeugt werden, da die Andruckfläche 39 durch eine Außenfläche eines Zylinders gebildet ist. Konstruktiv wird dies durch die Verwendung von Klammern 54 als Verbindungselemente umgesetzt. Die Klammern 54 weisen Klammerabschnitte 54a auf, die sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Jedem der radialen Klammerabschnitte 54a ist ein radial nach außen ragender Bügel 50 eines der Reibungselemente 34a'–c' zugeordnet. Zwischen dem radialen Klammerabschnitt 54a und dem entsprechenden Bügel 50 ist eine Druckfeder 52 angeordnet, die den radialen Klammerabschnitt 54a von dem Bügel 50 wegdrückt.
Mit anderen Worten weisen die Enden zweier benachbarter Reibungselemente 34a'–c' jeweils die Bügel 50 auf, die über Druckfedern 52 mit den radialen Klammerabschnitten 54a der entsprechenden Klammer 54 in Kontakt stehen. Durch die Druckfedern 52 der Klammern 54 werden somit die Reibungselemente 34a'–c' – ähnlich wie bei einer Verwendung von Zugfedern anstelle der Klammern 54 – unter Spannung gesetzt. Um die Dämpfungsvorrichtung 28 in Umfangsrichtung zu komplettieren, ist jeder Unterbrechung U zwischen zwei Reibungselementen 34a'–c' eine eigene Klammer 54 zugeordnet.
Wie vorstehend beschrieben, sind auch bei dieser Ausführungsform die Reibungselemente 34a'–c' gegen die Andruckfläche 39 vorgespannt, so dass sie bei einer Rotation der beispielsweise mit der sekundären Schwungmasse 30 verbundenen Andruckfläche 39 relativ zu der primären Schwungmasse 18 "mitgeschleppt" werden. Das "Mitschleppen" setzt sich so lange fort, bis die radialen Klammerabschnitte 54a mit einer entsprechenden Seitenfläche eines zugeordneten Anschlags 56a – c in Kontakt treten, wodurch auch die Reibungselemente 34a'–c' sich nicht mehr in Umfangsrichtung bewegen können. Dies setzt voraus, dass die Anschläge 56a–c an der primären Schwungmasse 18 befestigt sind. D. h. die Anschläge 56a–c und die Andruckfläche 39 müssen jeweils an unterschiedlichen Schwungmassen 18, 30 befestigt sein.
Auch bei dieser Ausführungsform liegt somit eine zweiphasige Bewegung der Reibungselemente 34a'–c' vor. In der ersten Bewegungsphase werden die Reibungselemente 34a'–c' relativ zu der Andruckfläche 39 nicht bewegt. Die Begrenzung der ersten Bewegungsphase erfolgt durch die Anschläge 56a–c. Die zweite Bewegungsphase wird durch eine reibungsbehaftete Relativbewegung der Reibungselemente 34a'–c' relativ zu der Andruckfläche 39 charakterisiert. Das dabei auftretende Reibmoment führt zu einer Dämpfung der Relativbewegung der Schwungmassen 18, 30. Aufgrund der Anordnung der Druckfedern 52 zwischen den radialen Klammerabschnitten 54a und den Bügeln 50 ergibt sich ein "sanfter" Übergang zwischen den beiden Bewegungsphasen.
Im Gegensatz zu den ebenfalls als Anschläge wirkenden Lagerabschnitten 32 der 6a und 6b wirken die Anschläge 56a–c nicht als Lager im eigentlichen Sinne. In radialer Richtung nach außen stützen sich die Reibungselemente 34a'–c' nämlich gegebenenfalls gegen die Klammern 50 ab. Die Klammern 54 stützen sich in radialer Richtung nach außen wiederum gegen eine zweite Andruckfläche 39' ab, die einer Innenfläche eines Hohlzylinders entspricht.
Mit anderen Worten sind die Reibungselemente 34a'–c' und die diese verbindenden Klammern 54 schwimmend in einem Ringspalt gelagert, der durch die Andruckflächen 39, 39' gebildet wird. Der Ringspalt ist durch die Anschläge 36a–c segmentiert, um die winkelabhängige, zweiphasige Funktionsweise der dargestellten Dämpfungsvorrichtung 28 zu erzeugen.
Bei Betrieb des Zweimassenschwungrads wirken Zentrifugalkräfte auf die Komponenten der Dämpfungsvorrichtung 28. Dadurch werden unter anderem die Reibungselemente 34a'–c' radial nach außen gedrückt, was zu einer unerwünschten Verminderung der Dämpfungswirkung bei hohen Drehzahlen der Schwungmassen 28, 30 führen kann. Um dies zumindest teilweise zu kompensieren, sind die Klammern 54 an ihrer in radialer Richtung nach außen gewandten Seite ebenfalls mit Reibflächen 36 versehen. Durch die auf die Reibungselemente 34a'–c' und die Klammern 54 wirkende Zentrifugalkraft werden die Reibflächen 36 der Klammern 54 gegen die Andruckfläche 39' gedrückt, wodurch ein zweites Reibmoment erzeugt wird, das den vorstehend beschriebenen Verlust an Reibmoment der Reibungselemente 34a'–c' zumindest teilweise kompensiert. Aufgrund des geringen radialen Spiels zwischen den Reibungselementen 34a'–c' und den Klammern 54 können die Reibungselemente 34a'–c' sich bei hohen Drehzahlen radial nach außen gegen die Klammern 54 abstützen, um hierdurch das Reibmoment zwischen den Reibflächen 36 der Klammern 54 und der äußeren Andruckfläche 39' zu erhöhen.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass die Andruckflächen 39, 39' gemeinsam an einer der Schwungmassen 18, 30 ausgebildet bzw. mit der selben Schwungmasse 18, 30 verbunden sein sollten, damit die Dämpfungsvorrichtung 28 eine maximale Wirkung erzielt.
Zu sämtlichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist noch anzumerken, dass die Art des Rückstellmechanismus – wie beispielsweise die Schwenkhebel 12 mit den Schraubenfedern 14 gemäß 1 – grundsätzlich unerheblich ist für die erfindungsgemäße Dmäpfungsvorrichtung.

10: Zweimassenschwungrad
12: Schwenkhebel
14: Schraubenfedern
16: Schwenklager
18: primäre Schwungmasse
20, 20': Antriebsabschnitt
22, 22': Steuerbahn
24: Antriebsrolle
26, 26': Auslenkabschnitt
28: Dämpfungsvorrichtung
30: sekundäre Schwungmasse
32: Lagerabschnitt
32a: radialer Abschnitt
32b: Lagersegment
34a–d,
34', 34a'–c': Reibungselement
36: Reibfläche
38a–d: Federelement
39, 39': Andruckfläche
40: Zapfen
42: Scheitelabschnitt
44: Schenkelabschnitt
46: Ring
48: Steuerabschnitt
48a: Aktuierungsabschnitt
48b: Auflauffläche
50: Bügel
52: Druckfeder
54: Klammer
54a: radialer Klammerabschnitt
56a–c: Anschlag
α1, α2: Verdrehwinkel
A: Rotationsachse
C: Schwenkachse
U: Unterbrechungsbereich

Claims

Zweimassenschwungrad für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer primären Schwungmasse (18) und einer sekundären Schwungsmasse (30), die drehbar um eine gemeinsame Rotationsachse (A) angeordnet sind und die über eine elastische Kopplungseinrichtung drehelastisch miteinander gekoppelt sind, so dass die Schwungmassen (18, 30) ausgehend von einer Ruhelage, in der kein Drehmoment zwischen den Schwungmassen (18, 30) übertragen wird, um einen Verdrehwinkel relativ zueinander verdrehbar sind, wobei das Zweimassenschwungrad zumindest eine Dämpfungsvorrichtung (28) umfasst, die eine Verdrehbewegung zwischen den Schwungmassen (18, 30) dissipativ dämpft, wobei die Dämpfungsvorrichtung (28) zumindest ein Reibungselement (34a–d, 34', 34a'–c') umfasst, das der einen der beiden Schwungmassen (18 bzw. 30) zugeordnet ist und das mit einer Andruckfläche (39) zusammenwirkt, die der anderen der beiden Schwungmassen (30 bzw. 18) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Zweimassenschwungrades wirksam ist.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen (18, 30) oder einer Änderung des Verdrehwinkels wirksam ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34a–d, 34', 34a'–c') bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrades in radialer Richtung mit der Andruckfläche (39) zusammenwirkt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34a–d, 34', 34a'–c') eine Reibfläche (36) und einen Reibflächenträger aufweist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der beiden Schwungmassen (18) eine Federeinrichtung (38a–d, 52) zugeordnet ist, mittels derer das Reibungselement (34a–d, 34', 34a'–c') in Richtung der Andruckfläche (39) vorspannbar ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckfläche (39) einstückig an der anderen der beiden Schwungmassen (30) ausgebildet ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Andruckfläche (39) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere Dämpfungsvorrichtung (28) vorgesehen ist, wobei die eine Dämpfungsvorrichtung (28) und die weitere Dämpfungsvorrichtung (28) bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrads einander gegenüber liegend angeordnet sind.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Dämpfungsvorrichtungen (28) vorgesehen sind, die unterschiedliche Dämpfungswirkungen aufweisen.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34b, 34d) und die Andruckfläche (39) dergestalt zusammenwirken, dass das Reibungselement (34b, 34d) die Andruckfläche (39) mit einer vorbestimmten Andruckkraft beaufschlagt, wenn die beiden Schwungmassen (18, 30) sich in der Ruhelage befinden, und dass das Reibungselement (34b, 34d) die Andruckfläche (39) nicht oder mit einer geringeren Andruckkraft als der vorbestimmten Andruckkraft beaufschlagt, wenn die beiden Schwungmassen (18, 30) bezüglich der Ruhelage verdreht sind.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) ferner zumindest einen Steuerabschnitt (48) umfasst, der drehfest mit der anderen der beiden Schwungmassen (30) verbunden ist und der in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen (18, 30) die Andruckkraft steuert, mit der das Reibungselement (34b, 34d) die Andruckfläche (39) beaufschlagt.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (48) sich bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrades in Umfangsrichtung erstreckt und einen entlang der Umfangsrichtung variierenden Radius besitzt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (48) über eine Federeinrichtung (38b, 38d) mit dem Reibungselement (34b, 34d) zusammenwirkt.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (38b, 38d) an der einen der beiden Schwungmassen gehalten ist.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (48) dergestalt über die Federeinrichtung (38b, 38d) mit dem Reibungselement (34b, 34d) zusammenwirkt, dass der Steuerabschnitt (48) die Federeinrichtung (38b, 38d) komprimiert, um das Reibungselement (34b, 34d) in Richtung der Andruckfläche (39) vorzuspannen, wenn die beiden Schwungmassen (18, 30) sich in der Ruhelage befinden, und dass der Steuerabschnitt (48) die Federeinrichtung (38b, 38d) entspannt, um die von dem Reibungselement (34b, 34d) auf die Andruckfläche (39) ausgeübte Andruckkraft zu verringern, wenn die beiden Schwungmassen (18, 30) bezüglich der Ruhelage verdreht sind.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (38b, 38d) bogenförmig mit einem Scheitelabschnitt (42) und zwei sich beiderseits an den Scheitelabschnitt (42) anschließenden Schenkelabschnitten (44) ausgebildet ist, wobei die Schenkelabschnitte (44) mit dem Reibungselement (34b, 34d) an der einen der beiden Schwungmassen (18) zusammenwirken, und wobei der Scheitelabschnitt (42) der Federeinrichtung (38b, 38d) mit dem Steuerabschnitt (48) der anderen der beiden Schwungmassen (30) zusammenwirkt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt (48) einen Aktuierungsbereich (48a) und zwei sich beiderseits an den Aktuierungsbereich (48a) anschließende Auflaufschrägen (48b) aufweist, die bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrades in radialer Richtung gegenüber dem Aktuierungsbereich (48a) zurückversetzt sind.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) eine Federeinrichtung (38a, 38c, 52) umfasst, mittels derer das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') in Richtung der Andruckfläche (39) vorgespannt ist, wobei das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung versetzbar gelagert ist, wobei eine Versetzung des Reibungselements (34a, 34c, 34', 34a'–c') durch wenigstens einen Anschlag (32, 56a–c) begrenzt ist und wobei das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') mit der Andruckfläche (39) derart zusammenwirkt, dass bei einer Verdrehbewegung zwischen den beiden Schwungmassen (18, 30) in einer ersten Bewegungsphase das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') relativ zu der Andruckfläche (39) unbewegt bleibt und relativ zu dem Anschlag versetzt wird, bis das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') an dem Anschlag (32) anschlägt, und in einer nachfolgenden zweiten Bewegungsphase das Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a'–c') relativ zu der Andruckfläche (39) bewegt wird.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das in der zweiten Bewegungsphase von der Dämpfungsvorrichtung (28) bewirkte Dämpfungsmoment höher ist als das in der ersten Bewegungsphase bewirkte Dämpfungsmoment.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (32, 56a–c) an der einen der beiden Schwungmassen (18, 30) ausgebildet ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen Reibungselement (34a, 34c, 34', 34a–c') zwei Anschläge zugeordnet sind, die eine Versetzung des Reibungselements (34a, 34c, 34', 34a'–c') in den beiden möglichen Drehrichtungen der primären Schwungmasse (18) relativ zu der sekundären Schwungmasse (30) begrenzen.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag an einem Lagerungsabschnitt (32) ausgebildet ist, an dem das Reibungselement versetzbar gelagert ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche Anspruch 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (38a, 38c) an der einen der beiden Schwungmassen vorgesehen ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34a, 34c) relativ zu der Federeinrichtung (38a, 38c) versetzbar gelagert ist und mit der Andruckfläche (39) einerseits und der Federeinrichtung (38a, 38c) andererseits derart zusammenwirkt, dass das Reibungselement (34a, 34c) in der ersten Bewegungsphase relativ zu der Federeinrichtung (38a, 38c) versetzt wird.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34a, 34c) mit der Andruckfläche (39) gemäß einem ersten Reibungskoeffizienten zusammenwirkt und dass das Reibungselement (34a, 34c) mit der Federeinrichtung (38a, 38c) gemäß einem zweiten Reibungskoeffizienten zusammenwirkt, wobei der erste Reibungskoeffizient größer ist als der zweite Reibungskoeffizient.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (38a, 38c) an der einen der beiden Schwungmassen gehalten (18) ist und zwei Schenkelabschnitte (44) aufweist, deren Enden sich bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung erstrecken, wobei das Reibungselement (34a, 34c) zumindest abschnittsweise an den Schenkelabschnitten (44) der Federeinrichtung (38a, 38c) flächig anliegt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (38a, 38c) eine in im Wesentlichen radialer Richtung wirkende Kraft zur Vorspannung des Reibungselements (34a, 34c) erzeugt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34', 34a'–c') zusammen mit der Federeinrichtung eine bezüglich der Rotationsachse (A) des Zweimassenschwungrads in Umfangsrichtung geschlossene Dämpfungsvorrichtung (28) bildet.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (28) zumindest zwei Reibungselemente (34a'–c') und zumindest zwei Federeinrichtungen aufweist, die in Umfangsrichtung alternierend angeordnet sind.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung eine in im Wesentlichen tangentialer Richtung wirkende Kraft erzeugt, um das Reibungselement (34', 34a'–c') in radialer Richtung vorzuspannen.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung relativ zu dem Anschlag versetzbar ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung zumindest eine Druckfeder (52) umfasst.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung ein Verbindungselement (54) umfasst, das freien Enden (50) des Reibungselements (34') oder zwei benachbarten freien Enden (50) von in Umfangsrichtung benachbarten Reibungselementen (34a'–c') zugeordnet ist.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (54) klammerartig ausgebildet ist und Halteabschnitte (54a) aufweist, die jeweils einem Bügelabschnitt (50) des Reibungselements (34', 34a–c') zugeordnet sind, wobei jeweils zwischen einem Halteabschnitt (54a) und einem Bügelabschnitt (50) eine Feder (52) angeordnet ist.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteabschnitte (54a) und die Bügelabschnitte (50) jeweils zumindest einen Abschnitt aufweisen, der sich in radialer Richtung erstreckt.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 28 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Andruckfläche (39') vorgesehen ist, die insbesondere als eine hohlzylindrische Fläche ausgebildet ist, die koaxial zu der ersten Andruckfläche (39) angeordnet ist.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Andruckfläche (39) und die zweite Andruckfläche (39') mit derselben der Schwungmassen (18, 30) verbunden sind.
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibungselement (34', 34a'–c') schwimmend zwischen der ersten Andruckfläche (39) und der zweiten Andruckfläche (39') gelagert ist.
Zweimassenschwungrad nach zumindest einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (54) eine Reibfläche (36) aufweist, die unter Wirkung einer bei Betrieb des Zweimassenschwungrads auftretenden Zentrifugalkraft zumindest abschnittsweise flächig an die zweite Andruckfläche (39') andruckbar ist.