DE3407524C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Torsionsschwingungsdämp­ fer, insbesondere für Kupplungsscheiben von Kraftfahrzeugen, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Federsystemen mit unterschiedlichen Federkennlinien, wobei beim Übergang vom Federsystem mit der flacheren Federkennlinie zum Federsystem mit der steileren Federkennlinie das System mit der flacheren Federkennlinie durch Anschläge überbrückt wird und zumindest einige Torsionsfedern des Federsystems mit der steileren Federkennlinie unter Vorspannung verbaut sind.

Ein Torsionsschwingungsdämpfer der oben beschriebenen Bauart ist beispielsweise aus der Deutschen Offenlegungsschrift 16 80 669 bekannt. In der Schrift wird ausführlich auf die Größe der Verdrehwinkel der einzelnen Bereiche sowie auf die Größe der Federsteifigkeit und der Reibmomente eingegangen.

Nun ist es allgemein üblich, zumindest die Federn des Feder­ systems mit der steileren Federkennlinie so anzuordnen, daß sie in Umfangsrichtung mit einer gewissen Vorspannkraft in die Fenster der entsprechenden Bauteile eingesetzt sind um Klappergeräusche und Verschleiß an dieser Stelle zu vermei­ den. Diese Federvorspannung wird zwar möglichst gering gehal­ ten, es wird jedoch infolge von Toleranzen Fälle geben, in welchen diese Vorspannung unerwünscht hoch ausfällt und somit zu Unstetigkeitsstellen im Kennlinienverlauf führt. Auch in dem bereits genannten Stand der Technik sind solche uner­ wünschten Sprünge in der Federkennlinie nicht auszuschließen.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 15 75 811 ist ein weite­ rer Torsionsschwingungsdämpfer bekannt, bei welchem Teile der elastischen Elemente in Reihe geschaltet sind. Des weiteren ist dieser Schrift zu entnehmen, daß ein Teil der Federn ohne Vorspannung und ein Teil der Federn mit Vorspannung in ihren Fenstern angeordnet sind. Der Schrift ist allerdings nicht zu entnehmen, wie Stufensprünge beim Einsatz von vorgespannt verbauten Federn vermieden werden können.

Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Torsions­ schwingungsdämpfer der prinzipiell bekannten Bauart dahinge­ hend weiterzubilden, daß Klappergeräusche infolge eines Stufensprungs beseitigt werden können, wobei diese Weiter­ bildung mit einem möglichst geringen Aufwand erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst. Durch die Auslegung des Anschlag­ momentes des Federsystems mit der flacheren Federkennlinie größer als das Vorspannmoment des Federsystems mit der stei­ leren Federkennlinie ist sichergestellt, daß vor dem Wirksam­ werden der Anschläge des Federsystems mit der flacheren Federkennlinie bereits die Federn des Federsystems mit der steileren Federkennlinie komprimiert werden, wodurch in jedem Fall ein weicher Übergang vom einen zum anderen System ge­ währleistet ist. Ein Stufensprung kann somit vollkommen be­ seitigt werden. Dabei arbeiten in einem Mischbereich beide Federsysteme gleichzeitig, wodurch einerseits eine geringfü­ gig flachere Federkennlinie in diesem Bereich erzielt wird und zum anderen wird der Weg des Federsystems mit der flache­ ren Federkennlinie um einen bestimmten Betrag vergrößert.

Der sonst übliche Stufensprung ist damit praktisch ohne zu­ sätzlichen Aufwand vollkommen vermieden.

Nach einem weiteren Anspruch wird vorgeschlagen, daß beim Federsystem mit der steileren Federkennlinie, welches eine parallel wirkende Reibeinrichtung aufweist, das Anschlag­ moment des Federsystems mit der flacheren Federkennlinie größer ausgelegt ist als die Summe aus dem Vorspannmoment und dem Reibmoment des Federsystems mit der steileren Feder­ kennlinie. In diesem Fall, bei welchem die Federkennlinie von einer Reibkraft überlagert wird, kann ebenfalls durch entsprechende Vergrößerung des Anschlagmomentes des Feder­ systems mit der flacheren Federkennlinie ein Stufensprung z. B. durch den Einsatz der Reibeinrichtung vermieden werden.

Bei einer Kupplungsscheibe mit einer zweigeteilten Nabe und einer Verzahnung mit Spiel in Umfangsrichtung zwischen bei­ den Nabenteilen, wobei zwischen beiden Teilen das Federsy­ stem des Leerlaufsystems mit der flacheren Federkennlinie wirksam ist und nach Überbrückung des Spiels in der Verzah­ nung das Lastsystem mit der steileren Federkennlinie wirksam ist, wobei das Leerlaufsystem mehrere Torsionsfedern auf­ weist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß wenigstens eine der Torsionsfedern des Leerlaufsystems nach einem er­ sten Verdrehwinkel zusätzlich zum Einsatz kommt. Damit wird im Leerlaufbereich eine geknickte Federkennung erzielt und das Anschlagmoment erst im zweiten Bereich des Leerlaufsy­ stems zum Übergang in das Lastsystem erzeugt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 eine Federkennlinie gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Federkennlinie entsprechend der Erfindung;

Fig. 3 eine Federkennlinie unter Berücksichtigung einer Reib­ einrichtung im Lastbereich;

Fig. 4, 5 und 6 schematische Prinzipdarstellung der Anordnung von zwei verschiedenen Federsystemen zur Erzielung einer Federkennlinie gemäß Fig. 3;

Fig. 7 den Längsschnitt durch eine Kupplungsscheibe mit ent­ sprechendem Torsionsschwingungsdämpfer;

Fig. 8 die vollständige Federkennlinie gemäß Fig. 7.

Fig. 1 zeigt die Prinzipdarstellung einer Federkennlinie eines Torsionsschwingungsdämpfers mit dem Aufbau des Drehmomentes M _d in Abhängigkeit vom Verdrehwinkel α zwischen den Eingangsteilen und den Ausgangsteilen. Ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer kann in einer Kupplungsscheibe angeordnet sein, wie sie bei­ spielsweise aus dem Schnitt gemäß Fig. 7 hervorgeht, welche im Detail noch an gegebener Stelle beschrieben wird. Mit C ₁ ist die flache Federkennlinie des Leerlaufsystems bezeichnet, die üblicherweise durch den Nullpunkt im dargestellten Koordina­ tensystem geht. Durch entsprechende Anschläge innerhalb des Torsionsschwingungsdämpfers ist der max. Verdrehwinkel des Fe­ dersystems mit der flachen Federkennlinie durch den Winkel α vorgegeben. Durch diese Anschläge gesteuert, erfolgt an­ schließend der Einsatz eines Federsystems mit einer steileren Federkennlinie gemäß C ₂. Die Federn dieses Federsystems sind in Umfangsrichtung durch gezielte Vorspannung spielfrei in ent­ sprechenden Fenstern gehalten und die Vorspannung bewirkt ein Moment M _v , welches größer ist als das Anschlagmoment M _A des Federsystems mit der flacheren Federkennlinie C ₁. Der nach dem Zurücklegen des Winkels α entstehende Momentensprung von der Größe M _v -M _A bewirkt bei jedem Durchfahren dieses Bereiches Anschlaggeräusche.

In Fig. 2 ist der Federkennlinienverlauf gemäß der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Die flache Federkennlinie mit der Fe­ derkonstanten C ₁ geht durch den Nullpunkt. Die steilere Fe­ derkennlinie mit der Federkonstanten C ₂ setzt bei einem Dreh­ moment ein entsprechend dem Wert M _v , dem Vorspannmoment der Federn des Lastsystems mit der steileren Federkennlinie C ₂. Nach dem Zurücklegen des Winkels α _v erreicht das über­ tragene Drehmoment mit der flachen Federkennlinie C ₁ den Wert M _v und das bedeutet, daß von diesem Verdrehwinkel aus bei wei­ terer Drehmomentbeaufschlagung beide Federsysteme hintereinander geschaltet im Einsatz sind. Dadurch ergibt sich in einem Misch­ bereich eine Federkennlinie C ₃, die etwas flacher verläuft als die Federkennlinie C ₁. Der vorgegebene Verdrehwinkelbereich entsprechend dem Winkel α zwischen der Drehmomentbeaufschlagung Null und dem Anschlag der Überbrückungselemente des Federsystems mit der flachen Federkennlinie wird durch die zusätzliche Be­ wegung des Federsystems mit der steilen Federkennlinie gemäß C ₂ um den Wert Δα vergrößert. Erst nach dem Zurücklegen von α plus Δα kommt das Federsystem mit der flacheren Fe­ derkennlinie und der Anschlag zum Stillstand und es ist nur noch das Federsystem mit der steileren Federkennlinie gemäß C ₂ wirk­ sam.

Es ist leicht einzusehen, daß bei einem derartigen Verlauf der Federkennlinien gegenüber der Darstellung von Fig. 1 ein gleich­ mäßigerer Übergang bei Drehmomentvergrößerung von den einzelnen Federkennlinien zu den nachfolgenden erzielt werden kann.

Etwas komplizierter liegen die Verhältnisse, wenn die steilere Federkennlinie zusätzlich mit einer Reibeinrichtung ausgestattet ist. Dieser Fall ist in der Praxis jedoch besonders häufig an­ zutreffen. Die sich daraus ergebenden Verhältnisse sind in Fig. 3 wiedergegeben. Drei verschiedene Punkte auf der Kurve gemäß Fig. 3, und zwar die Punkte 4, 5 und 6, entsprechen jeweils den Schemadarstellungen gemäß den Fig. 4, 5 und 6. Diese zeigen jeweils eine Feder 14 des Federsystems mit der flachen Feder­ kennlinie C ₁ und eine Feder 6 des Federsystems mit der steilen Federkennlinie C ₂, wie sie für sich bzw. hintereinander zum Einsatz kommen. Die Nabe 7 weist ein Profil auf, welches mit der Nabenscheibe 8 unter Berücksichtigung des Spieles entsprechend dem Winkel α zusammenwirkt. Zwischen Nabenscheibe 8 und den Deckblechen 4 und 5 (siehe ausgeführtes Beispiel gemäß Fig. 7) ist die Torsionsfeder 6 des Federsystems mit der steileren Fe­ derkennlinie C ₂ angeordnet. Über den Bügel 17 ist die Feder 6 auf eine bestimmte Vorspannung gehalten. Die beiden Pfeile an der Nabe 7 und an den Deckblechen 4 und 5 symbolisieren die Dreh­ momentbeaufschlagung und das Abstützmoment innerhalb der Kupp­ lungsscheibe. Zwischen der Nabenscheibe 8 und den Deckblechen 4 und 5 ist eine Reibeinrichtung 10 angeordnet.

Solange das von der Feder 14 übertragene Drehmoment auf der Fe­ derkennlinie C ₁ das Vorspannmoment M _v der Torsionsfeder 6, vergrößert um das Reibmoment M _R der Reibeinrichtung 10, nicht übersteigt, ist lediglich die Feder 14 im Einsatz. Beim Über­ schreiten des Momentes M _v + M _R erfolgt der Übergang zu dem Mischbereich mit der Federkennlinie C ₃, die einen flacheren Verlauf aufweist als C ₁ und in deren Bereich die Nabenscheibe 8 vom Bügel 17 abhebt. Beispielsweise bei Punkt 5 gemäß Fig. 3 wird ein Zustand erreicht, wie er in Fig. 5 dargestellt ist. Einerseits befindet sich das Federsystem mit der Federkennlinie C ₁ noch nicht auf Anschlag, andererseits ist bereits die Feder 6 beaufschlagt und die Reibeinrichtung 10 wirksam. Im Bereich der Federkennlinie C ₃ wird der Winkel α zurückgelegt, der ein exaktes Maß des Spiels zwischen der Nabe 7 und der Nabenscheibe 8 darstellt. Der tatsächliche Anschlag zwischen der Nabe 7 und der Nabenscheibe 8 gemäß Fig. 6 erfolgt allerdings erst dann, wenn das Anschlagmoment M _A erreicht ist. Von diesem An­ schlagmoment M _A ab - also vom Verdrehwinkel α plus Δα - ist nur noch das Federsystem mit der steilen Federkennlinie C ₂ beaufschlagt. Die in diesem Bereich wirksame Reibeinrichtung 10 drückt sich in Fig. 3 jeweils als eine parallele Linie oberhalb und unterhalb der reinen Federkennlinie aus. Dabei wird die ober­ halb gelegene Linie bei Drehmomentvergrößerung und Vergrößerung des Ausschlags α benutzt, während die untenliegende Linie beim Rückgang, d. h. beim Zurückgehen und Verkleinern des Winkels α durchfahren wird. Auf diesen beiden Linien liegen die Punkte 6 entsprechend Fig. 6. Während der Vergrößerung des Drehmomentes und des Durchfahrens der Kurven von unten nach oben hat sich ein Kurvenverlauf eingestellt, welcher prinzipiell dem von Fig. 2 ähnelt. Beim Zurücklaufen allerdings wird nicht der gleiche Kur­ venverlauf eingehalten. Einmal verläuft hierbei im Bereich C ₂ die Kurve um das doppelte Reibmoment M _R parallel nach unten versetzt und zum anderen erfolgt die Rückführung der Naben­ scheibe 8 innerhalb des Bügels 17 bei anderen Verdrehwinkeln. Dabei entsteht über die tiefer angelegte Federkennlinie C ₃ ein größerer Mischbereich, ausgedrückt durch α _{VR 1} und α _{VR 2}. Dies ist leicht daraus zu erklären, daß bei der Rückwärtsbe­ wegung von großen Verdrehwinkeln in Richtung auf kleine Ver­ drehwinkel das Reibmoment M _R der Federvorspannkraft der Federn 6 entgegenwirkt. Während also bei Drehwinkelvergrößerung beim Verdrehwinkel α _vv der Mischbereich einsetzt, ist dieser beim Zurückgehen erst beim Verdrehwinkel a _{VR 2} aufgehoben.

Durch den insbesondere aus Fig. 3 ersichtlichen allmählichen Drehmomentaufbau sowie durch den entsprechend allmählichen Dreh­ momentabbau ergibt sich ein Momenten-Drehwinkelverlauf, der sehr gleichmäßige Übergänge aufweist. Damit werden Anschlaggeräusche vermieden und gleichzeitig die Erregung von Drehschwingungen unterbunden.

In den Fig. 7 und 8 sei nochmals kurz auf ein Ausführungs­ beispiel mit dessen kompletter Kennlinie eingegangen. Fig. 7 zeigt eine Kupplungsscheibe 1 mit einem Torsionsschwin­ gungsdämpfer 2. Die Reibbeläge 3 sind mit einem als Deckblech 4 ausgebildeten Belagträger fest verbunden. Im Abstand von diesem Belagträger 4 ist ein weiterer Belagträger 5 drehfest über Ver­ bindungsniete 15 angeordnet. Zwischen beiden erstreckt sich die Nabenscheibe 8, die mit einer Verzahnung 9 in die Nabe 7 ein­ greift, und zwar mit einem Spiel entsprechend dem Winkel a. Zwischen der Nabenscheibe 8 und den Deckblechen 4 und 5 sind Torsionsfedern 6 angeordnet. Desgleichen ist radial innerhalb dieser Torsionsfedern 6 eine übliche Reibeinrichtung 10 vorge­ sehen. Der Torsionsschwingungsdämpfer 2 weist weiterhin ein Fe­ dersystem 14, 16 für den Leerlaufbereich auf. Dieses ist mit seinen beiden Deckblechen 11 und 12 fest mit der Nabenscheibe 8 verbunden und mit seiner Nabenscheibe 13 fest mit der Nabe 7. Dabei ist als Besonderheit anzumerken, daß das Leerlaufsystem unterschiedliche Federn 14 und 16 aufweist, die nacheinander zum Einsatz kommen. Dadurch ergibt sich ein Kennlinienverlauf, wie er in Fig. 8 dargestellt ist. Die Darstellung zeigt sowohl die Zugseite als auch die Schubseite, wobei lediglich die Zugseite mit dem dort wirksamen Reibmoment dargestellt ist, während die Schubseite nur den prinzipiellen Verlauf der Federkennlinie wie­ dergibt. Durch die Zweistufigkeit des Leerlaufsystems ergibt sich zuerst im Bereich des Winkels α 1′ die Anfangsfeder­ kennlinie des Leerlaufsystems mit C _1′. Anschließend an diesen Bereich erfolgt der Einsatz sämtlicher Federn des Leerlauf­ systems 14 und 16 mit einer entsprechenden steilen Federkenn­ linie C ₁. Diese ist soweit wirksam, bis das Drehmoment M _v plus das Drehmoment M _R aufgebracht ist, wobei dann zu diesem Zeitpunkt bereits das Federsystem mit der steilen Federkennlinie gemäß C ₂ zum Einsatz kommt. Daraus ergibt sich, wie bereits aus Fig. 3 bekannt, in einem Mischbereich eine Federkennlinie C ₃. Nach einem Gesamtverdrehwinkel von α plus Δα bzw. a _1′ plus α _1′′ erfolgt das Anschlagen der Nabenteile in­ nerhalb der Verzahnung 9 und somit der Einsatz des Lastsystems mit der Kennlinie C ₂. Beim Zurücklaufen, d. h. bei Drehmo­ mentverringerung, erfolgt wiederum der parallele Versatz durch das doppelte Reibmoment M _R gemäß Fig. 3 und sodann der Null­ punktdurchlauf auf der Kennlinie C _1′. Auf der Schubseite ist prinzipiell das gleiche Verhalten möglich, jedoch nicht not­ wendig. Aus der vorstehend beschriebenen Abstimmung der ein­ zelnen Federsysteme ergibt sich eine Vergrößerung des wirksamen Verdrehwinkels des Leerlaufsystems um den Betrag Δα ohne Ver­ größerung des Spiels in der Verzahnung 9. Dies ist bei den ge­ gebenen knappen Raumverhältnissen in dieser Verzahnung ein großer Vorteil.

Claims (3)

1. Torsionsschwingungsdämpfer, insbesondere für Kupplungs­ scheiben von Kraftfahrzeugen, mit wenigstens zwei in Reihe geschalteten Federsystemen mit unterschiedlichen Federkennlinien, wobei beim Übergang vom Federsystem mit der flacheren Federkennlinie zum Federsystem mit der steileren Federkennlinie das System mit der flache­ ren Federkennlinie durch Anschläge überbrückt wird und zumindest einige Torsionsfedern des Federsystems mit der steileren Federkennlinie unter Vorspannung verbaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagmoment (M _A ) des Federsystems mit der flacheren Federkennli­ nie (C ₁) größer ausgelegt ist als das Vorspannmoment (M _V , M _VR ) des Federsystems mit der steileren Feder­ kennlinie (C ₂).

2. Torsionsschwingungsdämpfer nach Anspruch 1, bei welchem das Federsystem mit der steileren Federkennlinie eine parallel wirkende Reibeinrichtung aufweist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Anschlagmoment (M _A ) des Feder­ systems mit der flacheren Federkennlinie (C ₁) größer ausgelegt ist als die Summe (M _VR ) aus Vorspannmoment (M _V ) und Reibmoment (M _R ) des Federsystems mit der steileren Federkennlinie (C ₂).

3. Torsionsschwingungsdämpfer nach den Ansprüchen 1 und 2, bei welchem eine zweigeteilte Nabe vorgesehen ist und beide Teile über eine Verzahnung mit Spiel in Umfangs­ richtung verbunden sind, wobei zwischen beiden Teilen das Federsystem des Leerlaufsystems mit der flacheren Federkennlinie wirksam ist und nach Überbrückung des Spiels in der Verzahnung das Lastsystem mit der steile­ ren Federkennlinie wirksam ist, wobei das Leerlaufsy­ stem mehrere Torsionsfedern aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens eine der Torsionsfedern (14, 16) des Leerlaufsystems nach einem ersten Verdrehwin­ kel (α _1′) zusätzlich zum Einsatz kommt.