WO2015106746A2

WO2015106746A2 - Drehmomentübertragungseinrichtung

Info

Publication number: WO2015106746A2
Application number: PCT/DE2014/200658
Authority: WO
Inventors: Vincent Fender-Oberle
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2015-07-23
Also published as: EP3094884A2; CN105917131A; CN105917131B; DE112014006187A5; WO2015106746A3

Abstract

Bei Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Primärseite und eine Sekundärseite, die über einen Energiespeicher miteinander verbunden sind und die gegen die Kraft des Energiespeichers relativ zueinander verdrehbar sind, wird eine Beschädigung durch Drehmomentspitzen vermieden, indem die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Mittel zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes umfasst.

Description

Drehmomentübertragungseinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung insbesondere zur

Verwendung in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Primärseite und eine Sekundärseite, die über einen Energiespeicher miteinander verbunden sind und die gegen die Kraft des Energiespeichers relativ zueinander verdrehbar sind.

Ein Hybridantrieb in Kraftfahrzeugen umfasst mindestens zwei Energieumwandler und zwei im Fahrzeug eingebaute Energiespeichersysteme, um das Fahrzeug anzutreiben. Üblicherweise ist einer der Energieumwandler ein Verbrennungsmotor, in der Regel ein Otto- oder Dieselmotor, und ein zweiter Energieumwandler ein Elektromotor. Die Energiespeichersysteme sind dementsprechend ein Kraftstofftank und ein elektrischer Akkumulator.

Eine Drehmomentübertragungseinrichtung, umfassend eine Primärseite und eine Sekundärseite, die über einen Energiespeicher miteinander verbunden sind und die gegen die Kraft des Energiespeichers relativ zueinander verdrehbar sind, ist als Zweimassenschwungrad (ZMS) an sich bekannt. Wird ein solches Zweimassenschwungrad im Antriebsstrang eines Hybridantriebes angeordnet, können Drehmomentspitzen (Impacts) auftreten, die zu einem Versagen von einzelnen Bauteilen und damit einem Ausfall des gesamten Antriebsstranges führen können.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, Beschädigungen des Antriebsstranges durch Drehmomentspitzen zu vermeiden.

Dieses Problem wird durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 sowie einen Antriebsstrang nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Das oben genannte Problem wird insbesondere gelöst durch eine Drehmomentübertragungseinrichtung, insbesondere zur Verwendung in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Primärseite und eine Sekundärseite, die über einen Energiespeicher miteinander verbunden sind und die gegen die Kraft des Energiespeichers relativ zueinander verdrehbar sind, wobei die Drehmomentübertragungseinrichtung ein Mittel zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes umfasst. Das Mittel zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes ist in einer Ausführungsform der Erfindung an der Sekundärseite, insbesondere an einem Sekundärflansch der Drehmomentübertragungseinrichtung angeordnet. Der Energiespeicher umfasst in einer Ausgestaltung der Erfindung eine oder mehrere als Druckfedern ausgeführte Bogenfedern, die sich mit einem Federende an der Primärseite und dem anderen Federende an der Sekundärseite abstützen. Bei einer Relativdrehung der Primärseite gegenüber der Sekundärseite werden die Bogenfedern gespannt und speichern so Energie, die bei Rückdre- hung wieder abgegeben wird. Die Bogenfedern können eine lineare Federkennlinie aufweisen, können aber auch stufenweise ansteigende Federkennlinien aufweisen, beispielsweise durch koaxial angeordnete innere und äußere Spiralfedern unterschiedlicher Federlänge. Zusätzlich können Reibelemente zwischen Primärseite und Sekundärseite angeordnet sein, die bei einer Relativdrehung der Primärseite gegenüber der Sekundärseite Energie durch trockene oder viskose Reibung dissipieren. Die Primärseite bildet eine Primärmasse, die Sekundärseite entsprechend eine Sekundärmasse. Die Tilgungswirkung der Drehmomentübertragungseinrichtung wird im Wesentlichen bestimmt durch die Massenträgheitsmomente von Primärmasse und Sekundärmasse sowie die Federsteifigkeit des Energiespeichers.

Das Mittel zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes ist in einer Ausführungsform der Erfindung eine Rutschkupplung. Eine Rutschkupplung ist eine selbsttätig drehmomentschaltende Kupplung. Bei Erreichen eines maximalen Momentes oder Schaltmomentes trennt die Kupplung ohne äußeren Einfluss die Momentenübertragung zumindest teilweise. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Rutschkupplung eine Reibkupplung mit Kraftschluss zwischen Primärseite und Sekundärseite. Der Kraftschluss erfolgt durch Haftreibung zwischen zwei Reibpartnern. Wird die Haftreibung überwunden, so öffnet die Kupplung. Das nach Öffnen der Kupplung übertragene Schleppmoment hängt von der Gleitreibung zwischen den Reibpartnern und der Relativdrehzahl zwischen diesen ab. Das Schleppmoment ist in jedem Fall geringer als das Schaltmoment.

Die Rutschkupplung umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung einen Sekundärflansch, der zwischen zwei abtriebsseitigen Backen angeordnet ist. Die abtriebsseitigen Backen klemmen den Sekundärflansch ein, deren Oberflächen werden also mit einer axialen Druckkraft auf den Sekundärflansch gedrückt. Dies erfolgt vorzugsweise indem die abtriebsseitigen Backen eine umlaufende Nut bilden, in die der Sekundärflansch spielfrei nach Art einer Presspassung eingreift. Die axiale Anpresskraft der abtriebsseitigen Backen auf den Sekundärflansch wird somit durch die Dicke des Sekundärflansches und die korrespondierende Breite der zwischen den abtriebsseitigen Backen gebildeten Nut sowie die Elastizität der Ba- cken und des Sekundärflansches bestimmt. Durch die axiale Anpresskraft (Normalkraft) wird ein Reibschluss (Kraftschluss) zwischen dem Sekundärflansch und den abtriebsseitigen Backen bewirkt. Bei Überwindung des Reibschlusses öffnet die durch Sekundärflansch und abtriebsseitige Backen gebildete Rutschkupplung und überträgt nur noch das durch die Gleitreibung zwischen Sekundärflansch und abtriebsseitigen Backen bestimmte Schleppmoment. Die abtriebsseitigen Backen werden gebildet durch einen Reibflansch und einen Reibgegenflansch, die eine in Umfangsrichtung umlaufende Nut bilden, in die das Reibelement ragt.

Die abtriebsseitigen Backen sind in einer Ausführungsform der Erfindung mit einer

Abtriebsnabe verbunden, insbesondere vernietet. Dies ermöglicht eine Fertigung der abtriebsseitigen Backen als Stanzbiegebauteile, die einfach und kostengünstig hergestellt werden können. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Sekundärzusatzmasse zusammen mit den abtriebsseitigen Backen mit der Abtriebsnabe vernietet. Die Zusatzmasse erhöht das Massenträgheitsmoment der Sekundärseite.

Zur Erhöhung der Haftreibung und zur Verminderung des Verschleißes der jeweiligen Bauteile ist in einer Ausführungsform der Erfindung zumindest zwischen einem der Backen und dem Sekundärflansch ein Reibbelag angeordnet. Der Reibbelag kann aufgeklebt oder aufgenietet sein.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Sekundärseite und Primärseite mindestens eine Dichtung angeordnet. Die Dichtung umfasst zumindest einen Dichtring und kann weitere Dichtelemente wie eine Dichtscheibe umfassen. Die Dichtung dichtet die Federanordnung und die Rutschkupplung gegenüber der Umgebung ab. Zusätzlich kann ein Dichtring der Dichtung die Funktion eines Reibringes aufweisen, bei Relativverdrehung zwischen Primärseite und Sekundärseite wird Energie durch Reibung dissipiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden

Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentübertragungseinrichtung in einer Schnittdarstellung. Die in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Drehmomentübertragungseinrichtung 1 ist zwischen einer Antriebswelle 2 und einer Momentenübertragungswelle 3 angeordnet. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 überträgt ein Antriebsmoment von der Antriebswelle 2 auf die

Momentenübertragungswelle 3 und dient dabei der Dämpfung bzw. Tilgung von Drehschwingungen. Die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 umfasst eine Primärseite 4, die fest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist, sowie eine Sekundärseite 5, die fest mit der

Momentenübertragungswelle 3 verbunden ist.

Die Primärseite umfasst einen Primärflansch 6, der zusammen mit einem Außenring 7 einen Aufnahmeraum 8 zur Aufnahme einer Federanordnung 9 als Energiespeicher bildet. Der Primärflansch 6 umfasst einen im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich 10, der in seinem radial äußeren Bereich in einen sich im Wesentlichen in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse R erstreckenden topfförmigen Bereich 11 übergeht. Soweit nicht anders angegeben ist die axiale Richtung parallel zur Rotationsachse R, die radiale Richtung senkrecht dazu und die Umfangsrichtung eine Rotation um die Rotationsachse R. An dem axialen freien Stirnende 12 des topfförmigen Bereichs 1 1 ist der Außenring 7 beispielsweise mit einer umlaufenden Naht angeschweißt.

An seiner radialen Außenseite trägt der topfförmige Bereich 1 1 in entsprechenden Sitzen eine erste Zusatzmasse 13 sowie eine zweite Zusatzmasse 14. Sowohl die erste Zusatzmasse 13 als auch die zweite Zusatzmasse 14 können mit dem topfförmigen Bereich 11 verschweißt sein, können aber auch einen Presssitz aufweisen. Der Primärflansch 6 ist vorzugsweise ein Stanz-Biegebauteil aus Stahl. Der Außenring 7 umfasst in seinem radial äußeren Bereich einen im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufenden Befestigungsbereich 7a, der in einen aus Sicht des Aufnahmeraums 8 gesehen konvex gekrümmten Bereich 7b sowie einen sich radial nach innen daran anschließenden Bereich 7c übergeht.

Der Primärflansch 6 ist mit Schrauben 15, die über den Umfang verteilt angeordnet sind, mit der Antriebswelle 2 verschraubt. In einer Sacklochbohrung 17 der Antriebswelle 2 ist ein Wälzlager 16 mit seinem Lageraußenring gelagert. Das Wälzlager 16 ist beispielsweise ein Kugellager. Der Lagerinnenring des Wälzlagers 16 nimmt einen Lagerzapfen 18 der

Momentenübertragungswelle 3 auf.

Mittels einer Steckverzahnung 19 ist eine Abtriebsnabe 20 mit der

Momentenübertragungswelle 3 verbunden. Die Abtriebsnabe 20 ist Teil der Sekundärseite 5. Ein Reibflansch 21 sowie ein Reibgegenflansch 22 sind mittels Nieten 23 mit der

Abtriebsnabe 20 vernietet. Der Reibflansch 21 und der Reibgegenflansch 22 sind auf der der Antriebswelle 2 zugewandten Seite eines Aufnahmebereichs 24 der Abtriebsnabe 20 angeordnet. Auf der der Antriebswelle 2 abgewandten Seite der Abtriebsnabe 20 ist eine Sekundärzusatzmasse 25 angeordnet, die ebenfalls mit den Nieten 23 mit der Abtriebsnabe 20 vernietet ist. Um das Anbringen der Niete 23 zu ermöglichen, sind Bohrungen 26 in den Primärflansch 7 eingebracht.

Der Reibflansch 21 umfasst einen Befestigungsbereich 27, der mittels der Niete 23 mit der Abtriebsnabe 20 vernietet ist, sowie ein mittels einer Kröpfung 28 in Richtung der

Momentenübertragungswelle 3 axial versetzten Bereich 29. Der Reibgegenflansch 22 umfasst einen Befestigungsbereich 30 sowie einen mittels einer Kröpfung 31 in Richtung der Antriebswelle 22 axial versetzten Bereich 32. Die jeweils gegenüber den Befestigungsbereichen 27, 30 axial versetzten Bereiche 29, 32 bilden eine umlaufende Ringnut 33, in die ein Reibelement 34 eines Sekundärflansches 35 ragt.

Das Reibelement 34 steht mit dem Reibflansch 21 und dem Reibgegenflansch 22 in trockener Reibung, ist also reibschlüssig mit diesen verbunden. Der Reibflansch 21 und der Reibgegenflansch 22 bilden abtriebseitige Backen, zwischen denen das Reibelement 34 angeordnet ist. Das Reibelement 34 ist zwischen dem Reibflansch 21 und dem Reibgegenflansch 22 eingeklemmt, es wirkt also in axialer Richtung eine Normalkraft als Druckkraft auf das Reibelement 34, so dass sich in Umfangsrichtung eine reibschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Sekundärflansch 35 und der Abtriebsnabe 20 ergibt. Die Druckkraft wird erzeugt indem die axiale Breite (wenn das Reibelement 34 nicht in der Ringnut 33 angeordnet wäre) der umlaufenden Ringnut 33 geringer ist als die axiale Dicke des Reibelementes 34, sodass sich beim Zusammenbau eine Presspassung ergibt.

Zwischen dem Reibflansch 21 und dem Reibelement 34 ist ein erster Reibbelag 36

angeordnet, zwischen dem Reibgegenflansch 22 und dem Reibelement 34 ist ein zweiter Reibbelag 37 angeordnet. Der erste Reibbelag 36 kann entweder mit dem Reibflansch 21 fest verbunden sein oder mit dem Reibelement 34 fest verbunden sein, der zweite Reibbelag 37 kann entweder mit dem Reibgegenflansch 22 fest verbunden sein oder mit dem Reibelement 34 fest verbunden sein. Die Reibbeläge 36, 37 erhöhen die Haft- und/oder Gleitreibung zwischen den Reibungspartnern und verringern bzw. verhindern eine übermäßige Abnutzung von Reibelement 34 und Reibflansch 21 sowie Reibgegenflansch 22. Der Sekundärflansch 35 um- fasst neben dem ringförmig umlaufenden Reibelement 34 sich radial nach außen erstreckende Flanschnasen 38, die sich jeweils an Federenden von Bogenfedern 39, die Teil der Federanordnung 9 sind, abstützen. Die Bogenfedern 39 stützen sich mit dem jeweiligen anderen Federende an nicht dargestellten Vorsprüngen oder Nasen des Primärflansches 6 ab.

Die Bogenfedern 39 können, wie in Fig. 1 gezeigt, aus einer äußeren Bogenfeder 39a und einer koaxial dazu angeordneten inneren Bogenfeder 39b bestehen, können aber auch nur aus einer einzelnen Bogenfeder bestehen. Die Federanordnung 9 umfasst mehrere über den Umfang verteilte Bogenfedern 39, üblicherweise sind hier zwei Bogenfedern 39 bzw. jeweils zwei äußere Bogenfedern 39a und innere Bogenfedern 39b angeordnet.

An dem axial versetzten Bereich 29 des Reibflansches 21 schließt sich radial nach außen ein äußerer Dichtring 40 an, der aus zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkeln besteht, wobei einer der Schenkel fest mit dem axial versetzten Bereich 39 des Reibflansches 21 verbunden ist und der andere Schenkel in Reibkontakt mit dem Reibelement 34 ist. Des Weiteren ist an dem axial versetzten Bereich 29 des Reifenflansches 21 eine Dichtscheibe 41 befestigt. Die Dichtscheibe 41 ist mit ihrem radial äußeren Rand mit dem inneren Bereich 7c des Außenrings 7 in Kontakt und dichtet so den Aufnahmeraum 8 gegenüber der Umgebung ab. Mittels eines Befestigungsblechs 42 ist ein innerer Dichtungsring 43 an dem Primärflansch 6 befestigt. Das Befestigungsblech 42 wird mittels der Schrauben 15 an dem Primärflansch 6 befestigt. Das Befestigungsblech 42 umfasst einen Befestigungsbereich 44 mit über den Umfang verteilten Bohrungen zur Aufnahme der Schrauben 15, welcher mittels einer Kröpfung 45 in eine zumindest teilweise umlaufende Haltenase 46 übergeht. Der innere Dichtungsring 43 ist mit einer ersten Stirnseite 47 in Reibkontakt mit dem Primärflansch 6 und mit einer zweiten Stirnseite 48 in Reibkontakt mit dem Befestigungsbereich 27 des Reibflansches 21. Gegebenenfalls kann hier auch eine Verzahnung zwischen dem Befestigungsbereich 30 des Reibgegenflansches 22 und dem Dämpfungsring 43 vorgesehen sein, sodass ein Reibkontakt im Wesentlichen nur noch an der ersten Stirnseite 47 mit dem Primärflansch 6 zustande kommt, da auf der Gegenseite in Umfangsrichtung eine formschlüssige Verbindung vorhanden ist.

Die Sekundärseite 5 kann gegen die Federkraft der Federanordnung 9 relativ zur Primärseite 5 gedreht werden. Die Federanordnung 9 bildet dabei einen Energiespeicher bzw. Kraftspeicher, der bei einer Relativverdrehung zwischen Primärseite 4 und Sekundärseite 5 Energie aufnimmt und diese bei einer Rückdrehung in die Ausgangslage wieder abgibt. Der Dämpfungsring 43 sorgt dabei für eine Dämpfung durch trockene Reibung. Das Reibelement 34 bildet mit dem Reibflansch 21 sowie dem mit dem Reibflansch 21 fest verbundenen Reibgegenflansch 22 eine Rutschkupplung 49, die das zwischen Sekundärflansch 35 und Abtriebsnabe 20 übertragbare Drehmoment begrenzt. Übersteigt das zwischen Sekundärflansch 35 und Abtriebsnabe 20 zu übertragende Drehmoment ein durch die Geometrie, die Vorspannung zwischen Reibflansch 21 und Reibgegenflansch 22 gegenüber dem Reibelement 34 sowie die Materialpaarung festgelegtes Maximalmoment (Schaltmoment), so rutscht das Reibelement 34 und damit der Sekundärflansch 35 gegenüber dem Reibflansch 21 und Reibgegenflansch 22 und damit der Abtriebsnabe 20 gegen die Kraft der dann noch vorhandenen Gleitreibung zwischen den genannten Reibpartnern durch und die Rutschkupplung 49 öffnet selbsttätig, sodass nur noch ein durch die Gleitreibung bestimmtes Schleppmoment übertragen wird. Dadurch wird das maximal durch die Drehmomentübertragungseinrichtung 1 übertragbare Moment begrenzt, da nach Überschreiten des Maximalmoments die Rutschkupplung 49 rutscht und eine weitere Erhöhung des übertragenen Drehmoments verhindert.

Bezugszeichenliste

Drehmomentübertragungseinrichtung

Antriebswelle

Momentenübertragungswelle

Primärseite

Sekundärseite

Primärflansch

Außenring

Aufnahmeraum

Federanordnung

scheibenförmiger Bereich

topfförmiger Bereich

Stirnende

erste Zusatzmasse

zweite Zusatzmasse

Schrauben

Wälzlager

Sacklochbohrung

Lagerzapfen

Steckverzahnung

Abtriebsnabe

Reibflansch

Reibgegenflansch

Niete

Aufnahmebereich Sekundärzusatzmasse

Bohrung

Befestigungsbereich Reibflansch

Kröpfung

axial versetzter Bereich Reibflansch

Befestigungsbereich Reibgegenflansch

Kröpfung

axial versetzter Bereich Reibgegenflansch umlaufende Ringnut

Reibelement

Sekundärflansch

erster Reibbelag

zweiter Reibbelag

Flanschnasen

Bogenfeder

a äußere Bogenfeder

b innere Bogenfeder

äußerer Dichtungsring

Dichtscheibe

Befestigungsblech

innerer Dichtungsring

Befestigungsbereich

Kröpfung

Haltenase

erste Stirnseite

zweite Stirnseite Œutschkupplung

Claims

Patentansprüche

1. Drehmomentübertragungseinrichtung (1), insbesondere zur Verwendung in einem

Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, umfassend eine Primärseite (4) und eine Sekundärseite (5), die über einen Energiespeicher (9) miteinander verbunden sind und die gegen die Kraft des Energiespeichers (9) relativ zueinander verdrehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragungseinrichtung (1) ein Mittel (49) zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes umfasst.

2. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (49) zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes an der Sekundärseite (5) der Drehmomentübertragungseinrichtung (1) angeordnet ist.

3. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (49) zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes an einem Sekundärflansch (35) der Drehmomentübertragungseinrichtung (1) angeordnet ist.

4. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (49) zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes eine Rutschkupplung ist.

5. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (49) ein Reibelement (34) umfasst, das zwischen zwei

abtriebsseitigen Backen (21 , 22) angeordnet ist.

6. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitigen Backen (21 , 22) mit einer Abtriebsnabe (20) verbunden sind.

7. Drehmomentübertragungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die abtriebsseitigen Backen (21 , 22) mit der Abtriebsnabe (20) vernietet sind.

8. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen einem der abtriebsseitigen Backen (21 , 22) und dem Sekundärflansch ein Reibbelag (36, 37) angeordnet ist.

9. Drehmomentübertragungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Sekundärseite (5) und Primärseite (4) mindestens eine Dichtung (40, 41 , 43) angeordnet ist.

10. Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges umfassend eine Drehmomentübertragungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.