DE102011104404A1

DE102011104404A1 - Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011104404A1
Application number: DE102011104404A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Dr. Hartmann Thorsten
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-01-19

Abstract

Eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug weist wenigstens – ein erstes Bauteil – ein zweites Bauteil – eine Energiespeichereinrichtung und – eine Reibeinrichtung auf. Dabei ist von diesem ersten Bauteil auf dieses zweite Bauteil ein Drehmoment übertragbar ist, vorzugsweise zum Teil reibschlüssig. In der Energiespeichereinrichtung ist kinetische Energie speicherbar. Durch die Reibeinrichtung wird das von der Drehmoment-Übertragungseinrichtung übertragbare Drehmoment wenigstens zeitweise begrenzt, wobei die Reibeinrichtung wenigstens – ein erstes Reibelement und – ein zweites Reibelement aufweist. Das erste Reibelement weist zwei Reibelementenden auf und das zweite Reibelement eine Umfangsfläche. Diese Umfangsfläche ist dazu vorgesehen von diesem ersten Reibelement kontaktiert zu werden. Zur Übertragung von Reibungskräften wird auf das erste Reibelement im Wesentlichen eine Zugkraft aufgeprägt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung bei welcher wenigstens zeitweise Drehmoment reibschlüssig übertragen wird. Vorzugsweise wird eine solche Drehmoment-Übertragungseinrichtung in einer Antriebsanordnung, insbesondere in einer Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug eingesetzt, welches wenigstens zeitweise von einer Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor mit Hub- oder Kreiskolben angetrieben wird.
Bei herkömmlichen Drehmoment-Übertragungseinrichtungen, welche das zu übertragende Drehmoment wenigstens teilweise durch Reibkräfte übertragen, sind die Reibkräfte oft linear von der Reibungszahl abhängig. Die Reibungszahl kann von verschiedenen Einflussparametern abhängen, welche sich während der Lebensdauer der Drehmoment-Übertragungseinrichtung verändern können. In der Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs können wegen der langen Lebensdauer und der veränderbaren Betriebsbedingungen, wie beispielsweise Temperaturschwankungen, die Reibungszahlen schwanken, diese Schwankungen können beispielsweise +/–50% betragen und zu Schwankungen bei dem durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung reibschlüssig übertragbaren Drehmoment führen. Insbesondere bei der Dimensionierung von Drehmoment-Übertragungseinrichtungen, für welche die Übertragung eines vorzugsweise einstellbaren Drehmoments von Bedeutung ist, wie dies beispielsweise Überlastungskupplungen oder Kupplungen mit Drehschwingungsdämpfung auf Basis von Reibkräften sind, kann ein solches Verhalten unerwünscht sein.
Aus dem Stand der Technik sind Überlastungskupplungen als ein Bestandteil von Drehmoment-Übertragungseinrichtungen mit Schwingungsbedampfung bekannt. Die DE 10 2009 004 719 A1 offenbart einen Drehschwingungsdämpfer mit einer Primär- und einer Sekundär-Schwungmasse. Weitere Bestandteile dieses Drehschwingungsdämpfers sind eine das Drehmoment begrenzende Reibkupplung und eine Federeinrichtung. Die Federeinrichtung koppelt diese beiden Schwungmassen. Eine Aufgabe der Reibkupplung ist es, das übertragbare Drehmoment zu begrenzen, dazu weist diese lammellenartige Reibbeläge auf. Auch bei dieser Drehmoment-Übertragungseinrichtung hängt das durch die Reibbeläge übertragbare Drehmoment im Wesentlichen von den Reibungszahlen und den Normalkräften ab.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einem verbesserten Drehmomentübertragungsverhalten, insbesondere des reibschlüssigen Anteils der Drehmomentübertragung, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung des Anspruchs 1 und ein Verfahren des Anspruchs 9 gelost, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Unter einem ersten Bauteil ist vorzugsweise ein Bauteil zu verstehen, über welches ein Drehmoment in eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung eingeleitet werden kann. Vorzugsweise ist ein erstes Bauteil als eine Bauteil mit einem Teil einer Welle-Nabe-Verbindung zu verstehen, wie beispielsweise ein Nabe. Weiter vorzugsweise weist ein erstes Bauteil eine auf den Anwendungsfall abgestimmte Masse auf, bevorzugt ist das Massenträgheitsmoment des ersten Bauteils, im Wesentlichen bezogen auf die Rotationsachse der Drehmoment-Übertragungseinrichtung, auf den Anwendungsfall abgestimmt.
Unter einem zweiten Bauteil ist vorzugsweise ein Bauteil zum Ausleiten eines Drehmoments zu verstehen. Vorzugsweise weist ein zweites Bauteil eine auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmte Masse, bevorzugt ist das Massenträgheitsmoment des zweiten Bauteils, im Wesentlichen bezogen auf die Rotationsachse der Drehmoment-Übertragungseinrichtung, auf den Anwendungsfall abgestimmt. Vorzugsweise ist die Masse beziehungsweise das Massenträgheitsmoment dieses zweiten Bauteils auf die Masse beziehungsweise das Massenträgheitsmoment des ersten Bauteils abgestimmt.
Unter einer Energiespeichereinrichtung ist vorzugsweise eine Einrichtung zum Speichern von kinetischer Energie zu verstehen. Vorzugsweise weist eine Energiespeichereinrichtung ein elastisch verformbares Bauteil auf. Weiter vorzugsweise ist eine Energiespeichereinrichtung als eine Federeinrichtung aufzufassen.
Unter einer Reibeinrichtung ist vorzugsweise eine Einrichtung zu verstehen, welche ein Reibkraftpotential mittels eines ersten Reibelements und eines zweiten Reibelements zur Verfügung stellt. Vorzugsweise ist durch dieses Reibkraftpotential ein Drehmoment reibschlüssig übertragbar. Vorzugsweise ist das durch die Reibeinrichtung übertragbare Drehmoment einstellbar.
Unter dem Übertragen eines Drehmoments von diesem ersten Bauteil auf dieses zweite Bauteil ist der bestimmungsgemäße Betrieb einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung zu verstehen. Vorzugsweise rotiert die Drehmoment-Übertragungseinrichtung beim Übertragen dieses Drehmoments um die Rotationsachse. Vorzugsweise entspricht dabei das in das erste Bauteil eingeleitete Drehmoment dem aus dem zweiten Bauteil ausgeleiteten Drehmoment im Wesentlichen. Weiter vorzugsweise wird der zeitliche Verlauf des übertragenen Drehmoments bei der Drehmomentübertragung durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung verändert.
Unter einem ersten Reibelement ist vorzugsweise ein Bauteil zu verstehen, durch welches Reibkräfte übertragen werden können. Vorzugsweise weist ein erstes Reibelement eine langgestreckte im Wesentlichen bandartige Ausprägung auf. Vorzugsweise ist unter einem ersten Reibelement ein im Wesentlichen biegeweiches oder bevorzugt biegeschlaffes Bauteil zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist dieses erste Reibelement in wenigstens einer Raumrichtung biegeweich.
Unter einem zweiten Reibelement ist vorzugsweise ein Bauteil zum Übertragen von Reibkräften zu verstehen. Vorzugsweise weist ein zweites Reibelement im Wesentlichen eine rollen- oder tonnenförmige Kontur auf. Vorzugsweise weist ein zweites Reibelement eine wenigstens abschnittsweise kreisrunde Umfangsfläche auf. Vorzugsweise ist ein zweites Reibelement dazu vorgesehen, zur Reibkraftübertragung von einem ersten Reibelement kontaktiert zu werden.
Unter einer Zugkraft ist vorzugsweise eine Kraft zu verstehen, welche auf ein erstes Reibelement, vorzugsweise in Längsrichtung des ersten Reibelements, aufgeprägt wird. Vorzugsweise sind diese Zugkraft und die Reibkräfte, welche von diesem ersten auf dieses zweite Reibelement übertragen werden parallel zu einander. Vorzugsweise weist das erste Reibelement zwei Reibelementenden auf. Im Wesentlichen wirkt diese Zugkraft wenigstens abschnittsweise zwischen diesen beiden Reibelementenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Zugkraft an den beiden Reibelementenden des ersten Reibelements durch eine Spanneinrichtung aufgebracht. Durch das Spannen des ersten Reibelements wird dieses an der Umfangsfläche des zweiten Reibelements angelegt, beziehungsweise kontaktiert dies. Insbesondere durch diese Kontaktierung kann ein Reibkraftpotential zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement bereitgestellt werden und bevorzugt Reibkräfte übertragen werden. Vorzugsweise hängen die übertragbaren Reibkräfte von der Zugkraft in diesem ersten Reibelement ab. Dadurch ist insbesondere die Größe des Reibkraftpotentials zwischen diesem ersten Reibelement auf diesem zweiten Reibelement beeinflussbar, somit wird eine einfach steuerbare und damit verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist diese Spanneinrichtung eine Hebeleinrichtung auf. Vorzugsweise weist diese Hebeleinrichtung wenigstens einen Hebelarm auf. Vorzugsweise ist unter einem Hebelarm ein Bauteil mit einem Drehpunkt zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist dieser Hebelarm um diesen Drehpunkt, bevorzugt um eine Wiederlageeinrichtung drehbeweglich gelagert. Die beiden Reibelementenden des ersten Reibelements sind vorzugsweise mit diesem Hebelarm direkt oder indirekt verbunden. Dabei ist insbesondere unter einer direkten Verbindung zu verstehen, dass die Reibelementenden ohne weitere Bauteile direkt mit dem Hebelarm in Verbindung stehen. Unter einer indirekten Verbindung ist insbesondere eine Verbindung zu verstehen, bei welcher zwischen den Reibelementenden und dem Hebelarm ein oder mehrere Bauteil eingebracht sind. Vorzugsweise kann bei einer indirekten Verbindung eines Reibelementendes mit dem Hebelarm ein längenveränderliches Bauteil eingesetzt werden. Insbesondere durch dieses längenveränderliche Bauteil kann die Zugkraft auf das erste Reibelement verändert einfach werden. Somit ist vorzugsweise eine präzise Einstellung des durch die Reibeinrichtung übertragbaren Drehmoments möglich. Durch ein, mittels einer Hebeleinrichtung, spannbares erstes Reibelement, kann insbesondere das durch die Reibeinrichtung übertragbare Drehmoment verändert und somit eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist diese Hebeleinrichtung eine Fliehkrafteinrichtung auf. Vorzugsweise weist eine Fliehkrafteinrichtung einen drehbeweglich gelagerten Hebel oder Hebelarm auf. Dieser Hebel ist vorzugsweise mit zwei Enden des ersten Reibelements direkt oder indirekt verbindbar. Weiter vorzugsweise wird dieser Hebel insbesondere durch eine Energiespeichereinrichtung mit einer Kraft beaufschlagt, so dass der Hebel vorzugsweise eine Zugkraft auf das erste Reibelement ausübt. Vorzugsweise ist dieser Hebel so gestaltet, dass dessen Schwerpunkt nicht mit dem Drehpunkt des Hebels zusammen fällt. Vorzugsweise ist diese Fliehkrafteinrichtung so angeordnet, dass durch die Lage des Schwerpunktes des Hebels, in Zusammenwirken mit einer Rotationsbewegung der Drehmoment-Übertragungseinrichtung um die Rotationsachse ein Drehmoment auf den Hebel ausgeübt wird. Diese wirkt dem Drehmoment, welches in durch die Energiespeichereinrichtung auf den Hebel ausgeübt wird, entgegen. Insbesondere durch diese beiden gegenläufigen Drehmomente, welche auf diesem Hebelarm einwirken, wird eine drehzahlabhängige Bedämpfung des Drehmoments, welches von der Drehmoment-Übertragungseinrichtung übertragbar ist, ermöglicht. Insbesondere durch eine drehzahlabhängige Bedämpfung des übertragenen Drehmoments, wird eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spanneinrichtung zum Aufprägen der Zugkraft auf das erste Reibelement einen Krafterzeugungs-Aktor auf. Vorzugsweise ist unter einem Krafterzeugungs-Aktor eine Einrichtung zu verstehen, welche bevorzugt eine vorgebbare Kraft, beispielsweise auf ein Reibelementende des ersten Reibelements aufprägt, besonders bevorzugt ist diese Kraft steuer- oder regelbare. Vorzugsweise ist ein Krafterzeugungs-Aktor aus einer Gruppe von Aktoren ausgewählt, welche elektrische, magnetische, hydraulische und pneumatische, Aktoren aufweist. Vorzugsweise sind unter solchen Aktoren beispielsweise piezoelektrische, oder elektromagnetische Aktoren oder Druckzylinder zu verstehen. Durch einen Krafterzeugungs-Aktor kann auf besonders einfache Weise eine Zugkraft direkt oder indirekt auf das erste Reibelement aufgebracht werden. Durch den Einsatz eines Krafterzeugungs-Aktors zum Aufprägen der Zugkraft auf das erste Reibelement wird somit eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Spanneinrichtung wenigstens eine Federeinrichtung, insbesondere zum direkten oder indirekten Aufprägen der Zugkraft auf das erste Reibelement auf. Vorzugsweise wird durch diese Federeinrichtung eine Kraft auf den Hebelarm, welcher direkt oder indirekt mit Reibelementenden des ersten Reibelements verbunden ist, ausgeübt. Vorzugsweise übt diese Federeinrichtung eine Kraft auf den Hebelarm aus, so dass durch diese Kraft ein Drehmoment um den Drehpunkt des Hebelarms hervorgerufen wird. Vorzugsweise übt diese Federeinrichtung eine Kraft direkt, also unmittelbar auf das Reibelementende oder indirekt, also beispielsweise mittels eines Hebelarms auf das Reibelementenden, des ersten Reibelements aus. Weiter vorzugsweise wird durch die Federeinrichtung und ihre Kraftwirkung kein Drehmoment um den Drehpunkt eines Hebelarms erzeugt. Vorzugsweise wird durch eine Federeinrichtung eine Zugkraft auf das erste Reibelement durch eine lineare Verschiebung ausgeübt. Durch eine Federeinrichtung wird ein besonders einfacher Aufbau dieser Spanneinrichtung ermöglicht und somit eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das durch die Drehmoment-Übertragungseinrichtung reibschlüssig übertragbare Drehmoment im Wesentlichen durch die Euler-Eytelwein-Gleichung beschreibbar. Vorzugsweise weist die Umfangsfläche des zweiten Reibelements wenigstens abschnittsweise den Außendurchmesser d auf. Weiter vorzugsweise umschlingt das erste Reibelement das zweite Reibelement mit dem Umschlingungswinkel α. Durch diese Umschlingungswinkel ist dabei vorzugsweise der Bereich beschreibbar in welchem das biegeweiche bzw. biegeschlaffe erste Reibelement das zweite Reibelement kontaktiert. Vorzugsweise herrscht zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement eine mittlere Reibungszahl μ. Innerhalb der Kontaktfläche zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement können insbesondere lokale Reibungszahlen auftreten, welche von dieser mittleren Reibungszahl abweichen. Vorzugsweise wird das erste Reibelement zwischen zwei Reibelementenden wenigstens bereichsweise mit einer Zugkraft zur Reibkraftübertragung beansprucht. Vorzugsweise genügt das reibschlüssig übertragbare Drehmoment T_reib dem Zusammenhang

d:: Durchmesser der Umfangsfläche des zweiten Reibelements
F_band:: Zugkraft, aufgeprägt auf das erste Reibelement
μ:: mittlere Reibungszahl zwischen dem ersten und dem zweiten Reibelement
α:: Umschlingungswinkel des ersten Reibelement um das zweite Reibelement

Durch diesen Zusammenhang des reibschlüssig übertragbaren Drehmoments mit der Zugkraft und der Reibungszahl wird ein zu bevorzugendes Drehmomentübertragungsverhalten erreicht und somit eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reibungszahl und der Umschlingungswinkel so ausgewählt, dass das Produkt dieser beiden ein Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt bildet.
Bei einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung werden die Reibungszahl und der Umschlingungswinkel so gewählt, dass das Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt innerhalb eines bevorzugten Bereichs liegt. Weiter vorzugsweise wird durch diesen bevorzugten Bereich erreicht, dass das reibschlüssig übertragbare Drehmoment nur im geringen Maß von der Reibungszahl μ abhängt. Vorzugsweise ist dieses Reibungszahlumschlingungswinkelprodukt größer als 1,5, bevorzugt größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 4. Der Umschlingungswinkel wird insbesondere zur Berechnung des Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkts im Bogenmaß verwendet. Durch ein Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt, welches vorzugsweise in diesem bevorzugten Bereich siegt, wird erreicht, dass das reibschlüssig übertragbare Drehmoment nur gering von der Reibungszahl abhängt, somit wird eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
Vorzugsweise wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung die Drehzahl und/oder das zu übertragende Drehmoment dieser Drehmoment-Übertragungseinrichtung detektiert. Vorzugsweise können diese Größen direkt beispielsweise durch eine Messung oder indirekt beispielsweise durch das Auswerten von Betriebsparametern ermittelt werden. Vorzugsweise wird nicht nur die Drehzahl und das zu übertragende Drehmoment detektiert, sondern auch deren zeitlicher Verlauf bzw. deren zeitliche Entwicklung. Vorzugsweise in Kenntnis dieser Größe wird die Zugkraft, welche auf das erste Reibelement aufgeprägt wird, gesteuert und/oder geregelt. Insbesondere durch eine solche Steuerung und/oder Regelung der Zugkraft kann das reibschlüssig übertragbare Drehmoment beeinflusst werden. Durch die Beeinflussbarkeit des reibschlüssig zu übertragenden Drehmoments wird eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
Vorzugsweise wird bei einem Verfahren zur Steuerung einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung die Zugkraft auf dieses erste Reibelement mit steigender Drehzahl verringert. Vorzugsweise wird diese Zugkraft um einen Faktor verringert, welcher im Wesentlichen proportional zur Drehzahl der Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist. Weiter vorzugsweise ist der Faktor zur Verringerung oder Erhöhung der Zugkraft nicht proportional oder umgekehrt proportional zur Drehzahl der Drehmoment-Übertragungseinrichtung, sondern genügt einer anderen quadratischen oder kubischen mathematischen Funktion. Insbesondere durch die Regelung oder Steuerung der Zugkraft auf das erste Reibelement nach vorgebbaren Parametern wird eine verbesserte Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Figuren.
Dabei zeigt:
1: eine erfindungsgemäße Drehmoment-Übertragungseinrichtung
2: eine vergrößerte Detaildarstellung der Energiespeichereinrichtung
3: den Einfluss des Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkts auf das reibschlüssig übertragbare Drehmoment
4: eine Explosionsansicht der Dämpferbaugruppe
5: eine perspektivische Ansicht der Hauptdämpferbaugruppe
6: eine Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einer Fliehkrafteinrichtung
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit Dämpfung. Bei dieser Drehmoment-Übertragungseinrichtung wird das Drehmoment von Nabe 14 radial nach außen auf das Seitenblech 11 über einen Vordämpferkäfig übertragen. Die Nabe 14 kann als ein erstes Bauteil verstanden werden, das Seitenblech 11 kann als ein zweites Bauteil verstanden werden, die Druckfedern 3/4 könne als eine Energiespeichereinrichtung zum Speichern kinetischer Energie verstanden werden. Die Reibeinrichtung weist ein erstes Reibelement 7 und ein zweites Reibelement, welches durch die Halbschalen 1/2 gebildet wird, auf. In dieser Ausführungsform weist die Spanneinrichtung den Hebel 9 und die Druckfeder 10 auf.
Der Vordämpferkäfig weist in dieser Ausführungsform zwei ineinander gefügte Halbschalen 1 und 2, einen Hauptdämpfernabenflansch 12, zwei Flansche 5 und 6, eine Nabe 14 sowie mehrere Druckfedern 3 und 4 auf. Dabei sind die Halbschalen 1 und 2 drehfest mit dem Hauptdämpfernabenflansch 12 verbunden. Die beiden Flansche 5 und 6 sind mit der Nabe 14 drehfest verbunden oder wenigstens nach einer bestimmten Winkelverdrehung mit dieser drehfest verbunden. Die Druckfedern 3/4, sind zwischen den Flanschen 5/6 und den Halbschalen 1/2 angeordnet. Um diesen Vordämpferkäfig ist das erste Reibelement 7 geschlungen, dabei kontaktieren die beiden Reibelementenden des ersten Reibelements 7 den Hebel 9 so, dass dieses nach dem Prinzip einer Summenbandbremse spannbar ist.
Der Hebel 9 weist eine Bohrung auf, durch diese wird dieser auf dem Bolzen 8 drehbar geführt. Der Bolzen 8 ist mit dem Seitenblech 11 verbunden und kann mit diesem verklebt, verschweißt, verschraubt oder bevorzugt vernietet sein. Abhängig von der Drehrichtung des Hebels 9 um den Bolzen 8 kann das erste Reibelement 7 durch eine Rotationsbewegung des Hebels 9 ge- oder entspannt werden. Die Druckfeder 10 übt der Art eine Kraft Fa (nicht dargestellt) auf den Hebel 9 aus, dass dieser das erstes Reibelement 7 spannt, d. h. eine Zugkraft auf dieses aufbringt. Dabei gilt grundsätzlich der Zusammenhang, dass mit steigender Zugkraft auf das erste Reibelement 7 das durch dieses reibschlüssig übertragbare Drehmoment zunimmt. Die Druckfeder 10 kontaktiert einerseits den Hebel 9 und andererseits das Seitenblech 11.
Das Drehmoment wird bei dieser Drehmoment-Übertragungseinrichtung wenigstens zeitweise von der Nabe 14, mit dem Vordämpferkäfig und dem Hauptdämpfernabenflansch 12 über das erste Reibelement 7, über den Hebel 9 und den Bolzen 8 auf das Seitenblech 11 übertragen. Das erste Reibelement 7 und insbesondere die Umfangsfläche der Halbschale 1 bilden eine Reibpaarung. Das zwischen diesen beiden Reibpartnern bereitgestellte Reibkraftpotential ist maßgebend für die Dämpfungseigenschaften der erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Anordnung des Hebels 9 auf dem Bolzen 8 in Verbindung mit dem ersten Reibelement 7 bildet eine Summenbandbremse.
Die Summenbandbremse verbindet den Vorteil eines drehrichtungsunabhängigen Reibkraftpotentials, vorzugsweise kein Servoeffekt, mit einer geringen Abhängigkeit desselben von der Reibungszahl zwischen dem ersten Reibelement 7 und der Umfangsfläche auf dem zweiten Reibelement.
In 2 ist der Vordämpferkäfig detailliert dargestellt. Die Nabe 14 ist als erstes Bauteil aufzufassen, in diese wird das zu übertragende Drehmoment eingeleitet. Die Druckfedern 3/4 stützen sich am Flansch 5 (nicht dargestellt) und Flansch 6 sowie an den Halbschalen 1 und 2 ab. Der Hebel 9 (nicht dargestellt), welcher das erste Reibelement 7 mit einer Zugkraft beaufschlagt, ist über den Bolzen 8 (nicht dargestellt) drehbar mit dem Seitenblech 11 verbunden. Der Hauptdämpferflansch 12 ist drehfest mit den Halbschalen 1/2 verbunden. Das erste Reibelement 7 kontaktiert die Halbschalen 1/2, durch den Hebel 9 (nicht dargestellt) wird auf dieses Reibelement eine Zugkraft ausgeübt und es kann somit zwischen dem ersten Reibelement 7 und dem zweiten Reibelement (Halbschalen 1/2) ein Drehmoment reibschlüssig übertragen werden. Am Hauptdämpferflansch 12 liegt der Distanzring 13 an.
Dabei hängt bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des ersten Reibelements 7 mit dem Hebel 9 das reibschlüssig übertragbare Drehmoment nicht linear von der Reibungszahl ab, sondern ist in weiten Betriebsbereichen, insbesondere wenn das Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt groß ist, von der Reibungszahl nahezu unabhängig. Es stellt sich somit ein zu bevorzugendes Betriebsverhalten der Drehmoment-Übertragungseinrichtung ein.
In 3 sind die wesentlichen Zusammenhänge zwischen dem reibschlüssig übertragbaren Drehmoment T_reib und dem Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt μα einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung dargestellt. Allgemein genügt das durch das Drehmomentübertragungs-Band übertragbare Drehmoment T_reib einer erfindungsgemäß Drehmoment-Übertragungseinrichtung dem Zusammenhang:
mit:

d:: Durchmesser auf welchem das erste Reibelement 7 aufliegt
F_band:: Zugkraft auf das Bremsband 7
μ:: mittlere Reibungszahl zwischen dem ersten Reibelement 7 und dem zweiten Reibelement (Halbschalen 1/2)
α:: Umschlingungswinkel (6)

Der bevorzugte Bereich 15 für die Auslegung und Auswahl der Reibungszahl μ den Umschlingungswinkel α ist so gewählt, dass das Drehmoment T_reib auf Änderungen des Produkts μα nur gering anspricht und damit das gewünschte Betriebsverhalten erreicht wird. Die Reibungszahl zwischen dem ersten Reibelement 7 und dem zweiten Reibelement (Halbschalen 1/2) kann durch die Auswahl einer geeigneten Materialpaarung, Oberflächenbeschaffenheit oder eines die Reibungszahl beeinflussenden Mediums, wie beispielsweise eines Schmierstoffs, geschehen. Der bevorzugte Bereich 15 für die Auslegung der erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist durch ein Produkt μα gekennzeichnet, wobei dieses vorzugsweise größer als 1,5, bevorzugt größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 4 ist.
In 4 sind die zentralen Bauteile einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung in Explosionsdarstellung gezeigt. Der Hebel 9 wird durch den Bolzen 8 drehbar gelagert. Die Druckfeder 10 übt auf den Hebel 9 eine Kraft Fa (nicht dargestellt) aus und spannt diesen damit gegen das erste Reibelement 7. Das erste Reibelement 7 liegt auf der Umfangsfläche des zweiten Reibelements, hier auf der Halbschale 1, auf und ist mit seinen beiden Reibelementenden mit dem Hebel 9 direkt oder indirekt verbunden. Durch den gespannten Hebel 9 wird das erste Reibelement 7 mit der Zugkraft F_band (nicht dargestellt) gespannt, somit wird die Übertragung einer Reibkraft zwischen dem zweiten Reibelement (Halbschale 1) und dem ersten Reibelement 7 ermöglicht. Die Druckfedern 3/4 sowie die Flansche 5/6 werden in den Halbschalen 1/2 aufgenommen und ermöglichen die Bedämpfung eines an der Nabe 14 (nicht dargestellt) eingeleiteten Drehmoments.
In 5 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Hauptdämpfungsbaugruppe dargestellt. Zwischen dem ersten Reibeelement 7 und dem zweiten Reibelement (Halbschalen 1/2) können Reibkräfte übertragen werden. Die Übertragung einer Reibkraft hängt dabei entscheidend von der Zugkraft F_band (nicht dargestellt) ab, diese wird durch den Hebel 9 auf das erste Reibelement 7 aufgebracht. Auf den Hebel 9 wird durch die Druckfeder 10 eine Kraft aufgeprägt, dazu stützt sich die Druckfeder 10 am Seitenblech 11 ab. Der Hebel 9 ist auf dem Bolzen 8 drehbar gelagert, dieser ist mit dem Seitenblech 11 verbunden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Druckfeder 10 durch einen steuerbaren Aktor ersetzt. Dieser Aktor ermöglicht die Variation der auf den Hebel 9 wirkenden Kraft Fa, somit ist die durch das erste Reibelement 7 übertragene Reibkraft und letztlich das reibschlüssig übertragbare Drehmoment T_reib beeinflussbar. Ein Aktor zum Steuern dieser Reibkraft kann ein hydraulischer, pneumatischer, elektrischer oder magnetischer Aktor sein. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die Druckfeder 10 und der Hebel 9 durch zwei Aktoren ersetzt, welche jeweils mit einem Reibelementende des Bremsbandes 7 verbunden sind. Diese Aktoren können ebenfalls hydraulische, pneumatische, elektrische oder magnetische Aktoren sein.
In 6 ist eine erfindungsgemäß Drehmoment-Übertragungseinrichtung mit einer drehzahlabhängigen Bedämpfung von Drehmomentschwingungen dargestellt. Der Hebel 9 ist auf dem Bolzen 8 drehbar gelagert. Die von der Druckfeder 10 auf den Hebel 9 ausgeübte Kraft Fa führt dazu, dass das erste Reibelement 7 mit der Zugkraft F_band beaufschlagt wird. Das erste Reibelement 7 umschlingt das zweite Reibelement, hier die Halbschalen 1/2, mit dem Umschlingungswinkel α. Die Halbschalen 1/2 weisen eine Umfangsfläche auf, welche bereichsweise den Durchmesser d aufweist, auf welchem das erste Reibelement 7 zur Reibkraftübertragung aufliegt. Der Hebel 9 ist in dieser Ausführungsform so gestaltet, dass sein Schwerpunkt nicht mit seinem Drehzentrum um den Bolzen 8 zusammenfällt. Dem durch die Druckfeder 10 (Kraft Fa) in Verbindung mit dem Abstand α aufgebrachten Drehmoment auf den Hebel 9, wirkt ein drehzahlabhängiges Drehmoment entgegen, welches von der Masse μ des Hebels 9 in Verbindung mit dem Abstand b verursacht wird. Bei steigender Drehzahl der Drehmoment-Übertragungseinrichtung steigt dieses drehzahlabhängige Drehmoment, in Folge dessen sinkt die Zugkraft F_band. Dieses Verhalten führt dazu, dass bei niedrigen Drehzahlen der Drehmoment-Übertragungseinrichtung große Reibkräfte vom ersten Reibelement 7 auf die das zweite Reibelement (Halbschalen 1/2) übertragen werden und damit die Drehmomentübertragung stark bedämpft wird. Bei hohen Drehzahlen hingegen ist die Zugkraft gering und die Drehmomentübertragung ist schwach bedämpft. Es ist aber auch, je nach Wahl der Lage des Massenschwerpunktes des Hebels 9 relativ zu seinem Drehpunkt, das umgekehrte Verhalten erreichbar.
Bei einer erfindungsgemäßen Drehmoment-Übertragungseinrichtung ist die Bedämpfung des von diesem übertragenen Drehmoment durch die Wahl der Druckfeder beziehungsweise der Energiespeichereinrichtung 10 sowie durch die Wahl der Lage des Massenschwerpunkts und der Masse des Hebels 9 beeinflussbar und an die jeweiligen Erfordernisse der Drehmoment-Übertragung anpassbar. Durch die geringe Abhängigkeit des reibschlüssig übertragenen Reibmoments von der Reibungszahl ist somit eine besonders präzise Auslegung der Drehmoment-Übertragungseinrichtung möglich.
Bezugszeichenliste

1/2: zweites Reibelement, Halbschalen
3/4: Energiespeichereinrichtung, Druckfedern
5/6: Flansch
7: erstes Reibelement
8: Lagereinrichtung, Bolzen
9: Hebel
10: Energiespeichereinrichtung, Druckfeder
11: zweites Bauteil, Seitenblech
12: Hauptdämpferflansch
13: Distanzring
14: erstes Bauteil, Nabe
15: bevorzugter Bereich für das Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt
Fa: Kraft zum Spannen des Hebels 9
Fb: Fliehkraft auf den Hebel 9
F_band: Zugkraft auf das erste Reibelement
m: Masse des Hebels 9
a: wirksamer Abstand des Angriffspunkts der Kraft Fa vom Drehpunkt des Hebels 9
b: wirksamer Abstand des Angriffspunkts der Kraft Fb vom Drehpunkt des Hebels 9

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009004719 A1 [0003]

Claims

Drehmoment Übertragungseinrichtung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem ersten Bauteil, von dem ein Drehmoment auf wenigstens ein zweites Bauteil übertragen wird, sowie vorzugsweise wenigstens einer Energiespeichereinrichtung in der kinetische Energie speicherbar ist und die im Drehmomentübertragungsweg zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil angeordnet ist und wenigstens eine Reibeinrichtung die das auf das wenigstens eine zweite Bauteil übertragene Drehmoment wenigstens zeitweise begrenzt, wobei diese Reibeinrichtung wenigstens ein erstes und wenigstens ein zweites Reibelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibelement, wenigstens zwei Reibelementenden aufweist, in welche jeweils eine Zugkraft einleitbar ist, dass das zweite Reibelement ein Umfangsfläche aufweist und, dass dieses erste Reibelement wenigstens teilweise derart auf dieser Umfangsfläche aufliegt, dass eine wenigstens teilweise von dieser Zugkraft beeinflusste Reibkraft erzeugbar ist.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die diese Zugkraft an wenigstens einem Reibelementende des ersten Reibelements durch eine Spanneinrichtung aufbringbar ist.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spanneinrichtung eine Hebeleinrichtung beinhaltet, wobei diese Hebeleinrichtung einen Hebelarm aufweist und dieser Hebelarm um eine Lagereinrichtung drehbeweglich gelagert ist und, dass wenigstens ein Reibelementende des ersten Reibelements direkt oder indirekt mit dem Hebelarm verbindbar sind.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese Hebeleinrichtung ein Fliehkrafteinrichtung aufweist, wobei diese Fliehkrafteinrichtung so angeordnet ist, dass eine Rotationsbewegung der Drehmoment-Übertragungseinrichtung ein Drehmoment auf diesen Hebelarm um die Lagereinrichtung hervorruft.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spanneinrichtung durch wenigstens einen Krafterzeugungs-Aktor betätigt wird, wobei dieser Krafterzeugungs-Aktor aus einer Gruppe von Aktoren ausgewählt ist welche zumindest – elektrische, – hydraulische und – pneumatische Aktoren aufweist.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Spanneinrichtung wenigstens eine Federeinrichtung aufweist.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfläche des zweiten Reibelements wenigstens abschnittsweise den Durchmesser d aufweist, dass das erste Reibelement das zweite Reibelement mit dem Winkel α umschlingt, dass zwischen dem ersten Reibelement und dem zweiten Reibelement eine mittlere Reibungszahl μ auftritt und, dass das erste Reibelement wenigstens bereichsweise mit der Zugkraft F_band beansprucht wird und, dass das von der Reibeinrichtung reibschlüssig übertragbare Drehmoment T_reib im Wesentlichen dem Zusammenhang genügt
dabei ist: T_reib, das reibschlüssig übertragbare Drehmoment der Reibeinrichtung, d, der Durchmesser der Umfangsfläche des zweiten Reibelements, F_band, die Zugkraft auf das erste Reibelement, μ, die mittlere Reibungszahl zwischen dem ersten und dem zweiten Reibelement, α, der Umschlingungswinkel des ersten um das zweite Reibelement.
Drehmoment-Übertragungseinrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Reibelement beziehungsweise das zweite Reibelement so ausgewählt und angeordnet werden, dass das Produkt aus der mittleren Reibungszahl μ und dem Umschlingungswinkel α im Bogenmaß ein Reibungszahl-Umschlingungswinkel-Produkt ergibt und, dass dieses Produkt vorzugsweise größer als 1,5 bevorzugt größer als 2 und besonders bevorzugt größer als 4 ist.
Verfahren zum Betrieb einer Drehmoment-Übertragungseinrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die Drehzahl und/oder – das zu übertragende Drehmoment dieser Drehmoment-Übertragungseinrichtung detektiert werden und, dass die Zugkraft auf das erste Reibelement in Abhängigkeit wenigstens dieser Größen und vorzugsweise in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs wenigstens einer dieser Größen gesteuert wird.
Verfahren insbesondere nach Anspruch 9 und insbesondere zum Betrieb einer Vorrichtung nach insbesondere einem der Ansprüche 1–8 dadurch gekennzeichnet dass wenigstens zwei, vorzugsweise aber ein Vielzahl von Drehzahlkennwerten für die Drehzahl vorgesehen und dass die Zugkraft auf das erste Reibelement so gesteuert ist, dass diese beim Überschreiten eines Drehzahlkennwertes verändert wird, wobei die Zugkraft vorzugsweise verringert wird und vorzugsweise um einen Faktor, der von der Drehzahl der Drehmoment-Übertragungseinrichtung abhängt, und vorzugsweise proportional zu dieser ist.