DE102011105020A1 - Torsionsschwingungsdämpfer - Google Patents
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Abstract
Description
- Herkömmliche Torsionsschwingungsdämpfer zum Ausgleichen von Drehmomentschwankungen in einem drehbaren Antriebsstrang werden üblicherweise im Bereich einer Kupplung zum selektiven Herstellen bzw. Öffnen eines Kraftschlusses entlang des Antriebsstrangs verbaut. Ein solcher Torsionsschwingungsdämpfer umfasst eine erste und eine zweite Rotationsscheibe, die um eine Drehachse drehbar gelagert sind. Eine der Rotationsscheiben ist mit einer Antriebswelle und die andere mit einer Abtriebswelle verbunden. Auf einem Umfang um die Drehachse sind mehrere in Umfangsrichtung wirkende Druckfedern zum Übertragen von Kräften zwischen den beiden Rotationsscheiben verteilt. Es werden sowohl zylindrische als auch bogenförmige Druckfedern verwendet. Schwankt das entlang des Antriebsstrangs übertragene Drehmoment, so erlauben die Druckfedern eine elastische Verdrehung der Rotationsscheiben gegeneinander. Dabei werden die Druckfedern entlang des Umfangs komprimiert, so dass sie Energie speichern.
- Gegenüber liegende Enden einer solchen Druckfeder werden beim Verdrehen der Rotationsscheiben in Umfangsrichtung nicht parallel aufeinander zu bewegt, sondern in Abhängigkeit eines Abstandes zur Drehachse. Ein mittlerer Abschnitt der Druckfedern wird dadurch radial nach innen getrieben. Um die Druckfedern dabei sicher an den Rotationsscheiben zu halten, sind häufig Leitelemente vorgesehen, an denen die mittleren Abschnitte der Druckfedern anliegen können. Durch die nicht rein axiale Beanspruchung der Druckfedern entstehen Biegespannungen, welche die Lebensdauer der Druckfeder reduzieren kann. Die Lebensdauer einer solchen, mehrfach beanspruchten Druckfeder kann anhand von üblichen Tests, die lediglich eine Lebensdauererwartung bei rein axialer Beanspruchung bestimmen, nur sehr ungenau prognostiziert werden. In der Folge werden die Druckfedern häufig überdimensioniert, wodurch unnötige Kosten hervorgerufen werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsschwingungsdämpfer anzugeben, dessen Druckfedern eine verlängerte Lebensdauer aufweisen.
- Die Erfindung löst dieses Problem mittels eines Torsionsschwingungsdämpfers mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
- Ein erfindungsgemäßer Torsionsschwingungsdämpfer für einen Antriebsstrang umfasst eine erste und eine zweite Rotationsscheibe, die um eine Drehachse drehbar angeordnet sind und ein auf einem Umfang um die Drehachse in Drehrichtung angeordnetes Druckfederelement zur Übertragung von Kraft zwischen den Rotationsscheiben. An der ersten Rotationsscheibe ist ein erstes Verspannelement und an der zweiten Rotationsscheibe ein zweites Verspannelement drehbar gelagert, wobei gegenüberliegende Enden des Druckfederelements mit Anlageflächen unterschiedlicher Verspannelemente in Anlage stehen. Dadurch bewirkt eine Verdrehung der Rotationsscheiben gegeneinander um die Drehachse eine parallele Stauchung des Druckfederelements. Eine Verbiegung des Druckfederelements, etwa radial nach innen oder nach außen, wird dadurch vermieden. Eine Lebensdauer des Druckfederelements kann daher in guter Näherung aus empirischen Versuchen gefolgert werden, die standardmäßig bei der Herstellung von Druckfedern verwendet werden, und bei denen die Druckfedern ausschließlich axial betätigt werden.
- Vorzugsweise weist jedes Verspannelement eine der Anlagefläche gegenüber liegende weitere Anlagefläche auf, wobei die Enden des Druckfederelements jeweils eingerichtet sind, an beiden Anlageflächen des Verspannelements anzuliegen. Vorteilhafterweise wird dadurch das Druckfederelement immer dann komprimiert, wenn die Verspannelemente in beliebigen, einander entgegen gesetzten Richtungen entlang der Erstreckungsrichtung des Druckfederelements bewegt werden. Dadurch kann eine relative Verdrehung der beiden Rotationsscheiben in beiden Richtungen zur Kompression des Druckfederelements genutzt werden.
- Das erste Verspannelement kann mittels einer Kulissenführung an der zweiten Rotationsscheibe verschiebbar geführt sein. Dadurch kann die Anlagefläche des ersten Verspannelements parallel zum Ende des Druckfederelements gehalten werden, wodurch eine rein axiale Betätigung des Druckfederelements sichergestellt werden kann. Die Kulissenführung kann dazu eingerichtet sein, eine Bewegung des ersten Verspannelements entlang der Längsachse des Druckfederelements zu erlauben. Dies kann dazu beitragen, eine Ausrichtung des Druckfederelements in Umfangsrichtung aufrecht zu erhalten.
- Ein Kulissenstein der Kulissenführung kann durch einen Bolzen gebildet sein, der zur drehbaren Lagerung des zweiten Verspannelements an der zweiten Rotationsscheibe eingerichtet ist. Vorteilhafterweise kann hierdurch eine Anzahl von Bauelementen des Torsionsschwingungsdämpfers minimiert sein.
- Die Verspannelemente können in axialer Richtung zwischen den Rotationsscheiben angeordnet sein, wodurch der Torsionsschwingungsdämpfer einen kompakten Aufbau erhalten kann. In einer Ausführungsform ist ein Anschlag zwischen den Rotationsscheiben angeordnet, um einen relativen Verdrehwinkel der Rotationsscheiben zu begrenzen. Dadurch kann verhindert werden, dass das Druckfederelement überlastet wird.
- In einer Ausführungsform umfasst der Torsionsschwingungsdämpfer ein drittes Verspannelement, welches wie das erste Verspannelement an den Rotationsscheiben und am Druckelement gelagert ist. Vorzugsweise ist das zweite Verspannelement in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem dritten Verspannelement angeordnet. Dies kann dazu beitragen, dass das Druckfederelement keiner Biegebeanspruchung ausgesetzt wird, die auf einen mittleren Abschnitt des Druckfederelements in axialer Richtung wirkt.
- Eines der Verspannelemente kann ein Halteelement zur Führung des Druckfederelements in dessen axialer Richtung umfassen. Vorzugsweise ist das Halteelement einstückig mit dem Verspannelement ausgebildet. Durch das Halteelement kann das Druckfederelement am Torsionsschwingungsdämpfer gesichert werden.
- Kurze Beschreibung der Figuren
- Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, in denen:
-
1 einen Torsionsschwingungsdämpfer; -
2 und3 den Torsionsschwingungsdämpfer aus1 mit Rahmenelementen; -
4 eine weitere Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers aus den2 und3 ; -
5 und6 Schnitte durch den Torsionsschwingungsdämpfer aus4 ; und -
7 eine weitere Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers aus den2 bis6 darstellt. -
1 zeigt einen Torsionsschwingungsdämpfer100 . Der Torsionsschwingungsdämpfer100 ist Teil einer Kupplung zur selektiven Kraftübertragung zwischen Wellen, die um eine Drehachse105 drehbar gelagert sind. An einer Nabe110 , die eine Verzahnung zur drehmomentschlüssigen Aufnahme einer Abtriebswelle aufweist, ist in radialer Richtung ein erster Flansch120 drehmomentschlüssig angebracht. Ein zweiter Flansch130 und ein dritter Flansch140 erstrecken sich jeweils in radialer Richtung axial zu beiden Seiten des ersten Flansches120 . Der zweite Flansch130 ist mit dem dritten Flansch140 durch nicht dargestellte Übertragungselemente verbunden. - Der zweite Flansch
130 ist an einem Kupplungskorb150 befestigt. Mittels nicht dargestellten Kupplungslamellen und Kupplungsscheiben kann ein Drehmoment von einer Antriebswelle eines Motors in den Kupplungskorb150 eingeleitet werden. - Am zweiten Flansch
130 und am dritten Flansch140 sind Halteelemente145 für eine äußere Druckfeder160 ausgeformt. Die äußere Druckfeder160 und eine konzentrisch dazu verlaufende innere Druckfeder170 erstrecken sich in Umfangsrichtung um die Drehachse105 senkrecht zur Darstellungsebene. Vom Betrachter entfernte Enden der Druckfedern160 und170 liegen an Anlageflächen180 der drei Flansche120 bis140 an. Dem Betrachter zugewandte Anlageflächen der Flansche120 –140 , die den Anlageflächen180 gegenüber liegen, und an denen die entgegen gesetzten Enden der Druckfedern160 und170 anliegen, sind nicht sichtbar. - Wird ein Drehmoment zwischen dem Kupplungskorb
150 und der Nabe110 übertragen, so ist der erste Flansch120 bestrebt, sich gegenüber dem zweiten Flansch130 und dem dritten Flansch140 zu verdrehen. Die Verdrehrichtung wird durch die Richtung des zu übertragenden Drehmoments bestimmt, so dass entweder die Anlageflächen180 des ersten Flanschs120 auf den Betrachter zu und die nicht dargestellten Anlageflächen des zweiten und dritten Flanschs130 ,140 vom Betrachter weg bewegt werden oder die Anlageflächen180 des zweiten und dritten Flanschs130 ,140 auf den Betrachter zu und die nicht dargestellte Anlagefläche des ersten Flanschs110 vom Betrachter weg. In beiden Fällen werden die Druckfedern160 und170 zwischen den entsprechenden Anlageflächen komprimiert. Die einander gegenüber liegenden Anlageflächen nähern sich einander entlang eines Umfangs um die Drehachse105 , so dass ein achsentfernter Abschnitt jeder Anlagefläche weiter als ein achsnaher Abschnitt der Anlagefläche ausgelenkt wird. Daher werden mittlere Abschnitte der Druckfedern160 und170 radial nach innen gedrückt und die Druckfedern160 ,170 werden nicht nur in deren axialer Richtung beansprucht, sondern zusätzlich auf Biegung. -
2 und3 zeigen schematisch den Torsionsschwingungsdämpfer100 aus1 mit Rahmenelementen. Die Darstellungen zeigen lediglich ein rein exemplarisches Ausführungsbeispiel. Die Ansicht ist bezüglich der Darstellung in1 in axialer Richtung von rechts. Der dritte Flansch140 fehlt und die innere Druckfeder170 ist nicht eingezeichnet. Die Darstellung von2 entspricht einer Ruhelage, das heißt, wenn kein Drehmoment um die Drehachse105 übertragen wird. - An einem radialen Ausleger des ersten Flansches
120 ist mittels eines ersten Bolzens210 ein erstes Ende eines ersten Rahmenelements220 in der Rotationsebene der Drehachse105 drehbar um eine Achse des Bolzens210 befestigt. Das erste Rahmenelement220 weist eine Aussparung mit gegenüber liegenden Anlageflächen230 und240 auf, an denen gegenüber liegende Enden der Druckfeder160 anliegen. An einem zweiten Ende weist das erste Rahmenelement220 eine Nut245 auf, in der ein zweiter Bolzen250 verschiebbar gelagert ist, der mit einem Ausleger des zweiten Flansches130 verbunden ist. Die Nut245 ist entlang einer Achse ausgerichtet, die durch den ersten Bolzen210 führt. - In umgekehrter Anordnung zum ersten Rahmenelement
220 ist durch den zweiten Bolzen250 ein erstes Ende eines zweiten Rahmenelements260 in der Rotationsebene der Drehachse105 drehbar um die Achse des zweiten Bolzens250 gelagert. Das zweite Rahmenelement260 ist wie das erste Rahmenelement220 aufgebaut, wobei einander gegenüber liegende Anlageflächen270 und280 in Anlage mit den einander gegenüber liegenden Enden der Druckfeder160 stehen. Am zweiten Ende des zweiten Rahmenelements260 ist eine zweite Nut285 in das zweite Rahmenelement260 eingebracht und der erste Bolzen210 ist verschiebbar in der Nut285 aufgenommen. Die zweite Nut285 ist entlang einer Achse ausgerichtet, die durch den zweiten Bolzen285 führt. - In einer weiteren Ausführungsform sind am ersten Rahmenelement
220 und/oder am zweiten Rahmenelement260 Halteelemente zur Halterung der Druckfedern160 ausgebildet, die den Halteelementen145 entsprechen. -
3 zeigt den Torsionsschwingungsdämpfer100 aus2 , nachdem der erste Flansch120 um 8° gegen den Uhrzeigersinn und der zweite Flansch130 um 8° im Uhrzeigersinn um die Drehachse105 verdreht wurden. Diese Verdrehung kann durch Übertragung von Drehmoment zwischen den Flanschen120 und130 entlang der Drehachse105 erfolgen. Über die Bolzen210 und250 wirken Zugkräfte auf des erste Rahmenelement220 bzw. das zweite Rahmenelement260 , so dass die Druckfeder160 zwischen der zweiten Anlagefläche240 des ersten Rahmenelements220 und der zweiten Anlagefläche280 des zweiten Rahmenelements260 zusammengedrückt wird. Die Kompression der Druckfeder160 erfolgt durch ein paralleles Annähern der Anlageflächen240 und280 , so dass die Druckfeder160 nicht auf Biegung sondern nur auf Kompression entlang ihrer Längsachse beansprucht wird. Die Längsachse der Druckfeder160 steht in den Darstellungen von2 und3 jeweils senkrecht auf einer radialen Richtung der Drehachse105 . - Wird ausgehend von der Darstellung in
2 und entgegen der Darstellung von3 der erste Flansch120 im Uhrzeigersinn bewegt, während der zweite Flansch130 gegen den Uhrzeigersinn bewegt wird, so wirken über die Bolzen210 und260 Druckkräfte auf die Rahmenelemente220 und260 , so dass die Druckfeder160 zwischen der ersten Anlagefläche230 des ersten Rahmenelements220 und der ersten Anlagefläche270 des zweiten Rahmenelements260 zusammen gedrückt wird, wobei die Anlageflächen230 und270 wieder parallel aneinander angenähert werden, so dass die Druckfeder160 nicht auf Biegung beansprucht wird. - Der zweite Bolzen
250 in2 hat in der Nut245 des ersten Rahmenelements220 nach rechts eine größere Bewegungsfreiheit als nach links. Entsprechendes gilt in umgekehrter Weise für den ersten Bolzen210 in der Nut285 des zweiten Rahmenelements260 . Bei einer Verdrehung der Flansche120 und130 gegeneinander entsprechend3 kann somit eine höhere Federkraft durch die Druckfeder160 ausgewirkt werden, als durch eine Verdrehung in umgekehrter Richtung. Ist der Torsionsschwingungsdämpfer100 in einem Antriebsstrang zwischen einem Antriebsmotor und Rädern eines Kraftfahrzeugs angebracht, so entspricht die in3 dargestellte Verdrehung der Flansche120 und130 einem Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, bei dem ein hohes Drehmoment über den Antriebsstrang übermittelt wird, so dass die Druckfeder160 wie gezeigt stark komprimiert wird, während eine Verdrehung der Flansche120 und130 in entgegen gesetzter Richtung im Schiebebetrieb, wenn der Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs als Motorbremse wirkt, eingenommen wird, wobei ein über den Antriebsstrang zu übertragendes Verzögerungsmoment geringer ist, so dass die Druckfeder160 nur wenig komprimiert wird. -
4 zeigt eine weitere Ansicht des Torsionsschwingungsdämpfers100 aus den2 und3 , wobei die in2 gezeigte Anordnung entlang eines Umfangs um die Drehachse105 vierfach ausgeführt ist. Der erste Flansch120 weist im Abstand von jeweils 90° um die Drehachse105 Vier Ausleger auf, die jeweils einen ersten Bolzen210 tragen. Der zweite Flansch130 ist ringförmig ausgebildet und mit dem Kupplungskorb150 aus1 verbunden. In Abständen von jeweils 90° um die Drehachse105 sind an dem zweiten Flansch130 vier zweite Bolzen250 angebracht. Wie in den2 und3 dargestellt ist, sind zwischen Bolzen210 und250 jeweils ein erstes Rahmenelement220 und ein zweites Rahmenelement260 drehbar bzw. verschiebbar gelagert. Dabei nehmen die Rahmenelemente220 und260 jeweils eine Druckfeder160 auf. -
5 zeigt einen Schnitt durch den Torsionsschwingungsdämpfer100 aus4 entlang der Schnittlinie B in4 . Im Gegensatz zur Darstellung von4 werden zur Kompression der Druckfeder160 drei Rahmenelemente220 ,260 und510 verwendet, wobei das zweite Rahmenelement260 zwischen einem ersten Rahmenelement220 und einem dritten Rahmenelement510 liegt. Der erste Flansch120 ist jeweils einmal auf beiden Außenseiten der Rahmenelemente ausgebildet. Der Bolzen250 überträgt Kräfte zwischen den ersten Flanschen120 . - Die ersten Rahmenelemente
220 sind drehbar am Bolzen250 gelagert und übertragen Kräfte zwischen den ersten Flanschen120 und der Druckfeder160 . Wie oben mit Bezug auf2 –4 ausgeführt wurde, überträgt die Druckfeder160 Kräfte zwischen den ersten Rahmenelement220 bzw. dem dritten Rahmenelement510 und dem zweiten Rahmenelement260 . Das zweite Rahmenelement260 ist im Bereich des Bolzens250 in der Nut245 verschiebbar gelagert. -
6 zeigt einen Schnitt durch den Torsionsschwingungsdämpfer100 aus4 entlang der Schnittlinie C in4 . Ein Verbindungselement610 stellt eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Flansch120 und dem Kupplungskorb150 her. Kräfte, die von der Druckfeder160 auf das zweite Rahmenelement260 übertragen werden, werden über das Verbindungselement610 an den Kupplungskorb150 vermittelt. Ein mit dem rechten ersten Flansch120 verbundener Ansatz620 führt zu einem hydrodynamischen Drehmomentwandler (nicht dargestellt). In einer anderen Ausführungsform können der Ansatz620 bzw. die Turbine auch am Lamellenträger150 angebracht sein. - Der Torsionsschwingungsdämpfer
100 eignet sich insbesondere zum integrierten Aufbau an einer Kupplung, beispielsweise einer Einscheiben- oder Mehrscheiben-Nass- oder Trockenkupplung. Der Torsionsschwingungsdämpfer100 ist auch beispielsweise an einem hydrostatischen Wandler einsetzbar. -
7 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des Torsionsschwingungsdämpfers100 aus den2 bis6 . Die Darstellung entspricht denen der2 und3 , jedoch sind an Stelle der Rahmenelemente220 und260 Schwenkelemente710 vorgesehen, um Kräfte, die beim Verdrehen des ersten Flanschs120 im Uhrzeigersinn bzw. des zweiten Flanschs130 gegen den Uhrzeigersinn, über die Bolzen210 bzw.250 in die Druckfeder160 einzuleiten. Durch die Schwenkelemente710 werden gegenüberliegende Enden der Druckfeder160 unabhängig von dem relativen Verdrehen der Flansche120 und130 gegeneinander im Wesentlichen parallel gehalten, so dass die Druckfeder160 lediglich axial beansprucht wird. In einer Ausführungsform kann die Druckfeder160 durch Halteelemente entsprechend dem Halteelement145 aus1 axial geführt sein. - Bezugszeichenliste
-
- 100
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 105
- Drehachse
- 110
- Nabe
- 120
- erster Flansch
- 130
- zweiter Flansch
- 140
- dritter Flansch
- 145
- Halteelement
- 150
- Kupplungskorb
- 160
- äußere Druckfeder
- 170
- innere Druckfeder
- 180
- Anlagefläche
- 210
- erster Bolzen
- 220
- erstes Rahmenelement
- 230
- erste Anlagefläche des ersten Rahmenelements
- 240
- zweite Anlagefläche des ersten Rahmenelements
- 245
- Nut
- 250
- zweiter Bolzen
- 260
- zweites Rahmenelement
- 270
- erste Anlagefläche des zweiten Rahmenelements
- 280
- zweite Anlagefläche des zweiten Rahmenelements
- 285
- Nut
- 510
- drittes Rahmenelement
- 610
- Verbindungselement
- 620
- Ansatz
- 710
- Schwenkelement
Claims (10)
- Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) für einen Antriebsstrang, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer (100 ) folgendes umfasst: – eine erste (120 ) und eine zweite Rotationsscheibe (130 ), die um eine Drehachse (105 ) drehbar angeordnet sind; – ein auf einem Umfang um die Drehachse (105 ) in Drehrichtung angeordnetes Druckfederelement (160 ) zur Übertragung von Kraft zwischen den Rotationsscheiben (120 ,130 ), dadurch gekennzeichnet, dass – an der ersten Rotationsscheibe (120 ) ein erstes Verspannelement (220 ,710 ) und an der zweiten Rotationsscheibe (130 ) ein zweites Verspannelement (260 ,710 ) drehbar gelagert sind, – wobei gegenüberliegende Enden des Druckfederelements (160 ) mit Anlageflächen (240 ,280 ) unterschiedlicher Verspannelemente (220 ,260 ,710 ) in Anlage stehen. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Verspannelement (220 ,260 ,710 ) eine der Anlagefläche (240 ,280 ) gegenüber liegende weitere Anlagefläche (230 ,270 ) aufweist und die Enden des Druckfederelements (160 ) jeweils eingerichtet sind, an beiden Anlageflächen (230 ,240 270 ,280 ) des Verspannelements (220 ,260 ,710 ) anzuliegen. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verspannelement (220 ,710 ) mittels einer Kulissenführung (245 ,250 ) an der zweiten Rotationsscheibe (130 ) verschiebbar geführt ist. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenführung (245 ,250 ) dazu eingerichtet ist, eine Bewegung des ersten Verspannelements (220 ,710 ) entlang einer Längsachse des Druckfederelements (160 ) zu erlauben. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kulissenstein der Kulissenführung durch einen Bolzen (250 ) gebildet ist, der zur drehbaren Lagerung des zweiten Verspannelements (260 ,710 ) an der zweiten Rotationsscheibe (130 ) eingerichtet ist. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verspannelemente (220 ,260 ,710 ) in axialer Richtung zwischen den Rotationsscheiben (120 ,130 ) angeordnet sind. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlag zwischen den Rotationsscheiben (120 ,130 ) angeordnet ist, um einen relativen Verdrehwinkel der Rotationsscheiben (120 ,130 ) gegeneinander zu begrenzen. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Verspannelement (510 ) vorgesehen ist, wobei das dritte Verspannelement (510 ) wie das erste Verspannelement (220 ) an den Rotationsscheiben (120 ,130 ) und am Druckelement (160 ) gelagert ist. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Verspannelement (260 ) in axialer Richtung zwischen dem ersten (220 ) und dem dritten Verspannelement (510 ) angeordnet ist. - Torsionsschwingungsdämpfer (
100 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Verspannelemente (220 ,260 ,510 ) ein Halteelement (145 ) zur Führung des Druckfederelements (160 ) in dessen axialer Richtung umfasst.
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