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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Drehmomentübertragungseinrichtung
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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In Antriebssträngen von Fahrzeugen treten Drehschwingungen
auf, die primär
durch die intermittierende Arbeitsweise des Verbrennungsmotors etc. entstehen.
Zur Verringerung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang wird üblicherweise
ein Zweimassenschwungrad verwendet. Ein Zweimassenschwungrad weist
konstruktiv fest vorgegebene Feder-/Dämpfungseigenschaften
auf. Die Feder-/Dämpfungscharakteristik
eines Zweimassenschwungrades stellt stets einen „Kompromiss" dar, da sie, wenn überhaupt,
nur in einem Teilbereich aller möglichen
Betriebszustände
des Antriebsstrangs optimal ist. Eine Veränderung bzw. Anpassung der
Feder-/Dämpfercharakteristik
eines Zweimassenschwungrades an den jeweiligen Betriebszustand des
Antriebsstrangs ist konstruktiv mit erheblichen Problemen verbunden,
da ein Zweimassenschwungrad ein aus einem Antriebselement und einem
Abtriebselement bestehendes „System" ist, das sich mit dem
Antriebsstrang mitdreht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Drehmomentübertragungseinrichtung
zu schaffen, mit der Drehschwingungen besser kompensiert werden
können
als beim Stand der Technik.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung
weist ein Antriebselement und ein damit gekoppeltes Abtriebselement
auf, die gemeinsam drehbar in Bezug auf eine schwingungsreduzierende
Einrichtung angeordnet sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement
sind derart miteinander gekoppelt, dass sie gegeneinander Drehschwingungen
ausführen
können,
die der eigentlichen Antriebsdrehbewegung überlagert sind. Insoweit bestehen
keine Unterschiede gegenüber dem
Stand der Technik.
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Der Kern der Erfindung besteht in
einer Kopplungseinrichtung, welche die Drehschwingungen, die zwischen
dem Antriebselement und dem Abtriebselement auftreten, in Translationsschwingungen
umsetzt. Die schwingungsreduzierende Einrichtung wirkt nicht unmittelbar
den Drehschwingungen entgegen, sondern mittelbar. Das heißt, durch
Verringerung der Translationsschwingungen der Kopplungseinrichtung
werden mittelbar die Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement
und dem Abtriebselement verringert. Ganz wesentlich ist eine Steuer-/Regeleinrichtung,
mit der Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden Einrichtung
in Abhängigkeit
vom momentanen Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung veränderbar sind.
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Ein erster ganz wesentlicher Vorteil
der Erfindung gegenüber
einem herkömmlichen
Zweimassenschwungrad besteht darin, dass die schwingungsreduzierende
Einrichtung räumlich
getrennt vom An-/und Abtriebselement angeordnet sein kann. Die Kopplungseinrichtung,
welche die Drehschwingungen in Translationsschwingungen umsetzt,
kann nämlich
auf verschiedene Weise ausgebildet sein, zum Beispiel als mechanisches
Getriebe mit einer Kopplungsstange, Kopplungsscheibe o. ä. Alternativ dazu
kann die schwingungsreduzierende Einrichtung auch über eine
Hydraulik mit dem An-/Abtriebselement
gekoppelt sein, was die Flexibilität hinsichtlich der räumlichen
Anordnung der schwingungsreduzierenden Einrichtung in Bezug auf
das An-/Abtriebselement noch weiter erhöht. Durch die räumliche
Trennung der schwingungsreduzierenden Einrichtung vom eigentlichen
Antriebsstrang kann auch die Massenträgheit des Antriebsstranges
verringert werden.
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Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil
der Erfindung besteht darin, dass mittels der Steuer-/Regeleinrichtung
Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden Einrichtung ganz
gezielt in Abhängigkeit
vom momentanen Betriebszustand der Antriebseinrichtung veränderbar
sind. Unter Schwingungsparametern versteht man ganz allgemein die Feder-/Dämpfercharakteristik
der schwingungsreduzierenden Einrichtung. Die schwingungsreduzierende
Einrichtung kann beispielsweise durch eine Parallelschaltung eines
Federelements, eines herkömmlichen
Dämpferelements,
eines Reibelements und gegebenenfalls einer Tilgermasse gebildet
sein. Mit der Steuer-/Regeleinrichtung können alternativ oder gleichzeitig
die Federvorspannung, die Dämpfercharakteristik
des Dämpfers
und die Reibcharakteristik des Reibelementes in Abhängigkeit
vom aktuellen Betriebszustand verändert werden.
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Mit der Erfindung können Drehschwingungen
ganz gezielt in Abhängigkeit
von verschiedenen Kennfeldern, wie einem Fahrzeugkinematikkennfeld, einem
Motorkennfeld, einem Fahrer- bzw. Benutzerkennfeld etc. gesteuert
bzw. geregelt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand
von Ausführungsbeispielen
im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel,
bei dem das Abtriebselement über
eine Kopplungsscheibe mit der schwingungsreduzierenden Einrichtung
gekoppelt ist;
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2 eine
Variante der 1;
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3 – 10 verschiedene Ausführungsbeispiele,
bei denen der Antrieb über
ein Planetengetriebe mit dem Abtrieb gekoppelt ist.
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1 zeigt
eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit
einem Antriebselement 2 und einem koaxial dazu angeordneten
Abtriebselement 3. Das Antriebselement 2 ist über ein
Zwischenelement 4 in Drehrichtung mit dem Abtriebselement 3 gekoppelt. Das
Abtriebselement 3 ist drehfest, beispielsweise über eine
Keilverzahnung 5 mit dem Zwischenelement 4 drehfest
gekoppelt. Eine Drehkopplung zwischen dem Antriebselement 2 und
dem Zwischenelement 4 wird durch Berührflächen 6, 7 erreicht,
die am Antriebselement 2 bzw. am Zwischenelement 4 vorgesehen
sind. Die Berührflächen 6, 7 verlaufen schräg in Bezug
auf die gemeinsame Drehachse des Antriebselementes 2 und
Abtriebselementes 3. Die Berührflächen 6, 7 sind
in Axialrichtung durch eine hier nicht näher dargestellte Vorspanneinrichtung
gegeneinander verspannt, wobei das Zwischenelement 4 mit
seiner Berührfläche 7 gegen
die Berührfläche 6 des
Antriebselementes 2 gedrückt wird.
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Das Abtriebselement 3 bzw.
das damit drehfest verbundene Zwischenelement 4 kann gegenüber dem
Antriebselement 2 in gewissem Maße verdreht werden, wobei bei
einer Verdrehung die Berührflächen 6, 7 in
Drehrichtung aneinander entlang gleiten. Aufgrund der Schrägheit der
Berührflächen 6, 7 wird bei
einer Relativverdrehung des Abtriebselementes 3 gegenüber dem
Antriebselement 2 das Zwischenelement entgegen der Kraft
der Vorspanneinrichtung (nicht dargestellt) in Richtung des Abtriebselementes 3 axial
verschoben, was beispielsweise durch eine Keilverzahnung oder ein
Kerbzahnprofil oder ähnliches
erreicht wird.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist
auf dem Zwischenelement 4 eine Andrückscheibe 8 fest angeordnet.
Die Andrückscheibe 8 drückt über ein
Axiallager 9 gegen eine „schwingungsreduzierende Einrichtung" 10. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 ist
ortsfest, das heißt
fest in Bezug auf ein Gehäusebauteil,
eine Fahrzeugkarosserie oder ähnliches
angeordnet. Unter „fester" Anordnung ist hier
zu verstehen, dass sich die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 nicht
mit dem Antriebselement 2 bzw. dem Abtriebselement 3 mitdreht.
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Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 weist
bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein
Federelement 11, ein Dämpferelement 12,
ein Reibelement 13 und ferner eine durch eine Feder 14 gefederte
Tilgermasse 15 auf. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 braucht
nicht alle hier dargestellten Elemente aufzuweisen. Beispielsweise
können
die Feder 14 und die Tilgermasse 15 und/oder das
Reibelement 13 fortgelassen sein.
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Ganz wesentlich ist, dass die Schwingungs-/Dämpfungseigenschaften
der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 über eine
Steuer/Regeleinrichtung 16 einstellbar sind. Die Steuer-/Regeleinrichtung
16 steuert bzw. regelt verschiedene Parameter der einzelnen Elemente
der schwin gungsreduzierenden Einrichtung 10 in Abhängigkeit
vom momentanen Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 beispielsweise
in Abhängigkeit vom
aktuell übertragenen
Drehmoment, von der Drehzahl etc. Es kann beispielsweise vorgesehen sein,
dass über
die Steuer-/Regeleinrichtung 16 die Vorspannung
der Feder 11 und/oder der Feder 14 bzw. die Federcharakteristiken
verändert
werden. Ferner kann über
die Steuer-/Regeleinrichtung 16 die Dämpfungscharakteristik des Dämpfers 12 sowie
die Reibcharakteristik, das heißt
beispielsweise der Andrückdruck
des Reibelementes 13, verändert werden.
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Im Unterschied zu einem herkömmlichen Zweimassenschwungrad,
bei dem die „schwingungsreduzierende
Einrichtung" in
das Zweimassenschwungrad integriert ist, kann bei sämtlichen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 örtlich getrennt
vom Antriebselement 2 bzw. Abtriebselement 3 angeordnet sein.
Beim Ausführungsbeispiel
der 1 ist die schwingungsreduzierende
Einrichtung 10 zwar unmittelbar über das Radiallager 9 und
die Andrückscheibe 8 mit
dem Zwischenelement verbunden. Dies muss keineswegs so sein. Vielmehr
kann die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 über ein mechanisches
Kopplungselement, beispielsweise eine Kopplungsstange oder eine
Kopplungshydraulik an einem ganz anderen Ort angeordnet sein. Bei
einem Fahrzeug könnte
die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 somit abseits
vom Antriebsstrang, beispielsweise im Kofferraum angeordnet sein,
was hinsichtlich bestehender Bauraumengpässe und der Anordnungsflexibilität ganz entscheidende
Vorteile hat.
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2 zeigt
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 1. Beim Ausführungsbeispiel
der 2 ist axial unverschieblich
auf dem Zwischenelement 4 ein Andrückelement 17 angeordnet.
Das Andrückelement 17 ist
relativ zum Zwischenelement 4 bzw. dem Abtriebselement 3 drehbar.
Das Andrückelement 17 drückt über ein
Axiallager 9 gegen den „Eingang" der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10.
Auch hier wird bei einer Relativverdrehung des Antriebselementes 2 gegenüber dem
Abtriebselement 3 das Zwischenelement 4 zusammen
mit dem Andrückelement 17 in
Axialrichtung verschoben. Drehschwingungen des Abtriebselementes 3 gegenüber dem
Antriebselement 2 werden somit in Translationsschwingungen
umgesetzt. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 nimmt
die Translationsschwingungen auf und wirkt ihnen entgehen. Somit werden
die Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement 2 und
dem Abtriebselement 3 mittelbar durch „Dämpfung" der Translationsschwingungen verringert.
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Beim Ausführungsbeispiel der 3 sind das Antriebselement
und das Abtriebselement über ein
Planetengetriebe miteinander gekoppelt. Das Antriebselement 2 ist
beim Ausführungsbeispiel
der 3 durch das Hohlrad
eines Planetengetriebes 18 gebildet. Das Abtriebselement 3 ist
durch das Sonnenrad des Planetengetriebes 18 gebildet.
Der Planetenträger 19 mit
Planeten 20, 21, 22 steht im wesentlichen
fest. Im normalen Betrieb wird somit Drehmoment vom Antriebselement 2 über die
Planeten 20 – 22 mit
einer konstruktiv fest vorgegebenen Übersetzung auf das Abtriebselement 3 übertragen.
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Der Planetenträger 19 bzw. der Planet 20 ist gelenkig über eine
Koppelstange 23 mit dem „Eingang" der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 mechanisch
gekoppelt.
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Wenn zwischen dem Antriebselement 2 und dem
Abtriebselement 3 Drehschwingungen auftreten, kommt es
zu einer Schwingungsbewegung des Planetenträgers 19 bzw. der Planeten 20 – 22.
Die Schwingungsbewegung des Planetenträgers 19, die eine
Drehschwingungsbewegung ist, wird über die Koppelstange 23 in
eine Translationsschwingung umgesetzt und von der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 aufgefangen
bzw. gedämpft.
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Auch bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist eine Steuer-/Regeleinrichtung 16 vorgesehen,
mittels der die Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden
Einrichtung 10 in Abhängigkeit
vom aktuellen Betriebszustand veränderbar sind.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 werden Drehschwingungen, die zwischen
dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 auftreten,
in Translationsschwingungen umgesetzt, deren Translationsschwingungsachse
parallel zur Drehachse des Antriebselementes 2 bzw. des
Abtriebselementes 3 ist. Beim Ausführungsbeispiel der 3 hingegen verläuft die
Translationsschwingungsachse der schwingungsreduzierenden Einrichtung
quer zur gemeinsamen Drehachse 24 des Antriebselementes 2 bzw.
des Abtriebselementes 3.
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4 zeigt
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 3. Im Unterschied
zu 3 ist hier das Antriebselement 2 durch
das Sonnenrad und das Abtriebselement 3 durch das Hohlrad
des Planetengetriebes 18 gebildet.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Antriebselement 2 durch das Hohlrad und das
Abtriebselement 3 durch den Planetenträger 19 gebildet ist.
Die Kopplungsstange 23 verbindet hier den „Eingang" der schwingungsreduzierenden
Einrichtung 10 mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes 18.
Das Sonnenrad 25 des Planetengetriebes 18 steht
hier abgesehen von eventuell auftretenden Drehschwingungen zwischen
dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 im
wesentlichen still. Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement 2 und
dem Abtriebselement 3 führen
zu Drehschwingungen des Sonnenrades 25. Diese Drehschwingungen
werden über
die Kopplungsstange 23 in Translationsschwingungen umgesetzt
und in die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 eingeleitet.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Antriebselement 2 durch den Planetenträger 19 und
das Abtriebselement 3 durch das Hohlrad des Planetengetriebes 18 gebildet
ist.
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7 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Antriebselement 2 durch den Planetenträger 19 und
das Abtriebselement 3 durch das Sonnenrad 25 gebildet
ist. Hier ist das Hohlrad 26 des Planetengetriebes 18 mit
dem „Eingang" der schwingungsreduzierenden
Einrichtung 10 verbunden.
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8 zeigt
eine Variante des Ausführungsbeispiels
der 7, bei der Antrieb
und Abtrieb vertauscht sind, das heißt das Antriebselement 2 ist durch
das Sonnenrad 25 gebildet und das Abtriebselement 3 ist
durch den Planetenträger 19 gebildet.
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Die 9 und 10 verdeutlichen eine weitere mechanische
Kopplung zwischen dem Antriebs-/Abtriebselement und der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10,
wobei 10 eine Schnittansicht entlang
der Schnittlinie A-A
der 9 zeigt. Bei dem hier
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Antriebselement 2 mit einem ersten Sonnenrad 25 und
das Abtriebselement 3 mit dem Planetenträger 19 verbunden.
Das erste Sonnenrad kämmt
mit Planeten 20, 21, die in einem durch eine Bremse 30 feststellbaren Hohlrad 31 abrollen.
Die Bremse 30 fungiert als Anfahr- und Schaltkupplung.
Von den Planeten 20, 21 wird die Drehbewegung
auf den Steg 19 und vom Steg 19 über Planeten 20', 21' auf das Abtriebselement 3 übertragen.
Die Planeten 20', 21' rollen in einem
Hohlrad 31' ab,
das über
die Kopplungsstange 23 mit der schwingungsreduzierenden
Einrichtung 10 gekoppelt ist.