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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung befassen sich mit einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung mit einem drehfesten mit einem Antrieb verbindbaren Primärelement und einem bezüglich dem Primärelement gegen die Wirkung einer Federanordnung verdrehbaren Sekundärelement.
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Drehschwingungsdämpfungsanordnungen der eingangs genannten Art sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt und haben sich im Antriebstrang von Kraftfahrzeugen bewährt. Zur Bedämpfung einer Drehschwingung bzw. Drehungleichförmigkeit wird dabei eine antriebsseitige Primärseite gegen die Wirkung einer Federanordnung mit einer abtriebsseitigen Sekundärseite gekoppelt. Dabei wird das schwingungsfähige System häufig im überkritischen Zustand betrieben, also derart abgestimmt, dass die zu bedämpfende Drehungleichförmigkeit des Antriebsstrangs eine Frequenz aufweist, die oberhalb der Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Systems der Drehschwingungsdämpfungsanordnung liegt. Um die Verdrehbarkeit des Primärlements gegenüber dem Sekundärelement zu hemmen, werden häufig entlang eines Umfangs verteilte Schraubendruckfedern verwendet, die auf einer Seite an die Primärseite und auf der anderen Seite an die Sekundärseite angebunden sind, sodass diese durch ihre elastische Federkraft einer Verdrehung der beiden Elemente entgegenwirken und eine Rückstellkraft ausüben.
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Abseits dieser Ausführungsform gibt es auch Systeme, bei denen eine elastische Deformation eines Federelements nicht, wie bei den Schraubendruckfedern, in der Umfangsrichtung erfolgt, sondern bei denen die Rückstellkraft durch die elastische Deformation einer Tellerfeder in der axialen Richtung bewirkt wird, wobei durch geeignete mechanische Umlenkvorrichtungen die axial wirkende Federkraft in eine in Umfangsrichtung wirkende rückstellende Kraft umgewandelt wird. Als Beispiel für eine solche Ausgestaltung dient die
Deutsche Patentanmeldung 196 41 695 , die ein Zwei-Massen-Schwungrad mit einer die Schwungmassen antriebsmäßig miteinander verbindenden, Drehschwingungen der Schwungmassen relativ zueinander zulassenden, Federanordnung beschreibt. Die Federanordnung weist eine in der Axialrichtung des Schwungrades verspannte bzw. verspannbare Tellerfeder auf, die die Schwungmassen in eine Mittel- bzw. Ausgangslage relativ zueinander zu drängen sucht und bei einer Relativverdrehung der Schwungmassen axiale Federhübe ausführt. Die Tellerfeder erstreckt sich radial weit nach innen und ist dort mit der abtriebsseitigen Schwungmasse drehfest verbunden, sodass ein hinreichend langer Hebelarm für elastische Deformationen der Tellerfeder entsteht. An deren radial äußerem Ende läuft eine Kugel in einer rampenförmigen Laufbahn in der antriebsseitigen Schwungmasse, sodass bei einer Relativverdrehung der beiden Schwungmassen von der Kugel eine ein Rückstellmoment bewirkende Deformation der Tellerfeder bewirkt wird.
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Derartige eine Tellerfeder benutzende Federanordnungen benötigen einen Großteil des gesamten radial zur Verfügung stehenden Bauraums, da sich diese radial innen oder außen abstützen müssen, um mittels der Tellerfeder eine Federwirkung und somit ein Rückstellmoment zu erzielen.
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Bei den immer höher werdenden erforderlichen Integrationsdichten und den Anforderungen an die Kompaktheit moderner Komponenten im Antriebsstrang eines Fahrzeugs ist es erforderlich, Drehschwingungsdämpfungsanordnungen bereitzustellen, die effizienter sind, die beispielsweise im Hinblick auf die Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raumes.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen dies, indem bei einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung eine Federanordnung verwendet wird, die ein in einer axialen Richtung deformierbares Federelement, hier vorteilhaft eine Ringfeder, aufweist, die an zumindest zwei Positionen, die entlang eines Umfangs voneinander beabstandet sind, in einem vorbestimmten Abstand bezüglich einem Element aus der Gruppe aus Primärelement und Sekundärelement fixiert ist. Das heißt, die Ringfeder kann entweder bezüglich des Primärelements oder bezüglich des Sekundärelements axial fixiert sein und sich an diesem Abstützen. Dabei ist an das andere Element der Gruppe ein Druckelement derart angebunden, dass durch eine Bewegung des Druckelements bei einer eine Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement die Ringfeder zwischen den beiden Positionen derart deformiert wird, dass eine in einer Umfangsrichtung der Verdrehung entgegenwirkende Rückstellkraft zwischen Primärelement und Sekundärelement erzeugt wird.
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Durch die Verwendung einer Ringfeder, die sich an zumindest zwei Positionen entlang des Umfangs abstützt, die also das Widerlager für das Erzeugen einer Rückstellkraft entlang eines Umfangs bilden, kann radial erheblicher Bauraum eingespart werden, da sich das Widerlager für die Feder nicht radial weiter innen oder außen befindet sondern näherungsweise auf dem selben Umfang bzw. an derselben radialen Position, an der auch die Deformation der Feder erfolgt.
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Für die nachfolgende Diskussion sei angemerkt, dass als Element entweder das Primärelement verstanden werden soll, wenn sich die Ringfeder an dem Primärelement abstützt, oder das Sekundärelement, wenn sich die Ringfeder an dem Sekundärelement abstützt. Im Umkehrschluss soll als anderes Element das jeweils gegenüberliegende Element verstanden werden.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen umfasst das Druckelement ein Wälzlager, das an das andere Element aus der Gruppe aus Primärelement und Sekundärelement angebunden ist, also an das der Ringfeder gegenüberliegende Element. Dabei ist gemäß einigen Ausführungsbeispielen insbesondere der Lagerinnenring des Wälzlagers an das andere Element angebunden, sodass der Lageraußenring bzw. eine mit diesem starr verbundene Komponente den die Deformation der Ringfeder bewirkenden Druck ausübt. Durch Verwendung des Wälzlagers kann der Druck ausgeübt werden, wobei gleichzeitig bei einer Relativverdrehung zwischen Primärelement und Sekundärelement das Wälzlager dieser Verdrehung folgen kann, ohne eine hohe die Verdrehung behindernde Reibung zu verursachen. Das heißt, der Lageraußenring des Wälzlagers kann beispielsweise auf der Oberfläche der Ringfeder abrollen, um näherungsweise reibungsfrei den Druck zu erzeugen, der die rückstellende Kraft bzw. die der Verdrehung der Primär- und Sekundärelemente entgegenwirkende Kraft verursacht.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen befindet sich das Druckelement, beispielsweise das Wälzlager, bereits in der Ruhelage, also in einer Ausgangsposition einer möglichen Verdrehung zwischen Primärelement und Sekundärelement, in der axialen Richtung näher an dem Element als der Abstand zwischen dem Element und der Ringfeder. Das heißt die Ringfeder ist bereits in der Ruhelage vorgespannt. Bei diesen Ausführungsbeispielen ändert sich bei einer Relativverdrehung zwischen Primärseite und Sekundärseite bei zunehmender Annäherung des Druckelements an einen der beiden Positionen, an denen sich die Ringfeder an dem Element abstützt, kontinuierlich und stetig der Tangentialwinkel, also der Winkel, den die Ringfeder bezüglich dem Druckelement hat, und somit die Größe der rückstellenden Kraft. Das heißt, eine vorteilhafte stetige und progressive Kennlinie der Rückstellkraft der Federanordnung ergibt sich durch die gleichzeitig äußerst platzsparende Anordnung der Komponenten automatisch.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden zwei symmetrisch belastete Ringfedern verwendet, sodass bei einer Relativverdrehung zwischen Primärseite und Sekundärseite netto kein in der Axialrichtung wirkendes Moment auf die Lagerung zwischen Primärseite und Sekundärseite wirkt. Das heißt, weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung können eine Federanordnung aufweisen, die eine weitere Ringfeder umfasst, welche zu der Ringfeder in der Axialrichtung benachbart ist, wobei ein weiteres Druckelement an das Element axial derart angebunden ist, dass die weitere Ringfeder bei einer die Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement und Sekundärelement von dem weiteren Druckelement entgegen der axialen Richtung deformiert wird.
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Gemäß einigen weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Druckelement und der Ringfeder ein Zwischenelement angeordnet, welches drehfest mit dem Element gekoppelt und axial bezüglich desselben beweglich ist. Bei einer die Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement wird von dem Druckelement das Zwischenelement in der axialen Richtung bewegt, um die Ringfeder zu deformieren und die rückstellende Kraft zu bewirken. Die Verwendung eines solchen Zwischenelements gestattet es auf konstruktiv einfache Art und Weise, die Federkennlinie der Rückstellkraft in weiten Grenzen frei zu definieren, beispielsweise auch unterschiedlich in Zug- und Schubrichtung, also für unterschiedliche Richtungen der Relativverdrehung. Dies kann allein dadurch ermöglicht werden, dass die Oberflächenkontur des Zwischenelements bzw. dessen Form entsprechend angepasst bzw. ausgebildet ist.
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Gemäß einigen weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Druckelement drehfest mit dem Element gekoppelt und axial bezüglich demselben beweglich, wobei eine die axiale Anbindung des Druckelements an das andere Element vermittelnde Anlauffläche entlang der Umfangsrichtung eine derartige Kontur aufweist, dass bei einer die Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement das Druckelement von der Anlauffläche in die axiale Richtung bewirkt wird. Dies kann eine auch axial äußerst kompakte Bauweise ermöglichen, die mit wenigen beweglichen Elementen auskommt und daher auch äußerst kostengünstig implementierbar ist.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist die Ringfeder ein in der Umfangsrichtung geschlossener Ring aus einem elastisch deformierbaren Material, der an zumindest zwei oder auch mehreren entlang eines Umfangs voneinander beabstandeten Positionen auf Abstandselementen aufliegt, die einen vorbestimmten Abstand zu dem Element gewährleisten. Dies ermöglicht es auf einfache und kostengünstige Art und Weise, das die Rückstellwirkung verursachende Federelement in Form einer Ringfeder durch einen einfachen Stanzprozess eines federelastischen Materials zur Verfügung zu stellen. Dabei kann das Federelement ein- oder auch mehrlagig sein.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der die Kennlinie der Federwirkung beeinflussende Abstand zwischen der Ringfeder und dem Element von einer Sicke in dem Element festgelegt bzw. bestimmt, an welcher die Ringfeder anliegt. Das heißt, der Anschlag kann auf kostengünstige Art und Weise während der Produktion durch einen Kaltverformungsprozess bereitgestellt werden.
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Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen wird der vorbestimmte Abstand zwischen der Ringfeder und dem Element durch den Durchmesser eines zylindrischen Stiftes bestimmt bzw. festgelegt, der zwischen der Ringfeder und dem Element angeordnet ist. Dies ermöglicht es, beispielsweise in Form eines Baukastens, für verschiedenste Anwendungen nahezu beliebige Federkennlinien zu erhalten, wobei lediglich der Durchmesser bzw. der konkret verwendete Stift variiert werden muss, um die Drehschwingungsdämpfungsanordnung an unterschiedliche Einbausituationen bzw. Antriebsstränge anzupassen.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist das Primärelement bezüglich dem Sekundärelement drehbar mittels eines Pendelkugellagers gelagert, das zum einen zu einer reibungsfreien Lagerung der beiden Elemente führt und zum anderen auch Taumelbewegungen zwischen den beiden Elementen folgen bzw. diese ausgleichen kann.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird eine erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsanordnung in einem Zwei-Massen-Schwungrad verwendet, um Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang auszugleichen bzw. zu dämpfen.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen wird eine erfindungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsanordnung auch in einem ein hydrodynamisches Anfahrelement umfassenden Anfahrelement verwendet.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auch in einem leistungsverzweigenden Torsionsschwingungsdämpfersystem verwendet, bei dem die Drehschwingungsdämpfungsanordnung innerhalb einer Phasenschieberanordnung zum Bewirken einer Phasenverschiebung zwischen Rotationsschwingungen, die über einen ersten Drehmomentübertragungsweg übertragen werden und zwischen denselben Rotationsschwingungen, die über einen zweiten Drehmomentübertragungsweg übertragen werden, zu erzeugen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, bezugnehmend auf die beigefügten Figuren, näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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2 eine Ansicht auf das Ausführungsbeispiel der 1 in axialer Richtung von einer Antriebsseite;
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3 eine axial Ansicht des Ausführungsbeispiels der 1 von einer Abtriebsseite;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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5 eine Darstellung der Ringfeder und eines diese deformierenden Druckelementes zur Illustration des Zustandekommens einer rückstellenden, in einer Umfangsrichtung wirkenden Kraft;
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6 eine vergrößerte Aufsicht auf die Ringfeder und deren Zentrierung;
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7 eine axiale Ansicht und eine radiale Ansicht auf die Ringfeder sowie der Mittel zu deren Positionierung und Zentrierung;
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8 eine alternative Möglichkeit der Positionierung und Zentrierung der Ringfeder;
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9 einen Schnitt durch ein radial kompaktes Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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10 ein Schnitt durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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11 eine Illustration einer alternativen Lagerung zwischen dem Primärelement und dem Sekundärelement;
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12 eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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13 eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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14 eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Druckstück als Druckelement;
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15 eine radiale Ansicht auf das Ausführungsbeispiel der 14;
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16 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung;
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17 eine radiale Ansicht auf das in 16 gezeigte Ausführungsbeispiel;
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18 ein auf dem Ausführungsbeispiel der 14 basierendes weiteres Ausführungsbeispiel mit einem abgedichteten Volumen zur Schmierung;
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19 eine alternative Möglichkeit der Abdichtung des Ausführungsbeispiels der 14;
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20 das Ausführungsbeispiel der 14 mit einer Anbindungsmöglichkeit an antriebsseitige Komponenten;
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21 einen Schnitt durch ein hydrodynamisches Anfahrelement mit einem Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung; und
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22 eine Schnittansicht durch ein leistungsverzweigendes System zur Drehschwingungsdämpfung, bei der eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung verwendet wird.
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Beispielhafte Ausführungsbeispiele werden nun in Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Dabei wird vorab darauf hingewiesen, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind und dass, um gewisse Merkmale oder Eigenschaften hervorzuheben, bestimmte Komponenten durch Verwendung einer anderen Strichstärke oder Schraffur künstlich hervorgehoben sein können.
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Es wird explizit darauf hingewiesen, dass weitere Ausführungsbeispiele durch die in den nachfolgenden Figuren gezeigten speziellen Implementierungen nicht eingeschränkt werden sollen. Insbesondere soll die Tatsache, dass bestimmte Funktionalitäten in den folgenden Figuren bezüglich spezieller Entitäten, spezifischer Funktionsblöcke oder spezifischer Vorrichtungen beschrieben werden, nicht so ausgelegt werden, dass diese Funktionalitäten in weiteren Ausführungsbeispielen auf dieselbe Art und Weise verteilt sein sollen oder gar müssen. In weiteren Ausführungsbeispielen mögen bestimmte, nachfolgend getrennten Bauteilen oder Einheiten zugeordnete Funktionalitäten in einem einzigen Bauteil bzw. in einem einzigen funktionalen Element zusammengefasst sein oder hierin als in einem einzigen Element vereinte Funktionalitäten können in getrennten funktionalen Einheiten oder durch mehrere separate Bauteile ausgeführt werden.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass, wenn ein spezielles Element oder Bauteil als mit einem anderen Element verbunden, mit diesem gekoppelt oder an dieses angebunden bezeichnet wird, damit nicht notwendigerweise gemeint ist, dass dieses unmittelbar und direkt mit dem anderen Bauteil verbunden, gekoppelt oder an dieses angebunden sein soll. Sofern dies gemeint ist, wird darauf explizit hingewiesen, indem beschrieben ist, dass das Element mit dem weiteren Element direkt verbunden, direkt gekoppelt oder direkt an dieses angebunden ist. Dies bedeutet, dass keine dazwischenliegenden, eine indirekte Kopplung bzw. Verbindung oder Anbindung vermittelnde weiteren Elemente vorhanden sind. Darüber hinaus bezeichnen in den nachfolgenden Figuren identische Bezugszeichen identische, funktionsidentische oder funktionsähnliche Komponenten, die also zwischen den unterschiedlichen nachfolgend beschriebenen exemplarischen Ausführungsbeispielen einander substituierend ausgetauscht werden können. Daher kann auch zur detaillierten Beschreibung eines solchen Bauteils, das in einer Figur dargestellt ist, auf die Beschreibung des dazu korrespondierenden Bauteils bzw. Bauelements in einer anderen Figur zurückgegriffen werden.
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1 zeigt einen Schnitt durch ein in den 1, 2, 3, und 5 gezeigtes Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2, die ein antriebsseitiges Primärelement 4 (vorliegend das andere Element bildend bzw. umfassend) sowie eine antriebsseitiges Sekundärelement 6 (vorliegend das Element bildend bzw. umfassend) aufweist, die relativ zueinander um eine Rotationsachse 7 drehbar gelagert sind. Die drehbare Lagerung ist vorliegend mittels eines Pendelrollenlagers 8 oder eines Kugellagers 9 verwirklicht, das sowohl eine Lagerung bzw. Zentrierung in der radialen Richtung als auch eine Übertragung von axial wirkenden Kräften ermöglicht. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs als Zweimassenschwungrad verwendet werden, weswegen das Primärelement 4 und das Sekundärelement 6 zusätzlich Gewichte umfassen kann, also weitere teilweise massive Baugruppen, deren Gewicht zur Abstimmung des Systems erforderlich sein kann, insbesondere zur Festlegung der Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Gesamtsystems. Der Schwerpunkt der folgenden Betrachtungen liegt jedoch auf der Erzeugung der Federkraft mittels einer Ringfeder, sodass die Aspekte der Anbindung an den Antriebsstrang und der Abstimmung des Systems nur am Rande erwähnt werden. Daher soll hier und im Nachfolgenden auch als Primärelement bzw. als Sekundärelement nicht lediglich ein einziges spezifisches Bauteil verstanden werden. Vielmehr bezeichnen Primärelement und Sekundärelement jeweils die Gesamtheit der relativ zueinander verdrehbaren Baugruppen bzw. Bauelemente.
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Die Anbindung der Primärseite an einen Antrieb kann beispielsweise mittels eines hier nur des besseren Verständnisses halber dargestellten Bolzens 10 erfolgen. An einem der beiden Elemente, vorliegend an dem Sekundärelement, ist eine Ringfeder 12 angeordnet, das heißt, diese ist an zumindest zwei Positionen, die entlang eines Umfangs voneinander beabstandet sind, mit einem vorbestimmten Abstand bezüglich dem gewählten Element, also dem Sekundärelement, fixiert. Diese Positionen bilden die Widerlager, hinsichtlich derer eine Deformation der Feder erfolgt.
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Die Ringfeder 12 wird bei einer eine Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement 4 und dem Sekundärelement 6 in der axialen Richtung 14 von einem Druckelement 16, vorliegend einem Pendelkugellager, derart mit einer Kraft beaufschlagt bzw. deformiert, dass in einer Umfangsrichtung eine der Verdrehung entgegenwirkende Rückstellkraft zwischen Primärelement und Sekundärelement erzeugt wird. Die Ruhelage ist durch eine vorgegebene relative Orientierung zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 gegeben. Der Mechanismus der Umlenkung der Kraft und der Erzeugung der Rückstellkraft wird nachfolgend anhand der 5 beschrieben werden.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel rollt insbesondere ein Lageraußenring 18 des Pendelkugellagers auf der Ringfeder 12 ab, was eine reibungsarme Ausübung des Druckes auf die Ringfeder 12 ermöglicht, wenn sich das Primärelement 4 relativ zum Sekundärelement 6 verdreht. Um die Übertragung der Kraft in der axialen Richtung zu ermöglichen, ist ein Lagerinnenring 20 des Pendelrollenlagers mittels eines Bolzens 22 mit dem Primärelement 4 verbunden. Wie aus der Axialansicht des Ausführungsbeispiels der 1 und 2 hervorgeht, sind entlang eines Umfangs der Ringfeder 12 drei solche Druckelemente in gleichem Abstand zueinander verteilt und die Ringfeder stützt sich an drei Sicken 26 am Sekundärelement 6 ab. Das heißt, bei dem in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird an drei Stellen ein Druck auf die Ringfeder 12 ausgeübt, wenn sich das Primärelement 4 relativ zu dem Sekundärelement 6 verdreht. Dabei ermöglicht das Verwenden einer Ringfeder 12 in Bezug auf das Erzeugen einer Rückstellkraft eine radial äußerst kompakt bauende Bauform, wie beispielsweise aus der Schnittansicht der 1 hervorgeht. Dies kann es beispielsweise ermöglichen, in dem Bauraum 24 zusätzliche Gewichte anzubringen, was die Möglichkeiten der Abstimmung der Drehschwingungsdämpfungsanordnung erweitert.
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Ein radialer Bauraum wird insbesondere deshalb frei, da sich beispielsweise keine Tellerfedern nach radial innen erstrecken müssen, um sich dort zur Erzeugung einer Federwirkung am Sekundärelement abstützen zu können.
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Wie die in 3 dargestellte Axialansicht auf das Ausführungsbeispiel der 1 zeigt, liegt die Ringfeder 12 an drei äquidistanten Stellen an jeweils einer Sicke 26 des Sekundärelements 6 auf, sodass an diesen drei Positionen ein vorbestimmter axialer Abstand zwischen dem Sekundärelement 6 und der Ringfeder 12 vorgegeben werden kann. Mit anderen Worten stützt sich an den Positionen der Sicke 26 die Ringfeder 12 bezüglich dem Sekundärelement 6 ab, sodass beim Abrollen des Lageraußenrings des Druckelements 16 auf der Ringfeder 12 auf die anhand der 5 beschriebene Art und Weise eine in Umfangsrichtung wirkende rückstellende Kraft erzeugt werden kann.
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Befindet sich das Druckelement 16 in der Ruhelage, die in 5 durch die Illustration mit durchgezogenen Linien gezeigt wird, befindet sich das Druckelement 16 in der Mitte zwischen zwei Positionen von Sicken 26. Dann wirkt in der Umfangsrichtung 28, also tangential zu der Ringfeder 12, keine rückstellende Kraft zwischen dem Primärelement 4 und dem Sekundärelement 6. Verdrehen sich jedoch das Primärelement 4 und das Sekundärelement 6 relativ zueinander, rollt der Lageraußenring des Druckelements 16 auf der Oberfläche der Ringfeder 12 ab und das Druckelement 16 bewegt sich beispielsweise in die in 5 links dargestellte Position.
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In dieser ergibt sich für die Ringfeder 12 der gestrichelt dargestellte andere Biegungsverlauf, das heißt, von der Ringfeder 12 wird nicht nur in der axialen Richtung eine Kraft auf das Druckelement 16 und somit auf das Primärelement 4 ausgeübt, sondern auch in der Umfangsrichtung 28 eine Rückstellkraft bewirkt. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil aufgrund des geänderten Biegeverlaufs die Ringfeder 12 an einer anderen Position mit dem Umfang des Druckelements 16 in Kontakt gerät, als in der Ruhelage. Dadurch kann mit der in den 1 bis 5 dargestellten Federanordnung auf äußerst platzsparende Art und Weise eine der Relativverdrehung entgegenwirkende rückstellende Federkraft zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 bewirkt werden.
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Zusätzlich zu dem die Deformation ermöglichenden Abstand zwischen der Ringfeder 12 und dem Sekundärelement 6 ist es erforderlich, dass die Ringfeder 12 bezüglich der Gesamtanordnung zentriert ist. Dies kann, wie der Ausschnittsvergrößerung der 6 zu entnehmen ist, beispielsweise durch mehrere entlang des Umfangs verteilte radiale Sicken 30 in einer Wand eines geschlossene Rings 41 oder in dem Sekundärelement 6 erfolgen. Durch das Vorsehen der axialen sowie radialen Sicken ist eine einfache Herstellung der Federanordnung möglich, da die Zentrierung bzw. das Einstellen des Abstandes lediglich Kaltumformungen der beteiligten Blechelemente erforderlich macht.
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Alternativ zu der in 6 gezeigten Möglichkeit der Zentrierung bzw. Einstellung des Abstandes zeigt 7 eine Möglichkeit, wie sowohl die Zentrierung als auch die Einstellung des Abstandes mittels eines oder mehrerer Metallstifte erfolgen kann. Bei der in 7 illustrierten Möglichkeit wird der vorbestimmte Abstand zwischen der Ringfeder 12 und dem Sekundärelement 6 von dem Durchmesser zylindrischer Radialstifte 32 festgelegt, die zwischen dem Sekundärelement 6 und der Ringfeder 12 angeordnet sind. Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich die Radialstifte 32 innerhalb von Ausnehmungen bzw. Warzen im Blech des Sekundärelements 6, um diese entlang der Umfangsrichtung zu fixieren. Zusätzlich wird auch die Zentrierung mittels mehrerer Axialstifte 34 erreicht, die entlang des Umfangs verteilt sind und sich in der axialen Richtung erstrecken.
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Alternativ dazu können, wie beispielsweise in 8 gezeigt, beide Positionierungen, also die radiale Zentrierung sowie der Abstand mittels Radialstiften 32 und Axialstiften 34 eingestellt werden, wobei eine Ausnehmung bzw. Vertiefung im Material des Sekundärelements 6 vermieden werden kann, wenn der Radialstift 32 zwischen zwei Paaren von Axialstiften 34 eingespannt bzw. fixiert ist. Die Verwendung von Radialstiften 32 sowie von Axialstiften 34 kann dabei den Vorteil haben, dass die Stifte gehärtet sein können, sodass ein Verschleiß an der Ringfederauflage vermieden bzw. minimiert werden kann. Auch kann die Verwendung von Stiften ermöglichen, im Rahmen eines Baukastensystems verschiedene Ringfedergrößen für dieselben Blechumformteile, beispielsweise für das Sekundärelement 6, zu realisieren. Dabei können beispielsweise für die axialen Zentrierstifte bzw. die Axialstifte 34 die Bohrungen bedarfsgerecht gebohrt werden bzw. es können vorab mehrere Bohrungen vorgesehen sein, die für die unterschiedlichen Konfigurationen des Baukastens Verwendung finden können.
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4 zeigt ein im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1 entsprechendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das an eine alternative Bauraumform angepasst ist. Im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel weist der zur Verfügung stehende Bauraum radial außen einen Rücksprung in der axialen Richtung hinter die Anschraubfläche an der Kurbelwelle bzw. dem Bolzen 10 auf. Dadurch wird das Primärelement 4 bzw. das Eingangsteil gekröpft ausgeführt, sodass im radial inneren Bereich, insbesondere radial innerhalb des Druckelements 16 axial nur sehr wenig Bauraum benötigt wird. Dies wird insbesondere durch die Verwendung der Ringfeder 12 ermöglicht, die radial äußerst kompakte Implementierungen erlaubt.
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Mit anderen Worten zeigen die 1 bis 8 Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die beispielsweise primärseitig an die Kurbelwelle eines Motors angebunden werden können. Radial außen ist aus dem Primärelement 4 eine Lagergabel herausgeformt, in der die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 durch einen Lagerbolzen bzw. einen Bolzen 22 gehalten wird. Dieses Druckelement 16 drückt auf die Ringfeder 12, die sich auf Sicken 26 im Ausgangsteil bzw. Sekundärelement 6 abstützt und verformt diese in axiale Richtung 14. Für eine hinreichende axiale Verformbarkeit weist das Sekundärelement 6 Ausnehmungen auf. Am Ausgangsteil bzw. Sekundärelement 6 kann beispielsweise eine Sekundärmasse mit der Reibfläche für eine Kupplung befestigt werden, dieses kann alternativ jedoch auch in an sich bekannter Weise mit einer Getriebeeingangswelle verdrehfest verbunden werden, beispielsweise durch eine „Drive Plate“.
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Da die Ringfeder 12 axial verformt wird und eine axiale Kraft überträgt, kann es vorteilhaft sein, das Primärelement 4 und das Sekundärelement 6 durch sich radial erstreckende Versteifungen 36 und 38 axial steif auszuführen. Die Lagerung zentriert einerseits Primärelement 4 und Sekundärelement 6 zueinander, nimmt aber auch die durch die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 aufgebrachten Axialkräfte auf die Ringfeder 12 auf. Dabei ist für eine gute Entkopplung ein niedriger Reibwert förderlich, wie er beispielsweise durch ein Wälzlager erzielt werden kann. Bei Verwendung des in 1 dargestellten Pendelrollenlagers 8 ist besonders vorteilhaft, dass dieses auch Taumelbewegungen ausgleichen kann.
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Aus demselben Grund wird gemäß einigen Ausführungsbeispielen ein Pendelkugellager für die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 verwendet. In dem Bauraum 24 kann aufgrund des radial geringen Platzbedarfs der Ringfeder 12 bzw. der gesamten die Rückstellkraft bewirkenden Federanordnung noch Zusatzmasse eingebracht werden, sofern dies erforderlich sein sollte. Diese kann radial relativ weit außen liegen und durch das dadurch hervorgerufene Massenträgheitsmoment zur Beruhigung der Drehungleichförmigkeiten in erheblichem Maße beitragen.
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In der in 2 dargestellten Ansicht ist die Dreiteilung des Systems zu sehen. Über den Umfang sind drei Druckelemente 16 zur Axialkrafteinleitung in die Ringfeder 12 dargestellt, welche vollständig umläuft. Eine Dreiteilung kann dabei den Vorteil aufweisen, dass die Abstützung statisch bestimmt ist. Ferner ergibt sich dadurch ein relativer Verdrehwinkel von näherungsweise ±60° in beide Richtungen, da die hier nicht dargestellte Ausgangsseite bzw. die sekundärelementseitige Abstützung der Ringfeder 12 in der Ausgangslage, also in der Ruhelage mit Verdrehwinkel 0°, genau mittig zwischen zwei benachbarten Druckrollen 16 angeordnet sein kann. Selbstverständlich sind auch beliebige Mehrteilungen möglich, beispielsweise eine Zweiteilung, also eine doppelte 180°-Anordnung. Diese erlaubt einen größeren Verdrehwinkel, kann aber auch größere Kräfte in dem Druckelement 16 zur Folge haben.
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In der in 3 dargestellten Axialansicht auf das Sekundärelement 6 ist erkennbar, dass sich die Ringfeder 12 an drei über 120° verteilten Sicken 26 abstützt. Zwischen den Sicken 26 sind zur Sicherstellung eines ausreichend axialen Freigangs für die Verformung Ausnehmungen 40 eingebracht. Zur Erhöhung der axialen Steifigkeit dienen einerseits der geschlossene Ring 41 radial außerhalb der Ausnehmungen 40 und andererseits Versteifungssicken 43, die sich von den Sicken 26 radial nach innen erstrecken. Radial innen sind Bohrungen zur Befestigung der Sekundärmasse und für den Durchgriff der Kurbelwellenschraube eingebracht.
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In 5 ist dargestellt, wie aus der Axialsteifigkeit der Ringfeder 12 eine Umfangssteifigkeit bzw. eine in der Umfangsrichtung 28 wirkende Kraft erzeugt wird.
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Das Druckelement 16, also die Druckrolle, die am Eingangsteil bzw. der Primärseite drehbar um eine radiale Achse befestigt ist, spannt die Ringfeder 12 beim Einbau axial vor, sodass sie die in durchgezogenen Linien dargestellte Form erhält, wenn Primärelement 4 und Sekundärelement 6 nicht zueinander verdreht sind. Wird nun ein Drehmoment eingeleitet, verdrehen sich Primär- und Sekundärelement 4 und 6 zueinander, sodass das Druckelement 16 zusammen mit dem Primärelement 4 beispielsweise die in 5 links dargestellte Position einnimmt. Dadurch erhält die Ringfeder die in gestrichelten Linien dargestellte Form. Sie wird dabei also verformt und übt über das Druckelement 16 aufgrund ihrer Steigung in Umfangsrichtung 28 eine rückstellende Kraft aus, die zwischen Primär- und Sekundärelement 4 und 6 wirkt. Da die Steigung der Ringfeder 12 in der Ruhelage, die in 5 rechts dargestellt ist, null ist, ist in der Ruhelage die rückstellende Umfangskraft und damit das Moment ebenfalls null. Vergrößert sich der Verdrehwinkel, so steigt auch das rückstellende Moment aus der Ringfeder 12 progressiv, je näher sich das Druckelement 16 an die Auflagesicke bzw. Sicke 26 annähert, da der Gradient der Ringfeder immer steiler wird. Dies geschieht stetig, was vorteilhaft für die Dimensionierung der Federkennlinie ist. Zusammenfassen kann gesagt werden, da die Steigung der Feder 12 links von dem verdrehten Druckelement 16 größer ist, als rechts davon, ergibt sich eine größere Umfangskraft von links nach rechts, als von rechts nach links. Grund dafür ist die Keilwirkung.
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6 zeigt die Positionierung der Ringfeder 12 mittels Warzen im Blech. Die Ringfeder 12 stützt sich axial an der Sicke 26 am Sekundärelement 6 ab. Die Zentrierung der Ringfeder 12 bezüglich der Drehachse erfolgt über die radiale Sicke 30 in der Wand des geschlossenen Rings 41. Das heißt, sowohl Abstützung als auch Zentrierung kann durch eine einfache Umformung eines Bleches erzielt werden.
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7 zeigt alternative Möglichkeiten der axialen Abstützung der Ringfeder 12 über Radialstifte 32, die zur tangentialen und radialen Positionierung in eingedrückte Sicken eingelegt sind. Die Zentrierung erfolgt ebenfalls über einen in das Ausgangsteil bzw. das Sekundärelement 6 eingepressten Axialstift 34.
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8 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung für die Positionierung, in der auf eine Positionierungssicke für die Ringfederauflagebolzen bzw. für die Radialbolzen bzw. Radialstifte 32 verzichtet werden kann, indem der Radialstift 32 durch vier der Zentrierung dienende Axialstifte 34 eingeklemmt bzw. tangential gehalten wird. Radial außen stützt sich der Radialstift 32 am Versteifungsrand, hier am geschlossenen Ring 41 des Sekundärelements 6 ab. Durch die in 8 gezeigte Ausführungsform werden weniger Umformoperationen am Blech des Sekundärelements 6 erforderlich, was das Umformwerkzeug kostengünstiger werden lässt.
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9 zeigt erneut die für das Erzeugen einer rückstellenden Kraft zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 erforderlichen Elemente einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Aus der 9 dargestellten Schnittansicht wird erneut besonders deutlich, dass aufgrund des Verwendens einer Ringfeder 12 der Bauraum, der in der radialen Richtung 42 zur Implementierung benötigt wird, äußerst gering ist. Am Primärelement 4 bzw. Eingangsteil ist die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 gelagert. Das Ausgangsteil bzw. das Sekundärelement 6 trägt das axiale Gegenlager der Ringfeder 12. Primärelement 4 und Sekundärelement 6 sind relativ zueinander verdrehbar, beispielsweise über ein reibungsarmes Wälzlager, welches sowohl radiale als auch axiale Kräfte aufnehmen kann. Insbesondere kann bei Verwendung eines Wälzlagers eine axiale, durch die Federwirkung der Ringfeder 12 verursachte Kraft von dem axial tragfähigen Wälzlager aufgenommen werden. Beispiele für Wälzlager, die hier verwendet werden können, sind beispielsweise Rillen-, Pendel- oder auch Schrägkugel- sowie Rollenlager.
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Je nach Abstand der in 9 gezeigten Anordnung von der Drehachse des Gesamtsystems lässt sich sehr einfach eine radial klein oder groß bauende Einheit herstellen, da die Federwirkung der Ringfeder selbst es nicht erfordert, dass sich die Ringfeder in radialem Abstand innen oder außen an dem Sekundärelement 6 abstützt, wie dies beispielsweise bei herkömmlichen Implementierungen mit Tellerfedern der Fall ist. Die Federkraft selbst ist nämlich überwiegend von dem verwendeten Material, der Materialstärke und der Anzahl der verwendeten Ringfedern abhängig. Für die gesamte Federkennlinie kann ergänzend der Abstand bzw. die Vorspannung oder die Relativposition zwischen Druckelement 16 und Ringfeder 12 an die Gegebenheiten angepasst werden, ohne dass dies zusätzlichen radialen Bauraum verbracht.
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Lediglich der Vollständigkeit halber ist hier ergänzend angemerkt, dass als Ringfeder hierin nicht notwendigerweise eine vollständig in Umlaufrichtung geschlossene Ringscheibe verstanden werden muss. Selbstverständlich ist es in alternativen Ausführungsbeispielen ebenfalls möglich, Segmente von Ringfedern zu verwenden, die sich an zumindest zwei Stellen gegen das Sekundärelement 6 abstützen, um die erforderliche Federwirkung zu erzielen. Auch lassen sich die Komponenten bzw. die Anordnung des Druckelements 16 der Ringfeder 12 vertauschen, sodass in alternativen Ausführungsbeispielen die Ringfeder 12 an dem anderen Element aus der Gruppe von Primärelement 4 und Sekundärelement 6, also an dem Primärelement 4 angebracht sein kann, wohingegen das Druckelement 16 an das Sekundärelement 6 angebunden sein kann.
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10 zeigt, basierend auf dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, eine alternative Möglichkeit der Anbindung bzw. Lagerung des Druckelements 16 bezüglich dem Primärelement 4. Anstelle des in 1 dargestellten eingesteckten oder eingepressten Bolzens 22 kann die Achse des Druckelements 16, die sich durch deren Lagerinnenring 20 erstreckt, auch durch aus den Gabelschenkeln herausgedrückte Näpfe 44 bestehen. Dabei kann die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 montiert werden, indem sie vor dem Zusammenbiegen der Schenkel 46a und 46b des gabelförmigen Teils des Primärelements 4 eingelegt werden und die Näpfe 44 bzw. die Zapfen in die Bohrung des Lagerinnenrings 20 eintauchen. Zusätzlich zu der Einsparung eines Produktionsschritts bzw. zum Einsetzen des Bolzens hat die in 10 dargestellte Anordnung bzw. das dieser Anordnung zugrunde liegende Herstellungsverfahren den Vorteil, dass die Druckrolle bzw. das Druckelement 16 verliersicher eingebaut ist.
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11 zeigt eine alternative Möglichkeit der Lagerung zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6. Bei der in 11 gezeigten alternativen Lagerung wird die Axialkraft der Ringfeder 12 über ein Axialwälzlager 48, vorliegend in Form eines Rillenkugellagers, aufgenommen, während die Zentrierung in radialer Richtung über ein Gleitlager 50 erfolgt. Das heißt, bei der in 11 gezeigten Darstellung erfolgt eine Funktionstrennung zwischen radialer Zentrierung und axialer Übertragung der Stützkraft. Dies kann vorteilhaft dazu führen, dass durch die Funktionstrennung bauraumoptimale Lager bzw. Lagerbauteile für die einzelnen Richtungen der Lastaufnahme an optimaler Stelle eingesetzt werden können. In Erweiterung kann eine axiale Anlaufscheibe 123 Axialkräfte übertragen. Naheliegender Weise kann auch das Axialwälzlager 48 durch ein Gleitlager ersetzt werden
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12 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem der Übertrag einer axialen Last vom Primärelement 4 auf das Sekundärelement 6 vermieden wird, indem eine symmetrische Anordnung aus Ringfedern 12, 52 und Druckelementen 16, 54 gewählt wird. Um dies zu erreichen, weist das in 12 gezeigte Ausführungsbeispiel eine Federanordnung auf, die eine weitere Ringfeder 52 umfasst, die axial zu der Ringfeder 12 benachbart ist. Ein weiteres Druckelement 54 ist symmetrisch zu dem Druckelement 16 an das Primärelement 4 axial derart angebunden, dass die weitere Ringfeder 52 bei einer die Ruhelage verlassenden relativen Verdrehung zwischen dem Primärelement 4 und dem Sekundärelement 6 von dem weiteren Druckelement entgegen der axialen Richtung deformiert wird. Das heißt, das Sekundärelement 6 wird symmetrisch aus beiden Richtungen belastet, sodass sich netto eine axiale Gesamtbelastung näherungsweise zu null ergibt.
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Wie aus 12 ersichtlich, besteht bei dem dort speziell gezeigten Ausführungsbeispiel das Primärelement 4 aus zwei zueinander zumindest teilweise symmetrischen Trägern 59 und 60, die mittels eines Bolzens 56, einer Vernietung oder einer Verschraubung miteinander starr verbunden sind, wobei an jeder der Träger 59, 60 ein Druckelement 16, 54 angeordnet ist. Da aufgrund der symmetrischen Krafteinwirkung auf das Sekundärelement 6 eine axiale Gesamtkraft näherungsweise null ist, kann zur Lagerung zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 gemäß dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Radiallager 58, beispielsweise in Form eines Rillenkugellagers, verwendet werden, welches lediglich geringe axiale Kräfte übertragen kann.
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Mit anderen Worten wurde bei den anhand der 1 bis 11 diskutierten Ausführungsbeispielen die Kraft der Ringfeder 12 in einem Axiallager abgestützt, welches aus Reibungsgründen einen kleinen Durchmesser haben sollte, wobei die Kraft von deren Übertragung radial außen nach radial innen geführt werden musste, was damit einherging, dass die zur Kraftübertragung benutzten Bauteile hinreichend versteift werden mussten bzw. hinreichend steif ausgeführt sein mussten. Darauf kann bei dem in Fig. 12 dargestellten Ausführungsbeispiel mit symmetrischer Krafteinleitung, bei dem die Ringfederkräfte unmittelbar kurzgeschlossen werden, verzichtet werden. Dies ermöglicht die in 12 gezeigte symmetrische Anordnung, bei der zwei Ringfedern 12 und 52 beidseitig des Sekundärelements 6 angeordnet sind, welche durch die beiden Druckelemente 16 und 54 in entgegengesetzter Richtung verformt werden. Das zweite Druckelement 52 ist in einen weiteren Träger 60 eingebaut, der über ein oder mehrere Abstandsstücke bzw. Bolzen 56 mit dem Träger 59 verbunden ist, welcher wiederum an den Antrieb mittels des Bolzens 10 angebunden wird. Der Bolzen 56 bzw. das Abstandsstück läuft in einer tangentialen Ausnehmung 62 im Sekundärelement 6, welche bei geeigneter Dimensionierung einen Endanschlag in tangentialer, das heißt in Umfangsrichtung bilden kann.
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13 zeigt ein auf dem Ausführungsbeispiel der 12 basierendes weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem die Druckelemente 16 und 54 bzw. die Druckrollen in einem gemeinsamen Trägerbauteil 64 gehalten sind, das aus dem in 13 oben gezeigten Blechrohling bzw. Blechstreifen umgeformt werden kann. Das Trägerbauteil 64 bzw. dessen Blechrohling weist Blechfahnen 66 mit Bolzenbohrungen 68 zur Aufnahme der Bolzen 22 auf. Der Blechrohling des Trägerbauteils 64 weist ferner Verbindungsfahnen 70 mit darin angeordneten Verbindungsbohrungen 72 auf, mittels derer das Trägerbauteil 64 mit einem scheibenförmigen Element, an dem der Antrieb angebunden wird, über eine Vernietung 74 oder dergleichen verbunden werden kann. Die Ringfedern 12 und 52 sind vorliegend, wie bereits voranstehend als Möglichkeit angedeutet, als Federpakete, also bestehend aus mehreren axial unmittelbar benachbarten einzelnen Ringfederelementen, ausgeführt. Die Ringfedern 12 und 52 stützen sich axial, analog zu dem in 7 oder 8 für eine einseitige Federanordnung beschriebenen Ausführungsbeispiel, an einem gemeinsamen eingelegten Distanzstift 76 ab, was auf vorteilhafte Art und Weise zu einer besonders kompakten Bauweise führen kann. Ebenso wie bei dem anhand von 12 diskutierten Ausführungsbeispiel muss das Radiallager 58 nur noch äußerst geringe, aufgrund einer fertigungsbedingten Toleranz verbleibende axiale Momente tragen. Dieses kann daher sogar ein in axialer Richtung zerlegbares Rollenlager sein, insoweit die axiale Zentrierung über die symmetrische Anordnung der Druckelemente 16 und 54 erfolgt.
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Die 14 und 15 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei denen eine Deformation der Ringfeder 12 durch ein Druckelement 16 erreicht wird, das an einer Anlauffläche 78 am Primärelement 4 anliegt, welche eine Kontur bzw. eine Form hat, die bei dem Verlassen der Ruhelage, also bei einer relativen Verdrehung zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 zu einer Bewegung des Druckelements 16 in der axialen Richtung führt.
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Das heißt, bei dem in 14 und 15 gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Umlenkung von der axial wirkenden Rückstellkraft der Ringfeder 12 in eine tangentiale Kraft bzw. in ein Drehmoment durch ein Druckelement 16, beispielsweise in Form eines Keils, erreicht, das entlang einer geeigneten, beispielsweise rampenförmigen Anlauffläche 78 läuft, die mit dem Primärelement 4 verbunden oder durch dieses selbst gebildet ist. Die Kontur der Anlauffläche 78 sorgt dabei dafür, dass die axiale Kraft der Ringfeder 12 auch eine in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 bewirkt, die umso größer ist, je steiler die Rampe verläuft. Das heißt, von der Form der Rampen bzw. der Anlauffläche 78 am Primärelement 4 wird die Axialkraftkomponente über das Druckelement 16 auf die Ringfeder 12 übertragen.
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Um ein zumindest teilweises Umwandeln der Axialkraftkomponente in eine in Umfangsrichtung wirkende Kraftkomponente zu gewährleisten, ist das Druckelement 16 mittels einem mit dem Sekundärelement 6 über eine Nietverbindung 80 verbundenen Halteblech 82 drehfest verbunden, also an einer Relativverdrehung zwischen Sekundärelement 6 und Druckelement 16 gehindert. Gemäß den in den 14 und 15 gezeigten Ausführungsbeispielen kann, bei Beibehaltung der radialen Kompaktheit der Federanordnung, gleichzeitig auch eine axial äußerst kompakt bauende Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 erzielt werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind auch auf den 14 und 15 basierende Ausführungsformen in Analogie zu den in 12 und 13 besprochenen Ausführungsformen symmetrisch implementierbar, um die Übertragung einer großen Axialkraft zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 zu vermeiden.
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15 illustriert erneut das Zustandekommen einer rückstellenden, in Umfangsrichtung wirkenden Kraftkomponente bei dem in den 14 und 15 gezeigten Ausführungsbeispiel, wobei in der oberen Ansicht die Ruhelage dargestellt ist, bei der von dem Druckelement 16 keine Deformation der Ringfeder 12 verursacht wird. Die untere Ansicht zeigt den ausgelenkten Fall, also einen Fall, bei dem eine Relativverdrehung zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 stattgefunden hat, sodass das Druckelement 16 die Ringfeder 12 deformiert und über die Rampe, also über die Form der Anlauffläche 78 an dem Primärelement eine Rückstellkraft hervorgerufen wird. Die der Rampe zugewandte Seite des Druckelements 16 kann dabei, zur Verringerung der Reibung, entweder abgerundet, gehärtet und/oder mit glatter Oberfläche versehen sein. Zur weiteren Minimierung der Reibung kann an der der Anlauffläche 78 zugewandten Oberfläche des Druckelements 16 beispielsweise auch ein Wälzlager angeordnet sein. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann auf reibungsminimierende Maßnahmen absichtlich verzichtet werden, um so eine möglicherweise gewünschte Dämpfung der Drehschwingungsdämpfungsanordnung zu erhalten.
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Die 16 und 17 zeigen in einer Schnittansicht sowie in einer Radialansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem zwischen dem Druckelement 16 und der Ringfeder 12 ein Zwischenelement 84 angeordnet ist, dessen Form, ähnlich wie die Form der Anlauffläche in den 14 und 15 über die Federkennlinie entscheidet bzw. diese mitbestimmt. Das Zwischenelement 84 ist drehfest mit dem Sekundärelement 6 gekoppelt, axial jedoch relativ zu diesen beweglich. Bei dem in 16 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies beispielsweise mittels der Blattfedern 86 erreicht, die über Vernietungen 88 und 90 sowohl mit dem Sekundärelement 6 als auch mit dem Zwischenelement 84 verbunden sind. Das heißt, bei der in 16 und 17 gezeigten alternativen Ansteuerung der Ringfeder 12 wird die Verformung über das Zwischenelement 84 bzw. den Rampenring verursacht. Dieser ist radial und verdrehfest aber axial beweglich bezüglich des Sekundärelements 6 gelagert bzw. an dieses angebunden. Analog zu dem in den 14 und 15 diskutierten Ausführungsbeispiel kann bei dem in den 16 und 17 gezeigten Ausführungsbeispiel die Federkennlinie über die Steigung der Rampen, allgemein gesprochen über die Form der Kontur, auf der das Druckelement 16 bzw. das Kugellager abrollt bzw. gleitet, in weiten Grenzen eingestellt werden. Beispielsweise lassen sich durch unterschiedliche Rampensteigungen bzw. unterschiedliche Formen des Zwischenelements 84 die Kennlinien für den Schub-Betrieb und Zug-Betrieb unterschiedlich gestalten. Bei dem in 17 illustrierten Ausführungsbeispiel wird die Ringfeder 12 vom unverformten Zustand in einen verformten Zustand also dadurch überführt, dass eine Druckelement 16 durch Verdrehung des Eingangsteils bzw. des Primärelements 4 gegenüber dem Sekundärelement 6 ein Rampenbauteil bzw. das Zwischenelement 84 axial verlagert. Gemäß alternativen Ausführungsbeispielen kann dieses beispielsweise auch mittels eines auf dem Zwischenelement 84 gleitenden starren Körpers geschehen.
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18 und 19 zeigen nachfolgend unterschiedliche Möglichkeiten, wie Torsionsschwingungsdämpfer gemäß einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung abgedichtet werden können, sodass dieser im Betrieb geschmiert werden kann, was im Sinne einer optimalen Entkopplung in einigen Betriebszuständen vorteilhaft sein kann. Wenngleich die Abdichtungsmaßnahmen in den 18 und 19 auf dem speziell in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beruhen, versteht es sich von selbst, dass gemäß weiteren Ausführungsbeispielen auch andere Drehschwingungsdämpfungsanordnungen auf dieselbe oder ähnliche Art und Weise abgedichtet werden können, sodass Schmiermittel innerhalb der Drehschwingungsdämpfungsanordnung verbleiben bzw. zirkulieren können.
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Zum Erzielen einer Abdichtung ist bei dem in 18 gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen dem Primärelement, bzw. einem mit dem Primärelement 4 drehfest verbundenen Gehäuse und dem Sekundärelement 6 ein Simmerring 92 als eine dynamische Dichtung angeordnet. Gleichzeitig sind, verglichen mit dem in 14 gezeigten Ausführungsbeispiel, Bohrungen, die während der Montage den Zugang zu Befestigungsschrauben bzw. den Bolzen 10 zur Anbindung des Primärelements 4 an einen Antriebsstrang ermöglichen, mittels Stopfen 94 verschlossen, um einen geschlossenen Schmiermittelraum zu erhalten. Anstelle eines möglicherweise offenen Wälzlagers wird bei dem in 18 gezeigten Ausführungsbeispiel ein abgedichtetes Lager 96 verwendet um einen geschlossenen Schmiermittelraum zwischen Primärelement 4 und Sekundärelement 6 zu erhalten. Eine Befestigungsbohrung, die abtriebsseitig zur Anbindung weiterer Bauelemente dient, ist bei dem in 18 gezeigten Ausführungsbeispiel in Form eines Sackloches 98 ausgebildet, um den Schmiermittelraum nicht zu öffnen bzw. zu einer Undichtigkeit desselben zu führen.
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Das heißt, durch einfache Abdichtungsmaßnahmen kann das in 14 gezeigte Ausführungsbeispiel, welches axial äußerst kompakt baut, abgedichtet werden, um zu einer reibungsarmen optimalen Entkopplung beizutragen. Das heißt mit anderen Worten, Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen auch Drehschwingungsdämpfungsanordnungen, die geschmiert sind, das heißt, die einen zwischen dem Primärelement 4 und dem Sekundärelement 6 befindlichen abgedichteten Raum umfassen, der die Ringfeder 12 und das Druckelement 16 enthält.
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19 zeigt eine alternative Möglichkeit des Erzeugens eines solchen Schmiermittelraumes, in dem eine Trennwand 100 eingefügt ist, die radial außen dichtend an der mit dem Primärelement 4 drehfest verbundenen Primärmasse angebunden ist. Diese Dichtung kann dabei eine statische Dichtung sein, die beispielsweise unter Einbringung eines Dichtmittels wie beispielsweise eines Dichtringes 102 erzeugt werden kann. Radial innen ist die Trennwand 100 mit einer dynamischen Dichtung 104 in Form eines Dichtrings 102 bezüglich dem Sekundärelement 6 abgedichtet. Eine weitere dynamische Dichtung 106 wird von einem Dichtungsträger bzw. Zwischenring 108 am Primärelement 4 gehalten und dichtet gegenüber einem sekundärseitigen Winkelring 110 ab. Durch die zusätzliche Trennwand 100, und die beiderseits der Trennwand vorhandenen Luftspalte kann eine teilweise thermische Isolierung der Federanordnung von der Sekundärmasse 111 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung, die der Anbindung einer Kupplung oder dergleichen dienen kann, erreicht werden. Durch diese Anbindung könnte Reibwärme in das System eingetragen werden, die sich negativ auf das Schmiermittel auswirken könnte, was vorliegend durch die spezielle Ausgestaltung der in 19 gezeigten Ausführungsform vermieden werden kann.
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Beide dynamischen Dichtungen 104 und 106 befinden sich radial weit innen, das heißt, sie reiben auf einem radial kleinen Durchmesser, was dazu führt, dass die zusätzlichen durch die Dichtungen eingetragenen Reibmomente minimal bleiben und andererseits auch aufgrund der geringen Länge der Dichtung bzw. der abdichtenden Kanten die Dichtwirkung äußerst gut ist. Verglichen mit dem in 18 gezeigten Ausführungsbeispiel müssen ferner die Bohrungen, die den Zugang zu den Kurbelwellenschrauben bzw. den Bolzen 10 ermöglichen, nicht separat abgedichtet werden.
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20 zeigt das Ausführungsbeispiel der 18 welches auf an sich herkömmliche Art und Weise über flexible Platten 112 (Flex Plates) verfügt, die an das Primärelement 4 drehfest angebunden bzw. mit diesem mittels einer Verschraubung 114 verbunden sind, sodass die Anbindung an den Antriebsstrang mittels der Bolzen 10 über die flexible Platte 112 dazu führt, dass störende Taumelschwingungen bzw. deren Einleitung in die Drehschwingungsdämpfungsanordnung der 20 vermieden werden können. Das heißt, die Drehschwingungsdämpfungsanordnung wird nicht starr an die Kurbelwelle angebunden sondern unter Zwischenschaltung eines axial- und/oder taumelweichen Bauelements, einer sogenannten „Flex Plate“. Diese wird über die Bolzen 10 mit der Kurbelwelle und über die Verschraubung 114 mit dem Primärelement 4 bzw. der Primärseite der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 verbunden. Eine zyklische Anregung der Kurbelwelle kann sich daher nicht als Taumelanregung auf das Gesamtsystem auswirken.
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21 zeigt die Anwendung einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem an sich bekannten Anfahrelement bzw. Wandler mit zweistufigem Torsionsschwingungsdämpfer 118. Auf eine detaillierte Darstellung der an sich bekannten Komponenten eines solchen Anfahrelements wird hier aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Das Anfahrelement umfasst ein hydrodynamisches Anfahrelement 116, beispielsweise in Form eines hydrodynamischen Wandlers bzw. einer Hydrokupplung, einen zweistufigen Torsionsschwingungsdämpfer 118 und eine Wandüberbrückungskupplung 120 zur Überbrückung des hydrodynamischen Anfahrelements 116 nach dem Anfahren.
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Eine Federelementanordnung einer Torsionsschwingungsdämpfungsanordnung 2 der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen diskutierten Art kann beispielsweise als radial äußerer Dämpfer in dem zweistufigen Torsionsschwingungsdämpfer 118 verwendet werden. Das Primärelement bzw. die Primärseite der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 wird drehfest mit dem Ausgang der Wandlerüberbrückungskupplung 120 verbunden, sodass bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 120 die Drehschwingungsdämpfungsanordnung eine erste Stufe des zweistufigen Torsionsschwingungsdämpfers 118 bildet.
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Bei dem in 21 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Stufe des zweistufigen Torsionsschwingungsdämpfers 118 durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte Schraubendruckfedern implementiert, die auch die Schwingungen der Turbine 122 des hydrodynamischen Anfahrelements 116 dämpfen. Bei der in 21 dargestellte Anwendungen einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 als erste Stufe eines zweistufigen Torsionsschwingungsdämpfers 118 innerhalb eines Anfahrelements wird die erste Stufe des Torsionsschwingungsdämpfers 118 besonders reibungsarm. Dies gilt insbesondere, wenn eine der anhand der 1 bis 13 diskutierte Ausführungsformen verwendet wird, bei denen als Druckelement 16 Wälzlager verwendet werden. Die reibungsoptimierte radial außen liegende erste Torsionsschwingungsdämpferstufe stellt eine sehr gute Entkopplung sicher, insbesondere verglichen mit der Verwendung von Schraubendruckfedern als erste Torsionsschwingungsdämpferstufe, die auf den großen Wirkdurchmessern der äußeren bzw. ersten Torsionsschwingungsdämpferstufe eine hohe Fremdreibung verursachen, die in den hohen Federfliehkräften begründet ist.
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Bei weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich ein Ausführungsbeispiel einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung auch als zweite Stufe in einem mehrstufigen Torsionsschwingungsdämpfers innerhalb eines Anfahrelements der in 21 gezeigten Art verwendet werden oder als einzige Stufe eines einstufigen Torsionsschwingungsdämpfers.
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22 zeigt die Verwendung eines Ausführungsbeispiels einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 in einem an sich bekannten leistungsverzweigenden System, in dem die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 zur Erzeugung einer Phasenverschiebung von Drehungleichförmigkeiten in einem ersten von zwei Drehmomentübertragungswegen des leistungsverzweigenden Systems der 22 verwendet wird. Dabei wird, analog zu 21, auf die detaillierte Beschreibung der Funktionsweise des an sich bekannten leistungsverzweigenden Systems aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Allgemein gesprochen weisen solche Systeme zum Übertragen einer Rotation von einer Antriebsseite zu einer Abtriebsseite einen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite angeordneten ersten Drehmomentübertragungsweg zum Übertragen eines ersten Drehmomentanteils und einen zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite angeordneten zweiten Drehmomentübertragungsweg zum Übertragen eines zweiten Drehmomentanteils auf. Eine Koppelanordnung dient zum Überlagern des ersten Drehmomentanteils und des zweiten Drehmomentanteils. Eine Phasenschieberanordnung in einem der Drehmomentübertragungswege dient zum Bewirken einer Phasenverschiebung wischen Rotationsschwingungen, die über den ersten Drehmomentübertragungsweg zu der Koppelanordnung übertragen werden und den Rotationsschwingungen, die über den zweiten Drehmomentübertragungsweg zu der Koppelanordnung übertragen werden.
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Bei dem in 22 geigten Ausführungsbeispiel wird eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2, beispielsweise die der in 9 schematisch skizzierten Art mit radial äußerst kompakter Bauform zur Erzeugung der Phasenverschiebung von Drehungleichförmigkeiten in einem der Drehmomentübertragungswege verwendet. Die Verwendung eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 in einem leistungsverzweigenden System hat dabei insbesondere den erheblichen Vorteil, dass die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 eine äußerst geringe Eigenreibung aufweist, insbesondere wenn ein Ausführungsbeispiel mit einem Wälzlager als Druckelement 16 verwendet wird. Dies wiederum hat zur Folge, dass das schwingungsfähige System eine äußerst geringe Eigendämpfung aufweist, sodass die Phasenverschiebung der Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang, die mittels einer Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 der Erfindung erzielt werden können, schon kurz oberhalb der Eigenfrequenz der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 näherungsweise 180° sind. Diese Eigenschaft ergibt sich aus der bekannten Mathematik der erzwungenen Schwingungen. Zum Erzeugen einer Phasenverschiebung wird das Primärelement 4 der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 von der Eingangsseite des leistungsverzweigenden Systems angetrieben und leitet das Drehmoment über das Sekundärelement 6 an die Ausgangsseite bzw. den Eingang einer in Reihe geschalteten optionalen weiteren Drehschwingungsdämpfungsanordnung weiter. Dabei kann das Ausführungsbeispiel der Drehschwingungsdämpfungsanordnung 2 als autarke Einheit eine eigene Lagerung in Form eines Wälzlagers besitzen oder auch die Axiallagerung des Gesamtsystems mitbenutzen bzw. an diese angebunden sein.
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Wenngleich in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen die Ringfeder immer an dem Sekundärelement bzw. der Ausgangsseite der Drehschwingungsdämpfungsanordnung angebracht ist, ist die kinematische Umkehr selbstverständlich ebenfalls möglich. Diese kann den Vorteil haben, dass beispielsweise die Druckrolle auf der bereits beruhigten Seite der Drehschwingungsdämpfungsanordnung sitzt. Das System bzw. die Drehschwingungsdämpfungsanordnungen lassen sich in alle denkbaren Antriebsstrangbauformen und bestehende Designs von Torsionsdämpfern einsetzen. Darunter auch Anordnungen für Handschaltgetriebe mit trockener Kupplung und für Automatikgetriebe mit hydrodynamischem Drehmomentwandler.
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Selbstverständlich ist der Einsatz auch vor oder hinter trocken- oder nasslaufenden Doppelkupplungen in Lastschaltgetrieben oder in beliebigen Hybrid-Antriebssträngen vorteilhaft. Das System bzw. die Drehschwingungsdämpfungsanordnung kann ungeschmiert oder auch in einem abgedichteten, mit Schmiermittel zumindest teilweise gefüllten Raum betrieben werden. Wälzlagerungen zwischen Primär- und Sekundärseite sowie an der Druckbeaufschlagung der Ringfeder sind vorteilhaft, um durch deren Reibungsarmut eine gute Entkopplung zu gewährleisten. Die Ringfeder ist aufgrund ihrer Abmessungen vorteilhaft so auszulegen, insbesondere hinreichend weich, dass das System eine so niedrige Eigenfrequenz besitzt, dass ein überkritischer Betrieb möglich ist, d.h. dass die Resonanzfrequenz der Drehschwingungsdämpfungsanordnung unterhalb der Frequenz der zu eliminierenden Drehungleichförmigkeit liegt. Zur Spannungsminimierung in den verwendeten Materialien können auch Ringfederpakete eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Drehschwingungsdämpfungsanordnung
- 4
- Primärelement
- 6
- Sekundärelement
- 7
- Drehachse
- 8
- Pendelrollenlager
- 9
- Kugellager
- 10
- Bolzen
- 11
- Federelement
- 12
- Ringfeder
- 14
- axiale Richtung
- 16
- Druckelement
- 18
- Lageraußenring
- 20
- Lagerinnenring
- 22
- Bolzen
- 24
- Bauraum
- 26
- Sicke
- 28
- Umfangsrichtung
- 30
- radiale Sicke
- 32
- Radialstift
- 34
- Axialstift
- 36
- Versteifung
- 38
- Versteifung
- 40
- Ausnehmung
- 41
- geschlossener Ring
- 42
- radiale Richtung
- 43
- Versteifungssicke
- 44
- Napf
- 46a, b
- Schenkel
- 48
- Axialwälzlager
- 50
- Gleitlager
- 51
- weiteres Federelement
- 52
- weitere Ringfeder
- 54
- weiteres Druckelement
- 56
- Bolzen
- 58
- Radiallager
- 59
- Träger
- 60
- weiterer Träger
- 62
- tangentiale Ausnehmung
- 64
- Trägerbauteil
- 66
- Blechfahne
- 68
- Bolzenbohrung
- 70
- Verbindungsfahne
- 72
- Verbindungsbohrung
- 74
- Vernietung
- 76
- Distanzstift
- 78
- Anlauffläche
- 80
- Nietverbindung
- 82
- Halteblech
- 84
- Zwischenelement
- 86
- Blattfeder
- 88
- Vernietung
- 90
- Vernietung
- 92
- Simmerring
- 94
- Stopfen
- 96
- abgedichtetes Lager
- 98
- Sackloch
- 100
- Trennwand
- 102
- Dichtring
- 104
- dynamische Dichtung
- 106
- dynamisch Dichtung
- 108
- Zwischenring
- 110
- Winkelring
- 111
- Sekundärmasse
- 112
- flexible Platte
- 114
- Verschraubung
- 116
- hydrodynamisches Anfahrelement
- 118
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 120
- Wandlerüberbrückungskupplung
- 122
- Turbine
- 123
- axiale Anlaufscheibe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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