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WO2021223795A1 - Torsionsschwingungsdämpfer mit einer rotationsachse für einen antriebsstrang - Google Patents

Torsionsschwingungsdämpfer mit einer rotationsachse für einen antriebsstrang Download PDF

Info

Publication number
WO2021223795A1
WO2021223795A1 PCT/DE2021/100314 DE2021100314W WO2021223795A1 WO 2021223795 A1 WO2021223795 A1 WO 2021223795A1 DE 2021100314 W DE2021100314 W DE 2021100314W WO 2021223795 A1 WO2021223795 A1 WO 2021223795A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
torque
torsional vibration
vibration damper
disk
hub
Prior art date
Application number
PCT/DE2021/100314
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philippe KREMPER
Alain Rusch
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority to CN202190000288.6U priority Critical patent/CN219198001U/zh
Publication of WO2021223795A1 publication Critical patent/WO2021223795A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/10—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system
    • F16F15/12—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon
    • F16F15/129—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon characterised by friction-damping means
    • F16F15/1297—Overload protection, i.e. means for limiting torque

Definitions

  • the invention relates to a torsional vibration damper with a rotation axis for a drive train, a drive train with such a torsional vibration damper, and a motor vehicle with such a drive train.
  • Torsional vibration dampers are known, for example, from the field of motor vehicles in order to even out rotational irregularities and thus to reduce torque shocks and / or noise emissions.
  • a particularly efficient torsional vibration damper is referred to, for example, as a pendulum rocker damper, in which at least one intermediate element on at least one energy storage element, mounted so as to oscillate on at least one rolling element, modulates a torque stiffness of the drive train.
  • a pendulum rocker damper is known, for example, from DE 102015211 899 A1.
  • the advantage here is that a high rigidity can be set for the torque transmission and at the same time a very low rigidity can be set for rotational irregularities, the rigidity preferably not being constant over the amplitude of a torque deflection by means of a cam gear.
  • Another requirement is that a drive train, for example in a motor vehicle, is protected from excessive torque. This requirement increases with the increasing degree of electrification of the drive train, which increases the sensitivity to such excessive torque. With all these requirements, a small installation space is always required and the costs are to be kept moderate in comparison to previously known systems.
  • the invention relates to a torsional vibration damper with a rotation axis for a drive train, having at least the following components:
  • At least one energy storage element by means of which the intermediate element is supported so that it can oscillate relative to the input side and relative to the output side;
  • At least one rolling element by means of which the at least one intermediate element is supported on the input side and / or on the output side so as to be oscillatable with low friction.
  • the torsional vibration damper is primarily characterized in that a torque limiter unit is also provided, by means of which torque transmission between the input side and the output side is limited to a predetermined maximum torque.
  • the torsional vibration damper proposed here preferably has a small number of separate components and only a small number of rolling elements and complementary (transmission) paths, which are referred to here as the intermediate element side for the intermediate element and as the input side for the input side and as the output side for the output side.
  • the input side is set up here to receive a torque, although it is not excluded here that the input side is also set up to output a torque.
  • the input side forms the torque input, for example in a drive train of a motor vehicle with a so-called pulling torque, i.e. a torque output from a drive machine, for example an internal combustion engine and / or an electric drive machine, via a transmission to drive wheels for propelling the motor vehicle.
  • the output side is correspondingly set up to output a torque, the output side also preferably being set up to receive a torque.
  • the output side forms the torque input for a so-called overrun torque in a secondary state, i.e. when the inertial energy of the moving motor vehicle forms the input torque during engine braking or during recuperation (generation of electrical energy from decelerating the motor vehicle).
  • the input side, the output side and / or the at least one intermediate element is preferably formed in the manner of a disk or disk segment, particularly preferably by means of stamping and / or sheet metal forming.
  • At least one intermediate element is provided, preferably at least two intermediate elements.
  • the at least one intermediate element is arranged in a torque-transmitting connection between the input side and the output side.
  • the at least one intermediate element is here relative to the input side and relative movable to the output side, so that a torsional vibration can be induced in the intermediate element and thus in the at least one energy storage element with a predetermined (functionally effective) rigidity.
  • the natural frequency, a function of the mass and the rigidity, of the system in which the torsional vibration damper is integrated can thus be changed, preferably reduced.
  • the intermediate element is supported by means of at least one energy storage element, for example a helical compression spring, for example a cylindrical spring with a straight spring axis or an arc spring, or a gas pressure accumulator, relative to the other (force) side, i.e. input side or output side, or is supported on a further intermediate element .
  • the force side is formed from the input side or from the output side in that a corresponding contact surface is formed.
  • the intermediate element is supported both on the input side and on the output side by means of a rolling element and corresponding tracks (track side). Two intermediate elements are then preferably supported against one another by means of an antagonistic pair of energy storage elements.
  • a torque is introduced from the track side, for example the input side
  • the rolling element on the transmission path and the complementary counter-path from a rest position in the corresponding direction on the ramp-like transmission path is rolled (up) as a result of a torque gradient above the torsional vibration damper.
  • a flea roll is used here to illustrate that work is being done. More precisely, due to the geometric relationship, an opposing force of the at least one energy storage element is overcome.
  • Rolling down means releasing stored energy from the at least one energy storage element in the form of a force on the assigned intermediate element. Up and down do not necessarily correspond to a spatial direction, not even in a co-rotating coordinate system.
  • the at least one intermediate element is supported on the at least one track side by means of at least one rolling element in each case, the intermediate element having a transmission path for each of the rolling elements and a complementary path on the path side (input side and / or output side) Opposite track is formed for the same rolling element.
  • a torque can be transmitted via the counter path and transmission path.
  • a torque is also transmitted via the at least one energy storage element between the force side and the intermediate element.
  • the inertia (here) on the power side opposes this and the rolling element rolls (in a predetermined manner) on the transmission track as well as on the complementary mating path to and fro around the position corresponding to the applied torque.
  • the rolling element thus counteracts the energy storage element charged depending on a torque amount, so that a natural frequency is changed compared to a rest position or compared to a torque transmission without a torsional vibration damper (but with the same flywheel mass).
  • a torque transmission between the input side and the output side results in a relatively rigid entrainment of the at least one Intermediate element.
  • a torque difference occurs, such as a torsional vibration
  • both (pairs of) antagonistic rolling element (s) are moved, as already described above on the track side, this movement of the rolling elements having to work against the at least one energy storage element.
  • the described translation relationship follows from this.
  • the at least one energy storage element is preferably also set up to preload the complementary paths (transmission path and counter path) of the path side against each other in such a way that the at least one rolling element is held therein and a movement of the rolling element is a rolling movement, preferably free of an overlaying sliding movement.
  • the force caused by a torque difference between the input side and the output side is taken up by the at least one energy storage element in the form of a shortening, for example compression of a helical compression spring, and passed on to the other side with a time delay, preferably (almost) without dissipation.
  • the torque input including the torsional vibration, is thus passed on to the other side in a temporally changed manner, preferably (almost) without loss.
  • the natural frequency is not constant, but rather depends on the torque gradient and thus on the applied torque due to the changeable position of the intermediate element.
  • two or more intermediate elements are provided, which are preferably arranged rotationally symmetrically to the axis of rotation, so that the torsional vibration damper is balanced with simple means.
  • a pair of mutually antagonistic energy storage elements is preferably provided for acting on a (single) intermediate element, the energy storage element preferably being balanced with one another in accordance with the embodiment of the transmission path and complementary counter path.
  • at least one positive guide is provided, by means of which a movement is imposed geometrically guided at least on one of the intermediate elements, for example in the manner of a rail or groove and encompassing pin or spring engaging in it. This means that the movement of the respective intermediate element is (geometrically) over-defined.
  • a torque limiter unit is provided, by means of which a torque transmission between the input side and the output side is limited to a predetermined maximum torque.
  • the torque limiter unit comprises the functionally necessary components for transmitting a torque up to a predetermined maximum torque.
  • the torque limiter unit is preferably integrated (as a unit) in the torsional vibration damper, a component of the torsional vibration damper (integral) used for damping at the same time forming a component of the torque limiter unit.
  • the functionally necessary components of a torque limiter unit are for example at least one friction disk and at least one counter disk, these two disks being axially pressed together, for example structurally due to an axial undersize.
  • a friction disk is preferably pressed axially between two counter disks, with the friction disk particularly preferably each having a friction lining towards the respective counter disk.
  • the counter disk is provided with a friction lining facing the friction disk.
  • a plurality of lamellae are provided as friction means, which are axially pressed together.
  • two side panes are provided axially on the outside and the at least one intermediate element and the at least one energy storage element are arranged axially between the side panes, at least one of the side panes preferably having a window in the at least one energy storage element, and / or wherein preferably at least one of the side panes has at least one axial depression and / or elevation, particularly preferably framing the at least one window for one of the energy storage elements.
  • two side panes are provided, preferably side plates produced by means of cutting processes and / or forming processes, the at least one intermediate element being arranged axially between the side panes.
  • the two side panels form an axial force clamp, so that the intermediate element and the at least one energy storage element are axially enclosed and supported between the side panels.
  • the two side panes are riveted to one another, at least one of the rivets preferably forming a movement limitation for the at least one intermediate element.
  • the side panes are at least axially spaced from the energy storage elements.
  • the two side plates form the track side or the force side on which the at least one intermediate element is supported (by means of at least one rolling element or by means of the at least one energy storage element).
  • the two side panels form the input-side or the output-side connection to a component in a drive train.
  • the side windows are connected to a machine shaft of a drive machine in a torque-transmitting manner and thus form the input side in a drive train in a motor vehicle (with the tensile torque as the main state).
  • At least one of the side panes has a window for at least one of the energy storage elements, preferably one window each for one energy storage element.
  • the energy storage element for example a helical compression spring with a straight spring axis, thus protrudes axially (in relation to the axis of rotation and radially in relation to the spring axis) out of the window, so that the side windows with a low degree of axial deformation (for example in an embodiment as side plates) and / or with less axial space requirements (and thus lower axial space requirements of the torsional vibration damper) can be implemented.
  • a window for an energy storage element forms a protection against block loading and / or a limitation of a maximum deflection angle of an intermediate element.
  • the edges of the window form a limitation of a compression-related maximum radial expansion of a helical compression spring with a straight spring axis. When the maximum radial expansion is limited, a friction effect occurs, so that part of the (vibration) energy introduced is dissipated at such a limit load.
  • At least one of the side panels has an axial depression and / or elevation so that the side panel is stiffened, particularly against an axial load.
  • Such an axial depression or elevation is formed, for example, by a bead or a rib by means of sheet metal forming.
  • such a stiffening measure is arranged as an edge, for example flanged, for at least one of the windows for an energy storage element, as described above.
  • the Torque limiter unit is arranged in the torque flow on the output side of the at least one intermediate element.
  • the torque limiter unit is arranged on the output side, that is to say downstream of the intermediate element (and the at least one energy storage element and the at least one rolling element) in the torque flow from the input side to the output side.
  • the torque limiter unit is preferably arranged radially on the inside, so that the other components of the torsional vibration damper are already decoupled in a drive train in a motor vehicle in the event of a thrust torque when excessive torque is applied.
  • the output side is formed by a hub and thus the torque limiter unit (with respect to the axis of rotation) is arranged centrally at the hub for connection to a central shaft, for example a transmission input shaft.
  • Torque limiter unit is formed as a disk pack between an inner disk cage and an outer disk cage, preferably a relative angle of rotation between at least one side disk according to an embodiment according to the above description and the outer disk cage by means of a cage stop between the outer disk cage and at least one of the side disks being limited to a predetermined maximum angle, and / or wherein the inner disc cage is preferably formed in one piece with a central hub.
  • Torque limiter unit is designed as a disk pack, preferably if the output side is arranged centrally (at the axis of rotation).
  • the lamella pack comprises outer disks and inner disks, which are accommodated in an outer disk cage and in an inner disk cage (preferably in a form-fitting manner) and are axially pressed together so that a predetermined maximum torque can be transmitted by the disk pack in accordance with the contact pressure and a torque transmission is reduced or interrupted if the maximum torque is exceeded .
  • a relative angle of rotation between the input side and output side relating to the damping function is limited to a predetermined maximum angle by means of a basket stop.
  • a maximum movement (for example tilting) of the at least one intermediate element and thus a maximum load on the at least one energy storage element are therefore limited.
  • the cage stop is preferably formed by the outer lamella cage, for example by the toothing formed on the radially outer side by forming a sheet metal to form the outer lamella cage (for example deep drawing), which results from the internal toothing for the (positive torque transferring) reception of the outer lamellae in the outer lamella cage.
  • the at least one side window has a corresponding counter-toothing. The side plates thus integrally form the input side, the counter bearing for the compression in the torque limiter unit and the limitation to the predetermined maximum angle for the damping components of the torsional vibration damper.
  • the inner disc cage is formed in one piece with a hub, for example a hub for receiving a central shaft, for example a transmission input shaft.
  • a hub for example a hub for receiving a central shaft, for example a transmission input shaft.
  • the pitch of an inner disc cage for positively locking inner discs a multiple of the tooth pitch of a spline for positively torque-transmitting receiving of a central shaft, wherein the number of inner lamellar teeth is less than the number of splines. This is advantageous for a stress distribution in the hub.
  • Torque limiter unit is arranged in the torque flow on the input side of the at least one intermediate element.
  • the torque limiter unit is arranged in the torque flow on the input side, that is to say is connected upstream of the intermediate element (and the at least one energy storage element and the at least one rolling element) in the torque flow from the input side to the output side.
  • the torque limiter unit is preferably arranged radially on the outside so that in a drive train in a motor vehicle the remaining components of the torsional vibration damper are already decoupled when there is a tensile torque when an excessive torque is applied.
  • the input side comprises the side plates according to an embodiment according to the above description and the torque limiter unit is formed by a friction plate between the side plates, preferably by means of a plate spring, is pressed in a predetermined manner.
  • the torque limiter unit is formed integrally by the side disks, as described above, in interaction with a friction disk, the friction disk being pressed in a predetermined manner between the side disks.
  • the pressing is for example provided structurally, for example by means of a corresponding undersize.
  • a disk spring is also provided, a pressure disk preferably being provided between the side disk on which the disk spring is supported and the friction disk.
  • the friction disk is particularly preferred guided radially by the side disks (ie centered), for example by means of a plurality of elevations in the surface of the side disks, which are received in a circumferential groove in (preferably at least one of the friction linings) of the friction disk.
  • the output side is formed by a hub for, preferably form-fitting, connection to a central shaft, with a relative angle of rotation between the at least one side disk and the hub by means of a hub stop between the hub and at least one of the side windows is limited to a predetermined maximum angle.
  • the output side be formed by a hub and the hub together with the at least one side disk forms a hub stop so that (with the torque limiter unit closed) a relative angle of rotation between the input side and the output side is limited to a predetermined maximum angle.
  • a maximum movement (for example tilting) of the at least one intermediate element and thus a maximum load on the at least one energy storage element are therefore limited.
  • the hub stop is formed, for example, by a radial elevation of the hub and a corresponding (limited in the circumferential direction) receptacle in the at least one side window, preferably in both side windows.
  • the side plates thus integrally form the input side, the counter bearing for the compression in the torque limiter unit and the limitation to the predetermined maximum angle for the damping components of the torsional vibration damper.
  • the hub can preferably be positively connected to a central shaft, for example a transmission input shaft in a drive train, for example by means of a spline.
  • the hub is formed integrally with the central shaft.
  • the hub stop for the maximum angle is formed by a toothing between the at least one side disk and the hub, the toothing preferably having at least two, particularly preferably four, teeth, each with a contact side and a rear side comprises, wherein the teeth in the circumferential direction are spaced further apart from one another on the contact side than on the rear side.
  • the hub stop for the maximum angle is formed by a toothing between the at least one side disk and the hub, the hub thus having an external toothing (preferably formed in one piece) and the side disk having corresponding counter-toothing.
  • the toothing comprises at least two teeth on the hub side, particularly preferably four teeth.
  • the teeth preferably each have a contact side for contact with a corresponding opposing tooth of the at least one side panel and a rear side, the rear side not coming into force-transmitted contact with the at least one side panel.
  • the teeth are therefore only subjected to force on one side in the circumferential direction and can therefore be designed with a small expansion despite high force absorption.
  • the distance between the rear sides in the circumferential direction is smaller than between the contact sides of two in the circumferential direction to the respective directly adjacent tooth.
  • the distance in the circumferential direction is thus defined between two contact sides or between two rear sides. Because the distance between the contact sides is large, a large angle of rotation can be provided without the need for a hub with a large outer circumference.
  • the teeth of the hub stop are each arranged in the circumferential direction in an overlap with one or more teeth of the spline of the hub, so that an advantageous stress profile can be achieved in the hub.
  • a drive train is proposed having at least the following components:
  • At least one drive machine with a machine shaft
  • the drive train proposed here comprises in one embodiment a torque limiter unit, for example with a limiter disk in one embodiment according to the above description, the torque limiter unit transmitting torque between the (preferably electric) drive machine or its machine shaft and the at least one consumer, for example the drive wheels in a motor vehicle , limited by means of a maximum torque.
  • the drive train proposed here comprises a flywheel, by means of which a torque output of an internal combustion engine is made uniform. Particularly in a hybridized drive train, an electric drive machine is protected from excessive torque deflections by means of the flywheel.
  • the drive train proposed here comprises, in one embodiment, a hybrid module, by means of which an almost conventional structure of an internal combustion engine can be hybridized by inserting an electric drive machine coaxially or axially parallel, for example by means of a belt drive, into the torque flow in the crankshaft in a space-saving manner.
  • the drive train comprises at least one of the aforementioned components, at least one preferably being one Torsional vibration damper according to one embodiment as described above.
  • a motor vehicle having at least one propulsion wheel, which can be driven by means of a drive train according to an embodiment according to the description above.
  • the installation space is particularly small in motor vehicles due to the increasing number of components and it is therefore particularly advantageous to use a drive train of small size.
  • the intensity of the disruptive vibrations is increased, so that an effective elimination of such vibrations, which are clearly limited to predetermined orders due to the design of the prime mover, for example its number of cylinders, is achieved.
  • a torsional vibration damper is particularly advantageous for this because it can be adjusted to the increasing softness of the drive train as the torque increases.
  • Passenger cars are classified into a vehicle class according to, for example, size,
  • FIG. 2 the torsional vibration damper according to FIG. 1 in a sectional view
  • FIG. 3 the detail A of the torsional vibration damper according to FIG. 2; 4: a detailed view of a torsional vibration damper with a hub-side torque limiter unit; and
  • a torsional vibration damper 1 with a rotation axis 2 is shown in a front view.
  • a radially outer annular disk 39 is provided, for example the input side 4, and a hub 20, for example the output side 5, is provided in the center of the common axis of rotation 2.
  • the annular disk 39 is the output side 5 and the hub 20 is the input side 4.
  • the above-mentioned embodiment is described below, the terms being interchangeable.
  • the torsional vibration damper 1 is arranged, for example, between a combustion shaft 33, for example connected by means of the annular disk 39, and a transmission input shaft 40 in a drive train 3 of a motor vehicle 38 (see FIG. 5).
  • the annular disk 39 is here connected to the friction disk 21 of the torque limiter unit 10 and (frictionally connected, see FIG. 3) between two axially outer side disks 11, 12 which are fixed to one another by means of a multiplicity of disk rivets 41 (see FIGS. 2 and 3 ) arranged and (predetermined limited) connected to this torque-transmitting.
  • Axially between the side panels 11, 12 (here two) intermediate elements 6, 7 are provided, which are mainly covered by the first side panel 11 in this view.
  • two energy storage elements 8 designed here as helical compression springs with a straight spring axis 42, are arranged, the energy storage elements 8 holding the first intermediate element 6 and the second intermediate element 7 in a rest position in the position shown, acting antagonistically to one another .
  • the energy storage elements 8 shown here are (optionally) identical, the energy storage elements 8 in the embodiment shown being relative to those for this provided windows 13 are positioned in the first side window 11 (and in the second side window 12, for example identical to the first side window 11) and protrude axially (with respect to the axis of rotation 2, radially with respect to the respective spring axis 42) from the respective window 13 , so that the torsional vibration damper 1 can be implemented with little axial space requirement overall. Furthermore, the first side pane 11 and the second side pane 12 are stiffened by the windows 13 being bordered with an elevation 15, for example flanged, and a circumferential depression 14 being formed radially outward from the windows 13 (see FIG. 2).
  • the first intermediate element 6 and the second intermediate element 7 are each connected to transmit torque by means of rolling elements 9, here two rolling elements 9 to the input side 4 and one rolling element 9 to the output side 5 (see FIG. 2), one of which is pars-pro-toto 9 is provided with reference numerals on the second intermediate element 7.
  • the side disks 11, 12 (forming the track side) are coupled to the cam gear formed in this way with the intermediate elements 6, 7.
  • the rolling elements 9 are here (optionally) pretensioned by means of the energy storage elements 8 against the respective corresponding tracks of the side disks 11, 12 and the intermediate elements 6, 7 and thus can only be moved in a rolling manner.
  • the intermediate elements 6, 7 are in turn (forming a further side of the track) coupled to the hub 20 via a further cam gear formed there with (here two) hub flanges 43, 44 (see FIG. 2).
  • the hub flanges 43, 44 are connected (here for example by means of the (external) toothing 25 of the hub 20) to the hub 20 in a form-locking manner in a torque-transmitting manner.
  • the energy storage element 8 are thereby compressed, the relative angle of rotation between the side disks 11, 12 and the hub flanges 43, 44 being translated into a corresponding spring travel of the energy storage elements 8, namely into a significantly shorter spring travel than with a direct load on energy storage elements 8, which are loaded in the circumferential direction 30, as is the case, for example, with a (multiple) flange damper.
  • the translation of the angle of rotation into a short spring deflection means a great rigidity of the torque transmission compared to a (translation-dependent) great softness in the damping behavior against torsional vibrations.
  • a translation can be set as a function of an angle of rotation via a geometry of the tracks, that is to say the resulting rigidity (or rather softness) of the energy storage elements 8 can be modulated as a function of the applied torque gradient.
  • a hub 20 Centrally, that is, at the axis of rotation 2, a hub 20 is arranged, which forms a connection to a shaft 23, for example by means of an (internal) plug-in toothing for a corresponding external toothing of such a shaft 23
  • an (external) toothing 25 and the side disk 11 has a corresponding internal toothing, which here comprises (two) disk teeth 45.
  • the external toothing 25 of the hub 20 in the embodiment shown comprises four teeth 26,27, the teeth 26,27 each having a contact side 28 for contact with the corresponding counter-toothing, i.e.
  • the respective contact sides 28 of the teeth 26, 27 serve as hub stops 24.
  • the contact side 28 and the rear side 29 are only designated on one tooth 26, pars-pro-toto.
  • the rear side distance 46 between the (in the circumferential direction 30) adjacent rear sides 29 of the teeth 26, 27 is less than the contact side distance 47 between the contact sides 28 of the (in the circumferential direction 30) adjacent teeth 26, 27.
  • the contact side distance 47 and the rear side distance 46 are each dimensioned with two auxiliary lines from the axis of rotation 2 to the center of a tooth tip.
  • the hub stop 24 prevents, for example, block loading of the energy storage elements 8, which are designed as helical compression springs. In this embodiment, however, the torque limiter unit 10 is still active. In the following, (at least partially optional) structural and functional details of this embodiment are explained in more detail.
  • FIG. 2 shows the torsional vibration damper 1 according to FIG. 1 with an axis of rotation 2 in a sectional view.
  • the rolling element 9 between the first intermediate element 6 and the output side 5 and the second intermediate element 7 and the output side 5 is arranged symmetrically on the first hub flange 43 and the second hub flange 44 for rolling.
  • the rolling element 9 shown is therefore the radially inner one, that is to say the hub flange-side, for example the output-side,
  • the (radially outer) rolling bodies 9 on the side disk side are not visible in this sectional view.
  • the side disks 11, 12 and the hub flanges 43, 44 are each arranged in pairs, approximately axially symmetrical to the intermediate elements 6, 7.
  • the torque limiter unit 10 is formed between the side disks 11, 12 fixed to one another by means of the plurality of disk rivets 41 (here according to pars-pro-toto only one provided with a reference number), i.e. here radially outside of the damping components of the torsional vibration damper 1, for example on the input side.
  • the torque limiter unit 10 is described in more detail with a view to the marked detail A in FIG. 3. In FIG. 3, the detail A of the torsional vibration damper 1 according to FIG.
  • the torque limiter unit 10 is now formed integrally by the first side disk 11 and the second side disk 12, as described above in FIG. 1, in interaction with a friction disk 21.
  • the friction disk 21 is pressed in a predetermined manner axially between the first side disk 11 and the second side disk 12 by means of a disk spring 22, a pressure disk 48 being arranged between the disk spring 22 and the friction disk 21.
  • friction linings 49, 50 are axially arranged on both sides (left and right as shown), the first (left here) friction lining 49 between the first side disk 11 and the friction disk 21 and the second (right here) friction lining 50 between the friction disk 21 and the pressure disk 48 is arranged.
  • a first elevation 51 is (optionally) arranged on the first side disk 11 towards the first friction lining 49 and a second elevation 52 is arranged on the pressure disk 48 towards the second friction lining 50.
  • a first circumferential groove 53 corresponding to the first elevation 51 is formed in the first friction lining 49 and a circumferential groove 54 corresponding to the second elevation is formed in the right friction lining 50, so that the friction disk 21 is formed radially by means of the first side disk 11 and the pressure disk 48 guided, i.e. centered, is.
  • FIG. 4 shows a detail of a torsional vibration damper 1 in a similar embodiment as in FIGS. 1 to 3 in a sectional view.
  • the annular disk 39 is formed in one piece from the second side disk 12 and serves, for example, as the input side 4.
  • one of the radially outer rolling elements 9 is visible in section, which is arranged so that it can be rolled between the side disks 11, 12 and the (shown first) intermediate element 6 is.
  • the hub flanges 43, 44 are not in contact with this rolling element 9.
  • the torque limiter unit 10 is now arranged on the hub side, for example on the output side, in the torsional vibration damper 1 and also (independently of this) is designed as a disk pack 16.
  • the disk pack 16 comprises outer disks 55 and inner disks 56, of which only one is designated pars-pro-toto.
  • the outer lamellae 55 are accommodated in a form-fitting manner in an outer lamella cage 18 and the inner lamellae 56 in an inner lamella cage 17, the inner lamella cage 17 (optionally) being formed in one piece with a hub 20.
  • the inner lamellae 56 and outer lamellae 55 are axially pressed with one another via a pressure disk 48 (here optionally on the inner basket side) by means of a plate spring 22.
  • the plate spring 22 is supported against the outer disk cage 18 (right in the illustration), the outer disk cage 18 here (optionally) being connected to the first hub flange 43 (left in the illustration).
  • the outer disc cage 18 (optional) has a cage stop 19 on its radially outer side, by means of which a relative angle of rotation between the (second) side disk 12 and the outer disc cage 18 is limited to a predetermined maximum angle.
  • the basket stop 19 is (optionally) formed in that the internal toothing for the (form-fitting, torque-transmitting) reception of the outer disks 55 as a result of the deep-drawing process is mapped onto the outer circumference as corresponding (external) toothing 25 on the outer disk cage 18.
  • the second side disk 12 has a corresponding counter-toothing so that the second side disk 12 integrally forms the input side 4 (or output side 5) and the limitation to the predetermined maximum angle for the damping components of the torsional vibration damper 1.
  • a drive train 3 with a torsional vibration damper 1 and a hybrid module 57 in a motor vehicle 38 is shown in a top view, with a first drive machine 31, for example an internal combustion engine, with its first machine shaft 33 ( Burner shaft) and a second Drive machine 32, for example an electric drive machine, with a second machine shaft 34 (rotor shaft) are arranged along the axis of rotation 2 and transversely to the longitudinal axis 58 and in front of the driver's cab 59 of the motor vehicle 38.
  • This concept is known as hybrid drive.
  • the electric drive machine 32 is arranged here coaxially to a separating clutch 60, preferably as a structural unit as a so-called hybrid module 57.
  • the drive train 3 is used to propel the motor vehicle 38 by driving a left propulsion wheel 36 and a right propulsion wheel 37 (here optionally the front axle of the motor vehicle 38). set up by means of a torque output from at least one of the drive machines 31, 32.
  • the torque transmission from the internal combustion engine 31 and from the electric drive machine 32 can be interrupted by means of the separating clutch 60.
  • the rotor shaft 34 is permanently connected (or can be disconnected with another torque clutch, not shown) with a gear 35, which is designed, for example, as a continuously variable transmission gear.
  • a torsional vibration damper 1 is arranged between the drive machines 31, 32 in a damping and limited torque-transmitting manner, the torsional vibration damper 1 being designed, for example, according to an embodiment according to FIGS. 1 to 3 or 4.
  • the input side 4 is connected to the combustion shaft 33.
  • the output side 5 is connected to a shaft 23 (input shaft) of the separating clutch 60 in a torque-transmitting manner.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer (1) mit einer Rotationsachse (2) für einen Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: - eine Eingangsseite (4) zum Aufnehmen eines Drehmoments; - eine Ausgangsseite (5) zum Abgeben eines Drehmoments; - zumindest ein Zwischenelement (6,7) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5);- zumindest ein Energiespeicherelement (8), mittels welchem das Zwischenelement (6,7) relativ zu der Eingangsseite (4) und relativ zu der Ausgangsseite (5) schwingbar abgestützt ist; und - zumindest einen Wälzkörper (9), mittels welchem das zumindest eine Zwischenelement (6,7) an der Eingangsseite (4) und/oder an der Ausgangsseite (5) schwingbar reibungsarm abgestützt ist. Der Torsionsschwingungsdämpfer (1) ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Drehmomentbegrenzereinheit (10) vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5) auf ein vorbestimmtes Maximaldrehmoment begrenzt ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Torsionsschwingungsdämpfer wird mit geringer Bauraumforderung und mit geringen Kosten eine hervorragende Schwingungsmodulation und ein effizienter Schutz gegen Drehmoment-Überhöhungen erreicht.

Description

Torsionsschwinqunqsdämpfer mit einer Rotationsachse für einen
Antriebsstranq
Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Torsionsschwingungsdämpfer, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
Torsionsschwingungsdämpfer sind beispielsweise aus dem Bereich der Kraftfahrzeuge bekannt, um Drehungleichförmigkeiten zu vergleichmäßigen und damit Drehmomentstöße und/oder Geräuschemissionen zu reduzieren. Ein besonders effizienter Torsionsschwingungsdämpfer ist beispielsweise als Pendelwippendämpfer bezeichnet, bei welchem zumindest ein Zwischenelement an zumindest einem Energiespeicherelement auf zumindest einem Wälzkörper schwingbar gelagert eine Drehmomentsteifigkeit des Antriebsstrangs moduliert. Ein solcher Pendelwippendämpfer ist beispielsweise aus der DE 102015211 899 A1 bekannt. Vorteilhaft ist hierbei, dass für die Drehmomentübertragung eine hohe Steifigkeit einstellbar ist und zugleich für Drehungleichförmigkeiten eine sehr geringe Steifigkeit einstellbar ist, wobei bevorzugt mittels eines Kurvengetriebes die Steifigkeit über die Amplitude eines Drehmomentausschlags nicht konstant ist. Eine weitere Forderung ist, dass ein Antriebsstrang, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, vor Drehmoment-Überhöhungen geschützt ist. Diese Forderung verschärft sich mit dem steigenden Elektrifizierungsgrad des Antriebsstrangs, womit die Empfindlichkeit für solche Drehmoment-Überhöhungen ansteigt. Bei all diesen Anforderungen ist stets ein geringer Bauraum erforderlich und die Kosten sind im Vergleich zu vorbekannten Systemen moderat zu halten.
Fliervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Rotationsachse für einen Antriebsstrang, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- eine Eingangsseite zum Aufnehmen eines Drehmoments;
- eine Ausgangsseite zum Abgeben eines Drehmoments;
- zumindest ein Zwischenelement in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite;
- zumindest ein Energiespeicherelement, mittels welchem das Zwischenelement relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite schwingbar abgestützt ist; und
- zumindest einen Wälzkörper, mittels welchem das zumindest eine Zwischenelement an der Eingangsseite und/oder an der Ausgangsseite schwingbar reibungsarm abgestützt ist.
Der Torsionsschwingungsdämpfer ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Drehmomentbegrenzereinheit vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf ein vorbestimmtes Maximaldrehmoment begrenzt ist.
Es wird im Folgenden auf die genannte Rotationsachse Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Flinweis die axiale Richtung, radiale Richtung oder die Umlaufrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss. Der hier vorgeschlagene Torsionsschwingungsdämpfer weist bevorzugt eine geringe Anzahl von separaten Komponenten auf und nur eine geringe Anzahl von Wälzkörpern und komplementären (Übersetzungs-) Bahnen, welche hier beim Zwischenelement als zwischenelementseitig und bei der Eingangsseite als eingangsseitig beziehungsweise bei der Ausgangsseite als ausgangsseitig bezeichnet werden. Die Eingangsseite ist hier zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet, wobei hier nicht ausgeschlossen ist, dass die Eingangsseite auch zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet ist. Beispielsweise bildet die Eingangsseite in einem Hauptzustand den Drehmomenteingang, beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs bei einem sogenannten Zugmoment, also einer Drehmomentabgabe von einer Antriebsmaschine, beispielsweise einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Antriebsmaschine, über ein Getriebe auf Vortriebsräder zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs. Die Ausgangsseite ist entsprechend zum Abgeben eines Drehmoments eingerichtet, wobei auch die Ausgangsseite bevorzugt zum Aufnehmen eines Drehmoments eingerichtet ist. Die Ausgangsseite bildet also beispielsweise in der Anwendung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs in einem Nebenzustand den Drehmomenteingang für ein sogenanntes Schubmoment, also wenn die Trägheitsenergie des fahrenden Kraftfahrzeugs beim Motorbremsen oder bei der Rekuperation (Gewinnung elektrischer Energie aus der Entschleunigung des Kraftfahrzeugs) das Eingangsdrehmoment bildet.
Die Eingangsseite, die Ausgangsseite und/oder das zumindest eine Zwischenelement ist bevorzugt Scheiben-artig oder Scheibensegment-artig, besonders bevorzugt mittels Stanzen und/oder Blechumformung, gebildet.
Damit eine Torsionsschwingung von der Eingangsseite auf die Ausgangsseite oder umgekehrt nicht unmittelbar übertragen wird, sondern moduliert wird, ist zumindest ein Zwischenelement vorgesehen, bevorzugt zumindest zwei Zwischenelemente vorgesehen. Das zumindest eine Zwischenelement ist in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite angeordnet. Das zumindest eine Zwischenelement ist hierbei relativ zu der Eingangsseite und relativ zu der Ausgangsseite bewegbar, sodass eine Torsionsschwingung in das Zwischenelement und damit in das zumindest eine Energiespeicherelement mit einer vorbestimmten (funktionswirksamen) Steifigkeit induzierbar ist. Damit ist die Eigenfrequenz, eine Funktion der Masse und der Steifigkeit, des Systems, in welches der Torsionsschwingungsdämpfer eingebunden ist, veränderbar, bevorzugt verringerbar.
Das Zwischenelement ist mittels zumindest eines Energiespeicherelements, beispielsweise einer Schraubendruckfeder, beispielsweise einer zylindrischen Feder mit gerader Federachse oder einer Bogenfeder, oder eines Gasdruckspeichers, relativ zu der jeweils anderen (Kraft-) Seite, also Eingangsseite oder Ausgangsseite, abgestützt oder an einem weiteren Zwischenelement abgestützt. Die Kraftseite ist von der Eingangsseite oder von der Ausgangsseite gebildet, indem eine entsprechende Anlagefläche gebildet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Zwischenelement sowohl zu der Eingangsseite als auch zu der Ausgangsseite mittels eines Wälzkörpers und entsprechender Bahnen abgestützt (Bahnseite). Bevorzugt sind dann zwei Zwischenelemente aneinander mittels eines antagonistischen Paars von Energiespeicherelementen aneinander abgestützt.
Wenn beispielsweise ein Drehmoment von der Bahnseite, beispielsweise der Eingangsseite, eingeleitet wird, so wird infolge eines vorliegenden Drehmomentgradients über dem Torsionsschwingungsdämpfer der Wälzkörper auf der Übersetzungsbahn und der komplementären Gegenbahn aus einer Ruhelage in der entsprechenden Richtung auf der rampenartigen Übersetzungsbahn (hoch) gewälzt. Mit einem Flochwälzen ist hier lediglich zur Veranschaulichung bezeichnet, dass eine Arbeit verrichtet wird. Genauer wird aufgrund des geometrischen Zusammenhangs eine entgegenstehende Kraft des zumindest einen Energiespeicherelements überwunden. Ein Runterwälzen bedeutet also ein Abgeben eingespeicherter Energie von dem zumindest einen Energiespeicherelement in Form einer Kraft auf das zugeordnete Zwischenelement. Hoch und runter entsprechen also nicht zwangsläufig einer Raumrichtung, auch nicht in einem mitrotierenden Koordinatensystem. Bei einer Ausführungsform mit einer Bahnseite und einer Kraftseite ist an der zumindest einen Bahnseite das zumindest eine Zwischenelement mittels jeweils zumindest eines Wälzkörpers abgestützt, wobei das Zwischenelement für jeweils einen der Wälzkörper eine Übersetzungsbahn aufweist und an der Bahnseite (Eingangsseite und/oder Ausgangsseite) eine komplementäre Gegenbahn für denselben Wälzkörper ausgebildet ist. Über die Gegenbahn und Übersetzungsbahn ist ein Drehmoment übertragbar. Ebenso wird über das zumindest eine Energiespeicherelement zwischen der Kraftseite und dem Zwischenelement ein Drehmoment übertragen. Mit dieser drehmomentbedingten Bewegung zwingt der Wälzkörper dem zugehörigen Zwischenelement eine relative Bewegung gegenüber der zumindest einen Bahnseite beziehungsweise der Kraftseite auf und das zumindest eine antagonistisch wirkende Energiespeicherelement wird entsprechend gespannt. Tritt eine Änderung des anliegenden Drehmoments und einhergehend eine Drehzahldifferenz zwischen der Bahnseite und der Kraftseite auf, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, so steht dem die Trägheit (hier) der Kraftseite entgegen und der Wälzkörper wälzt (in vorbestimmter Weise) auf der Übersetzungsbahn sowie auf der komplementären Gegenbahn um die dem anliegenden Drehmoment entsprechende Lage hin und her. Damit arbeitet der Wälzkörper dem von einem Drehmomentbetrag abhängig aufgeladenen Energiespeicherelement entgegen, sodass eine Eigenfrequenz im Vergleich zu einer Ruhelage beziehungsweise im Vergleich zu einer Drehmomentübertragung ohne Torsionsschwingungsdämpfer (aber gleicher mitbewegter Schwungmasse) verändert ist.
Bei einer Ausführungsform mit zwei Bahnseiten, also mit zwei (gegebenenfalls Paaren von) antagonistischen Wälzkörpern, an dem zumindest einen Zwischenelement, welches an sich selbst oder an einem weiteren Zwischenelement außerhalb des Drehmomentflusses zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite vorgespannt mittels zumindest eines Energiespeicherelements abgestützt ist, resultiert eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite in einer relativ dazu starren Mitführung des zumindest einen Zwischenelements. Bei Auftreten einer Drehmomentdifferenz, wie beispielsweise bei einer Torsionsschwingung, werden beide (Paare von) antagonistische(n) Wälzkörper(n), wie oben zur Bahnseite bereits beschrieben, bewegt, wobei diese Bewegung der Wälzkörper gegen das zumindest eine Energiespeicherelement anarbeiten muss. Daraus folgt der beschriebene Übersetzungszusammenhang (Kurvengetriebe).
Es sei darauf hingewiesen, dass bevorzugt das zumindest eine Energiespeicherelement zudem dazu eingerichtet ist, die komplementären Bahnen (Übersetzungsbahn und Gegenbahn) der Bahnseite derart gegeneinander vorzuspannen, dass der zumindest eine Wälzkörper darin gehalten ist und eine Bewegung des Wälzkörpers eine abrollende Bewegung, bevorzugt frei von einer überlagernden Gleitbewegung, ist.
Die von einer Drehmomentdifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite bedingte Kraft wird in Form von einer Verkürzung, beispielsweise Stauchung einer Schraubendruckfeder, von dem zumindest einen Energiespeicherelement aufgenommen und zeitverzögert, bevorzugt (nahezu) dissipationsfrei, an die jeweils andere Seite weitergegeben. Der Drehmomenteintrag inklusive der Torsionsschwingung wird damit, bevorzugt (nahezu) verlustfrei, zeitlich verändert an die jeweils andere Seite weitergegeben. Darüber hinaus ist die Eigenfrequenz wie oben erläutert nicht konstant, sondern infolge der veränderbaren Lage des Zwischenelements von dem Drehmomentgradienten und damit von dem anliegenden Drehmoment abhängig.
In einer Ausführungsform sind zwei oder mehr Zwischenelemente vorgesehen, welche bevorzugt zu der Rotationsachse rotationssymmetrisch angeordnet sind, sodass der Torsionsschwingungsdämpfer mit einfachen Mitteln ausgewuchtet ist.
Für eine geringe Anzahl von Komponenten und (Übersetzungs-) Bahnen ist eine Ausführungsform mit genau zwei Zwischenelementen vorteilhaft. Bevorzugt ist jeweils ein Paar zueinander antagonistischer Energiespeicherelemente zum Einwirken auf ein (einziges) Zwischenelement vorgesehen, wobei das Energiespeicherelement bevorzugt entsprechend der Ausführungsform der Übersetzungsbahn und komplementären Gegenbahn miteinander ins Gleichgewicht gebracht sind. In einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Zwangsführung vorgesehen, mittels welcher zumindest einem der Zwischenelemente geometrisch geführt eine Bewegung aufgezwungen ist, beispielsweise nach Art von einer Schiene beziehungsweise Nut und umgreifendem Zapfen beziehungsweise hineingreifender Feder. Damit ist die Bewegung des jeweiligen Zwischenelements (geometrisch) überdefiniert.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass eine Drehmomentbegrenzereinheit vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf ein vorbestimmtes Maximaldrehmoment begrenzt ist. Die Drehmomentbegrenzereinheit umfasst die funktionsnotwendigen Komponenten zum Übertragen eines Drehmoments bis zu einem vorbestimmten Maximaldrehmoment. Bevorzugt ist die Drehmomentbegrenzereinheit (baueinheitlich) in den Torsionsschwingungsdämpfer integriert, wobei von einer für die Dämpfung eingesetzte Komponente des Torsionsschwingungsdämpfers (integral) zugleich eine Komponente der Drehmomentbegrenzereinheit gebildet ist.
Die funktionsnotwendigen Komponenten einer Drehmomentbegrenzereinheit, welche als haftreibwirksame Einheit ausgeführt ist, sind beispielsweise zumindest eine Reibscheibe und zumindest eine Gegenscheibe, wobei diese beiden Scheiben axial miteinander verpresst sind, beispielsweise baulich infolge eines axialen Untermaßes. Bevorzugt ist eine Reibscheibe zwischen zwei Gegenscheiben axial eingepresst, wobei besonders bevorzugt die Reibscheibe jeweils einen Reibbelag hin zu der jeweiligen Gegenscheibe aufweist. In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist die Gegenscheibe mit einem Reibbelag hin zu der Reibscheibe versehen. In einer Ausführungsform ist eine Vielzahl von Lamellen als Reibmittel vorgesehen, welche axial miteinander verpresst sind. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass axial außenliegend zwei Seitenscheiben vorgesehen sind und das zumindest eine Zwischenelement sowie das zumindest eine Energiespeicherelement axial zwischen den Seitenscheiben angeordnet sind, wobei bevorzugt zumindest eine der Seitenscheiben bei dem zumindest eine Energiespeicherelement ein Fenster aufweist, und/oder wobei bevorzugt zumindest eine der Seitenscheiben zumindest eine axiale Vertiefung und/oder Erhöhung aufweist, besonders bevorzugt umrandend das zumindest eine Fenster für eines der Energiespeicherelemente.
Hier ist vorgeschlagen, dass zwei Seitenscheiben vorgesehen sind, bevorzugt mittels Trennverfahren und/oder Umformverfahren hergestellte Seitenbleche, wobei das zumindest eine Zwischenelement axial zwischen den Seitenscheiben angeordnet ist. Beispielsweise bilden die zwei Seitenscheiben eine axiale Kraftklammer, sodass das Zwischenelement und das zumindest eine Energiespeicherelement axial zwischen den Seitenscheiben eingefasst und gelagert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Seitenscheiben miteinander vernietet, wobei zumindest eine der Nieten bevorzugt eine Bewegungsbegrenzung für das zumindest eine Zwischenelement bildet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenscheiben zumindest von den Energiespeicherelementen axial beabstandet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bilden die zwei Seitenscheiben die Bahnseite beziehungsweise die Kraftseite, an welcher das zumindest eine Zwischenelement (mittels zumindest eines Wälzkörpers beziehungsweise mittels des zumindest einen Energiespeicherelements) abgestützt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die beiden Seitenscheiben den eingangsseitigen oder den ausgangsseitigen Anschluss zu einer Komponente in einem Antriebstrang. In einem Antriebstrang eines Kraftfahrzeugs sind beispielsweise die Seitenscheiben mit einer Maschinenwelle einer Antriebsmaschine drehmomentübertragend verbunden und bilden so (mit dem Zugmoment als Flauptzustand) die Eingangsseite in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug. In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Seitenscheiben, bevorzugt beide Seitenscheiben, ein Fenster für zumindest eines der Energiespeicherelemente auf, bevorzugt jeweils ein Fenster für jeweils ein Energiespeicherelement. Das Energiespeicherelement, beispielsweise eine Schraubendruckfeder mit gerader Federachse, ragt somit axial (bezogen auf die Rotationsachse und radial bezogen auf die Federachse) aus dem Fenster heraus, sodass die Seitenscheiben mit geringem axialen Umformgrad (beispielsweise bei einer Ausführungsform als Seitenbleche) und/oder mit geringer axialer Bauraumforderung (und damit geringer axialer Bauraumforderung des Torsionsschwingungsdämpfers) ausführbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform bildet ein Fenster für ein Energiespeicherelement einen Schutz gegen eine auf Blockbelastung und/oder eine Begrenzung eines maximalen Auslenkungswinkels eines Zwischenelements. In einer Ausführungsform bilden die Ränder des Fensters eine Begrenzung einer stauchungsbedingten maximalen radialen Ausdehnung einer Schraubendruckfeder mit gerader Federachse. Im Zustand der Begrenzung der maximalen radialen Ausdehnung tritt ein Reibungseffekt auf, sodass ein Teil der eingetragenen (Schwingungs-) Energie bei einer solchen Grenzbelastung dissipiert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Seitenscheiben eine axiale Vertiefung und/oder Erhöhung auf, sodass die Seitenscheibe, besonders gegen eine axiale Last, versteift ist. Ein solche axiale Vertiefung beziehungsweise Erhöhung ist beispielsweise von einer Sicke oder einer Rippe mittels Blechumformung gebildet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine solche versteifende Maßnahme als Rand, beispielsweise gebördelt, für zumindest eines der Fenster für ein Energiespeicherelement, wie es oben beschrieben ist, angeordnet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die Drehmomentbegrenzereinheit im Drehmomentfluss ausgangsseitig des zumindest einen Zwischenelements angeordnet ist.
Hier ist vorgeschlagen, dass die Drehmomentbegrenzereinheit bei der Ausgangsseite angeordnet ist, also im Drehmomentfluss von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite dem Zwischenelement (und dem zumindest einen Energiespeicherelement sowie dem zumindest einen Wälzkörper) nachgeschaltet ist. Bevorzugt ist die Drehmomentbegrenzereinheit radial-innen angeordnet, sodass in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug bei einem Schubmoment die übrigen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers bereits entkoppelt sind, wenn ein überhöhtes Drehmoment anliegt.
Beispielsweise ist die Ausgangsseite von einer Nabe gebildet und somit die Drehmomentbegrenzereinheit (bezogen auf die Rotationsachse) zentral bei der Nabe zum Anschließen an eine zentrale Welle, beispielsweise eine Getriebeeingangswelle, angeordnet.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die
Drehmomentbegrenzereinheit als Lamellenpaket zwischen einem Innenlamellenkorb und einem Außenlamellenkorb gebildet ist, wobei bevorzugt ein relativer Verdrehwinkel zwischen zumindest einer Seitenscheibe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung und dem Außenlamellenkorb mittels eines Korbanschlags zwischen dem Außenlamellenkorb und zumindest einer der Seitenscheiben auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist, und/oder wobei bevorzugt der Innenlamellenkorb einstückig mit einer zentralen Nabe gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist vorgeschlagen, dass die
Drehmomentbegrenzereinheit als Lamellenpaket ausgeführt ist, bevorzugt wenn die Ausgangsseite zentral (bei der Rotationsachse) angeordnet ist. Das Lamellenpaket umfasst Außenlamellen und Innenlamellen, welche entsprechend in einem Außenlamellenkorb und in einem Innenlamellenkorb (bevorzugt formschlüssig) aufgenommen sind und axial miteinander verpresst sind, sodass entsprechend der Anpresskraft ein vorbestimmtes Maximaldrehmoment von dem Lamellenpaket übertragbar ist und bei einer Überschreitung des Maximaldrehmoments eine Drehmomentübertragung reduziert beziehungsweise unterbrochen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist (bei geschlossener Drehmomentbegrenzereinheit) ein relativer Verdrehwinkel zwischen der Eingangsseite und Ausgangsseite betreffend die Dämpfungsfunktion mittels eines Korbanschlags auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt. Es ist also eine maximale Bewegung (beispielsweise Verkippung) des zumindest einen Zwischenelements und damit eine maximale Belastung des zumindest einen Energiespeicherelements begrenzt. Der Korbanschlag ist bevorzugt von dem Außenlamellenkorb gebildet, beispielsweise von der mittels Umformung eines Blechs zum Bilden des Außenlamellenkorbs (beispielsweise Tiefziehen) radial-außenseitig gebildeten Verzahnung, welche aus der Innenverzahnung für die (formschlüssig drehmomentübertragende) Aufnahme der Außenlamellen in dem Außenlamellenkorb resultiert. Die zumindest eine Seitenscheibe weist eine entsprechende Gegenverzahnung auf. Die Seitenscheiben bilden somit integral die Eingangsseite, das Gegenlager für die Verpressung in der Drehmomentbegrenzereinheit und die Begrenzung auf den vorbestimmten Maximalwinkel für die dämpfungswirksamen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenlamellenkorb einstückig mit einer Nabe gebildet, beispielsweise einer Nabe zum Aufnehmen einer zentralen Welle, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle. Besonders bevorzugt ist die Zahnteilung von einem Innenlamellenkorb zum formschlüssigen Aufnehmen von Innenlamellen ein Vielfaches von der Zahnteilung einer Steckverzahnung zum formschlüssig drehmomentübertragenden Aufnehmen einer zentralen Welle, wobei die Anzahl der Innenlamellenzähne geringer ist, als die Anzahl der Steckverzahnung. Dies ist vorteilhaft für eine Spannungsverteilung in der Nabe.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die
Drehmomentbegrenzereinheit im Drehmomentfluss eingangsseitig des zumindest einen Zwischenelements angeordnet ist.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Drehmomentbegrenzereinheit im Drehmomentfluss eingangsseitig angeordnet ist, also im Drehmomentfluss von der Eingangsseite zu der Ausgangsseite dem Zwischenelement (und dem zumindest einen Energiespeicherelement sowie dem zumindest einen Wälzkörper) vorgeschaltet ist. Bevorzugt ist die Drehmomentbegrenzereinheit radial-außen angeordnet, sodass in einem Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug bei einem Zugmoment die übrigen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers bereits entkoppelt sind, wenn ein überhöhtes Drehmoment anliegt.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die Eingangsseite die Seitenscheiben nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung umfasst und die Drehmomentbegrenzereinheit gebildet ist, indem eine Reibscheibe zwischen den Seitenscheiben, bevorzugt mittels einer Tellerfeder, vorbestimmt verpresst ist.
Hier ist nun vorgesehen, dass die Drehmomentbegrenzereinheit integral von den Seitenscheiben, wie sie oben beschrieben sind, im Zusammenspiel mit einer Reibscheibe gebildet ist, wobei die Reibscheibe zwischen den Seitenscheiben vorbestimmt verpresst ist. Die Verpressung ist beispielsweise baulich bereitgestellt, beispielsweise mittels eines entsprechenden Untermaßes. In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin eine Tellerfeder vorgesehen, wobei bevorzugt eine Anpressscheibe zwischen der Seitenscheibe, an welcher die Tellerfeder abgestützt ist, und der Reibscheibe vorgesehen ist. Besonders bevorzugt ist die Reibscheibe radial von den Seitenscheiben geführt (also zentriert), beispielsweise mittels einer Mehrzahl von Erhebungen in der Oberfläche der Seitenscheiben, welche in einer Umfangsnut in (bevorzugt zumindest einem der Reibbeläge) der Reibscheibe aufgenommen sind.
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass die Ausgangsseite von einer Nabe zum, bevorzugt formschlüssigen, Verbinden mit einer zentralen Welle gebildet ist, wobei ein relativer Verdrehwinkel zwischen der zumindest einen Seitenscheibe und der Nabe mittels eines Nabenanschlags zwischen der Nabe und zumindest einer der Seitenscheiben auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Ausgangsseite von einer Nabe gebildet ist, und die Nabe zusammen mit der zumindest einen Seitenscheibe einen Nabenanschlag bildet, sodass (bei geschlossener Drehmomentbegrenzereinheit) ein relativer Verdrehwinkel zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist. Es ist also eine maximale Bewegung (beispielsweise Verkippung) des zumindest einen Zwischenelements und damit eine maximale Belastung des zumindest einen Energiespeicherelements begrenzt. Der Nabenanschlag ist beispielsweise von einer radialen Erhebung der Nabe und einer korrespondierenden (in Umfangsrichtung begrenzten) Aufnahme bei der zumindest einen Seitenscheibe, bevorzugt bei beiden Seitenscheiben, gebildet. Die Seitenscheiben bilden somit integral die Eingangsseite, das Gegenlager für die Verpressung in der Drehmomentbegrenzereinheit und die Begrenzung auf den vorbestimmten Maximalwinkel für die dämpfungswirksamen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers.
Die Nabe ist bevorzugt formschlüssig mit einer zentralen Welle, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle in einem Antriebsstrang, verbindbar, beispielsweise mittels einer Steckverzahnung. In einer anderen Ausführungsform ist die Nabe mit der zentralen Welle einstückig gebildet. Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Torsionsschwingungsdämpfers vorgeschlagen, dass der Nabenanschlag für den Maximalwinkel von einer Verzahnung zwischen der zumindest einen Seitenscheibe und der Nabe gebildet ist, wobei bevorzugt die Verzahnung zumindest zwei, besonders bevorzugt vier, Zähne mit jeweils einer Kontaktseite und einer Rückseite umfasst, wobei die Zähne in Umfangsrichtung kontaktseitig weiter voneinander beabstandet sind als rückseitig.
Hier ist nun vorgeschlagen, dass der Nabenanschlag für den Maximalwinkel von einer Verzahnung zwischen der zumindest einen Seitenscheibe und der Nabe gebildet ist, wobei also die Nabe eine (bevorzugt einstückig gebildete) Außenverzahnung und die Seitenscheibe eine korrespondierende Gegenverzahnung aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Verzahnung nabenseitig zumindest zwei Zähne besonders bevorzugt vier Zähne. Die Zähne weisen bevorzugt jeweils eine Kontaktseite zum Kontakt mit einem korrespondierenden Gegenzahn der zumindest einen Seitenscheibe und eine Rückseite auf, wobei die Rückseiten mit der zumindest einen Seitenscheibe nicht in kraftübertragenen Kontakt kommt. Die Zähne sind somit in Umfangsrichtung nur einseitig kraftbelastet und somit trotz hoher Kraftaufnahme mit einer geringen Ausdehnung ausführbar. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Rückseiten in Umfangsrichtung geringer als zwischen den Kontaktseiten von zwei in Umfangsrichtung hin zu dem jeweils direkt benachbarten Zahn. Der Abstand in Umfangsrichtung ist somit zwischen zwei Kontaktseiten beziehungsweise zwischen zwei Rückseiten definiert. Indem der Abstand zwischen den Kontaktseiten groß ist, ist ein großer Verdrehwinkel bereitstellbar, ohne dass hierzu eine Nabe mit einem großen Außenumfang notwendig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zähne des Nabenanschlags jeweils in Umfangsrichtung in Überlappung mit einem oder mehreren Zähnen der Steckverzahnung der Nabe angeordnet, sodass ein vorteilhafter Spannungsverlauf in der Nabe erzielbar ist. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- zumindest eine Antriebsmaschine mit einer Maschinenwelle;
- ein Getriebe zum Übertragen eines Drehmoments der zumindest einen Maschinenwelle an einen Verbraucher; und
- einen Torsionsschwingungsdämpfer nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst in einer Ausführungsform eine Drehmomentbegrenzereinheit, beispielsweise mit einer Begrenzerscheibe in einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung, wobei die Drehmomentbegrenzereinheit eine Drehmomentübertragung zwischen der (bevorzugt elektrischen) Antriebsmaschine beziehungsweise deren Maschinenwelle und dem zumindest einen Verbraucher, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Vortriebsräder, mittels auf ein Maximaldrehmoment begrenzt.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst in einer Ausführungsform ein Schwungrad, mittels welchem eine Drehmomentabgabe einer Verbrennungskraftmaschine vergleichmäßigt ist. Besonders in einem hybridisierten Antriebsstrang ist eine elektrische Antriebsmaschine mittels des Schwungrads vor übermäßigen Drehmomentausschlägen geschützt.
Der hier vorgeschlagene Antriebsstrang umfasst in einer Ausführungsform ein Hybridmodul, mittels welchem ein nahezu konventioneller Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine hybridisierbar ist, indem eine elektrische Antriebsmaschine koaxial oder achsparallel, beispielsweise mittels eines Riementriebs verbunden, bei der Kurbelwelle in den Drehmomentfluss raumsparend eingefügt ist.
In einer Ausführungsform umfasst der Antriebsstrang zumindest eine der vorgenannten Komponenten, wobei bevorzugt zumindest eine einen Torsionsschwingungsdämpfer nach einer Ausführungsform gemäß der vorhergehenden Beschreibung umfasst.
Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang ist bei geringer Bauraumforderung und geringen Kosten eine geringe Geräuschemission erzielbar und zugleich die zumindest eine Antriebsmaschine effizient gegen eine Übertragung einer Drehmomentüberhöhung geschützt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend zumindest ein Vortriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung antreibbar ist.
Der Bauraum ist gerade bei Kraftfahrzeugen aufgrund der zunehmenden Anzahl von Komponenten besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, einen Antriebsstrang kleiner Baugröße zu verwenden. Mit dem gewünschten sogenannten Downsizing der Antriebsmaschine bei einer gleichzeitigen Verringerung der Betriebsdrehzahlen wird die Intensität der störenden Schwingungen erhöht, sodass eine wirksame Tilgung solcher Schwingungen, welche bedingt durch die Bauart der Antriebsmaschine, beispielsweise deren Zylinderanzahl, auf vorbestimmte Ordnungen klar eingegrenzt sind.
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Bei dem hier vorgeschlagenen Kraftfahrzeug ist ohne Änderungen an dem erforderlichen Bauraum ein kostengünstiger und schwingungsarmer Antriebsstrang eingesetzt, wobei die Lamellenkupplung in der Auslegung weniger anfällig für die Entwicklung von Störgeräuschen ist. Ein vergleichbares Problem tritt bei den Hybrid-Fahrzeugen auf, bei welchen eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen und Kupplungen im Antriebsstrang vorgesehen ist, sodass der Bauraum insgesamt verkleinert ist. Gerade bei Hybrid-Fahrzeugen mit elektrischen Antriebsmaschinen ist es gewünscht, die elektrische Antriebsmaschine von Momentenschwankungen der Verbrennungskraftmaschine zu entkoppeln. Dafür ist ein Torsionsschwingungsdämpfer besonders vorteilhaft, weil es mit steigendem Drehmoment auf eine zunehmende Weichheit des Antriebsstrangs abstimmbar ist. Mit dem hier vorgeschlagenen Antriebsstrang ist bei geringer Bauraumforderung und geringen Kosten eine geringe Geräuschemission erzielbar und zugleich die zumindest eine Antriebsmaschine effizient gegen eine Übertragung einer Drehmomentüberhöhung geschützt.
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe,
Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo MiTo, Volkswagen Polo, Ford Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Hybrid-Fahrzeuge sind BMW 330e oder der Toyota Yaris Hybrid. Als Mild-Hybride bekannt sind beispielsweise ein Audi A650 TFSI e oder ein BMW X2 xDrive25e.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
Fig. 1 : ein Torsionsschwingungsdämpfer in Vorderansicht;
Fig. 2: der Torsionsschwingungsdämpfer gemäß Fig. 1 in Schnittansicht;
Fig. 3: das Detail A des Torsionsschwingungsdämpfer nach Fig. 2; Fig. 4: eine Detailansicht eines Torsionsschwingungsdämpfers mit nabenseitiger Drehmomentbegrenzereinheit; und
Fig. 5: ein Antriebsstrang mit einem Torsionsschwingungsdämpfer und einem Flybridmodul in einem Kraftfahrzeug.
In Fig. 1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer 1 mit einer Rotationsachse 2 in Vorderansicht dargestellt. In der gezeigten Ausführungsform ist eine radial-äußere Ringscheibe 39, beispielsweise die Eingangsseite 4, und im Zentrum bei der gemeinsamen Rotationsachse 2 ist eine Nabe 20, beispielsweise die Ausgangsseite 5, vorgesehen. Alternativ ist die Ringscheibe 39 die Ausgangsseite 5 und die Nabe 20 die Eingangsseite 4. Im Folgenden wird die zuvor genannte Ausführungsform beschrieben, wobei die Begriffe austauschbar sind. Der Torsionsschwingungsdämpfer 1 ist beispielsweise zwischen einer Verbrennerwelle 33, beispielsweise verbunden mittels der Ringscheibe 39, und einer Getriebeeingangswelle 40 in einem Antriebsstrang 3 eines Kraftfahrzeugs 38 angeordnet (vergleiche Fig. 5).
Die Ringscheibe 39 ist hier mit der Reibscheibe 21 der Drehmomentbegrenzereinheit 10 verbunden und (reibschlüssig verbunden, vergleiche Fig. 3) zwischen zwei axial außenliegenden und miteinander mittels einer Vielzahl von Scheibennieten 41 miteinander fixierten Seitenscheibe 11,12 (vergleiche Fig. 2 und Fig. 3) angeordnet und (vorbestimmt begrenzt) mit diesen drehmomentübertragend verbunden. Axial zwischen den Seitenscheiben 11,12 sind (hier zwei) Zwischenelemente 6,7 vorgesehen, welche in dieser Ansicht von der ersten Seitenscheibe 11 hauptsächlich verdeckt ist. Zwischen dem ersten Zwischenelement 6 und dem zweiten Zwischenelement 7 sind zwei Energiespeicherelemente 8, hier ausgeführt als Schraubendruckfedern mit gerader Federachse 42, angeordnet, wobei die Energiespeicherelemente 8 das erste Zwischenelement 6 und das zweite Zwischenelement 7 einander antagonistisch wirkend in einer Ruhelage in der gezeigten Position halten. Die hier dargestellten Energiespeicherelemente 8 sind (optional) identisch, wobei die Energiespeicherelemente 8 in der gezeigten Ausführungsform relativ zu den dafür vorgesehenen Fenstern 13 in der ersten Seitenscheibe 11 (und in der zweiten Seitenscheibe 12, beispielsweise identisch wie bei der ersten Seitenscheibe 11) positioniert sind und axial (bezogen auf die Rotationsachse 2, radial bezogen auf die jeweilige Federachse 42) aus dem jeweiligen Fenster 13 herausragen, sodass der Torsionsschwingungsdämpfer 1 insgesamt mit geringer axialer Bauraumforderung ausführbar ist. Weiterhin sind die erste Seitenscheibe 11 und die zweite Seitenscheibe 12 versteift, indem die Fenster 13 mit einer, beispielsweise gebördelten, Erhöhung 15 umrandet sind und von den Fenstern 13 nach radial-außen eine umlaufende Vertiefung 14 gebildet ist (vergleiche Fig. 2).
Das erste Zwischenelemente 6 und das zweite Zwischenelemente 7 sind jeweils mittels Wälzkörpern 9, hier zwei Wälzkörper 9 zu der Eingangsseite 4 und ein Wälzkörper 9 zu der Ausgangsseite 5 (vergleiche Fig. 2), drehmomentübertragend verbunden, von welchen pars-pro-toto ein Wälzkörper 9 an dem zweiten Zwischenelement 7 mit Bezugszeichen versehen ist. Die Seitenscheiben 11,12 sind (die Bahnseite bildend) mit dem so gebildeten Kurvengetriebe mit den Zwischenelementen 6,7 gekoppelt. Die Wälzkörper 9 sind hier (optional) mittels der Energiespeicherelemente 8 gegen die jeweiligen korrespondierenden Bahnen der Seitenscheiben 11,12 und der Zwischenelemente 6,7 vorgespannt und dadurch einzig abwälzend bewegbar. Die Zwischenelemente 6,7 sind wiederum (eine weitere Bahnseite bildend) über ein weiteres dort gebildetes Kurvengetriebe mit (hier zwei) Nabenflanschen 43,44 (vergleiche Fig. 2) mit der Nabe 20 gekoppelt. Die Nabenflansche 43,44 sind (hier beispielsweise mittels der (Außen-) Verzahnung 25 der Nabe 20) mit der Nabe 20 formschlüssig drehmomentübertragend verbunden. Bei einem anliegenden Drehmomentgradienten über der Eingangsseite 4 zu der Ausgangsseite 5 (und bei geschlossener Drehmomentbegrenzereinheit 10) werden die Seitenscheiben 11,12 relativ zu der Nabe 20 beziehungsweise den Nabenflanschen 43,44 verdreht und resultierend werden die Zwischenelemente 6,7 in dieser Ausführung (parallel zueinander, gleich einer Schraubzwinge) aufeinander zu gezwungen, indem die Wälzkörper 9 auf den korrespondierenden (rampenartigen) Bahnen auf den Seitenscheiben 11,12 und den Nabenflanschen 43,44 abwälzen. Die Energiespeicherelement 8 werden dabei gestaucht, wobei der relative Verdrehwinkel zwischen den Seitenscheiben 11,12 und den Nabenflanschen 43,44 in eine korrespondierenden Federweg der Energiespeicherelemente 8 übersetzt wird, nämlich in einen deutlich kürzeren Federweg als bei einer direkten Belastung von Energiespeicherelementen 8, welche in Umfangsrichtung 30 belastet sind, wie dies beispielsweise bei einem (Mehr-) Flanschdämpfer der Fall ist. Die Übersetzung des Verdrehwinkels in einen kurzen Federweg bedeutet eine große Steifigkeit der Drehmomentübertragung im Vergleich zu einer (übersetzungsbedingt) großen Weichheit im Dämpfungsverhalten gegenüber Torsionsschwingungen. Zudem ist über eine Geometrie der Bahnen eine Übersetzung abhängig von einem Verdrehwinkel einstellbar, also die resultierende Steifigkeit (beziehungsweise besser Weichheit) der Energiespeicherelemente 8, abhängig von dem anliegenden Drehmomentgradienten modulierbar.
Zentral, also bei der Rotationsachse 2, ist eine Nabe 20 angeordnet, welche einen Anschluss an eine Welle 23 bildet, beispielsweise mittels einer (Innen-) Steckverzahnung für eine korrespondierende Außenverzahnung einer solchen Welle 23. Die Nabe 20 weist radial-außen, also hin zu der ersten Seitenscheibe 11 (und bevorzugt auch zu der zweiten Seitenscheibe 12) eine (Außen-) Verzahnung 25 und die Seitenscheibe 11 weist eine korrespondierende Innenverzahnung auf, welche hier (zwei) Scheibenzähne 45 umfasst. In Umfangsrichtung 30 umfasst die Außenverzahnung 25 der Nabe 20 in der gezeigten Ausführungsform vier Zähne 26,27, wobei die Zähne 26,27 jeweils eine Kontaktseite 28 zum Kontakt mit der korrespondierenden Gegenverzahnung, also jeweils einem korrespondierenden Scheibenzahn 45, der Seitenscheibe 11 und eine Rückseite 29 umfassen, welche mit der ersten Seitenscheibe 11 nicht in Kontakt kommt. Die jeweiligen Kontaktseiten 28 der Zähne 26,27 dienen als Nabenanschlag 24. Rein der Übersichtlichkeit halber ist pars-pro-toto die Kontaktseite 28 und die Rückseite 29 nur an einem Zahn 26 bezeichnet. In der gezeigten Ausführungsform ist der Rückseitenabstand 46 zwischen den (in Umfangsrichtung 30 unmittelbar) benachbarten Rückseiten 29 der Zähne 26,27 geringer als der Kontaktseitenabstand 47 zwischen den Kontaktseiten 28 der (in Umfangsrichtung 30) benachbarten Zähne 26,27. Infolge eines großen Kontaktseitenabstands 47 ist ein großer Verdrehwinkel zwischen den Seitenscheiben 11,12 und der Nabe 20 bereitstellbar, auch wenn der Außendurchmesser der Nabe 20 gering ausgeführt ist. Der Übersicht halber sind der Kontaktseitenabstand 47 und der Rückseitenabstand 46 jeweils mit zwei Hilfslinien von der Rotationsachse 2 zum Mittelpunkt eines Zahnkopfs bemaßt. Der Nabenanschlag 24 unterbindet beispielsweise eine auf Block Beanspruchung der als Schraubendruckfedern ausgeführten Energiespeicherelemente 8. In einer Anschlagsitutation ist die Dämpfungseigenschaft des Torsionsschwingungsdämpfers 1 kurzgeschlossen, weil dann die Seitenscheiben 11,12 mit der Nabe 20 formschlüssig drehmomentübertragend verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch die Drehmomentbegrenzereinheit 10 weiterhin aktiv. Nachfolgend werden (zumindest teilweise optionale) konstruktive und funktionale Details dieser Ausführungsform näher erläutert.
In Fig. 2 ist der Torsionsschwingungsdämpfer 1 gemäß Fig. 1 mit einer Rotationsachse 2 in einer Schnittansicht gezeigt. In dieser Schnittansicht ist zu erkennen, dass der Wälzkörper 9 zwischen dem ersten Zwischenelement 6 und der Ausgangsseite 5 und dem zweiten Zwischenelement 7 und der Ausgangsseite 5 symmetrisch auf dem ersten Nabenflansch 43 und dem zweiten Nabenflansch 44 für das Abwälzen angeordnet ist. Der dargestellte Wälzkörper 9 ist also der radial-innere, also nabenflanschseitige, beispielsweise ausgangseitige,
Wälzkörper 9. Die seitenscheibenseitigen (radial-äußeren) Wälzkörper 9 sind in dieser Schnittansicht nicht sichtbar. Die Seitenscheiben 11,12 und die Nabenflansche 43,44 sind jeweils paarig, etwa axial-symmetrisch zu den Zwischenelementen 6,7 angeordnet. Die Drehmomentbegrenzereinheit 10 ist zwischen den mittels der Mehrzahl von Scheibennieten 41 (hier gemäß pars-pro-toto nur eine mit einem Bezugszeichen versehen) miteinander fixierten Seitenscheiben 11,12 gebildet, also hier radial-außerhalb der dämpfungswirksamen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers 1, beispielsweise eingangsseitig. Die Drehmomentbegrenzereinheit 10 ist mit Blick auf das gekennzeichnete Detail A in Fig. 3 genauer beschrieben. In Fig. 3 ist das Detail A des Torsionsschwingungsdämpfers 1 nach Fig. 2 dargestellt. Hier ist nun die Drehmomentbegrenzereinheit 10 integral von der ersten Seitenscheibe 11 und der zweiten Seitenscheibe 12, wie sie zuvor in Fig. 1 beschrieben sind, im Zusammenspiel mit einer Reibscheibe 21 gebildet. Die Reibscheibe 21 ist in dieser Ausführungsform axial zwischen der ersten Seitenscheibe 11 und der zweiten Seitenscheibe 12 mittels einer Tellerfeder 22 vorbestimmt verpresst, wobei eine Anpressscheibe 48 zwischen der Tellerfeder 22 und der Reibscheibe 21 angeordnet ist. An der Reibscheibe 21 sind axial beidseitig (darstellungsgemäß links und rechts) Reibbeläge 49,50 angeordnet, wobei der erste (hier linke) Reibbelag 49 zwischen der ersten Seitenscheibe 11 und der Reibscheibe 21 und der zweite (hier rechte) Reibbelag 50 zwischen der Reibscheibe 21 und der Anpressscheibe 48 angeordnet ist. Weiterhin ist (optional) auf der ersten Seitenscheibe 11 hin zu dem ersten Reibbelag 49 eine erste Erhebung 51 und auf der Anpressscheibe 48 hin zu dem zweiten Reibbelag 50 eine zweite Erhebung 52 angeordnet. In dem ersten Reibbelag 49 ist eine zu der ersten Erhebung 51 korrespondierende erste Umfangs-Nut 53 und in dem rechten Reibbelag 50 eine zu der zweiten Erhebung korrespondierende Umfangs-Nut 54 gebildet, sodass die Reibscheibe 21 mittels der ersten Seitenscheibe 11 und der Anpressscheibe 48 radial geführt, also zentriert, ist.
In Fig. 4 ist ein Detail eines Torsionsschwingungsdämpfers 1 in einer ähnlichen Ausführungsform wie in Fig. 1 bis Fig. 3 in einer Schnittansicht dargestellt. Auf die vorhergehende Beschreibung bezüglich der Funktionsweise des Torsionsschwingungsdämpfers 1 wird verwiesen. In dieser Ausführungsform ist die Ringscheibe 39 einstückig aus der zweiten Seitenscheibe 12 gebildet und dient beispielsweise als Eingangsseite 4. Hier ist einer der radial-äußeren Wälzkörper 9 im Schnitt sichtbar, weicherzwischen den Seitenscheiben 11,12 und dem (gezeigten ersten) Zwischenelement 6 abwälzbar angeordnet ist. Die Nabenflansche 43,44 sind mit diesem Wälzkörper 9 nicht in Kontakt. Hier ist nun die Drehmomentbegrenzereinheit 10 nabenseitig, beispielsweise ausgangsseitig, in dem Torsionsschwingungsdämpfer 1 angeordnet und zudem (unabhängig davon) als Lamellenpaket 16 ausgeführt. Das Lamellenpaket 16 umfasst Außenlamellen 55 und Innenlamellen 56, von welchen pars-pro-toto jeweils nur eine bezeichnet ist. Die Außenlamellen 55 sind in einem Außenlamellenkorb 18 und die Innenlamellen 56 in einem Innenlamellenkorb 17 formschlüssig aufgenommen, wobei (optional) der Innenlamellenkorb 17 einstückig mit einer Nabe 20 gebildet ist. Die Innenlamellen 56 und Außenlamellen 55 sind axial miteinander über eine Anpressscheibe 48 (hier optional innenkorbseitig) mittels einer Tellerfeder 22 verpresst. Die Tellerfeder 22 ist gegen Außenlamellenkorb 18 (darstellungsgemäß rechts) abgestützt, wobei der Außenlamellenkorb 18 hier (optional) an dem ersten (darstellungsgemäß linken) Nabenflansch 43 angebunden ist.
Der Außenlamellenkorb 18 weist in dieser Ausführungsform (optional) auf seiner radial-äußeren Seite einen Korbanschlag 19 auf, mittels welchem ein relativer Verdrehwinkel zwischen der (zweiten) Seitenscheibe 12 und dem Außenlamellenkorb 18 auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist. Der Korbanschlag 19 ist (optional) gebildet, indem die Innenverzahnung für die (formschlüssig drehmomentübertragende) Aufnahme der Außenlamellen 55 infolge des Tiefziehprozesses sich auf dem Außenumfang als entsprechende (Außen-) Verzahnung 25 an dem Außenlamellenkorb 18 abbildet. Die zweite Seitenscheibe 12 weist eine entsprechende Gegenverzahnung auf, sodass die zweite Seitenscheibe 12 integral die Eingangsseite 4 (oder Ausgangsseite 5) und die Begrenzung auf den vorbestimmten Maximalwinkel für die dämpfungswirksamen Komponenten des Torsionsschwingungsdämpfers 1 bildet.
In Fig. 5 ist rein schematisch ein Antriebsstrang 3 mit einem Torsionsschwingungsdämpfer 1 und einem Hybridmodul 57 in einem Kraftfahrzeug 38 in einer Draufsicht gezeigt, wobei in einer Quer-Front-Anordnung eine erste Antriebsmaschine 31, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, mit ihrer ersten Maschinenwelle 33 (Verbrennerwelle) und eine zweite Antriebsmaschine 32, beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine, mit einer zweiten Maschinenwelle 34 (Rotorwelle) entlang der Rotationsachse 2 und quer zu der Längsachse 58 und vor der Fahrerkabine 59 des Kraftfahrzeugs 38 angeordnet sind. Dieses Konzept wird als Hybridantrieb bezeichnet. Die elektrische Antriebsmaschine 32 ist hier koaxial zu einer Trennkupplung 60 angeordnet, bevorzugt als Baueinheit als sogenanntes Hybridmodul 57. Der Antriebsstrang 3 ist zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs 38 mittels Antreiben eines linken Vortriebsrads 36 und eines rechten Vortriebsrads 37 (hier optional der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 38) mittels einer Drehmomentabgabe von zumindest einer der Antriebsmaschinen 31,32 eingerichtet. Die Drehmomentübertragung von der Verbrennungskraftmaschine 31 und von der elektrischen Antriebsmaschine 32 ist mittels der Trennkupplung 60 unterbrechbar. Die Rotorwelle 34 ist dauerhaft (oder mit einerweiteren nicht dargestellten Drehmomentkupplung trennbar) mit einem Getriebe 35 verbunden, welches beispielsweise als stufenlos-veränderbar übersetzendes Umschlingungsgetriebe ausgeführt ist.
Zwischen den Antriebsmaschinen 31,32 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer 1 dämpfend und begrenzt drehmomentübertragend angeordnet, wobei der Torsionsschwingungsdämpfer 1 beispielsweise gemäß einer Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 oder Fig. 4 ausgeführt ist. Die Eingangsseite 4 ist mit der Verbrennerwelle 33 verbunden. Die Ausgangsseite 5 ist mit einer Welle 23 (Eingangswelle) der Trennkupplung 60 drehmomentübertragend verbunden.
Mit dem hiervorgeschlagenen Torsionsschwingungsdämpfer wird mit geringer Bauraumforderung und mit geringen Kosten eine hervorragende Schwingungsmodulation und ein effizienter Schutz gegen Drehmoment-Überhöhungen erreicht. Bezuqszeichenliste Torsionsschwingungsdämpfer 31 Verbrennungskraftmaschine Rotationsachse 32 elektrische Antriebsmaschine Antriebsstrang 33 Verbrennerwelle Eingangsseite 34 Rotorwelle Ausgangsseite 35 Getriebe erstes Zwischenelement 36 linkes Vortriebsrad zweites Zwischenelement 37 rechtes Vortriebsrad Energiespeicherelement 38 Kraftfahrzeug Wälzkörper 39 Ringscheibe Drehmomentbegrenzereinheit 40 Getriebeeingangswelle erste Seitenscheibe 41 Scheibenniete zweite Seitenscheibe 42 Federachse Fenster 43 erster Nabenflansch Vertiefung 44 zweiter Nabenflansch Erhöhung 45 Scheibenzahn Lamellenpaket 46 Rückseitenabstand Innenlamellenkorb 47 Kontaktseitenabstand Außenlamellenkorb 48 Anpressscheibe Korbanschlag 49 erster Reibbelag Nabe 50 zweiter Reibbelag Reibscheibe 51 erste Erhebung Tellerfeder 52 zweite Erhebung Welle 53 erste Umfangs-Nut Nabenanschlag 54 zweite Umfangs-Nut Verzahnung 55 Außenlamelle erster Zahn 56 Innenlamelle zweiterZahn 57 Hybridmodul Kontaktseite 58 Längsachse Rückseite 59 Fahrerkabine Umfangsrichtung 60 Trennkupplung

Claims

Patentansprüche
1. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) mit einer Rotationsachse (2) für einen Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: eine Eingangsseite (4) zum Aufnehmen eines Drehmoments; eine Ausgangsseite (5) zum Abgeben eines Drehmoments; zumindest ein Zwischenelement (6,7) in drehmomentübertragender Verbindung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5); zumindest ein Energiespeicherelement (8), mittels welchem das Zwischenelement (6,7) relativ zu der Eingangsseite (4) und relativ zu der Ausgangsseite (5) schwingbar abgestützt ist; und zumindest einen Wälzkörper (9), mittels welchem das zumindest eine Zwischenelement (6,7) an der Eingangsseite (4) und/oder an der Ausgangsseite (5) schwingbar reibungsarm abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Drehmomentbegrenzereinheit (10) vorgesehen ist, mittels welcher eine Drehmomentübertragung zwischen der Eingangsseite (4) und der Ausgangsseite (5) auf ein vorbestimmtes Maximaldrehmoment begrenzt ist.
2. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 1 , wobei axial außenliegend zwei Seitenscheiben (11,12) vorgesehen sind und das zumindest eine Zwischenelement (6,7) sowie das zumindest eine Energiespeicherelement (8) axial zwischen den Seitenscheiben (11,12) angeordnet sind, wobei bevorzugt zumindest eine der Seitenscheiben (11,12) bei dem zumindest eine Energiespeicherelement (8) ein Fenster (13) aufweist, und/oder wobei bevorzugt zumindest eine der Seitenscheiben (11,12) zumindest eine axiale Vertiefung (14) und/oder Erhöhung (15) aufweist, besonders bevorzugt umrandend das zumindest eine Fenster (13) für eines der Energiespeicherelemente (8).
3. Torsionsschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentbegrenzereinheit (10) im Drehmomentfluss ausgangsseitig des zumindest einen Zwischenelements (6,7) angeordnet ist.
4. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 3, wobei die Drehmomentbegrenzereinheit (10) als Lamellenpaket (16) zwischen einem Innenlamellenkorb (17) und einem Außenlamellenkorb (18) gebildet ist, wobei bevorzugt ein relativer Verdrehwinkel zwischen zumindest einer Seitenscheibe (11,12) nach Anspruch 2 und dem Außenlamellenkorb (18) mittels eines Korbanschlags (19) zwischen dem Außenlamellenkorb (18) und zumindest einer der Seitenscheiben (11,12) auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist, und/oder wobei bevorzugt der Innenlamellenkorb (17) einstückig mit einer zentralen Nabe (20) gebildet ist.
5. Torsionsschwingungsdämpfer (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentbegrenzereinheit (10) im Drehmomentfluss eingangsseitig des zumindest einen Zwischenelements (6,7) angeordnet ist.
6. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 5, wobei die Eingangsseite (4) die Seitenscheiben (11,12) nach Anspruch 2 umfasst und die Drehmomentbegrenzereinheit (10) gebildet ist, indem eine Reibscheibe (21) zwischen den Seitenscheiben (11,12), bevorzugt mittels einer Tellerfeder (22), vorbestimmt verpresst ist.
7. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 6, wobei die Ausgangsseite (5) von einer Nabe (20) zum, bevorzugt formschlüssigen, Verbinden mit einer zentralen Welle (23) gebildet ist, wobei ein relativer Verdrehwinkel zwischen der zumindest einen Seitenscheibe (11,12) und der Nabe (20) mittels eines Nabenanschlags (24) zwischen der Nabe (20) und zumindest einer der Seitenscheiben (11,12) auf einen vorbestimmten Maximalwinkel begrenzt ist.
8. Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach Anspruch 7, wobei der Nabenanschlag (24) für den Maximalwinkel von einer Verzahnung (25) zwischen der zumindest einen Seitenscheibe (11,12) und der Nabe (20) gebildet ist, wobei bevorzugt die Verzahnung (25) zumindest zwei, besonders bevorzugt vier, Zähne (26,27) mit jeweils einer Kontaktseite (28) und einer Rückseite (29) umfasst, wobei die Zähne (26,27) in Umfangsrichtung (30) kontaktseitig weiter voneinander beabstandet sind als rückseitig.
9. Antriebsstrang (3), aufweisend zumindest die folgenden Komponenten: zumindest eine Antriebsmaschine (31 ,32) mit einer Maschinenwelle (33,34); ein Getriebe (35) zum Übertragen eines Drehmoments der zumindest einen Maschinenwelle (33,34) an einen Verbraucher (36,37); und einen Torsionsschwingungsdämpfer (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Kraftfahrzeug (38), aufweisend zumindest ein Vortriebsrad (36,37), welches mittels eines Antriebsstrangs (3) nach Anspruch 9 antreibbar ist.
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