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Die Erfindung betrifft eine Schraubendruckfeder, insbesondere für einen Drehschwingungsdämpfer, mit mehreren voneinander beabstandeten Federwindungen, die bei entsprechender Belastung auf Block zusammendrückbar sind, und einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, mit derartigen Schraubendruckfedern.
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Aus der
DE 199 12 970 A1 ist eine Schraubendruckfeder bekannt aus Stahlfederdraht mit einer Mehrzahl von sich entlang ihrer Länge erstreckenden Windungen, wobei die Schraubenfeder auf Block drückbar ist, wobei die Schraubenfeder zwischen ihren beiden Endwindungen wenigstens zwei Windungsarten mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist, nämlich einem ersten, größeren Außendurchmesser und einem zweiten, kleineren Außendurchmesser, wobei diese Windungsarten – in Längsrichtung der Feder betrachtet – sowohl nach einem bestimmten Muster aufeinanderfolgend angeordnet sind als auch derart gewickelt- sind, dass die Feder diametral gegenüberliegende Windungsbereiche aufweist, die, bezogen auf die Längsrichtung der Schraubenfeder in radialer Richtung betrachtet, sich auf einer Seite zumindest annähernd auf gleicher Höhe befinden, wohingegen die diametral gegenüberliegenden Windungsbereiche der beiden Windungsarten zumindest annähernd um ihren Außendurchmesserunterschied versetzt sind, um einen Drehschwingungsdämpfer zu schaffen, der ein großes Dämpfungspotential und eine hohe Lebensdauer aufweist. Zur genaueren Information über die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Veröffentlichung
DE 199 12 970 A1 verwiesen. Die Lehre dieser Veröffentlichung ist als Bestandteil des vorliegenden Dokuments anzusehen. Merkmale dieser Veröffentlichung sind Merkmale des vorliegenden Dokuments.
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Aus der
DE 10 2008 005 140 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen Übertragungselement, die entgegen einer zwischen diesen vorgesehenen Dämpfungseinrichtung mit in Umfangsrichtung wirksamen Energiespeichern zueinander verdrehbar sind, wobei die Übertragungselemente Beaufschlagungsbereiche für die Energiespeicher aufweisen und radial innerhalb oder radial außerhalb der Energiespeicher wenigstens ein Energie absorbierendes, zwischen an den Übertragungselementen vorgesehenen Abstützbereichen einspannbares Begrenzungselement vorgesehen ist, welches gegenüber beiden Übertragungselementen begrenzt verdrehbar ist und zur Begrenzung der durch die Dämpfungseinrichtung ermöglichten Relativverdrehung zwischen den Übertragungselementen dient, um die zwischen den beiden Übertragungselementen wirksame Dämpfungseinrichtung, insbesondere die Energiespeicher, vor Überbelastungen zu schützen.
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Aus der
DE 10 2008 009 656 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer bekannt mit einem antriebsseitigen und einem abtriebsseitigen Übertragungselement, die entgegen zumindest einer zwischen diesen vorgesehenen Dämpfungseinrichtung mit wenigstens einer in Umfangsrichtung wirksamen langen Schraubenfeder zueinander verdrehbar sind, wobei die Übertragungselemente Beaufschlagungsbereiche für die Schraubenfeder aufweisen und radial innerhalb der Schraubenfeder wenigstens ein eine Begrenzung der Verdrehung zwischen den Übertragungselementen bewirkendes Anschlagelement vorgesehen ist, wobei das Anschlagelement zwei bis zehn Winkelgrade vor dem maximal zulässigen Kompressionsweg der Schraubenfeder wirksam wird, um insbesondere die zwischen den beiden Übertragungselementen wirksame Dämpfungseinrichtung, insbesondere die durch Schraubenfedern gebildeten Energiespeicher, vor Überbelastungen zu schützen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Schraubendruckfeder baulich und/oder funktional zu verbessern. Insbesondere soll eine Belastung bei stoßartigen Spitzenmomenten reduziert sein. Insbesondere soll eine Funktionsbeeinträchtigung aufgrund stoßartiger Spitzenmomente verhindert sein. Insbesondere soll eine Betriebssicherheit erhöht sein. Insbesondere soll eine maximale Laufleistung erhöht sein. Insbesondere soll ein Fahrkomfort erhöht sein. Insbesondere soll ein Erfordernis eines Spitzen-Moment-Begrenzers in einem Ausrücksystem entfallen. Insbesondere soll ein Erfordernis einer insgesamt hohen Federsteifigkeit entfallen. Insbesondere soll ein Erfordernis eines Drehmomentbegrenzers entfallen. Insbesondere soll ein Erfordernis einer Kupplungsmomentreduktion entfallen. Insbesondere soll ein Anschlagmoment reduziert sein. Insbesondere soll ein Aufwand reduziert sein. Insbesondere soll eine hohe Isolationswirkung gewährleistet sein. Insbesondere soll ein innenliegendes Fliehkraftpendel einsetzbar sein. Außerdem soll ein baulich und/oder funktional verbesserter Drehschwingungsdämpfer bereitgestellt werden.
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Eine Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Schraubendruckfeder, insbesondere für einen Drehschwingungsdämpfer, mit mehreren voneinander beabstandeten Federwindungen, die bei entsprechender Belastung auf Block zusammendrückbar sind, wobei die Schraubendruckfeder bei einer Blockbelastung in einem zeitfesten Bereich beansprucht ist.
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Die Schraubendruckfeder kann eine Längsachse aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann einen Kreisquerschnitt aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann aus einem Federdraht gewunden sein. Der Federdraht kann einen Kreisquerschnitt aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann kaltgeformt sein. Die Schraubendruckfeder kann warmgeformt sein. Die Schraubendruckfeder kann aus einem Federstahl hergestellt sein. Die Schraubendruckfeder kann eine zylindrische Form aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann eine bogenartige Form aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann eine bogenförmige Längsachse aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann zwei Enden aufweisen. Die Enden können zur Überleitung von Kräften zur und/oder von der Schraubendruckfeder dienen. Die Schraubendruckfeder kann zur Anordnung in einem kanal- oder torusartigen Aufnahmeraum dienen.
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Die Schraubendruckfeder kann in Erstreckungsrichtung ihrer Längsachse zusammendrückbar sein. Eine Blockbelastung kann bei einer Schraubendruckfeder mit einer bogenförmigen Längsachse eine radial innere Blockbelastung sein. Zur Blockbelastung muss die Schraubendruckfeder nicht umlaufend auf Block zusammengedrückt sein. Der Begriff „zeitfest“ ist kann auf eine Schwingfestigkeit bezogen sein. Die Schwingfestigkeit kann in methodischen Versuchen ermittelbar sein. Die Schwingfestigkeit kann in Dauerschwingversuchen bzw. Wöhlerversuchen ermittelbar sein. Der Begriff „zeitfest“ kann zur Abgrenzung von einem dauerfesten Bereich dienen. Ein Dauerfester Bereich kann eine Nennspannungsamplitude Sa von maximal ca. 1.200 N/mm2 aufweisen. Der zeitfeste Bereich kann ein Bereich unterhalb von ca. 1 × 106 bis ca. 5 × 106 Schwingspielen sein. Der zeitfeste Bereich kann ein Bereich zwischen ca. 104 und ca. 2 × 106 Schwingspielen sein. Der zeitfeste Bereich kann ein Bereich unterhalb von ca. 104 bis ca. 105 Schwingspielen sein. Der zeitfeste Bereich kann ein kurzzeitfester Bereich sein. Die Schraubendruckfeder kann bei einer Blockbelastung im Bereich einer Nennspannungsamplitude Sa > 1.000 N/mm2, insbesondere im Bereich einer Nennspannungsamplitude Sa > 1.200 N/mm2, insbesondere im Bereich einer Nennspannungsamplitude Sa > 1.400 N/mm2, insbesondere im Bereich einer Nennspannungsamplitude Sa > 1.600 N/mm2, beansprucht sein.
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Die Schraubendruckfeder kann eine Federkennlinie aufweisen, die im Bereich einer blockfreien Belastung zumindest annähernd unverändert ist. Die Schraubendruckfeder kann eine verlängerte Kennlinie aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann einen Kennlinienabschnitt mit einer erhöhten Steigung aufweisen. Die verlängerte Kennlinie kann zumindest abschnittsweise zur Verbesserung eines Isolations- und Startverhaltens nutzbar sein.
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Die Schraubendruckfeder kann zumindest abschnittsweise zwischen den Federwindungen vergrößerte Windungsabstände aufweisen. Die Schraubendruckfeder kann zwischen den Federenden vergrößerte Windungsabstände aufweisen. Schraubenfederendseitig können die Windungsabstände nicht vergrößert sein. Beispielsweise können die ersten ein bis fünf Windungen ohne vergrößerte Abstände ausgeführt sein.
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Die Schraubendruckfeder kann einen zumindest annähernd konstanten Windungsdurchmesser aufweisen. Diese Schraubendruckfeder kann als High-Capacity-Feder bezeichnet werden. Die Schraubendruckfeder kann einen variierenden Windungsdurchmesser aufweist. Der Windungsdurchmesser kann abschnittsweise derart variieren, dass bei einem Zusammendrücken der Schraubendruckfeder Windungen zumindest teilweise ineinander geschoben werden, wobei reibungsbedingt eine erhöhte Dämpfung auftritt. Diese Schraubendruckfeder kann als High-Capacity-Dämpfungsfeder bezeichnet werden.
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Außerdem erfolgt eine Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einem Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, aufweisend ein Eingangsteil und ein Ausgangsteil mit einer gemeinsamen Drehachse, um die das Eingangsteil und das Ausgangsteil zusammen drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, und eine zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil wirksame Feder-Dämpfer-Einrichtung mit in Umfangsrichtung des Drehschwingungsdämpfers angeordneten derartigen Schraubendruckfedern.
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Der Drehschwingungsdämpfer kann ein erhöhtes Anschlagmoment aufweisen. Ein Anschlagmoment kann ein Moment sein, bei dem die Schraubendruckfedern auf Block zusammengedrückt sein. Das Anschlagmoment kann größer als ein Brennkraftmaschinenmoment sein. Das Anschlagmoment kann das ca. 1,5- bis ca. 2,1-fache des Brennkraftmaschinenmoments betragen.
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Der Drehschwingungsdämpfer kann zur Anordnung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dienen. Der Antriebsstrang kann eine Brennkraftmaschine aufweisen. Der Antriebsstrang kann eine Reibungskupplungseinrichtung aufweisen. Der Antriebsstrang kann ein Getriebe aufweisen. Der Antriebsstrang kann wenigstens ein antreibbares Rad aufweisen. Der Drehschwingungsdämpfer kann in dem Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine und der Reibungskupplungseinrichtung anordenbar sein. Der Drehschwingungsdämpfer kann dazu dienen, Drehschwingungen zu reduzieren, die durch periodische Vorgänge, insbesondere in der Brennkraftmaschine, angeregt werden. Der Drehschwingungsdämpfer kann eine Fliehkraftpendeleinrichtung aufweisen. Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann wenigstens eine unter Fliehkrafteinwirkung verlagerbare Pendelmasse aufweisen. Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann an dem Eingangsteil angeordnet sein. Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann an dem Ausgangsteil angeordnet sein. Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann innenliegend sein. Die Fliehkraftpendeleinrichtung kann gehäuseartig geschützt sein.
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Das Eingangsteil kann zur Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine dienen. Das Eingangsteil kann einen Flanschabschnitt aufweisen. Das Eingangsteil kann einen Deckelabschnitt aufweisen. Der Flanschabschnitt und der Deckelabschnitt können einen Aufnahmeraum für die Schraubendruckfedern begrenzen. Das Eingangsteil kann Anlageabschnitte für die Schraubendruckfedern aufweisen. Die Anlageabschnitte des Eingangsteils können in den Aufnahmeraum hineinragen. Das Ausgangsteil kann ein Flanschteil aufweisen. Das Ausgangsteil kann Anlageabschnitte für die Schraubendruckfedern aufweisen. Die Anlageabschnitte des Ausgangsteils können in den Aufnahmeraum hineinragen.
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Die Schraubendruckfedern können mit ihren Längsachsen in Umfangsrichtung des Drehschwingungsdämpfers angeordnet sein. Die Schraubendruckfedern können in Umfangsrichtung des Drehschwingungsdämpfers verteilt angeordnet sein. Die Schraubendruckfedern können sich jeweils einerseits an dem Eingangsteil und andererseits an dem Ausgangsteil abstützen. Der Drehschwingungsdämpfer kann wenigstens eine erste Schraubendruckfeder und wenigstens eine zweite Schraubendruckfeder aufweisen. Die wenigstens eine erste Schraubendruckfeder kann einem Kraftfluss in Zugrichtung zugeordnet sein. Die wenigstens eine zweite Schraubendruckfeder kann einem Kraftfluss in Schubrichtung zugeordnet sein. Der Drehschwingungsdämpfer kann mehrere erste Schraubendruckfedern aufweisen. Die mehreren ersten Schraubenfedern können in Reihenschaltung angeordnet sein. Die mehreren ersten Schraubenfedern können in Parallelschaltung angeordnet sein. Die mehreren ersten Schraubenfedern können ineinander geschachtelt angeordnet sein. Der Drehschwingungsdämpfer kann mehrere zweite Schraubendruckfedern aufweisen. Die mehreren zweiten Schraubenfedern können in Reihenschaltung angeordnet sein. Die mehreren zweiten Schraubenfedern können in Parallelschaltung angeordnet sein. Die mehreren zweiten Schraubenfedern können ineinander geschachtelt angeordnet sein. Die Feder-Dämpfer-Einrichtung kann eine Reibeinrichtung aufweisen.
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Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine High-Capacity-Feder. Eine Federauslegung kann so geändert sein, dass eine Blockbeanspruchung weit über einem dauerfestigkeitsnahen Bereich erfolgt (> 1200 bis 1600 N/mm2). Dabei kann eine Beanspruchung bei z. B. Motormoment unverändert sein. Diese Auslegung kann zu einem sehr hohen Anschlagmoment führen, das 20% bis 60% oberhalb einer üblichen Anschlagssicherheit von ca. 1,3 × Motormoment liegen kann. Die dabei über einem normalen Anschlagsmoment absorbierbare Energie kann oberhalb 50 J liegen. Dadurch können Impacts weitgehend „weich“ abgefedert werden. Zum Schutz der besonders häufig beanspruchten ersten ca. 3 Windungen können diese konventionell ausgeführt sein. Erhöhte Anschlagsmomente können auch zu einer wesentlich robusteren Konstruktion bezüglich Chiptuning führen. Die beim Chiptuning erhöhten Motormomente führen nun nicht mehr zu Kennlinienanschlägen, die wiederum zum Zerstören eines Zweimassenschwungrads führen können. Im Vergleich zu einer Dämpfungsfeder können erstens eine Federrate und damit eine Isolationswirkung besser sein, zweitens kann die High-Capacity-Feder besser gegen übermäßige Impacts geschützt sein, da ein Blocken von Windungen eine weitere Überhöhung der Spannungen verhindert. Ein konstruktive Ausführung kann durch eine Blockbeanspruchung im Zeitfestigkeitsbereich mit einem Anschlagsmoment > 1,6 × Motormoment gekennzeichnet sein.
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Außerdem ergibt sich durch die Erfindung zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt somit unter anderem eine High-Capacity-Dämpfungsfeder. Diese ist durch einen variierenden Windungsdurchmesser gekennzeichnet. Genauso wie die High-Capacity-Feder kann die High-Capacity-Dämpfungsfeder in Umfangsrichtung auseinandergezogen sein, bis an einer spannungsbestimmenden Windung ähnliche Spannungen wie an der High-Capacity-Feder anliegen. Diese können gegenüber einer heutigen Auslegungsrichtlinie dann deutlich erhöht sein. Damit kann eine Kennlinie der High-Capacity-Dämpfungsfeder wesentlich verlängert und Impacts können – wie bei der High-Capacity-Standardfeder – bereits vor Kontakt der Dämpfungsfeder weitgehend abgebaut werden. Ein Teil der Kennlinienverlängerung kann anwendungsbezogen auch zur Verbesserung eines Isolations- und Startverhaltens der Dämpfungsfeder verwendet werden. Nach Kontakt kann die High-Capacity-Dämpfungsfeder gegenüber einer High-Capacity-Standardfeder den Vorteil haben, dass über eine entstehende Reibung zwischen den Windungen mehr Energie abgebaut werden kann als bei der High-Capacity-Standardfeder. Durch Variation der Windungen kann auch bei der High-Capacity-Dämpfungsfeder nach wie vor der prinzipielle Nachteil der Dämpfungsfeder entstehen, dass ein Verlust an Federkapazität gegenüber einer Standardfeder (Spannungen nach üblichem Auslegungsstandard) oder der High-Capacity-Standardfeder (erhöhte zulässige Spannungen) entsteht. Dadurch, dass Impacts jetzt aber bereits weitestgehend vor Anschlag der High-Capacity-Dämpfungsfeder abgebaut werden, kann die Variation des Windungsdurchmessers und damit ein Kapazitätsverlust minimiert werden. Die High-Capacity-Dämpfungsfeder kann als Pendant zur High-Capacity-Standardfeder mit vergleichbaren Auslegungsmerkmalen hinsichtlich Federspannung und Setzvorgaben ausgeführt sein.
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Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.
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Mit der Erfindung ist eine Belastung bei stoßartigen Spitzenmomenten reduziert. Eine Funktionsbeeinträchtigung aufgrund stoßartiger Spitzenmomente ist verhindert. Eine Betriebssicherheit ist erhöht. Eine maximale Laufleistung ist erhöht. Ein Fahrkomfort ist erhöht. Ein Erfordernis eines Spitzen-Moment-Begrenzers in einem Ausrücksystem entfällt. Ein Erfordernis einer insgesamt hohen Federsteifigkeit entfällt. Ein Erfordernis eines Drehmomentbegrenzers entfällt. Ein Erfordernis einer Kupplungsmomentreduktion entfällt. Ein Anschlagmoment ist reduziert. Ein Aufwand ist reduziert. Eine hohe Isolationswirkung ist gewährleistet. Ein innenliegendes Fliehkraftpendel ist einsetzbar.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
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Es zeigen schematisch und beispielhaft:
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1 eine zwischen einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil eines Zweimassenschwungrads angeordnete hoch kapazitive Schraubendruckfeder und
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2 ein Diagramm mit einer Kennlinie eines Zweimassenschwungrads mit hoch kapazitiven Schraubendruckfedern.
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1 zeigt eine zwischen einem Eingangsteil 100 und einem Ausgangsteil 102 eines Zweimassenschwungrads angeordnete hoch kapazitive Schraubendruckfeder 104. 2 zeigt ein Diagramm 200 mit einer Kennlinie 202 eines Zweimassenschwungrads mit hoch kapazitiven Schraubendruckfedern, wie Schraubendruckfedern 104 gemäß 1.
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Das ansonsten nicht näher dargestellte Zweimassenschwungrad dient zur Anordnung in einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Reibungskupplung, um Drehschwingungen zu dämpfen. Neben resonanzbedingten Drehschwingungen treten bei einem Betrieb auch schlagartige Spitzenmomente auf. Unter Einfluss derartiger Spitzenmomente können die Schraubendruckfedern, wie 104, die in dem Zweimassenschwungrad als Energiespeicher dienen, auf Block zusammengedrückt werden. Eine entsprechende Belastungsrichtung ist in der 1 mit einem Pfeil a dargestellt. Derartige Spitzenmomente können ein Vielfaches des maximalen Brennkraftmaschinenmoments betragen. Derartige Spitzenmomente werden auch als Impacts bezeichnet. Impacts entstehen insbesondere bei einem schnellen Schließen der Reibungskupplung, wenn ein Kupplungseingangsteil und ein Kupplungsausgangsteil große Drehzahlunterschiede aufweisen. Derartige Schließvorgänge treten beispielsweise bei sportlicher Fahrweise, aber auch bei Fehlbedienungen, wie Abrutschen von einem Kupplungspedal, auf. Außerdem wird ein Auftreten derartiger Schließvorgänge durch eine nachträgliche Änderung werksseitig festgelegten Steuerparameter elektrischer Steuereinrichtungen, beispielsweise eines Motorsteuergeräts, eines Getriebesteuergeräts und/oder eines Kupplungssteuergeräts, mit dem Ziel einer Leistungssteigerung begünstigt. Derartige Änderungen werden auch als Chiptuning bezeichnet.
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Mithilfe der hoch kapazitiven Schraubendruckfeder 104 wird ein hohes Anschlagmoment erreicht. Die Schraubendruckfeder 104 weist über ihre Länge einen konstanten Windungsdurchmesser D auf. Der Windungsdurchmesser D ist insbesondere von einem zur Verfügung stehenden Bauraum bestimmt. Die Schraubendruckfeder 104 weist eine konstante Drahtdicke d auf. Mit der Drahtdicke d ist eine Spannung der Schraubendruckfeder 104 definiert. Zwischen den Windungen weist die Schraubendruckfeder 104 erweiterte Abstände, wie s, auf. Die Windungsabstände s sind für das Anschlagmoment maßgeblich. Das Anschlagmoment ist aufgrund der erweiterten Windungsabstände s erhöht, damit weist die Schraubendruckfeder 104 eine erhöhte Kapazität auf.
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Die in 2 gezeigte Kennlinie 202 weist einen Ast 204, der einer Zugbelastung des Zweimassenschwungrads zugeordnet ist, und einen Ast 206, der einer Schubbelastung des Zweimassenschwungrads zugeordnet ist, auf. Die Kennlinie 202 ist sowohl zugseitig als auch schubseitig gegenüber einer herkömmlichen Kennlinie 208 verlängert und endet bei deutlich höheren Momentwerten. Vorliegend endet die Kennlinie 202 jeweils bei ca. 675 Nm.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Eingangsteil
- 102
- Ausgangsteil
- 104
- Schraubendruckfeder
- 200
- Diagramm
- 202
- Kennlinie
- 204
- Ast
- 206
- Ast
- 208
- Kennlinie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19912970 A1 [0002, 0002]
- DE 102008005140 A1 [0003]
- DE 102008009656 A1 [0004]
