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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs, umfassend einen zur Drehung um eine Drehachse anzutreibenden Eingangsbereich und einen Ausgangsbereich, wobei der Eingangsbereich mit dem Ausgangsbereich mittels eines Drehschwingungsdämpfers in Form eines Torsionselements verbunden ist.
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Diese Drehschwingungsdämpfer oder auch Torsionsschwingungsdämpfer werden dazu genutzt, um Drehungleichförmigkeiten, die vornehmlich durch einen Hubkolbenmotor entstehen, zu dämpfen oder sogar ganz auszulöschen. In einer Abhängigkeit von einem Fahrzustand, beispielsweise ob ein Zusatzaggregat wie beispielsweise eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, eine Ölpumpe, ein Hybridmotor oder ein anderes ähnliches Zusatzaggregat zugeschaltet ist und wie hoch das zu übertragende Drehmoment von dem Eingangsbereich ist, können sich die zu dämpfenden Eigenschaften der Drehungleichförmigkeit, wie beispielsweise eine Anregungsfrequenz und eine Amplitude ändern. Ferner kann es sein, dass bei einer Übertragung eines hohen Drehmoments das Torsionselement sich so stark tordiert, dass es zu einer Beschädigung des Torsionselements kommt. Um dies zu verhindern musste der Torsionsstab auf ein maximal zu übertragendes Drehmoment ausgelegt werden. Dies weist den Nachteil auf, dass bei geringeren zu übertragenden Drehmomenten im Antriebsstrang die Dämpfeigenschaften des Torsionselements oft ungenügend sind.
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Aus dem Stand der Technik ist mit der deutschen Patentschrift
DE 10 2005 037 996 B3 eine gattungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsanordnung bekannt, wobei eine Antriebsscheibe mit einer Antriebswelle über eine Torsionsfeder verbunden ist, wobei die Torsionsfeder stabförmig ausgebildet ist.
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Ausgehend vom erläuterten Stand der Technik ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung mittels eines Torsionselements vorzuschlagen, welche bei geringen zu übertragenden Drehmomenten sicher funktioniert und vorteilhafte Drehschwingungsdämpfungseigenschaften aufweist, bei hohen zu übertragenden Drehmomenten sicher funktioniert, bei hohen Drehzahlen sicher dämpft und kompakt baut.
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Diese Aufgabe wird durch eine gattungsgemäße Drehschwingungsdämpfungsanordnung, welche zusätzlich das kennzeichnende Merkmal des Anspruches 1 umfasst, gelöst.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung, insbesondere für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen zur Drehung um eine Drehachse (A) anzutreibenden Eingangsbereich mit einem Eingangselement und einem Ausgangsbereich mit einem Ausgangselement, ein Torsionselement das einerseits drehfest mit dem Eingangselement und andererseits drehfest mit dem Ausgangselement verbunden ist, und eine mit dem Eingangselement und dem Ausgangselement in Verbindung stehende Begrenzungsanordnung, umfassend eine Lamellenkupplungsanordnung als Dämpfungselement, wobei die Lamellenkupplungsanordnung zumindest eine Zwischenscheibe, eine Mitnehmerscheibe, eine Anpressplatte, ein Federelement und ein Gehäuseelement umfasst, wobei das Gehäuseelement drehfest mit dem Eingangselement verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Mitnehmerscheibe und/oder die Zwischenscheibe als eine Stahlscheibe mit einer Kupferbeschichtung ausgeführt ist. Dabei ist das Eingangselement vorteilhaft mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbunden. Das Torsionselement, das vorteilhaft an einer Seite drehfest mit dem Eingangselement verbunden ist und an einer anderen Seite drehfest, vorteilhaft mittels einer Verzahnung, mit dem Ausgangselement, beispielsweise einer Getriebewelle, verbunden ist, ist so ausgeführt, dass sich das Torsionselement um einen bestimmten Winkelbereich um die Drehachse (A) verdrehen kann, um so die Drehungleichförmigkeiten, hervorgerufen durch die Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise ein Hubkolbenmotor, zu dämpfen. Dabei ist die Verdrehung des Torsionselements um die Drehachse (A) abhängig von der Anregungsfrequenz und dem übertragenen Drehmoment. Um beispielweise bei hohen Drehmomenten eine Begrenzung der Verdrehung des Torsionselements zu gewährleisten ist hier eine Begrenzungsanordnung vorgesehen, die vornehmlich aus dem ersten Begrenzungselement, dem zweiten Begrenzungselement und dem Kulissenelement besteht. Dabei ist das erste Begrenzungselement drehfest mit dem Eingangselement und damit mit der einen Seite des Torsionselements verbunden. Das zweite Begrenzungselement ist drehfest mit dem Ausgangselement und damit mit der anderen Seite des Torsionselements verbunden. Dabei besitzt das erste Begrenzungselement zumindest ein Vorsprungelement, vorteilhaft in Form eines Zapfens ausgebildet, der in eine Ausnehmung des zweiten Begrenzungselements eingreift. Dabei ist der Zapfen kleiner als die Ausnehmung ausgeführt, so dass der Zapfen sich relativ um die Drehachse (A) soweit verdrehen kann, bis dieser an einen Endbereich der Ausnehmung anschlägt. Die Lamellenkupplungsanordnung dämpft dabei die Verdrehung des Torsionselements, indem die Mitnehmerscheibe verdrehfest mit dem Kulissenelement und das Kulissenelement verdrehfest mit dem Ausgangselement verbunden ist. Die Zwischenscheiben, die auch als Lastscheiben bezeichnet werden können, können sich dabei relativ um die Drehachse A gegenüber dem Gehäuseelement um einen Freiwinkel von zweimal α verdrehen. Erst nach Überschreiten dieses Freiwinkels tritt die dämpfende Wirkung der Lamellenkupplungsanordnung in Kraft, in dem die Mitnehmerscheibe gegen die Zwischenscheibe unter Aufbringung einer axialen Kraft durch das Federelement gegeneinander reibt. Dabei beträgt der Verdrehwinkel von der Mitnehmerscheibe zu der Zwischenscheibe beispielsweise nur ca. 6 Winkelgrade. Dies kann je nach Abstimmung aber variieren. Durch den geringen Verdrehwinkel beider Scheiben zueinander ist ein Einreibvorgang nur schwer möglich. Daher wurde die erfindungsgemäße Kupferbeschichtung aufgetragen, um ein schnelles Einreiben und damit ein vollflächiges Tragen der Reibscheiben zueinander zu gewährleisten. Die Kupferbeschichtung der Mitnehmerscheibe ist weicher als ein Gegenreibpartner, hier die Zwischenscheibe, aus Stahl und ermöglicht ein schnelles Einreiben. Die Gefahr von partiellen Temperaturüberbeanspruchungen, auch hot spots gennant, die die Reiboberfläche beschädigen könnten, wird dadurch verringert. Weiter trägt die Kupferbeschichtung mit einer guten Wärmeleitfähigkeit dazu bei, die Temperaturverteilung schnell und gleichmäßig auf der Scheibe zu verteilen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Zwischenscheibe nach Überschreiten eines Freiwinkels α drehfest mit dem Gehäuseelement verbunden, sowie die Mitnehmerscheibe und die Anpressplatte drehfest mit dem Ausgangselement verbunden. Dieser Aufbau stellt einen bekannten Aufbau einer Lamellenkupplungsanordnung dar. In vorteilhafter Weise wird durch die Lamellenkupplungsanordnung die relative Verdrehung zwischen dem Eingangselement und dem Ausgangselement ab einer bestimmten Verdrehung um die Drehachse (A) gedämpft.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Stahlscheibe an einer ersten Reibfläche zumindest eine radial nach außen verlaufende Nut. Durch die Nut können Partikel wie Abrieb oder auch Späne leichter und schneller radial nach außen befördert werden, als ohne Nut. Dies verhindert die Bildung von Ablagerungen auf den Reibflächen, was sich positiv auf das Reibverhalten auswirken kann. Auch wird dadurch der Einreibvorgang beschleunigt und es stellt sich schneller ein vorteilhaftes und gleichmäßiges Reibverhalten ein. Vorteilhaft sind mehrere Nuten in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt. Dabei kann es auch für die Festigkeit vorteilhaft sein, wenn der Nutbeginn an einem radial inneren und umfangsmäßig durchgängigen Bereich beginnt.
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In einer weiteren günstigen Ausführungsform umfasst die Stahlscheibe an der ersten und an einer zweiten Reibflächen zumindest eine radial nach außen verlaufende Nut umfasst. Die Vorteile ergeben sich, wie bereits ausgeführt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nuten zum Abtransport von Partikeln und Abrieb auf beiden Reibflächen angebracht sind, um ein optimales reibverhalten zu erzielen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Nut der zweiten Reibfläche zu der Nut der ersten Reibfläche in Umfangsrichtung versetzt und sich nicht gegenüber überdeckend angeordnet sind. Diese Anordnung der Nuten erhöht die axiale Stabilität der Stahlscheibe und verringert ein Wellen der Scheibe.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Kupferbeschichtung eine Beschichtungsstärke von 30 µm bis 200 µm umfasst. Dieser Schichtstärkenbereich ist besonders vorteilhaft für ein schnelles Einreiben unter gleichzeitiger Beibehaltung der Stabilität der Reibscheibe und unter Berücksichtigung einer langen Lebensdauer. Weiter ist dieser Schichtstärkenbereich vorteilhaft für einen gleichmäßigen Temperaturverteilungsverlauf auf der Reibscheibe.
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Eine weitere günstige Ausgestaltung sieht vor, dass die Lamellenkupplungsanordnung in einem Trockenraum angeordnet ist. Dies bedeutet auch, dass die Reibscheiben trocken gegeneinander reiben. Die Kupferbeschichtung dient dabei als eine vorteilhafte Trockenreibschicht.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigt in:
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1 eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung mit einer Begrenzungsanordnung und Lamellenkupplungsanordnung.
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2 eine Lastscheibe der Lamellenkupplungsanordnung wie in 1 beschrieben.
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3 eine Begrenzungseinrichtung wie in 1 beschrieben.
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4 bis 6 zeigen eine Mitnehmerscheibe mit einer Kupferbeschichtung und radialen Nuten
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Die 1 und 2 zeigen eine Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 mit einer Begrenzungsanordnung 30 und einer Lamellenkupplungsanordnung 60. Dabei ist die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 beispielsweise in einem Antriebsstrang zwischen einem Eingangselement 51, wie beispielweise einer Kurbelwelle, hier nicht dargestellt, und einem Ausgangselement 56, beispielsweise einer Getriebeeingangswelle angeordnet. Das Eingangselement ist drehfest mit einem Torsionselement 20 verbunden oder wird, wie hier dargestellt, aus einem Bauteil gebildet. Es ist aber auch möglich, hier nicht abgebildet, das Eingangselement 51 und das Torsionselement 20 drehfest, vorteilhaft mittels einer Schweißverbindung oder einer Verzahnung miteinander zu verbinden. Dabei besitzt das Torsionselement 20 eine typische Form für Torsionselemente mit einem reduzierten Durchmesserbereich 21. Im Ausgangsbereich ist das Torsionselement 20 vorzugsweise mittels einer Verzahnung 23 mit einem Ausgangselement 56 drehfest verbunden. Wird nun ein Drehmoment von dem Eingangselement 51 eingeleitet, wird dieses Drehmoment über das Torsionselement 20 an das Ausgangselement 56 geleitet. In Abhängigkeit des übertragenen Drehmoments wird das Torsionselement 20, das vorzugsweise ein Torsionsstab aus Stahl ist, um die Drehachse (A) tordiert. Weiter umfasst die Drehschwingungsdämpfungsanordnung 10 eine Begrenzungsanordnung 30, die wiederum ein erstes Begrenzungselement 31, ein zweites Begrenzungselement 32, hier wegen der Schnittdarstellung nur gestrichelt dargestellt, und ein Federelement 64 umfasst. Dabei ist das erste Begrenzungselement 31 drehfest mit dem Eingangselement 51 verbunden oder wie hier dargestellt, aus dem Eingangselement 51 gebildet. Das zweite Begrenzungselement 32 ist drehfest mit dem Ausgangselement 56 verbunden, oder wie hier dargestellt, aus dem Ausgangselement 56 gebildet. Dabei besitzt das erste Begrenzungselement 31 zumindest ein Vorsprungelement 40, der wie ein Zapfen ausgeführt sein kann. Das Vorsprungelement 40 ist dabei so ausgeführt, dass es in die Ausnehmung 45 des zweiten Begrenzungselements 32 eingreift. Liegt nun eine relative Verdrehung des ersten Begrenzungselements 31 mit dem Vorsprungelement 40 zu dem zweiten Begrenzungselement vor, so können beide Teile sich gegeneinander verdrehen, bis das Vorsprungelement 40 an ein Ende der Ausnehmung gelangt. Die Begrenzungsanordnung dient dabei als eine Begrenzung für eine maximale Torsion des Eingangselements 51 zu dem Ausgangselement 56. Die Lamellenkupplungsanordnung 60 wirkt dabei zwischen dem Eingangselement 51 und dem Ausgangselement 56. Dabei umfasst die Lamellenkupplungsanordnung 60 eine erste Zwischenscheibe 61 und eine zweite Zwischenscheibe 65, die, nach einem Überschreiten eines Freiwinkels α, drehfest mit dem Gehäuselement 70 in Verbindung stehen, sowie eine Mitnehmerscheibe 62, die drehfest mit dem Ausgangselement in Verbindung steht, sowie eine Anpressplatte 63 und ein Federelement 64. Erfolgt nun eine relative Verdrehung so dämpft die Lamellenkupplungsanordnung 60 nach Überschreiten des Freiwinkels α die relative Verdrehung. Dabei umfassen die Zwischenscheiben 61 und 65 eine radiale Verdrehsicherung 66 die in eine Ausnehmung 76 des Gehäuseelements 70 eingreift, wobei ein umfangsmäßiger Erstreckungsbereich 68 der Verdrehsicherung 66 geringer ist, als ein umfangsmäßiger Erstreckungsbereich 69 der Ausnehmung 76. Dabei kann die Lamellenkupplungsanordnung 60 auch mit mehreren Zwischenscheiben und Mitnehmerscheiben ausgeführt werden. Durch eine Kupferbeschichtung 95 der Mitnehmerscheibe 62 kann ein vorteilhaftes Reibverhalten erzielt werden. Zudem wird ein Einreiben der Reibscheiben 61, 62, 65 verbessert, da die Kupferbeschichtung 95, im Gegensatz zu einem Reibpartner aus Stahl, wie beispielsweise hier die Zwischenscheibe, weicher ist und sich dadurch schneller an seinen Reibpartner einreibt. Das vermindert ein Entstehen von örtlichen Temperaturüberbelastungen, auch hot spots genannt, und trägt für ein besseres und dauerhafteres Reibverhalten bei.
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Besonders vorteilhaft zeigt die 3 einen Ausschnitt der Begrenzungsanordnung 30 Dabei ist ein Erstreckungsbereich 48 der Ausnehmung 45 größer als ein Erstreckungsbereich 49 des Vorsprungelements 40. Dadurch ist es möglich, dass sich das erste Begrenzungselement 31 relativ um die Drehachse (A) zu dem zweiten Begrenzungselement 32 so weit verdreht, bis das Vorsprungelement 40 an einen Endbereich der Ausnehmung 45 anschlägt. Erfolgt nun eine relative Verdrehung um die Drehachse (A) von dem ersten Begrenzungselement 31 zu dem zweiten Begrenzungselement 32 so wird diese Verdrehung nur so weit erfolgen können, bis das Vorsprungelement 40 an einen Endbereich der Ausnehmung 45 anschlägt.
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Die 4 bis 6 zeigen eine Mitnehmerscheibe 62 mit einer beidseitigen Kupferbeschichtung Kupferbeschichtung und radialen Nuten. Als Basiselement wird eine Stahlscheibe benutzt, die durch einen galvanischen Prozess verkupfert wird. Dabei hat es sich herausgestellt, dass eine Schichtstärke zwischen 30µm und 200µm als besonders vorteilhaft für das Einreibverhalten und für das eigentliche Reibverhalten ist. Die Kupferbeschichtung 95 dient gleichzeitig als vorteilhafter Reibpartner, vor allem, wenn die Reibscheiben trocken, also ohne die Verwendung eines viskosen Mediums betrieben werden. Dabei begünstigt die Kupferbeschichtung 95 den gleichmäßigen Temperaturverlauf auf der Mitnehmerscheibe 62 und beugt somit partiellen Temperaturüberbelastungen, auch hot spots genannt, vor. Die radial nach außen verlaufenden Nuten 94, 93 sind hier an beiden Reibflächen 91, 92 angebracht, um Abriebpartikel oder andere Partikel leicht von der Reibfläche 91, 92 nach radial außen abführen zu können. Dabei ist es besonders für die axiale Festigkeit vorteilhaft, wenn die Nuten sich nicht gegenseitig überdecken, um ein Wellen der Scheiben zu vermeiden. Hier nicht dargestellt können die Nuten auch nach radial innen durchgängig ausgebildet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehschwingungsdämpfungsanordnung
- 20
- Torsionselement
- 30
- Begrenzungsanordnung
- 31
- erstes Begrenzungselement
- 32
- zweites Begrenzungselement
- 40
- Vorsprungelement
- 45
- Ausnehmung
- 48
- Erstreckungsbereich
- 49
- Erstreckungsbereich
- 50
- Eingangsbereich
- 51
- Eingangselement
- 55
- Ausgangsbereich
- 56
- Ausgangselement
- 60
- Lamellenkupplungsanordnung
- 61
- erste Zwischenscheibe
- 62
- Mitnehmerscheibe
- 63
- Anpressplatte
- 64
- Federelement
- 65
- zweite Zwischenscheibe
- 70
- Gehäuseelement
- 75
- Stahlscheibe
- 76
- Ausnehmung
- 86
- Trockenraum
- 91
- erste Reibfläche
- 92
- zweite Reibfläche
- 93
- Nut
- 94
- Nut
- A
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005037996 B3 [0003]
