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Die Erfindung betrifft eine Reibeinrichtung, mit deren Hilfe beispielsweise in einem in einer Kupplungsscheibe einer Reibungskupplung vorgesehenen Scheibendämpfer, eine reibungsbehaftete Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs erfolgen kann, insbesondere um ein resonanzbedingtes Aufschaukeln von Drehschwingungen in einem Drehschwingungsdämpfer zu dämpfen.
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Aus
DE 10 2015 225 861 A1 ist eine Kupplungsscheibe mit einem Scheibendämpfer zur Drehschwingungsdämpfung im übertragenen Drehmoment bekannt, wobei an relativ zueinander begrenzt verdrehbaren Bauteilen des Scheibendämpfers eine Reibeinrichtung angreift, um ein bewusstes Reibmoment aufzuprägen.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs effizient zu dämpfen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine effiziente Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Reibeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Reibeinrichtung zur reibungsbehafteten Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere als Teil eines Zweimassenschwungrads oder Scheibendämpfers, vorgesehen mit einem um eine Drehachse drehbaren Übertragungsflansch zur Übertragung eines Drehmoments, einer mit einer Anpresskraft und einem Reibwert auf einem mittleren Reibradius reibschlüssig an dem Übertragungsflansch angreifenden Reibscheibe zum Aufprägen eines Reibmoments und einer mit der Reibscheibe gekoppelten fliehkraftsensitiven Verstelleinrichtung zur Veränderung von mindestens einem für das aufgeprägte Reibmoment relevanten Parameter, insbesondere mittlerer Reibradius, Reibwert und/oder Anpresskraft, in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Reibscheibe.
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Ein resonanzbedingtes Aufschaukeln von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang erfolgt in einem bestimmten Drehzahlbereich des Antriebsstrangs, der üblicherweise vorher bekannt ist. Da außerhalb dieses resonanzkritischen Drehzahlbereichs ein resonanzbedingtes Aufschaukeln nicht zu erwarten ist, ist eine reibungsbehaftete Dämpfung durch die Reibeinrichtung außerhalb dieses Drehzahlbereichs grundsätzlich nicht erforderlich und kann eingespart werden. Unnötige Wirkungsgradverluste des Antriebsstrangs durch die nicht benötigte Reibungswirkung der Reibeinrichtung können dadurch vermieden werden. Durch die Verstelleinrichtung kann in Abhängigkeit von der Fliehkraft, die wiederum von der Drehzahl abhängt, die Reibungswirkung der Reibeinrichtung beeinflusst werden. Dies ermöglicht es in dem resonanzkritischen Drehzahlbereich eine ausreichend hohe Reibungswirkung vorzusehen und in einem anderen außerhalb des resonanzkritischen Drehzahlbereichs liegenden Drehzahlbereich eine geringere Reibungswirkung zu erreichen, wodurch der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs verbessert werden kann. Beispielsweise kann unterhalb des resonanzkritischen Drehzahlbereichs mit Hilfe der Verstelleinrichtung eine geringere Reibungswirkung erreicht sein, während oberhalb des resonanzkritischen Drehzahlbereichs aufgrund eines die weitere Verstellung der Verstelleinrichtung blockierenden Anschlags die Reibungswirkung konstant bleibt, oder umgekehrt. Eine zum Verstellen der Reibungswirkung erforderliche Energie kann aus der an der Reibeinrichtung und somit auch an der Verstelleinrichtung angreifenden Fliehkraft entnommen werden, so dass eine externe Energiequelle zur Veränderung der Reibungswirkung und dem daraus resultierenden Reibmoment der Reibeinrichtung nicht erforderlich ist. Durch die fliehkraftsensitive Verstelleinrichtung der Reibeinrichtung kann außerhalb einer resonanzkritischen Drehzahl eine nicht benötigte Reibungswirkung der Reibeinrichtung reduziert werden, so dass eine effiziente Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Insbesondere weist die Reibscheibe mindestens zwei voneinander separierte Reibsegmente auf, wobei die Reibsegmente in radialer Richtung verlagerbar ausgestaltet sind und die Verstelleinrichtung zur Veränderung des mittleren Reibradius der Reibscheibe an dem Reibsegment angreift. Die Reibfläche der Reibscheibe bleibt bei einer radialen Verlagerung der Reibsegmente konstant. Allerdings kann sich durch die radiale Verlagerung der Reibsegmente der mittlere Reibradius der segmentierten Reibscheibe verändern, so dass sich das von der Verstelleinrichtung aufgeprägte Reibmoment entsprechend verändert. Die Reibsegmente unterliegen im laufenden Betrieb einer Fliehkraft, deren Größe von der aktuellen Drehzahl abhängt. Die Verstelleinrichtung kann eine der Fliehkraft entgegen gerichtete Widerstandskraft entgegensetzen, so dass sich je nach anliegender Drehzahl auf unterschiedlichen Radien ein Kräftegleichgewicht zwischen der an dem Reibsegment angreifenden Fliehkraft und der von der Verstelleinrichtung bereitgestellten Widerstandskraft einstellt. Beispielsweise kann die Verstelleinrichtung einer der fliehkraftbedingten Radialbewegung des Reibsegments entgegen gerichtete progressiv ansteigende Reibungskraft und/oder Federkraft bereitstellen. Beispielsweise kann die Verstelleinrichtung eine radial innen befestigte Zugfeder aufweisen, an deren radial äußeren Ende das zugeordnete Reibsegment befestigt ist. Bei einer niedrigen Drehzahl zieht die jeweilige Zugfeder das Reibsegment nach radial innen bis die in Umfangsrichtung nachfolgenden Reibsegmente tangential aneinander abgestützt sind und ihre maximal radial innere Relativlage einnehmen. Bei einer ansteigenden Drehzahl können die Reibsegmente entgegen der progressiv ansteigenden Federkraft der Zugfeder fliehkraftbedingt nach radial außen wandern, bis sich ein Kraftgleichgewicht zwischen der Federkraft der Zugfeder und der Fliehkraft des Reibsegments einstellt.
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Vorzugsweise ist eine relativ zu dem Übertragungsflansch verdrehbare Tragscheibe vorgesehen, wobei die Reibsegmente an der Tragscheibe radial geführt sind, wobei insbesondere eine in radialer Richtung verlaufende Feder-Nut-Führung vorgesehen ist. Durch die radiale Führung des Reibsegments kann eine in Umfangsrichtung ungleichmäßige Verteilung der Reibsegmente vermieden werden, so dass Unwuchten vermieden werden können. Insbesondere ist das jeweilige Reibsegmente über zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Feder-Nut-Führung geführt, die insbesondere eine rein radiale Verlagerung des Schwerpunkts des Reibsegments erzwingen, so dass ein Verkippen des Reibsegments um eine im Wesentlichen parallel zur Drehachse verlaufenden Kippachse vermieden werden kann. Dadurch können ein undefinierter mittlerer Reibradius sowie Unwuchten vermieden werden.
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Besonders bevorzugt weist die Verstelleinrichtung jeweils ein, insbesondere an der Tragscheibe gehaltenes, Federelement mit einer entgegen der Fliehkraftrichtung weisenden und an dem Reibsegment angreifenden Federkraft auf. Das Federelement kann beispielsweise als Schraubenfeder ausgestaltet sein, die als Zugfeder oder als Druckfeder eingesetzt werden kann. Das Federelement kann hierzu im Wesentlichen radial ausgerichtet als Zugfeder radial innerhalb oder als Druckfeder radial außerhalb zum Reibsegment angeordnet sein. Wenn unter steigendem Fliehkrafteinfluss das Reibsegment nach radial außen gedrängt wird, kann sich die Federkraft des Federelements aufgrund des sich vergrößernden Federwegs entsprechend erhöhen, so dass sich bei verschiedenen Drehzahlen und dazu korrespondierenden Flieh- und Federkräften bei unterschiedlichen Radien jeweils ein korrespondierender Gleichgewichtszustand zwischen der Fliehkraft und der Federkraft automatisch einstellt. Das Federelement kann eine hierzu geeignet gewählte Federkonstante aufweisen. Zudem ist es möglich das Federelement vorzuspannen, so dass das Reibsegment im stehenden, nicht rotierenden Zustand in einer definierten Position gehalten werden kann. Vorzugsweise ist die Vorspannung des Federelements größer als die Gewichtskraft des Reibsegments gewählt, so dass das Reibsegment im ausgeschalteten Zustand des Kraftfahrzeugmotors nicht schwerkraftbedingt nach radial außen herunterfallen kann und im Wesentlichen unbeweglich ohne Klappergeräusche festgehalten werden kann.
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Insbesondere ist das Federelement als Spiralfeder ausgestaltet, wobei das Federelement an einem ersten Axialende auf einem von der Tragscheibe ausgebildeten ersten Führungsdorn und an einem zweiten Axialende auf einem von dem Reibsegment ausgebildeten zweiten Führungsdorn aufgesteckt ist. Das Federelement kann dadurch einfach und sicher montiert werden. Zudem kann durch die Führungsdorne ein minimaler noch zulässiger Abstand vorgegeben werden, bei dem die Enden der Führungsdorne aneinander anstoßen, so dass eine zu starke Komprimierung des Federelements vermieden werden kann, bevor das Federelement auf Block geht und blockiert.
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Vorzugsweise ist mit dem Reibsegment eine Zusatzmasse, insbesondere lösbar, verbunden, wobei die Zusatzmasse insbesondere an einer von dem Übertragungsflansch weg weisenden Axialseite des Reibsegments vorgesehen ist. Durch die Zusatzmasse kann die an dem Reibsegment angreifende Fliehkraft beeinflusst werden. Hierbei kann je nach Anwendungsfalls die Zusatzmasse durch eine andere Zusatzmasse, die eine verschiedene träge Masse aufweist, ersetzt werden, um die Reibscheibe an andere Betriebsbedingungen anpassen zu können. Die Zusatzmasse ist beispielsweise als eine in das Reibsegment einschraubbare Schraube und/oder als eine mit einer von dem Reibsegment abstehenden Gewindestange verschraubbare Mutter ausgestaltet. Vorzugsweise kann durch die Zusatzmasse das Reibsegment verliersicher an der Tragscheibe gesichert werden, indem ein Teil der Zusatzmasse und das Reibsegment breiter als die Nut ausgeführt sind.
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Besonders bevorzugt weist die Zusatzmasse einen in einer zu einem Großteil radial verlaufende Nut der Tragscheibe geführten Bolzen auf. Die Zusatzmasse kann dadurch gleichzeitig die radiale Führung des Reibsegments in der Nut der Tragscheibe ermöglichen.
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Insbesondere weist der Übertragungsflansch einen sich in radialer Richtung verändernden Reibwert auf. Dadurch kann auch über eine Veränderung des für das Reibmoments relevanten Reibwerts das Reibmoment beeinflusst werden. Hierzu kann in Abhängigkeit von der Drehzahl und der davon abhängigen radialen Verlagerung der Reibsegmente der einem bestimmten Radiusbereich zugeordnete Reibwert zur Anwendung kommen und das Reibmoment beeinflussen. Der sich in radialer Richtung verändernden Reibwert kann beispielsweise durch eine sich in radialer Richtung verändernde Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere Rauigkeit, der an der Reibscheibe anliegenden Kontaktfläche des Übertragungsflanschs erreicht werden.
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Vorzugsweise ist die Reibscheibe mit Hilfe einer die Anpresskraft aufbringenden Anpressfeder gegen den Übertragungsflansch gepresst, wobei die Verstelleinrichtung, insbesondere über ein fliehkraftsensitives Rampensystem, ausgestaltet ist, die Anpressfeder zur Veränderung der Anpresskraft axial zu verlagern. Die Verstelleinrichtung kann beispielsweise einen Abstützpunkt der Anpressfeder in axialer Richtung verlagern, so dass sich der wirksame Federweg der Anpressfeder von dem Abstützpunkt zu der Reibscheibe verändert und damit auch die Anpresskraft. Über eine entsprechende Konturierung des Rampensystems ist es hierbei möglich sowohl unterhalb als auch oberhalb des resonanzkritischen Drehzahlbereichs eine geringere Anpresskraft vorzusehen oder sogar die Reibscheibe von dem Übertragungsflansch abheben zu lassen.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Drehschwingungsdämpfer, insbesondere Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler oder Scheibendämpfer, zur Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einem um eine Drehachse drehbaren Eingangselement, einem über ein, insbesondere als Bogenfeder ausgestaltetes, Energiespeicherelement begrenzt verdrehbar gekoppelten Ausgangselement und einer mit dem Eingangselement und mit dem Ausgangselement gekoppelten Reibeinrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur reibungsbehafteten Dämpfung von Drehschwingungen. Bei einem als Zweimassenschwungrad, Riemenscheibenentkoppler oder Scheibendämpfer ausgestalteten Drehschwingungsdämpfer sind in der Regel zumindest zwei begrenzt relativ zueinander verdrehbare Scheiben eines schwingungsfähigen Feder-Masse-Systems vorgesehen, die zur Ausbildung der Reibeinrichtung genutzt werden können. Durch die fliehkraftsensitive Verstelleinrichtung der Reibeinrichtung kann außerhalb einer resonanzkritischen Drehzahl eine nicht benötigte Reibungswirkung der Reibeinrichtung reduziert werden, so dass eine effiziente Dämpfung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Detailansicht eines Drehschwingungsdämpfers,
- 2: eine schematische Schnittansicht des Drehschwingungsdämpfers aus 1,
- 3: eine schematische perspektivische Ansicht eines Reibsegments einer Reibeinrichtung des Drehschwingungsdämpfers aus 1 und 2 und
- 4: eine schematische perspektivische Detailansicht einer Tragscheibe der Reibeinrichtung des Drehschwingungsdämpfers aus 1 und 2.
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Der in 1 und 2 dargestellte Drehschwingungsdämpfer 20 ist am Beispiel eines in einer Kupplungsscheibe einer zum Ankuppeln einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes an eine Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors vorgesehenen Reibungskupplung integrierten Scheibendämpfers dargestellt, der in der Drehzahl des übertragenen Drehmoments vorliegende Drehschwingungen dämpfen kann. Der Drehschwingungsdämpfer 10 weist einen in axialer Richtung im Wesentlichen mittigen Übertragungsflansch 12 auf, der über ein als Bogenfeder ausgestaltetes Energiespeicherelement 14 mit axial äußere Deckscheiben 16 begrenzt verdrehbar gekoppelt ist. Beispielsweise kann ein von Reibbelägen der Kupplungsscheibe eingeleitetes Drehmoment von den an dem Energiespeicherelement 14 tangential anschlagenden Deckscheiben 16 an das Energiespeicherelement 14 übertragen und von dort aus an den tangential an das Energiespeicherelement 14 anschlagenden Übertragungsflansch 12 übertragen werden. Der Übertragungsflansch 12 kann das schwingungsgedämpfte Drehmoment über eine Innenverzahnung 18 einer Nabe 20 an eine Welle, beispielsweise eine Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, übertragen. Hierzu kann beispielsweise eine weitere Dämpferstufe mit Hilfe eines zwischen dem Übertragungsflansch 12 und der Nabe 20 zwischengeschalteten weiteren Energiespeicherelements 22 vorgesehen sein. Der Übertragungsflansch 12 und die Deckscheiben 16 bilden zusammen mit dem Energiespeicherelement 14 ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System aus, das Drehschwingungen dämpfen kann aber in einem resonanzkritischen Drehzahlbereich Drehschwingungen resonanzbedingt aufschaukeln kann.
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Zur Begrenzung eines resonanzbedingten Aufschaukeln von Drehschwingungen ist eine Reibeinrichtung 24 vorgesehen, bei der mehrere in Umfangsrichtung ringförmig hintereinander angeordnete separate Reibsegmente 26 einer ringförmigen Reibscheibe 28 mit einer Anpresskraft bei einem bestimmten Reibwert an einer Axialseite des Übertragungsflanschs 12 angreifen, um ein Resonanzschwingungen dämpfendes Reibmoment aufzuprägen. Hierzu ist eine der Deckscheibe 16 als eine Tragscheibe 30 ausgestaltet, mit welcher die Reibscheibe 28 beziehungsweise die einzelnen Reibsegmente 26 befestigt und axial abgestützt sind. Die Reibsegmente 26 sind über eine fliehkraftsensitive Verstelleinrichtung 32 an der Tragscheibe 30 angekoppelt. Die Verstelleinrichtung 32 weist ein als Druckfeder ausgestaltetes in radialer Richtung ausgerichtetes Federelement 34 auf, das radial innen an dem Reibsegment 26 und radial außen an der Tragscheibe 30 abgestützt ist. Die Tragscheibe 30 weist einen ersten Führungsdorn 36 auf, auf dem das als Druckfeder ausgestaltete Federelement 34 an einem ersten Axialende aufgesteckt ist. Entsprechend weist das Reibsegment 26 einen zweiten Führungsdorn 38 auf, auf dem das Federelement 34 an einem entgegengesetzten zweiten Axialende aufgesteckt ist. Die Verstelleinrichtung 32 weist zudem für jedes Reibsegment 26 zwei in der Tragscheibe 30 vorgesehene zu einem Großteil radial verlaufende Nuten 40 auf (4), in denen jeweils ein in axialer Richtung abstehender Bolzen 42 des Reibsegments 26 (3) geführt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein an dem abstehenden Ende des Bolzens 42 ein Zusatzmasse anzubringen, beispielsweise in der Art einer Mutter aufzuschrauben.
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Wenn die Kupplungsscheibe in Rotation versetzt wird, indem beispielsweise die Reibungskupplung geschlossen und ein Drehmoment von der Antriebswelle des Kraftfahrzeugmotors über die Kupplungsscheibe an die Getriebeeingangswelle des Kraftfahrzeuggetriebes übertragen wird, erhöht sich die Drehzahl der Kupplungscheibe und damit auch die Drehzahl des als Scheibendämpfer ausgestalteten Drehschwingungsdämpfers 10. Dies führt zu einer sich erhöhenden auf den Reibscheibe 28 einwirkende Fliehkraft. Da die Reibscheibe 28 nicht einstückig, sondern mehrteilig aus voneinander separierten Reibsegmenten 26 zusammengesetzt ist, kann das jeweilige Reibsegment 26 von der Fliehkraft nach radial außen gedrückt werden. Die von dem Federelement 34 aufgeprägte Federkraft ist der Fliehkraft entgegen gerichtet, so dass sich je nach vorliegender Drehzahl die Fliehkraft des Reibsegments 26 und die Federkraft des Federelements 34 auf unterschiedlichen Nennradien ein Kräftegleichgewicht einstellt. Dadurch ändert sich in Abhängigkeit von der Drehzahl und der damit zusammenhängenden Fliehkraft der mittlere Reibradius der Reibsegmente 26 und somit auch das von den Reibsegmenten 26 der Reibscheibe 28 aufgeprägten Reibmoment. Durch geeignet gewählte Federkennzahlen des Federelements 34 kann im Bereich der resonanzkritischen Drehzahl ein zu einer höheren Dämpfung führendes höheres Reibmoment und unterhalb und/oder oberhalb des resonanzkritischen Drehzahlbereichs ein zu einem besseren Wirkungsgrad mit weniger Verlustleistung führendes geringeres Reibmoment vorgesehen werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Verstelleinrichtung 32 der Reibeinrichtung 24 ausgestaltet sein, die Anpresskraft der Reibscheibe 28 und/oder den wirksamen Reibwert zwischen der Reibscheibe 28 und dem Übertragungsflansch 12 in Abhängigkeit von der angreifenden Fliehkraft zu ändern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehschwingungsdämpfer
- 12
- Übertragungsflansch
- 14
- Energiespeicherelement
- 16
- Deckscheibe
- 18
- Innenverzahnung
- 20
- Nabe
- 22
- weiteres Energiespeicherelement
- 24
- Reibeinrichtung
- 26
- Reibsegmente
- 28
- Reibscheibe
- 30
- Tragscheibe
- 32
- Verstelleinrichtung
- 34
- Federelement
- 36
- erster Führungsdorn
- 38
- zweiter Führungsdorn
- 40
- Nut
- 42
- Bolzen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015225861 A1 [0002]
