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Die Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad, das einem Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Fahrzeugs zugeordnet ist, aufweisend ein Primärteil und ein Sekundärteil, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind, wobei zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ein Federdämpfer und ein Drehmomentbegrenzer angeordnet sind, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Als Zweimassenschwungräder (ZMS) aufgebaute Drehschwingungsdämpfer werden zur Schwingungsisolation von Drehschwingungen in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen zwischen der Brennkraftmaschine und der Fahrzeugkupplung eingesetzt. Dabei ist ein auch Eingangsteil oder Primärmasse genanntes Primärteil des Drehschwingungsdämpfers mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und ein auch Ausgangsteil oder Sekundärmasse genanntes Sekundärteil mit einer Reibungskupplung oder in anderer Weise mit einem Getriebeeingang verbunden. Zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil ist vorzugsweise eine in Umfangsrichtung wirksame Federeinrichtung mit eingangs- und ausgangsseitig beaufschlagten Bogenfedern vorgesehen, die Drehmomentspitzen zwischenspeichern und zeitverzögert abgeben.
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Im Betriebszustand der Brennkraftmaschine können im Antriebsstrang insbesondere bei Hybrid- oder CVT-Anwendungen oder bei einem plötzlichen, zum Motorstillstand führenden Einkuppeln schlagartig Spitzenbelastungen, sogenannte Impacts (Drehmomentstöße) mit hoher Lastwechselzahl auftreten, die den Antriebsstrang schädigen können. Insbesondere werden dabei die Bogenfedern der Bogenfederanordnung stark belastet und kurzzeitig bis zum Anschlag zusammengedrückt. Um Impacts möglichst materialschonend zu kompensieren, ist es bekannt, Drehschwingungsdämpfer mit einem als Rutschkupplung ausgeführten Drehmomentbegrenzer (DMB) zu versehen, der bei einer Überschreitung eines Grenzdrehmomentes beispielsweise ein Durchrutschen des Sekundärflansches in einer Aufnahme ermöglicht. Dabei wird überschüssige Energie als Reibungswärme abgeführt und die Flansch- bzw. Sekundärflanschbelastung verringert. Aus der
DE 10 2010 025 579 A1 sowie der
DE 10 2009 033 864 A1 sind als Rutschkupplung aufgebaute Drehmomentbegrenzer bekannt, zur Vermeidung einer Übertragung von Drehmomentspitzen in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs.
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Die
DE 10 2014 211 603 A1 zeigt ein Zweimassenschwungrad, dessen Sekundärteil ein Drehmomentbegrenzer zugeordnet ist. Dabei greift ein mit dem Sekundärteil verbundener Flansch in eine als Reibeinrichtung vorgesehene Aufnahme, die axial von zwei unterschiedlich großen Stützscheiben begrenzt ist. Die kleiner dimensionierte, von einem Federelement kraftbeaufschlagte Stützscheibe ist dabei zwischen einer Abtriebsnabe und dem Flansch positioniert.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Zweimassenschwungrad mit einem bauteiloptimierten, funktional verbesserten sowie kostengünstig realisierbaren Drehmomentbegrenzer anzubieten.
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Diese Problemstellung wird erfindungsgemäß durch ein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 aufgebautes Zweimassenschwungrad gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen oder Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
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Gemäß der Erfindung sind der Bogenfederflansch und die Abtriebsnabe des Zweimassenschwungrades über zusammenwirkende, als Kegelgeometrie ausgeführte Abschnitte verbunden, die gemeinsam ein Drehmomentbegrenzungsorgan bilden. Dabei ist an einem abgewinkelten, eine Kegelreibfläche bildenden Abschnitt der Abtriebsnabe der Bogenfederflansch mit einer korrespondierenden Kegelreibfläche über einen Reibbelag abgestützt. Weiterhin ist der Bogenfederflansch über einen Reibbelag mittelbar axial an einer elastisch ausgeführten Führungsscheibe der Abtriebsnabe geführt. Zur kraftschlüssigen Beaufschlagung von dem Bogenfederflansch ist ein Federelement vorgesehen, das zwischen der Abtriebsnabe einem dem Primärteil zugeordneten Deckelabschnitt eingesetzt ist.
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Der erfindungsgemäße Drehmomentbegrenzer umfasst eine von dem Federelement, dem Bogenfederflansch, der Abtriebsnabe und dem Reibbelag gebildete Reibpaarung in einer Kegelgeometrie. Vorteilhaft gewährleistet die kegelartige Geometrie von Abschnitten des Bogenfederflansches und der Abtriebsnabe eine präzise Zentrierung der zusammenwirkenden Bauteile, was gleichzeitig auch den Zusammenbau vereinfacht. Um die Funktion beispielsweise auch bei einem Verschleiß der Reibbeläge des Drehmomentbegrenzers zu gewährleisten ist zwischen der Führungsscheibe 18 und der Abtriebsnabe 10 ein Ringspalt 30 vorgesehen. Der konstruktive Aufbau im Vergleich zu bekannten Konzepten zeichnet sich durch eine gewünschte reduzierte Reibwertstreuung aus, die insbesondere durch geometrische Toleranzen und Alterung der Bauteile verursacht wird. Außerdem bewirkt der Neigungswinkeleinfluss der Kegel beider Bauteile des erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzers als Übersetzungsverhältnis, wodurch folglich vorteilhaft ein Federelement mit verringerter Kraft bzw. reduzierter Spannung einsetzbar ist.
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Vorteilhaft umfasst der Drehmomentbegrenzer einen einteiligen, bevorzugt an der Kegelreibfläche des Bogenfederflansches lagefixierten Reibbelag, wodurch der Bauteileumfang reduzierbar ist. Aufgrund des nahe an dem Bogenfederkanal positionierten Drehmomentbegrenzers kann der für die Bogenfedern bestimmte Schmierstoff im Betriebszustand auch die Kegelreibflächen der Reibpartner beaufschlagen. Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist vorteilhaft ein kostengünstig realisierbarer und funktional verbesserter Drehmomentbegrenzer realisierbar, dessen Aufbau vielfach in den Bauraum bestehender Zweimassenschwungräder integrierbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur optimierten Schmierung der Reibpartner des Drehmomentbegrenzers ein Schmierstoffreservoir vorgesehen. Dieses wird von einem Ringraum gebildet, der von der Abtriebsnabe, dem Bogenfederflansch und der Führungsscheibe begrenzt ist. Durch das separate Schmierstoffreservoir besteht bei Bedarf die Möglichkeit, für den Drehmomentbegrenzer und die Bogenfedern des Federdämpfers unterschiedliche Schmiermittel bzw. Schmierstoffe einzusetzen.
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Als Maßnahme zur Erzielung einer weiteren Reduzierung des Bauteileumfangs besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, die zwei Reibbeläge von dem Drehmomentbegrenzer zu einer Baueinheit zu verbinden. Dazu ist der zwischen den Kegelreibflächen der Abtriebsnabe und des Bogenfederflansches eingesetzte Reibbelag beispielsweise mittels einer elastischen Armierung oder einer Kunststoffhaut mit dem Reibbelag verbunden, über den der Bogenfederflansch axial an der Führungsscheibe der Abtriebsnabe geführt ist. Die zu einer Baueinheit zusammengefügten Reibbeläge vereinfachen außerdem die Montage.
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Zur Erzielung einer präzisen Zentrierung der zusammenwirkenden Bauteile sind die Kegelreibflächen vom Bogenfederflansch und von der Abtriebsnabe bevorzugt in einem Neigungswinkel α von ≥ 30° zu einer Drehachse des Zweimassenschwungrades ausgerichtet.
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Als Federelement zur Erzielung einer kraftschlüssigen Anlage des Bogenfederflansches an der Führungsscheibe der Abtriebsnabe eignet sich vorzugsweise eine einzelne Tellerfeder oder ein aus wenigstens zwei Tellerfedern bestehendes Tellerfederpaket. Bevorzugt ist die Tellerfeder bzw. das Tellerfederpaket stirnseitig an der Kegelreibfläche der Abtriebsnabe fixiert und über einen an dem Deckelabschnitt des Primärteils drehfixierten Reibring abgestützt. Alternativ kann die Tellerfeder an dem Deckelabschnitt und der Reibring an der Abtriebsnabe fixiert werden. Vorzugsweise ist die Tellerfeder mittels Nieten an der Abtriebsnabe befestigt. Alternativ dazu eignet sich eine stoffschlüssige Fixierung.
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Für die Tellerfeder bieten sich unterschiedliche Ausführungsformen an. Zur Einflussnahme auf die Federsteifigkeit und / oder zur Anpassung an die Umgebungskonstruktion der Tellerfeder weist diese eine zur Drehachse des Zweimassenschwungrades gezahnte Innenstruktur auf. Die durch symmetrische Ausnehmungen gebildete Zahnstruktur ist jeweils zwischen den Befestigungsöffnungen der Tellerfeder vorgesehen.
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Das erfindungsgemäß aufgebaute Zweimassenschwungrad schließt außerdem ein dem Primärteil zugeordnetes, außenseitig abgewinkeltes Verbindungselement ein, das gemeinsam mit dem Primärteil an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verschraubt ist. Das Verbindungselement bildet einen äußeren angewinkelten Schenkel, der über einen Reibring mit der Abtriebsnabe in Kontakt steht. Mit dieser Maßnahme ist gleichzeitig die Aufnahme des Federdämpfers sowie der Drehmomentbegrenzer wirksam abgedichtet und vor Verunreinigungen geschützt.
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Die Reibbeläge des Drehmomentbegrenzers sind bevorzugt aus einem verschleißfesten, dünnwandigen, möglichst in Papierstärke ausgeführten Werkstoff hergestellt. Dazu eignet sich beispielsweise ein spezielles Papier oder ein Pulverlack oder die Kombination von verschiedenen Belägen. Als Werkstoff für den zwischen dem Verbindungselement und der Abtriebsnabe eingesetzten Reibring sowie dem Reibring zwischen dem Federelement und dem Deckelabschnitt ist bevorzugt Kunststoff, beispielsweise Polyamid, vorgesehen, der bevorzugt durch Glasfasern verstärkt ist. Ein derartiger, zu Ringscheiben spritzgegossener Reibring ist stabil und dauerfest und zeichnet sich durch gleichbleibende Reibeigenschaften bzw. durch ein konstantes Reibverhalten über die gesamte Lebensdauer aus.
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Das Zweimassenschwungrad in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzer bietet einen verbesserten Schutz des Antriebsstrangs vor Impactmomenten, die zu einem Bruch der Bogenfedern und einem Ausfall des Zweimassenschwungrades führen können. Somit eignet sich das erfindungsgemäß aufgebaute Zweimassenschwungrad insbesondere für eine Drehmomentübertragungseinrichtung, eine aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor bestehende Hybridanwendung mit abtriebsseitiger Doppelkupplung, bei der gehäuft erhöhte Impactmomente auftreten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem in acht Figuren abgebildeten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es zeigt:
- 1: ein Zweimassenschwungrad mit einem erfindungsgemäßen Drehmomentbegrenzer im Halbschnitt;
- 2: in einer vergrößerten Abbildung das Detail Z von 1;
- 3: einen Bogenfederflansch von dem in 1 gezeigten Zweimassenschwungrad mit zwei zueinander versetzten Reibbelägen;
- 4: einen Bogenfederflansch von dem in 1 gezeigten Zweimassenschwungrad mit zwei eine Baueinheit bildenden Reibbelägen;
- 5: den Bogenfederflansch mit zugehöriger Tellerfeder in einer ersten Variante;
- 6: die Tellerfeder von 5 als Einzelteilzeichnung;
- 7: den Bogenfederflansch mit zugehöriger Tellerfeder in einer zweiten Variante;
- 8: die Tellerfeder von 7 als Einzelteilzeichnung.
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In der Fig. ist ein auch Drehschwingungsdämpfer genanntes Zweimassenschwungrad 1 mit einem erfindungsgemäß ausgeführten Drehmomentbegrenzer 2 im Halbschnitt gezeigt. Das Zweimassenschwungrad 1 ist in einem Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines Kraftfahrzeugs zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Reibungskupplung eingesetzt, beispielsweise für eine aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor bestehende Hybridanwendung. Das Zweimassenschwungrad 1 umfasst brennkraftmaschinenseitig ein auch als Eingangsteil bezeichnetes Primärteil 3 und abtriebsseitig ein auch Ausgangsteil genanntes Sekundärteil 4.
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Das Primärteil 3 und das Sekundärteil 4 sind um eine Drehachse 5 gemeinsam drehbar und relativ zueinander begrenzt verdrehbar. Das scheibenartige Primärteil 3 gemeinsam mit einem zugehörigen Deckelabschnitt 6 begrenzen eine Aufnahme 7, die für Bogenfedern 8 eines einen Energiespeicher bildenden Federdämpfers 9 bekannten Aufbaus und bekannter Wirkungsweise bestimmt ist. Die Bogenfedern 8 sind einerseits an dem Primärteil 3 und andererseits an dem Sekundärteil 4 abgestützt. Eine Relativverdrehung zwischen dem Sekundärteil 4 und dem Primärteil 3 erfolgt entgegen einer Federkraft der Bogenfedern 8. Das mehrteilige Sekundärteil 4 umfasst eine mit einer Kupplung (nicht gezeigt) verbundene Abtriebsnabe 10 sowie einen mit den Bogenfedern 8 zusammenwirkenden Bogenfederflansch 11, zwischen denen der Drehmomentbegrenzer 2 angeordnet ist. Der eine Kegelgeometrie aufweisende Drehmomentbegrenzer 2 umfasst einen abgewinkelten, eine erste Kegelreibfläche 12 bildenden Abschnitt der Abtriebsnabe 10, die außenseitig von einer weiteren, dem Bogenfederflansch 11 zugeordneten Kegelreibfläche 13 umschlossen ist, wobei zwischen den Kegelreibflächen 12, 13 ein Reibbelag 14 eingesetzt ist. Im Einbauzustand wird die Abtriebsnabe 10 und folglich die zusammenwirkenden Kegelreibflächen 12, 13 von einem als Tellerfeder ausgebildeten Federelement 15 kraftbeaufschlagt, das gegenseitig an dem Deckelabschnitt 6 des Primärteils 3 über einen Reibring 16 abgestützt ist. Weiterhin ist der Bogenfederflansch 11 über einen Reibbelag 17 axial an einer elastischen, auch Tellerfederverbindungsteil genannten Führungsscheibe 18 abgestützt. Mittels Nieten 29 ist die Führungsscheibe 18 an der Abtriebsnabe 10 befestigt. Um eine Nachstellung der über eine Kegelgeometrie verbundenen Bauteile des Drehmomentbegrenzers 2, beispielsweise bei einem Verschleiß der Reibbeläge 14, 17 zu ermöglichen ist zwischen der Führungsscheibe 18 und der Abtriebsnabe 10 ein Ringspalt 30 vorgesehen. Außerdem ist das Primärteil 3 im Bereich der Drehachse 5 mit der Abtriebsnabe 10 verbunden. Dazu ist an dem Primärteil 3 ein Verbindungselement 19 befestigt ist, das mittels eines außenseitig abgewinkelten Abschnitts über einen Reibring 20 mit der Abtriebsnabe 10 in Kontakt steht.
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Die 2 zeigt das Detail Z von der 1, das in einer vergrößerten Darstellung weitere Einzelheiten von dem Drehmomentbegrenzer 2 verdeutlicht. Die kraftschlüssig über den Reibbelag 14 zusammenwirkenden Kegelreibflächen 12, 13 sind in einem Neigungswinkel α ≥ 30° zu der Drehachse 5 des Zweimassenschwungrades 1 ausgerichtet. Zur Schaffung einer Baueinheit ist sowohl der Reibbelag 14 als auch der weitere, zwischen dem Bogenfederflansch 11 und der Führungsscheibe 18 eingebrachte Reibbelag 17 bevorzugt am Bogenfederflansch 11 drehstarr lagefixiert. Die sich einstellenden Reibflächen im Bereich der Reibbeläge 14, 17 werden im Betriebszustand des Zweimassenschwungrades 1 von einem Schmiermittel, einem Bogenfederfett des Federdämpfers 9 geschmiert. Alternativ oder ergänzend kann ein von der Abtriebsnabe 10, dem Bogenfederflansch 11 und der Führungsscheibe 18 begrenzter Ringraum 21 mit Schmierstoff gefüllt werden, zur Bildung eines Schmierstoffreservoirs.
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Die 3 und 4 zeigen jeweils den Bogenfederflansch 11 mit den zugehörigen Reibbelägen 14, 17, wobei in 3 die Reibbeläge 14, 17 voneinander getrennt lagefixiert sind. Gemäß 4 bilden die Reibbeläge 14, 17 eine Einheit und sind dazu beispielsweise mittels einer elastischen Armierung oder einer Kunststoffhaut 22 miteinander verbunden, wodurch sich die Montage vereinfacht.
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Den Bogenfederflansch 11 mit zwei unterschiedlichen, als Tellerfeder ausgebildeten Federelementen 15 zeigen die 5 und 7. In den 6 und 8 sind zwei abweichend gestaltete Tellerfedern 23, 24 als Einzelteil in der Perspektive gezeigt, die mittels Nieten 25 an dem Bogenfederflansch 11 befestigt sind. Die Nieten 25 sind in Befestigungsöffnungen 26 der Tellerfedern 23, 24 und korrespondierende Öffnungen des Bogenfederflansches 11 (nicht gezeigt) eingesetzt. Die Tellerfeder 23 zeigt eine Innenstruktur 27 mit radial hervortretenden Befestigungsöffnungen 26. Abweichend dazu umfasst die Tellerfeder 25 eine gezahnte Innenstruktur 28 zwischen den Befestigungsöffnungen 26.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zweimassenschwungrad
- 2
- Drehmomentbegrenzer
- 3
- Primärteil
- 4
- Sekundärteil
- 5
- Drehachse
- 6
- Deckelabschnitt
- 7
- Aufnahme
- 8
- Bogenfeder
- 9
- Federdämpfer
- 10
- Abtriebsnabe
- 11
- Bogenfederflansch
- 12
- Kegelreibfläche
- 13
- Kegelreibfläche
- 14
- Reibbelag
- 15
- Federelement
- 16
- Reibring
- 17
- Reibbelag
- 18
- Führungsscheibe
- 19
- Verbindungselement
- 20
- Reibring
- 21
- Ringraum
- 22
- Kunststoffhaut
- 23
- Tellerfeder
- 24
- Tellerfeder
- 25
- Niet
- 26
- Befestigungsöffnung
- 27
- Innenstruktur
- 28
- Innenstruktur
- 29
- Nieten
- 30
- Ringspalt
- Z
- Detail in 1
- α
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025579 A1 [0003]
- DE 102009033864 A1 [0003]
- DE 102014211603 A1 [0004]
