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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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In Antriebssträngen von Fahrzeugen treten Drehschwingungen auf, die primär durch die intermittierende Arbeitsweise des Verbrennungsmotors etc. entstehen. Zur Verringerung von Drehschwingungen in einem Antriebsstrang wird üblicherweise ein Zweimassenschwungrad verwendet. Ein Zweimassenschwungrad weist konstruktiv fest vorgegebene Feder-/Dämpfungseigenschaften auf. Die Feder-/Dämpfungscharakteristik eines Zweimassenschwungrades stellt stets einen „Kompromiss” dar, da sie, wenn überhaupt, nur in einem Teilbereich aller möglichen Betriebszustände des Antriebsstrangs optimal ist. Eine Veränderung bzw. Anpassung der Feder-/Dämpfercharakteristik eines Zweimassenschwungrades an den jeweiligen Betriebszustand des Antriebsstrangs ist konstruktiv mit erheblichen Problemen verbunden, da ein Zweimassenschwungrad ein aus einem Antriebselement und einem Abtriebselement bestehendes „System” ist, das sich mit dem Antriebsstrang mitdreht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentübertragungseinrichtung zu schaffen, mit der Drehschwingungen besser kompensiert werden können als beim Stand der Technik.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Drehmomentübertragungseinrichtung gemäß der Erfindung weist ein Antriebselement und ein damit gekoppeltes Abtriebselement auf, die gemeinsam drehbar in Bezug auf eine schwingungsreduzierende Einrichtung angeordnet sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind derart miteinander gekoppelt, dass sie gegeneinander Drehschwingungen ausführen können, die der eigentlichen Antriebsdrehbewegung überlagert sind. Insoweit bestehen keine Unterschiede gegenüber dem Stand der Technik.
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Der Kern der Erfindung besteht in einer Kopplungseinrichtung, welche die Drehschwingungen, die zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement auftreten, in Translationsschwingungen umsetzt. Die schwingungsreduzierende Einrichtung wirkt nicht unmittelbar den Drehschwingungen entgegen, sondern mittelbar. Das heißt, durch Verringerung der Translationsschwingungen der Kopplungseinrichtung werden mittelbar die Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement verringert. Ganz wesentlich ist eine Steuer-/Regeleinrichtung, mit der Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden Einrichtung in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung veränderbar sind.
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Ein erster ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung gegenüber einem herkömmlichen Zweimassenschwungrad besteht darin, dass die schwingungsreduzierende Einrichtung räumlich getrennt vom An-/ und Abtriebselement angeordnet sein kann. Die Kopplungseinrichtung, welche die Drehschwingungen in Transiationsschwingungen umsetzt, kann nämlich auf verschiedene Weise ausgebildet sein, zum Beispiel als mechanisches Getriebe mit einer Kopplungsstange, Kopplungsscheibe o. ä. Alternativ dazu kann die schwingungsreduzierende Einrichtung auch über eine Hydraulik mit dem An-/Abtriebselement gekoppelt sein, was die Flexibilität hinsichtlich der räumlichen Anordnung der schwingungsreduzierenden Einrichtung in Bezug auf das An-/Abtriebselement noch weiter erhöht. Durch die räumliche Trennung der schwingungsreduzierenden Einrichtung vom eigentlichen Antriebsstrang kann auch die Massenträgheit des Antriebsstranges verringert werden.
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Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mittels der Steuer-/Regeleinrichtung Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden Einrichtung ganz gezielt in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Antriebseinrichtung veränderbar sind. Unter Schwingungsparametern versteht man ganz allgemein die Feder-/Dämpfercharakteristik der schwingungsreduzierenden Einrichtung. Die schwingungsreduzierende Einrichtung kann beispielsweise durch eine Parallelschaltung eines Federelements, eines herkömmlichen Dämpferelements, eines Reibelements und gegebenenfalls einer Tilgermasse gebildet sein. Mit der Steuer-/Regeleinrichtung können alternativ oder gleichzeitig die Federvorspannung, die Dämpfercharakteristik des Dämpfers und die Reibcharakteristik des Reibelementes in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand verändert werden.
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Mit der Erfindung können Drehschwingungen ganz gezielt in Abhängigkeit von verschiedenen Kennfeldern, wie einem Fahrzeugkinematikkennfeld, einem Motorkennfeld, einem Fahrer- bzw. Benutzerkennfeld etc. gesteuert bzw. geregelt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Abtriebselement über eine Kopplungsscheibe mit der schwingungsreduzierenden Einrichtung gekoppelt ist;
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2 eine Variante der 1;
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3–10 verschiedene Ausführungsbeispiele, bei denen der Antrieb über ein Planetengetriebe mit dem Abtrieb gekoppelt ist.
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1 zeigt eine Drehmomentübertragungseinrichtung 1 mit einem Antriebselement 2 und einem koaxial dazu angeordneten Abtriebselement 3. Das Antriebselement 2 ist über ein Zwischenelement 4 in Drehrichtung mit dem Abtriebselement 3 gekoppelt. Das Abtriebselement 3 ist drehfest, beispielsweise über eine Keilverzahnung 5 mit dem Zwischenelement 4 drehfest gekoppelt. Eine Drehkopplung zwischen dem Antriebselement 2 und dem Zwischenelement 4 wird durch Berührflächen 6, 7 erreicht, die am Antriebselement 2 bzw. am Zwischenelement 4 vorgesehen sind. Die Berührflächen 6, 7 verlaufen schräg in Bezug auf die gemeinsame Drehachse des Antriebselementes 2 und Abtriebselementes 3. Die Berührflächen 6, 7 sind in Axialrichtung durch eine hier nicht näher dargestellte Vorspanneinrichtung gegeneinander verspannt, wobei das Zwischenelement 4 mit seiner Berührfläche 7 gegen die Berührfläche 6 des Antriebselementes 2 gedrückt wird.
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Das Antriebselement 3 bzw. das damit drehfest verbundene Zwischenelement 4 kann gegenüber dem Antriebselement 2 in gewissem Maße verdreht werden, wobei bei einer Verdrehung die Berührflächen 6, 7 in Drehrichtung aneinander entlang gleiten. Aufgrund der Schrägheit der Berührflächen 6, 7 wird bei einer Relativverdrehung des Abtriebselementes 3 gegenüber dem Antriebselement 2 das Zwischenelement entgegen der Kraft der Vorspanneinrichtung (nicht dargestellt) in Richtung des Abtriebselementes 3 axial verschoben, was beispielsweise durch eine Keilverzahnung oder ein Kerbzahnprofil oder ähnliches erreicht wird.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispeel ist auf dem Zwischenelement 4 eine Andrückscheibe 8 fest angeordnet. Die Andrückscheibe 8 drückt über ein Axiallager 9 gegen eine „schwingungsreduzierende Einrichtung” 10. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 ist ortsfest, das heißt fest in Bezug auf ein Gehäusebauteil, eine Fahrzeugkarosserie oder ähnliches angeordnet. Unter „fester” Anordnung ist hier zu verstehen, dass sich die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 nicht mit dem Antriebselement 2 bzw. dem Abtriebselement 3 mitdreht.
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Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 weist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ein Federelement 11, ein Dämpferelement 12, ein Reibelement 13 und ferner eine durch eine Feder 14 gefederte Tilgermasse 15 auf. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 braucht nicht alle hier dargestellten Elemente aufzuweisen. Beispielsweise können die Feder 14 und die Tilgermasse 15 und/oder das Reibelement 13 fortgelassen sein.
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Ganz wesentlich ist, dass die Schwingungs-/Dämpfungseigenschaften der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 über eine Steuer-/Regeleinrichtung 16 einstellbar sind. Die Steuer-/Regeleinrichtung 16 steuert bzw. regelt verschiedene Parameter der einzelnen Elemente der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand der Drehmomentübertragungseinrichtung 1 beispielsweise in Abhängigkeit vom aktuell übertragenen Drehmoment, von der Drehzahl etc. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass über die Steuer-/Regeleinrichtung 16 die Vorspannung der Feder 11 und/oder der Feder 14 bzw. die Federcharakteristiken verändert werden. Ferner kann über die Steuer-/Regeleinrichtung 16 die Dämpfungscharakteristik des Dämpfers 12 sowie die Reibcharakteristik, das heißt beispielsweise der Andrückdruck des Reibelementes 13, verändert werden.
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Im Unterschied zu einem herkömmlichen Zweimassenschwungrad, bei dem die „schwingungsreduzierende Einrichtung” in das Zweimassenschwungrad integriert ist, kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 örtlich getrennt vom Antriebselement 2 bzw. Abtriebselement 3 angeordnet sein. Beim Ausführungsbeispiel der 1 ist die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 zwar unmittelbar über das Radiallager 9 und die Andrückscheibe 8 mit dem Zwischenelement verbunden. Dies muss keineswegs so sein. Vielmehr kann die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 über ein mechanisches Kopplungselement, beispieisweise eine Kopplungsstange oder eine Kopplungshydraulik an einem ganz anderen Ort angeordnet sein. Bei einem Fahrzeug könnte die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 somit abseits vom Antriebsstrang, beispielsweise im Kofferraum angeordnet sein, was hinsichtlich bestehender Bauraumengpässe und der Anordnungsflexibilität ganz entscheidende Vorteile hat.
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2 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 1. Beim Ausführungsbeispiel der 2 ist axial unverschieblich auf dem Zwischenelement 4 ein Andrückelement 17 angeordnet. Das Andrückelement 17 ist relativ zum Zwischenelement 4 bzw. dem Abtriebselement 3 drehbar. Das Andrückelement 17 drückt über ein Axiallager 9 gegen den „Eingang” der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10. Auch hier wird bei einer Relativverdrehung des Antriebselementes 2 gegenüber dem Abtriebselement 3 das Zwischenelement 4 zusammen mit dem Andrückelement 17 in Axialrichtung verschoben. Drehschwingungen des Abtriebselementes 3 gegenüber dem Antriebselement 2 werden somit in Translationsschwingungen umgesetzt. Die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 nimmt die Translationsschwingungen auf und wirkt ihnen entgehen. Somit werden die Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 mittelbar durch Dämpfung” der Translationsschwingungen verringert.
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Beim Ausführungsbeispiel der 3 sind das Antriebselement und das Abtriebselement über ein Planetengetriebe miteinander gekoppelt. Das Antriebselement 2 ist beim Ausführungsbeispiel der 3 durch das Hohlrad eines Planetengetriebes 18 gebildet. Das Abtriebselement 3 ist durch das Sonnenrad des Planetengetriebes 18 gebildet. Der Planetenträger 19 mit Planeten 20, 21, 22 steht im wesentlichen fest. Im normalen Betrieb wird somit Drehmoment vom Antriebselement 2 über die Planeten 20–22 mit einer konstruktiv fest vorgegebenen Übersetzung auf das Abtriebselement 3 übertragen.
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Der Planetenträger 19 bzw. der Planet 20 ist gelenkig über eine Koppelstange 23 mit dem „Eingang” der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 mechanisch gekoppelt.
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Wenn zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 Drehschwingungen auftreten, kommt es zu einer Schwingungsbewegung des Planetenträgers 19 bzw. der Planeten 20–22. Die Schwingungsbewegung des Planetenträgers 19, die eine Drehschwingungsbewegung ist, wird über die Koppelstange 23 in eine Translationsschwingung umgesetzt und von der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 aufgefangen bzw. gedämpft.
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Auch bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Steuer-/Regeleinrichtung 16 vorgesehen, mittels der die Schwingungsparameter der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand veränderbar sind.
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Bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 werden Drehschwingungen, die zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 auftreten, in Translationsschwingungen umgesetzt, deren Translationsschwingungsachse parallel zur Drehachse des Antriebselementes 2 bzw. des Abtriebselementes 3 ist. Beim Ausführungsbeispiel der 3 hingegen verläuft die Translationsschwingungsachse der schwingungsreduzierenden Einrichtung quer zur gemeinsamen Drehachse 24 des Antriebselementes 2 bzw. des Abtriebselementes 3.
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4 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 3. Im Unterschied zu 3 ist hier das Antriebselement 2 durch das Sonnenrad und das Abtriebselement 3 durch das Hohlrad des Planetengetriebes 18 gebildet.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Antriebselement 2 durch das Hohlrad und das Abtriebselement 3 durch den Planetenträger 19 gebildet ist. Die Kopplungsstange 23 verbindet hier den „Eingang” der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes 18. Das Sonnenrad 25 des Planetengetriebes 18 steht hier abgesehen von eventuell auftretenden Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 im wesentlichen still. Drehschwingungen zwischen dem Antriebselement 2 und dem Abtriebselement 3 führen zu Drehschwingungen des Sonnenrades 25. Diese Drehschwingungen werden über die Kopplungsstange 23 in Translationsschwingungen umgesetzt und in die schwingungsreduzierende Einrichtung 10 eingeleitet.
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6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Antriebselement 2 durch den Planetenträger 19 und das Abtriebselement 3 durch das Hohlrad des Planetengetriebes 18 gebildet ist.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Antriebselement 2 durch den Planetenträger 19 und das Abtriebselement 3 durch das Sonnenrad 25 gebildet ist. Hier ist das Hohlrad 26 des Planetengetriebes 18 mit dem „Eingang” der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 verbunden.
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8 zeigt eine Variante des Ausführungsbeispiels der 7, bei der Antrieb und Abtrieb vertauscht sind, das heißt das Antriebselement 2 ist durch das Sonnenrad 25 gebildet und das Abtriebselement 3 ist durch den Planetenträger 19 gebildet.
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Die 9 und 10 verdeutlichen eine weitere mechanische Kopplung zwischen dem Antriebs-/Abtriebselement und der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10, wobei 10 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A der 9 zeigt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Antriebselement 2 mit einem ersten Sonnenrad 25 und das Abtriebselement 3 mit dem Planetenträger 19 verbunden. Das erste Sonnenrad kämmt mit Planeten 20, 21, die in einem durch eine Bremse 30 feststellbaren Hohlrad 31 abrollen. Die Bremse 30 fungiert als Anfahr- und Schaltkupplung. Von den Planeten 20, 21 wird die Drehbewegung auf den Steg 19 und vom Steg 19 über Planeten 20', 21' auf das Abtriebselement 3 übertragen. Die Planeten 20', 21' rollen in einem Hohlrad 31' ab, das über die Kopplungsstange 23 mit der schwingungsreduzierenden Einrichtung 10 gekoppelt ist.
