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Die Erfindung betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Die
FR 2 675 872 A1 betrifft einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Primärseite und einer gegenüber der Primärseite verdrehbaren Sekundärseite. Zwischen der Primärseite und der Sekundärseite ist eine Reibeinrichtung angeordnet.
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Aus der
DE 197 09 343 A1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer mit einem antriebsseitigen Übertragungselement in Form einer ersten Schwungmasse und einem abtriebsseitigen Übertragungselement in Form einer zweiten Schwungmasse bekannt. Beim antriebsseitigen Übertragungselement dient eine über ein Distanzstück an einem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, befestigte Nabenscheibe zur Herstellung einer Wirkverbindung mit abtriebsseitigen Deckblechen beidseits der Nabenscheibe, indem sowohl die Nabenscheibe als auch die Deckbleche mit Fenstern zur Aufnahme von im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden elastisch verformbaren Kraftspeichern versehen sind.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer ist weiterhin mit einer Reibvorrichtung mit aus Kunststoff bestehenden Reibelementen versehen. Bei dieser sind erste Reibflächen mit der Nabenscheibe und zweite Reibflächen mit den Deckblechen in Wirkverbindung bringbar, wobei kleinere Torsionsschwingungen die einen Reibflächen und über eine vorbestimmbare Grenzgröße hinausgehende Torsionsschwingungen die anderen Reibflächen in Funktion treten lassen. Aufgrund unterschiedlicher Werkstoffkombinationen sowie unterschiedlich starker axialer Kraftspeicher, von denen jeder jeweils einem Teil der Reibflächen zugeordnet ist, wird bei Überschreitung der vorgenannten, vorbestimmten Grenzgröße durch Torsionsschwingungen ein Übergang von einem geringeren Reibmoment zu einem höheren Reibmoment ausgelöst.
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Durch entsprechende Auswahl der Werkstoffkombinationen an den verschiedenen Reibflächen der Reibelemente soll dieser Übergang in den Reibmomenten von einem niedrigeren auf einen höheren Wert zwar feinfühlig abstimmbar sein, jedoch wird dieser Übergang dennoch stets deutlich bemerkbar sein, da der Übergang zwischen den beiden Reibmomenten immer in Form eines Reibmomentensprunges erfolgt und dadurch mit Eintritt des jeweils anderen Reibmomentes schlagartig die Entkopplungsgüte der Übertragungseinrichtung verändert wird. Trotz dieses Nachteiles kann allerdings bei vielen Torsionsschwingungsdämpfern nicht auf das höhere Reibmoment in einer zweiten Stufe der Reibvorrichtung verzichtet werden, um bestimmte Betriebszustände des Antriebs mit Torsionsschwingungen zumindest nahe des Resonanzbereiches des Torsionsschwingungsdampfers wirksam unterdrücken und damit eine Beschädigung oder gar Zerstörung des Torsionsschwingungsdämpfers vermeiden zu können. Eine derartige Situation kann beispielsweise bei Motorstart entstehen.
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Andererseits treten bei häufig vorkommenden Betriebszuständen, wie der Kriechfahrt im Stau ohne Betätigung des Fahrpedals und damit bei geringer Last, also beim sogenannten „creeping”, sowie bei Volllastzugfahrt mit höherer Drehzahl Torsionsschwingungen sehr kleinen Betrags auf. Hier würde die zweite Stufe der Reibvorrichtung aufgrund ihres hohen Reibmomentes eine Relativdrehauslenkung der Übertragungselemente zueinander unterbinden, so dass zugunsten einer hinreichenden Entkopplungsgüte die erste Stufe der Reibvorrichtung mit niedrigerem Reibmoment benötigt wird.
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Aufgrund der Zweistufigkeit der Reibvorrichtung ist zwar eine hinreichende Anpassung der Reibmomente an die beiden vorgenannten, extremen Betriebsbedingungen möglich, jedoch sind Betriebsbereiche, die zwischen diesen beiden extremen Betriebsbedingungen liegen und für die demnach weder der eine noch der andere Reibungswert optimal sein kann, stets mit dem Mangel eines entweder zu geringen oder eines zu starken Reibmomentes behaftet, so dass entweder eine unzureichende Entkopplungsgüte oder eine zu geringe Dämpfungswirkung beklagt werden muss.
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Die
DE 196 14 002 A1 zeigt einen weiteren Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Reibvorrichtung, bei der allerdings gemäß der Ausführung nach
4 das Bestreben besteht, jederzeit einen an die Betriebsbedingungen angepassten Reibwert zur Verfügung stellen zu können, indem eine verdrehwinkelabhängige Änderung des Reibmomentes vorgenommen wird. Hierzu sind Reibelemente enthalten, die nicht nur über die üblichen, sich im Wesentlichen in Ebenen senkrecht zur Drehachse des Torsionsschwingungsdämpfers erstreckenden Reibflächen verfügen, sondern darüber hinaus mit Übergangsabschnitten versehen sind, die als keilförmig verlaufende Rampen Reibflächen auf unterschiedlichem axialen Niveau miteinander verbinden und mit einem axial wirksamen Kraftspeicher (vgl.
1) zusammenwirkend, bei einer in Umfangsrichtung erfolgenden Verlagerung gegenüber Reibflächen des jeweils anderen Reibelementes nicht allein den üblichen Bewegungsanteil in Umfangsrichtung, sondern darüber hinaus einen axialen Bewegungsanteil einbringen. Aufgrund dieser Umfangsabschnitte kann eine kontinuierliche Änderung der Spannung im axialen Kraftspeicher und damit des Reibmomentes erzeugt werden, wobei diese Wirkung zusätzlich durch entsprechende Werkstoffkombinationen an den einzelnen Reibflächen unterstützt werden kann. Hierzu ist vorgesehen, zumindest an einigen Übergangsabschnitten der Reibelemente das Reibmoment mindernde Beschichtungen oder das Reibmoment erhöhende Reibbeläge vorzusehen
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Es ist verständlich, dass bereits die geometrische Ausbildung der mit Übergangsabschnitten versehenen Reibelemente fertigungstechnisch einen erheblichen Aufwand bedeutet, da von einer Herstellung dieser Reibelemente aus Metall ausgegangen wird. Der Fertigungsaufwand erhöht sich nochmals, wenn darüber hinaus die besagte Beschichtung auf zumindest eine Reibfläche des Reibelementes aufgetragen oder aber ein zusätzlicher Reibbelag in eine entsprechende Vertiefung des Reibelementes eingesetzt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Torsionsschwingungsdämpfer mit einer Reibvorrichtung auszubilden, durch welche bei einfachem konstruktiven Aufbau und guter Herstellbarkeit eine stufenlose Anpassbarkeit des Reibmomentes an unterschiedliche Betriebsbedingungen ermöglich wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Hauptanspruch gelöst. So sind bei der Reibvorrichtung eine Mehrzahl von Reibelementen vorgesehen, von denen ein erstes Reibelement aus zumindest zwei Komponenten besteht, die sich bezüglich ihrer Werkstoffe voneinander unterscheiden. Bedingt durch diese Werkstoffunterschiede kann es vorteilhaft sein, jede dieser Komponenten in einem eigenen, für den jeweiligen Werkstoff ideal geeigneten Fertigungsverfahren herzustellen, um zur endgültigen Herstellung des Reibelementes die beiden Komponenten miteinander zu verbinden. Hierzu ist anspruchsgemäß vorgesehen, eine der Komponenten mit Übergangsabschnitten auszubilden, die zusätzlich zum üblichen Erstreckungsanteil in Umfangsrichtung jeweils einen axialen Erstreckungsanteil aufweisen, wobei die Übergangsabschnitte benachbart zur Reibfläche dieser Komponente einstückig ausgebildet ist. Der geometrisch komplizierte Aufbau dieser Komponente wird durch entsprechende Auswahl eines hierfür besonders geeigneten Werkstoffes, wie Kunststoff, kompensiert, so dass diese Komponente mit geringen Kosten und vertretbarem fertigungstechnischen Aufwand hergestellt werden kann. Nach Fertigstellung kann die Komponente mit der anderen Komponente, im folgenden erste Komponente genannt, verbunden werden, wofür idealerweise diese erste Komponente als Tragring ausgebildet ist, der zur Erzielung der notwendigen Stabilität bevorzugt aus dem Werkstoff Metall hergestellt ist und mit üblichen Bearbeitungsverfahren, beispielsweise durch einen Stanzvorgang, die Eignung zur Aufnahme der anderen Komponente, als zweite Komponente bezeichnet, erfährt, indem durch den Stanzvorgang Aussparungen zur Aufnahme der zweiten Komponente gebildet werden. Die Letztgenannte liegt vorzugsweise in Form von Einsatzstücken vor, welche den Tragring axial durchgreifen und in dessen Aussparungen im Wesentlichen ohne Spiel in Radial- und Umfangsrichtung vorgesehen sowie darüber hinaus durch eine Sicherung in Achsrichtung gehalten sind.
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Ein zweites Reibelement der Reibvorrichtung des Torsionsschwingungsdämpfers ist vorzugsweise als Druckring ausgebildet, der aus einem einheitlichen Werkstoff besteht und, bei Ausbildung aus Metall, mit Vorzug durch plastische Verformung hergestellt werden kann. Auch dieses zweite Reibelement ist, ebenso wie das zuvor behandelte erste Reibelement, mit Reibflächen versehen, von denen ein Teil erhaben ausgebildet sein und dadurch dichter an das erste Reibelement herangeführt sein kann als die in Umfangsrichtung zwischen jeweils zwei Reibflächen verbleibenden Verbindungsflächen, wobei die Reibflächen durch Übergangsabschnitte, die jeweils einen axialen Erstreckungsanteil aufweisen, mit den Verbindungsflächen verbunden sind. Die Übergangsabschnitte verlaufen im wesentlichen komplementär zu den Übergangsabschnitten des ersten Reibelementes und bilden mit diesen gemeinsam Rampen, welche für eine Axialverlagerung zumindest eines der beiden Reibelemente gegenüber dem jeweils anderen sorgen, wobei diese Axialverlagerung gegen die Wirkung eines axialen Kraftspeichers erfolgt, der aufgrund der Verlagerung des zumindest einen Reibelementes seinen Spannungszustand und damit die Reibmomenten erzeugende Normalkraft ändert. Bevorzugt wird hierbei ein axialer Kraftspeicher, dessen Charakteristik innerhalb des benötigten Differenzbereiches der Spannung sich im Wesentlichen linear verhält. Als vorzüglich geeignet für einen derartigen Kraftspeicher haben sich Wellfedern erwiesen, jedoch sind ebenso auch Tellerfedern verwendbar, sofern deren Einbausituation so gewählt ist, dass der – vergleichsweise kleine – lineare Charakteristikbereich dieses Kraftspeichers genutzt wird. Ebenfalls denkbar wären Schraubenfedern.
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Steht nun eines der Reibelemente mit dem ersten Übertragungselement des Torsionsschwingungsdämpfers und ein anderes Reibelement mit dem anderen Übertragungselement in Drehverbindung, dann wird durch eine torsionsschwingungsbedingte Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente zueinander auch eine Relativdrehauslenkung der Reibelemente zueinander ausgelöst. Durchlaufen hierbei die Reibelemente einen Drehwinkelbereich, in welchem die Übergangsabschnitte als Reibflächen genutzt werden und der nachfolgend als „mittlerer Reibmomentenbereich” bezeichnet ist, dann kann das Reibmoment von einem niedrigen ersten Reibmomentenwert aus kontinuierlich, also ohne sprunghafte Reibmomentenänderungen, zu einem deutlich höheren zweiten Reibmomentenwert ansteigen, und zwar bevorzugt mit einer im wesentlichen linearen Reibmomenten-Kennlinie. In diesem mittleren Reibmomentenbereich wird das Reibmoment dann, wenn die Übergangsabschnitte über ihren gesamten Relativbewegungsbereich stets eine gleichbleibende Werkstoffkombination nutzen, allein aufgrund unterschiedlicher Spannungszustände des zugeordneten axialen Kraftspeichers zwischen dem unteren Reibmomentenwert und dem oberen Reibmomentenwert kontinuierlich geändert.
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Unterhalb des mittleren Reibmomentenbereiches schließt sich ebenso wie oberhalb desselben je ein Reibmomentenbereich mit vorzugsweise jeweils konstantem Reibmoment an. Bei dem unteren Reibmomentenbereich wird ebenso wie bei dem oberen Reibmomentenbereich jeweils die Spannung des axialen Kraftspeichers im wesentlichen konstant gehalten, wobei der Kraftspeicher beim unteren Reibmomentenbereich mit minimaler Spannung und beim oberen Reibmomentenbereich mit maximaler Spannung beaufschlagt ist. Eine Beeinflussungsmöglichkeit des jeweiligen Reibmomentes verbleibt daher bei der Werkstoffkombination der jeweiligen Reibflächen.
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Mit Vorzug können beispielsweise die Reibflächen der zweiten Komponente des ersten Reibelementes, also der Einsatzstücke, aus dem gleichen Werkstoff hergestellt sein wie die Übergangsabschnitte, wobei sich Kunststoff dann anbietet, wenn im unteren Reibmomentenbereich ebenso wie im mittleren Reibmomentenbereich das gleiche sehr niedrige Reibmoment zugunsten einer hohen Entkopplungsgüte anliegen soll. Im Gegensatz dazu wird es zur Dämpfung sehr starker Torsionsschwingungen vorteilhaft sein, die Reibflächen an der die Einsatzstücke aufnehmenden ersten Komponente, also den Tragring, in eine Werkstoffkombination einzubringen, die höhere Reibmomente begünstigt, wie beispielsweise Stahl/Stahl oder Stahl/Sintermetall. Die erste Komponente wird demnach aus einem Metall, wie Stahl oder Sintermetall, hergestellt sein. Der obere Reibmomentenbereich wird dann ein hohes Reibmoment aufbringen.
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Zurückkommend auf den unteren Reibmomentenbereich, sind, um dessen niedriges Reibmoment ebenso wenig zu verfälschen wie den Übergang zum mittleren Reibmomentenbereich, folgende Maßnahmen getroffen:
Zum Einen sind an der Reibvorrichtung beim ersten Reibelement die Einsatzstücke der zweiten Komponente derart in Achsrichtung bemessen, dass diese, vorzugsweise aus Kunststoff bestehend, nicht nur auf die Seite des zweiten Reibelementes durchdringt, sondern auch in Richtung zur antriebsseitigen Anlagewandung über die die Einsatzstücke aufnehmende erste Komponente hinausragt. Dadurch ist sichergestellt, dass auch an dieser Seite des ersten Reibelementes nur ein Reibmoment wirksam sein kann, das nicht größer als dasjenige an der Reibungsstelle zum zweiten Reibelement ist.
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Zum Anderen sind zugunsten unverfälscht niedriger Reibmomente insbesondere im unteren Reibmomentenbereich zu den bereits erwähnten Verbindungsflächen angeordnet, als dies am ersten Reibelement zwischen den Reibflächen der ersten und der zweiten Komponente der Fall ist, so dass eine unbeabsichtigte Reibwirkung durch die Verbindungsflächen sicher ausgeschlossen werden kann. Es greifen daher bei sehr geringer Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente vorzugsweise bis zu einer Auslenkweite von ±3° nur die Reibflächen des zweiten Reibelementes an den Reibflächen der durch die Einsatzstücke gebildeten Komponente des ersten Reibelementes an, während die Reibflächen der die Einsatzstücke aufnehmenden Komponente des ersten Reibelementes und die Verbindungsflächen des zweiten Reibelementes keinen Axialkontakt miteinander haben und demnach auch keine Reibmomente aufbauen. Innerhalb der Auslenkweite von ±3° liegt demnach lediglich ein sehr geringes konstantes Reibmoment an, das 15 Nm nicht überschreiten sollte. Der Torsionsschwingungsdämpfer weist in diesem Betriebsbereich aufgrund der geringen Reibwirkung eine hervorragende Entkopplungsgüte auf, sodass sehr kleine Torsionsschwingungen besonders effektiv ausgefiltert werden können. Derartige kleine Torsionsschwingungen treten beispielsweise bei staubedingter Kriechfahrt mit eingelegtem Gang, eingerückter Kupplung und unbetätigtem Fahrpedal auf, was vom Fachmann als „creeping” bezeichnet wird, kommen aber ebenso auch bei Volllastfahrten mit höherer Drehzahl vor.
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Um bei dem erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer die Reibmomente im mittleren Reibmomentenbereich zu erzeugen, werden bei Relativdrehauslenkungen der beiden Übertragungselemente in einem Winkelbereich zwischen ±3° und ±8° die dann in Kontakt miteinander stehenden Übergangsabschnitte von erstem und zweitem Reibelement relativ zueinander bewegt, was zu der bereits beschriebenen Axialverlagerung zumindest eines Reibelementes, vorzugsweise des zweiten Reibelementes und zur verformungsbedingten Spannungsänderung am axialen Kraftspeicher führt. Bevorzugt ist innerhalb dieses Reibmomentenbereiches der Reibwert von etwa 15 Nm auf nunmehr 22,5 Nm angestiegen.
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Sollten die Relativdrehauslenkungen zwischen den beiden Übertragungselementen so groß sein, dass sie trotz des maximalen mittleren Reibmomentenwertes über die Auslenkweite von ±8° hinausschwingen, dann werden die beiden Reibelemente nochmals weiter gegeneinander verdreht, sodass die Reibflächen des zweiten Reibelementes nun an den Reibflächen der die Einsatzstücke aufnehmenden Komponente zur Anlage kommen. Zwar vermag bei der vorliegenden Ausführung der Reibvorrichtung der axiale Kraftspeicher nunmehr seine Spannung nicht weiter zu erhöhen, da auch eine weitere Verlagerung des bislang verlagerbaren Reibelementes beendet ist, jedoch erbringt jetzt eine andere Werkstoffkombination nochmals höhere Reibmomente. Denkbar sind hierbei Werkstoffkombinationen aus Stahl/Stahl oder Stahl/Sintermetall, wobei ein Reibmoment bis im Wesentlichen maximal 45 Nm erzeugt werden sollte. Dieses Reibmoment dürfte genügen, um auch bei vergleichsweise starken Torsionsschwingungen eine ausreichende Dämpfungswirkung zu erzielen. Derartige Betriebsbedingungen liegen vor, wenn Torsionsschwingungen in der Nähe des Resonanzbereichs des Torsionsschwingungsdämpfers auftreten, die vergleichsweise große Relativdrehauslenkungen der beiden Übertragungselemente zueinander auslösen. Zwar sind üblicherweise an Torsionsschwingungsdämpfern mechanisch wirksame Drehwinkelbegrenzungen vorhanden, die eine Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente über ein vorbestimmtes Maß hinaus verhindern, jedoch werden diese Drehwinkelbegrenzungen die Relativdrehauslenkungen der Übertragungselemente nahezu ungedämpft beenden, und dadurch gegebenenfalls zu einer Schädigung oder Zerstörung des Torsionsschwingungsdämpfers führen, sofern nicht bereits zuvor vermittels eines ausreichend hohen Reibmomentes der Bewegung der Übertragungselemente hinreichend Energie entzogen worden ist. Diese Gefahr des Aufschaukelns im Resonanzbereich ist insbesondere bei trockenlaufenden Torsionsschwingungsdämpfern vorhanden, zumal bei Positionierung der in Umfangsrichtung zwischen den Übertragungselementen wirksamen. Kraftspeicher im radial mittleren oder radial inneren Bereich des Torsionsschwingungsdämpfers, da eine derartige Positionierung eine vergleichsweise steife Ausführung der Kraftspeicher mit kurzen Federwegen erfordert, was den Resonanzbereich des Torsionsschwingungsdämpfers zu relativ hohen, energiereichen Drehzahlbereichen verlagert.
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Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf verwiesen, dass bei der erfindungsgemäßen Reibvorrichtung die Hystereseschleife bei einem kompletten Zyklus, also bei einer Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente von einem zum anderen Endanschlag die gleiche Fläche einschließen und damit die gleiche Energie dissipieren muss, wie dies bei einer Reibvorrichtung mit konstantem Reibmoment der Fall wäre. Allerdings ist bei der jetzt vorliegenden Reibvorrichtung der Reibwertverlauf an das mögliche Optimum herangeführt, wobei die pro Zyklus dissipierte Energie unterhalb von 20 Joule liegt, vorzugsweise aber bei dem Wert von 14 Joule liegt.
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Die erfindungsgemäße Reibvorrichtung ist mit Vorzug in einem Aufnahmeraum eines der beiden Übertragungselemente, insbesondere des antriebseitigen Übertragungselementes aufgenommen, und zwar zwischen zwei mit vorbestimmten Abstand zueinander vorgesehenen Anlagewandungen dieses Übertragungselementes. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eventuelle Axialkräfte auf den Torsionsschwingungsdämpfer, beispielsweise durch das Ein- oder Ausrücken einer in üblicher Weise ausgebildeten, am abtriebsseitigen Übertragungselement befestigten Reibungskupplung keine Rückwirkung auf das Betriebsverhalten der Reibvorrichtung nehmen.
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Das im besagten Aufnahmeraum eines der beiden Übertragungselemente aufgenommene erste Reibelement greift zur Drehverbindung in eine Mitnahmeöffnung eines Bauteiles des jeweils anderen Übertragungselementes, vorzugsweise hierbei eines Deckbleches, ein, während das zweite Reibelement, ebenfalls im Aufnahmeraum angeordnet, an dem denselben aufweisenden Übertragungselement axial verschiebbar, aber drehgesichert gehalten ist. Zur Drehsicherung dieses Reibelementes sind in dem Übertragungselement Bohrungssegmente enthalten, in welche am zweiten Reibelement angeformte Radialansätze eingreifen, deren Außenkontur jeweils an die Innenkontur des zugeordneten Bohrungssegmentes angepasst ist. Die Verwendung von Bohrungssegmenten für diese Funktion hat sich gegenüber eingefrästen Aussparungen als von Vorteil erwiesen, da zur Herstellung ein wesentlich kostengünstigerer Bohrvorgang genügt.
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Im Sinne einer besonders einfachen und kompakten Bauweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Aufnahmeraum für die Reibvorrichtung in einem Massering des Übertragungselementes auszubilden, der eine der Anlagewandungen bildet, während die gegenüberliegende Anlagewandung durch eine an einem Antrieb, wie beispielsweise der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zu befestigende Nabenscheibe bereitgehalten wird. Diese Nabenscheibe steht über die in Umfangsrichtung verlaufenden Kraftspeicher in Wirkverbindung vorzugsweise mit Deckblechen des jeweils anderen Übertragungselementes, wobei diese Deckbleche fest mit einem Trägerblech verbunden sind, das einerseits zur Aufnahme eines Masseringes vorgesehen ist und andererseits über einen Lagerflansch verfügt, der über eine Lagerung für eine Zentrierung des die Deckbleche beinhaltenden Übertragungselementes gegenüber dem Antrieb sorgt. Die Zentrierung erfolgt im Einzelnen über eine die besagte Lagerung aufnehmende Lagerschale mit im Wesentlichen L-förmigem Querschnitt, also mit einem im Wesentlichen radialen Schenkel und einem sich daran anschließenden, im Wesentlichen axialen Schenkel, wobei der radiale Schenkel sich nach radial außen und der axiale Schenkel sich in Richtung zur Abtriebsseite erstreckt. Der radiale Schenkel ist an seinem freien Ende mit einer Verrundung ausgebildet, wodurch folgender Vorteil entsteht:
Die Kurbelwelle führt neben den üblichen Torsionsschwingungen auch axiale Schwingungen sowie Rotationsschwingungen zu Achsen aus, die senkrecht zu der Kurbelwellenachse ausgerichtet sind. Diese letztgenannten Schwingungen werden auch als Taumelschwingungen bezeichnet. Bei Übertragung dieser Taumelschwingungen auf den an der Kurbelwelle befestigten Torsionsschwingungsdämpfer ist, sofern diese Taumelschwingungen sich der Erregerfrequenz des Torsionsschwingungsdämpfers annähern, mit Schwingungen großer Amplitude zu rechnen, wodurch an Bauteilen in den Bereichen hoher Biegebeanspruchung Risse und Brüche auftreten können. Untersuchungen haben ergeben, dass die größten Biegespannungen beim erfindungsgemäßen Torsionsschwingungsdämpfer radial dicht neben der Befestigung an der Kurbelwelle auftreten. Zur Vorbeugung gegen mögliche Schäden wird die gefährdete Stelle am radialen Außendurchmesser der Lagerschale durch die Verrundung entschärft und dadurch das Auftreten möglicher Spannungsspitzen vermieden.
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Wie anfangs bereits erwähnt, verfügen die Einsatzstücke der einen Komponente über eine axial wirksame Sicherung gegenüber der die Einsatzstücke aufnehmende Komponente, die vorzugsweise durch einen Tragring für die Einsatzstücke gebildet wird. Bei dieser Sicherung handelt es sich um am Tragring jeweils im umfangsmäßigen Erstreckungsbereich eines Einsatzstückes vorgesehen Zungen, die sich vom Tragring aus in Richtung zu einer Halterung des jeweiligen Einsatzstückes erstrecken und dort zum Eingriff kommen. Diese axiale Sicherung erhält auch erhebliche funktionelle Bedeutung, da sie bei Relativdrehauslenkungen bis ±8° eine Verlagerung des Tragringes des ersten Reibelementes zur Getriebeseite hin verhindert, da in diesem Bereich der Relativdrehauslenkung der Tragring nicht unter der Einwirkung des axialen Kraftspeichers steht. Der Letztgenannte wirkt in diesem Betriebszustand nämlich über die Reibflächen des zweiten Reibelementes lediglich auf die Einsatzstücke, nicht aber auf die Reibflächen am Tragring.
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Wie ebenfalls bereits erwähnt wurde, existiert zwischen den beiden Übertragungselementen eine mechanische Drehwinkelbegrenzung, wozu beim vorliegenden Torsionsschwingungsdämpfer an zumindest einem der Deckbleche eine Lasche vorgesehen ist, die vorzugsweise mit Spiel in Umfangsrichtung in eine entsprechende Aussparung der Nabenscheibe des jeweils anderen Übertragungselementes eingreift. Diese Drehwinkelbegrenzung erreicht erst dann ihre Wirkung, wenn die Relativdrehauslenkung zwischen den beiden Übertragungselementen so groß ist, dass das vorhandene Spiel in Umfangsrichtung in der besagten Aussparung der Nabenscheibe aufgebraucht und die Lasche des Deckbleches an der Umfangsbegrenzung dieser Nabenscheibe in der entsprechenden Drehrichtung in Anlage geraten ist. Verständlicherweise wird eine derartige Drehwinkelbegrenzung unverzüglich und nahezu ungedämpft wirksam, so dass sie lediglich im Sinne einer Notfunktion angesehen werden sollte.
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Weitere konstruktive Ausgestaltungen der Reibvorrichtung sind denkbar, wie beispielsweise eine einstückige Ausbildung des zweiten Reibelementes mit dem zugeordneten axialen Kraftspeicher.
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Zurückkommend zu dem bereits erwähnten Aufnahmeraum, ist festzustellen, dass dieser insbesondere dann, wenn beide Anlagewandungen des Übertragungselementes in Achsrichtung sehr steif ausgebildet sind, eine hervorragend präzise Einstellbarkeit der Reibvorrichtung ermöglicht, indem eine vorgewählte Normalkraft ungeachtet eventueller Schwingungseinflüsse im wesentlichen unbeeinflusst bleibt. Bei Ausbildung einer der Anlagewandungen an einem Massering des Übertragungselementes ist für diese Anlagewandung ohne zusätzliche konstruktive Bemühungen bereits für die gewünschte Steifigkeit gesorgt. Bei der anderen Anlagewandung, vorzugsweise gebildet durch einen Reibabschnitt eines Deckbleches, erscheinen dagegen steifigkeitserhöhende Maßnahmen von Vorteil, zumal wenn radial benachbart zum Reibabschnitt eine Drehwinkelbegrenzung zwischen dem Deckblech und einer Nabenscheibe vorgesehen sein sollte, die eine stärkere axiale Nachgiebigkeit des Deckbleches bewirken könnte. Als Folge eines axialen „Aufbiegens” des Deckbleches ist aufgrund abgesenkter Normalkraft mit einer reduzierten Wirkung der Reibvorrichtung zu rechnen. Als steifigkeitserhöhende Maßnahmen erscheinen Axialversteifungen an dem Deckblech durch in Achsrichtung profilierte Ausbildung desselben insbesondere benachbart zum Reibabschnitt ebenso von Vorteil wie die Ausbildung einer Axialprofilierung in Form von Sickungen.
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Ergänzend oder alternativ zu den steifigkeitserhöhenden Maßnahmen ist es von Vorteil, die mit Reibelementen sowie mit einem axialen Kraftspeicher ausgebildete Reibvorrichtung derart innerhalb des Aufnahmeraums anzuordnen, dass der Kraftspeicher, der üblicherweise über eine Kontaktlinie L an einem benachbarten Bauteil in Anlage kommt, sich an dem Massering des Übertragungselementes als Anlagewandung abstützt, während ein Reibelement mit einer üblicherweise unprofilierten Reibseite den Reibabschnitt des Deckbleches als Anlagewandung nutzt und sich an dieser flächig abstützt.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
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1 eine radial hälftige Darstellung eines Torsionsschwingungsdämpfers mit einer Reibvorrichtung;
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2 eine vergrößerte Herauszeichnung der Reibvorrichtung;
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3 eine Explosionszeichnung der Reibvorrichtung;
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4a ein aus 3 vergrößert herausgezeichnetes Bauteil in Draufsicht;
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4b das Bauteil nach 4a gemäß der Schnittlinie A-A;
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4c das Bauteil nach 4a gemäß der Schnittlinie B-B;
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5 ein Blick auf die Reibvorrichtung von radial außen;
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6 eine Darstellung des Reibmomentenverlaufes der Reibvorrichtung über dem Auslenkwinkel;
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7 eine vergrößerte Herauszeichnung des in 1 eingekreisten Bereiches Z;
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8 wie 2, aber mit einer konstruktiv anderen Reibvorrichtung;
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9 wie 7, aber mit einer Axialprofilierung;
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10 wie 1, aber mit konstruktiv anderem Torsionsschwingungsdämpfer.
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In 1 ist ein Torsionsschwingungsdämpfer dargestellt, der an einem Antrieb 1, wie beispielsweise der Kurbelwelle 3 einer Brennkraftmaschine, eine Befestigung 7 mittels Kurbelwellen-Schrauben 9 aufweist. Der Torsionsschwingungsdämpfer vermag Drehbewegungen um eine Drehachse 5 auszuführen und weist eine Lagerschale 11 auf, die mit einem Radialschenkel 13 an der benachbarten Seite der Kurbelwelle 3 zur Anlage kommt und in einen Axialschenkel 15 übergeht. Die Lagerschale 11 stellt über ihren Radialschenkel 13 eine axiale Distanz zu einer Nabenscheibe 17 her, an deren vom Radialschenkel 13 abgewandter Seite die Köpfe der bereits erwähnten Kurbelwellen-Schrauben zur Anlage kommen. Aufgrund der zuvor beschriebenen konstruktiven Ausbildung kann die Nabenscheibe 17 mit begrenzter Massivumformung hergestellt werden, was insbesondere bei Ausbildung der Nabenscheibe 17 aus einem hochfesten metallischen Werkstoff oder nach entsprechenden Vergütungsmaßnahmen einen großen Vorteil darstellt. Dagegen kann die Lagerschale 11 aus vergleichsweise weichem Werkstoff bestehen, so dass auch höhere Umformgrade problemlos möglich sind.
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Die Nabenscheibe 17 weist radial außerhalb ihrer Befestigung 7 Fenster 18 auf, in denen sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckende Kraftspeicher 19 aufgenommen sind. Diese sind einerends durch die Nabenscheibe 17 ansteuerbar, und anderenends durch Deckbleche 20, 21, die ebenfalls zur Aufnahme der Kraftspeicher 19 mit Fenstern 22 versehen sind. Die Deckbleche 20, 21 sind radial außerhalb der Fenster 22 im radialen Erstreckungsbereich von Umfangsöffnungen 24 der Nabenscheibe 17 mit Laschen 23 axial aneinander herangeführt und durch eine Vernietung 25 miteinander verbunden. Die Laschen 23 sind mit Spiel in Umfangsrichtung in die Umfangsöffnungen 24 eingesetzt und übernehmen die Funktion einer mechanischen Drehwinkelbegrenzung 26, indem sie eine vorhandene Relativdrehauslenkung der Deckbleche 20, 21 relativ zur Nabenscheibe 17 beenden, sobald die Laschen 23 in Relativdrehrichtung an den umfangsseitigen Enden der Umfangsöffnungen 24 zur Anlage kommen. Vorzugsweise sind die Umfangsöffnungen 24 relativ zu den Laschen 23 derart dimensioniert, dass die Kraftspeicher 19 zwar erheblich komprimiert werden, dabei aber nicht mit ihren einzelnen Windungen auf Block gehen können, d. h. miteinander in Anlage gelangen, da eine derartige Betriebsweise häufig zum Bruch der Kraftspeicher insbesondere unter der Wirkung innerer Torsionsspannungen führen kann.
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Radial außerhalb der Drehwinkelbegrenzung 26 ist an der Nabenscheibe 17 eine in 1 lediglich angedeutete Verbindung, wie beispielsweise eine Vernietung, vorgesehen, um einen Massering 30 zu befestigen. Dieser enthält einen im wesentlichen ringförmigen Aufnahmeraum 32 für eine Reibvorrichtung 35, die ein erstes Reibelement 37, ein mit diesem in Wirkverbindung stehendes zweites Reibelement 39 und einen axialen Kraftspeicher 41 aufweist. Das erste Reibelement 37 kommt axial an einer Anlagewandung 130 des Masseringes 30 und der axiale Kraftspeicher 31 an einer Analgewandung 132 der Nabenscheibe 17 axial in Anlage. Aufgrund der unveränderbaren axialen Distanz zwischen Nabenscheibe 17 und Massering 30 bleibt die Reibvorrichtung 35 unbeeinflusst von eventuellen äußeren axialen Krafteinwirkungen auf den Torsionsschwingungsdämpfer, so dass der jeweilige Verformungsgrad des Kraftspeichers 41, wie nachfolgend noch ausführlicher erläutert wird, allein von der Auslenkposition der Reibelemente 37, 39 der Reibvorrichtung 35 abhängig ist.
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Am ersten Reibelement 37 sind Mitnehmer 43 vorgehen, die in entsprechende Mitnahmeöffnungen 45 des dem Antrieb 1 zugewandten Deckbleches 20 eingreifen. Je nach Anforderung an die Reibvorrichtung 35 können die Mitnehmer 43 spielfrei in den Mitnahmeöffnungen 45 aufgenommen sein, so dass bereits kleinste Relativdrehauslenkungen zwischen Nabenscheibe 17 und Deckblechen 20, 21 zu einer Reibwirkung führen. Ebenso ist aber auch denkbar, die Mitnehmer 43 mit vorbestimmtem Spiel in Umfangsrichtung in den Mitnahmeöffnungen 45 aufzunehmen, um einen kleinen Bereich einer Relativdrehauslenkung ohne Reibwirkung verfügbar zu haben.
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Das vom Antrieb 1 abgewandte Deckblech 21 ist an einem Trägerelement 50 befestigt, vorzugsweise hierbei mittels einer Vernietung 47. Dieses Trägerelement 50 erstreckt sich nach radial außen, wo es zur Aufnahme eines Masseringes 52 dient, und zwar ebenfalls mittels einer Vernietung 51. Der Massering 52 nimmt in an sich bekannter Weise an seiner vom Antrieb 1 abgewandten Seite ein nur angedeutetes Gehäuse 56 einer Reibungskupplung über Befestigungsmittel 54 auf und verfügt zudem über eine Reibfläche 55 zur Anlage von Reibbelägen einer Kupplungsscheibe der nicht gezeigten Reibungskupplung.
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Radial innerhalb der Verbindungsstelle zwischen Deckblech 21 und Trägerelement 50 ist das letztgenannte mit Fenstern 62 ausgebildet, die im wesentlichen mit den Fenstern 18 und 22 in Nabenscheibe 17 und Deckblechen 20, 21 fluchten und zum Eingriff der Kraftspeicher 19 dienen. Nochmals weiter radial innen ist das Trägerelement 50 mit Montageöffnungen 65 für die Kurbelwellen-Schrauben 9 ausgebildet, die ihrerseits wiederum radial außerhalb eines Lagerflansches 66 des Trägerelementes 50 liegen, wobei dieser Lagerflansch 66 in eine Lagerung 68 eingreift, die ihrerseits vom Axialschenkel 15 der Lagerschale 11 umschlossen ist. Die Lagerung 68 dient zur Zentrierung des Trägerelementes 50 und damit der Deckbleche 20, 21 gegenüber der Nabenscheibe 17. Da die Nabenscheibe 17 gemeinsam mit der Lagerschale 11 und dem Massering 30 als antriebsseitiges Übertragungselement 58 des Torsionsschwingungsdämpfers wirksam ist, die Deckbleche 20, 21 gemeinsam mit dem Trägerelement 50 und dem Massering 52 sowie der Reibungskupplung dagegen als abtriebsseitiges Übertragungselement 60, dient die Lagerung 68 demnach zur Zentrierung des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 gegenüber dem antriebsseitigen Übertragungselement 58 und damit auch gegenüber der Kurbelwelle 3 des Antriebes 1. Folglich führen auch die Übertragungselemente 58, 60 Drehbewegungen um die Drehachse 5 durch, wobei darüber hinaus bei Einleitung von Torsionsschwingungen durch die Kurbelwelle 3 auch Relativdrehbewegungen der Übertragungselemente 58, 60 zueinander ausgelöst werden.
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Die Übertragungselemente 58, 60 sind auch in Achsrichtung relativ zueinander positioniert, und zwar über eine Axiallagerung 70, die am Trägerelement 50 aufgenommen ist und sich mit ihrem freien Lagerungsende 74 (7) an der Nabenscheibe 17 abstützt. Vorzugsweise ist die Axiallagerung 70 an ihrer dem Trägerelement 50 zugewandten Seite mit Vorsprüngen 71 ausgebildet, die zugunsten einer drehfesten Verbindung mit dem Trägerelement 50 in Öffnungen 72 desselben eingreifen. Das axial freie Lagerungsende 74 ist dagegen bezüglich der Nabenscheibe 17 relativ bewegbar.
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Die Reibvorrichtung 35 soll anhand der 2 bis 6 bezüglich ihres Aufbaues und ihrer Wirkungsweise näher erläutert werden. Beginnend mit dem ersten Reibelement 37 ist festzustellen, dass dieses, wie insbesondere den 3 und 5 entnommen werden kann, mehrteilig ausgebildet ist, wobei eine erste Komponente 80 in Form eines Tragringes 84 aus einem ersten Werkstoff vorliegt, wobei dieser zugunsten einer hohen Festigkeit sowie großer Reibwerte vorzugsweise aus Metall, wie aus Stahl oder einem Sintermetall besteht. Der Tragring 84 verfügt über eine Mehrzahl von Aussparungen 86, die bezogen auf den Umfang in im wesentlichen gleichen Abständen voneinander vorgesehen sind. Jeweils vorzugsweise in der umfangsmäßigen Mitte jeder Aussparung 86 erstreckt sich eine Zunge 88 über den Innendurchmesser des Tragringes 84 nach radial innen, wobei jeweils zweien dieser Zungen 88 in Umfangsrichtung mittig zwischen denselben je einer der bereits erwähnten Mitnehmer 43 zugeordnet ist, und die Mitnehmer 43 vorzugsweise einstückig mit dem Tragring 84 ausgebildet sind.
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Zurückkommend auf die Aussparungen 86 im Tragring 84 dienen diese zur Aufnahme von Einsatzstücken 92, welche eine zweite Komponente 94 des ersten Reibelementes 37 bilden, und vorzugsweise aus einem zweiten Werkstoff bestehen, wobei insbesondere Kunststoff von Vorteil ist. Diese Einsatzstücke 92 verfügen abtriebsseitig im wesentlichen jeweils in Umfangsmitte über eine Reibfläche 98, die beidseits jeweils durch Übergangsabschnitte 100 begrenzt sind. Diese Übergangsabschnitte 100 sind, ausgehend jeweils von der Reibfläche 98, jeweils mit axialer Steigung in Form je einer Rampe ausgebildet. An der Stelle der Übergangsabschnitte 100 mit dem axial größten Überstand 101 gegenüber dem restlichen Einsatzstück 92 grenzt, jeweils in Umfangsrichtung fortlaufend, je eine Abstützfläche 102 (4a, 4c) an, die, wie 5 in deutlicher Weise zeigt, jeweils an der benachbarten Seite des Tragringes 84 zur Anlage kommen. Die Übergangsabschnitte 100 durchgreifen dagegen im wesentlichen ohne Spiel in Radial- sowie in Umfangsrichtung die jeweilige Aussparung 86 im Tragring 84, während die axiale relative Positionierung der Einsatzstücke 92 gegenüber dem Tragring 84 durch Einrasten der Zungen 88 jeweils in Halterungen 90 an den Einsatzstücken 92 erfolgt. Die Halterungen 90 sind bei der Herstellung der Einsatzstücke 92 einstückig mit diesen ausgeführt und sind demnach ebenso wie die Zungen 88 Teil einer axialen Sicherung 96 zwischen den beiden Komponenten 80, 94 des ersten Reibelementes 37. Nach dem Einrasten der Zungen 88 in die Halterungen 90 sind die Übergangsabschnitte 100 mit ihrem jeweils axial gegenüber den Abstützflächen 102 größten Überstand 101 im wesentlichen auf dem axialen Niveau der Abtriebsseite des Tragringes 84 positioniert. Damit führen die Übergangsabschnitte 100 vom axialen Niveau der Reibflächen 98 an den Einsatzstücken 92 auf das axiale Niveau von am Tragring 84 vorgesehenen Reibflächen 108, wobei auch die Übergangsabschnitte 100 als Reibflächen nutzbar sind. Das erste Reibelement 37 der Reibvorrichtung 35 verfügt demnach abtriebsseitig über drei unterschiedliche Reibflächen, von denen bei der beschriebenen Ausführungsform die Reibflächen 98 und die durch die Übergangsabschnitte 100 gebildeten Reibflächen aus Kunststoff bestehen, die am Tragring 84 vorgesehenen Reibflächen 108 dagegen aus einem metallischen Werkstoff. Darüber hinaus ist, wie 5 anschaulich zeigt, aufgrund der wegen der Abstützflächen 102 zur Antriebsseite hin axial über den Tragring 84 hinausragenden Einsatzstücke 92 auch an deren dem Massering 30 zugewandten Seiten jeweils eine Reibfläche 110 realisiert, die mit der Anlagewandung 130 des Masseringes 30 zusammenwirkt, wobei die Anlagewandung 130 als Reibfläche 112 dient, die aus metallischem Werkstoff besteht, während die Reibfläche 110 an den Einsatzstücken 92 selbstverständlich aus dem gleichen Werkstoff wie das restliche Einsatzstück 92 besteht, also vorzugsweise aus Kunststoff.
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Das zweite Reibelement 39 der Reibvorrichtung 35 besteht aus einem Druckring 114, an welchem in umfangsmäßig gleichen Abständen, die den Aussparungen 86 im Tragring 84 zugeordnet sind, stanztechnisch hergestellte Ausstellungen 116 vorgesehen sind, so dass der verbleibende Steg 117 aufgrund seiner Freistellung gegenüber dem übrigen Ringbereich in optimaler Weise durch einen Umformvorgang seine erforderliche Kontur erhalten kann. Der Steg 117 verfügt, wie die 3 und 5 anschaulich zeigen, jeweils in Umfangsrichtung im wesentlichen mittig über eine Reibfläche 118, mit welcher der Steg 117 zur Antriebsseite hin am weitesten über das axiale Niveau des Druckringes 114 hinausragt und, wie 5 zeigt, in zusammengebautem Zustand der Reibvorrichtung 35 beispielsweise an der jeweiligen Reibfläche 98 des ersten Reibelementes 37 in Anlage kommt. In Umfangsrichtung beidseits der Reibflächen 118 am Steg 117 sind jeweils Übergangsabschnitte 120 vorgesehen, von denen jeder an seiner dem ersten Reibelement 37 zugewandten Seite als Reibfläche genutzt werden kann und die in Form jeweils einer Rampe mit axialem Gefälle vom axialen Niveau der Reibflächen 118 jeweils zum axialen Niveau des restlichen Druckringes 114 überführt. Die Übergangsabschnitte 120 am Druckring 114 unterscheiden sich entweder bezüglich ihrer axialen Neigung oder bezüglich ihrer Erstreckungsgröße in Umfangsrichtung oder bezüglich beider Positionen von den Übergangsabschnitten 100 am Tragring 84, so dass Verbindungsflächen 122 des Druckringes 114, die jeweils an einen der Übergangsabschnitte 120 angrenzen, axial nicht an den benachbarten Reibflächen 108 vom Tragring 84 des ersten Reibelementes 37 in Anlage kommen können. So verbleibt, wie 5 zeigt, bei einer Reibflächenkombination aus Reibfläche 98 des ersten Reibelementes 37 mit der Reibfläche 118 des zweiten Reibelementes 39 zwischen der Reibfläche 108 des ersten Reibelementes 37 und der zugeordneten Verbindungsfläche 122 des Druckringes 114 jeweils mindestens eine Distanz D. Dadurch sind ungewollte Reibungseinflüsse ausgeschlossen. Gleichzeitig ist an dieser Stelle noch anzumerken, dass aufgrund der Distanz D zwar die Einsatzstücke 92 über den Druckring 114 und den axialen Kraftspeicher 41 gegen die Anlagewandung 130 des Masseringes 30 gedrückt sind, der Tragring 84 in der eingezeichneten Relativdrehauslenkung der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander dagegen ohne Axialpositionierung durch den axialen Kraftspeicher 41 verbleibt. Allerdings sorgt bei diesem Betriebszustand die bereits erläuterte axiale Sicherung 96 zwischen dem Tragring 84 und den Einsatzstücken 92 für die benötigte Axialpositionierung des Tragringes 84.
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Während das erste Reibelement 37 bei Anordnung im antriebsseitigen Übertragungselement 58 über die Mitnehmer 43 mit dem abtriebsseitigen Übertragungselement 60 in Wirkverbindung steht, soll das zweite Reibelement 39, ebenfalls aufgenommen im antriebsseitigen Übertragungselement 58, drehfest, aber axial verschiebbar in dem letztgenannten aufgenommen sein. Hierzu sind, über den Außenumfang des Druckringes 114 in vorbestimmten Abständen hinausragend, Radialansätze 124 mit vorzugsweise kreissegmentförmiger Ausbildung vorgesehen, die in entsprechend geformte Bohrungssegmente 126 im Massering 30 einsetzbar sind.
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Derart im Aufnahmeraum 32 des antriebsseitigen Übertragungselementes 58 aufgenommen, werden die Reibelemente 37 und 39 durch den axialen Kraftspeicher 41 eingespannt gehalten, wobei sich der axiale Kraftspeicher an der Nabenscheibe 17 als Anlagewandung abstützt und vorzugsweise als Wellfeder 128 ausgebildet ist, die über einen hinreichend großen Verformungsbereich mit linearer Kennlinie verfügt.
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Die Reibvorrichtung 35 arbeitet wie folgt:
In 5 sind die Reibelemente 37, 39 in derjenigen Relativdrehposition II-II zueinander dargestellt, die sie ohne eine Relativdrehauslenkung der Übertragungselemente 58, 60 einnehmen. Die Reibfläche 118 des Druckringes 114 liegt dann im Wesentlichen mittig an der in Umfangsrichtung größeren Reibfläche 98 des Einsatzstückes 92 an. In dieser Relativdrehposition der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander nimmt der axiale Kraftspeicher 41 seine größte axiale Erstreckungsbreite ein, die Vorspannung dieses Kraftspeichers ist also minimal.
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Bei Einleitung einer Torsionsschwingung, die eine Änderung der Relativdrehauslenkung der beiden Übertragungselemente 58, 60 zur Folge hat, wird wegen der drehfesten Verbindung des ersten Reibelementes 37 mit den Deckblechen 20, 21 des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 und der drehfesten Verbindung des zweiten Reibelementes 39 mit dem antriebsseitigen Überragungselement 58 eine Änderung der Relativdrehposition der Reibelemente 37 und 39 zueinander bewirkt. Davon ausgehend, dass in 5 das zweite Reibelement 39 in Richtung des in 5 eingetragenen Pfeiles V verlagert wird, während das erste Reibelement 37 aufgrund seiner Verbindung mit der Abtriebsseite zunächst noch als stillstehend anzusehen ist, wird sowohl zwischen den Reibflächen 98 der Einsatzstücke 92 und den Reibflächen 118 des Druckringes 114 als auch zwischen den Reibflächen 110 der Einsatzstücke 92 und der Reibfläche 112 der Anlagewandung 130 des Masseringes 30 jeweils Reibung mit konstantem Reibmoment M1 aufgebracht, wobei dieses Reibmoment aufgrund der Kombination Kunststoff an den Einsatzstücken 92 und Metall an Druckring 114 und Massering 30 vergleichsweise niedrig ist. Diese Situation ist im Kennlinienfeld der 6 dargestellt, und zwar über einen Winkel von im wesentlichen 0 und 3 Grad. Bei einer Relativdrehauslenkung von etwa 3 Grad ist eine vorbestimmte erste Auslenkweite erreicht, bei der vorzugsweise das Reibmoment nicht über maximal 15 Nm hinausgeht, um bei creeping oder geringen Torsionsschwingungen bei hoher Drehzahl die gewünschte Entkopplungsgüte bieten zu können. Das Moment M1 verläuft im Bereich zwischen 0 und 3 Grad im wesentlichen konstant.
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Treten stärkere Torsionsschwingungen auf, so wird der Massering 30 zusammen mit dem Druckring 114 in Richtung des Pfeils V in 5 über die vorbestimmte erste Auslenkweite hinausbewegt, in welcher die Reibfläche 118 des Druckringes 114 mit ihrem jeweiligen Abschnitt 115 exakt das Ende der Reibfläche 98 am Einsatzstück 92 erreicht hat. Die Überschreitung der vorbestimmten ersten Auslenkweite hat demnach zur Folge, dass die Übergangsabschnitte 120 des Druckringes 114 gegenüber den Übergangsabschnitten 100 der Einsatzstücke 92 verschoben werden, was mit einer Axialverlagerung des Druckringes 114 gegen die Wirkung des axialen Kraftspeichers 41 erfolgt. Dadurch wird, anders als bei Relativdrehauslenkungen bis zum Erreichen der vorbestimmten ersten Auslenkweite, nicht nur die Werkstoffkombination der miteinander in Reibwirkung stehenden Reibflächen für das Reibmoment entscheidend sein, sondern darüber hinaus auch die sich nun aufgrund des stärkeren Zusammenpressens erhöhende Spannung am axialen Kraftspeicher 41. In diesem Bereich der Relativdrehauslenkung sind die Übergangsabschnitte 100, 120 ebenso als Reibflächen wirksam wie auch die Reibflächenkombination der Einsatzstücke 92 mit der Anlagewandung 130 des Masseringes 30. Die Reibflächen 118 des Druckringes 114 werden dagegen mit zunehmender Axialverlagerung des Druckringes 114 in Richtung zur Abtriebsseite von den entsprechenden Reibflächen 98 der Einsatzstücke 92 entfernt, so dass sie keine Wirkung mehr entfalten. Dieser Betriebszustand der Reibvorrichtung 35 setzt sich fort, bis der den Reibbereich 118 vom Übergangsabschnitt 120 des Druckringes 114 trennende Abschnitt 115 mit dem größten Überstand 101 am Randbereich 104 des jeweils zugeordneten Einsatzstückes 92 in Überdeckung gelangt. Bei dieser Relativdrehauslenkung der beiden Reibelemente 37, 39 zueinander ist eine vorbestimmte zweite Auslenkweite erreicht, was gemäß 6 bei einem Winkel von etwa 8 Grad der Fall ist. Es liegt dann ein Reibmoment M2 an, das trotz der nun höheren Kraft durch den stärker gespannten axialen Kraftspeicher 41 aufgrund der immer noch vorliegenden Werkstoffkombination Metall/Kunststoff an allen Reibflächen auf ein relativ geringes Reibmoment von etwa 20 bis 22 Nm vorzugsweise jedoch auf 21,5 Nm begrenzt ist. Das gegenüber dem Reibmoment M1 nun höhere Reibmoment M2 vermag zwar auch stärkere Torsionsschwingungen zu dämpfen, gestattet aber dennoch eine gute Entkopplung zuwischen den beiden Übertragungselementen 58, 60.
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Sollte dennoch die anliegende Torsionsschwingung weiter ansteigen und eine nochmalige Bewegung von Massering 30 und zweitem Reibelement 39 in Richtung des Pfeils V zur Folge haben, dann wird auch die vorbestimmte zweite Auslenkweite überschritten und die Reibflächen 118 des Druckringes 114 beginnen, auf die Reibflächen 108 des Tragringes 84 aufzuschieben. Von diesem Zeitpunkt an wird keine weitere Verformung des axialen Kraftspeichers mehr erfolgen, so dass die von diesem ausgeübte Anpresskraft konstant bleibt. Allerdings liegt wegen der Ausführung aus dem Werkstoff Metall sowohl beim Tragring 84 als auch beim Druckring 114 ein höheres Reibmoment an, das in 6 mit M3 bezeichnet ist und auf 45 Nm festgelegt werden kann. Es ist weiterhin in 6 deutlich erkennbar, dass der im wesentlichen kontinuierliche Übergang zwischen den Reibmomenten M1 und M2 sich nun durch einen Stufensprung S zwischen den Reibmomenten M2 und M3 fortsetzt. Dieses Reibmoment M3 ist vergleichsweise hoch und vermag sehr starke Torsionsschwingungen wirksam zu dämpfen, würde allerdings bei sehr kleinen Torsionsschwingungen den Eindruck zweier starr miteinander verbundener Übertragungselemente 58, 60 hervorrufen. In diesem Betriebszustand wirkt auch erstmals der axiale Kraftspeicher 41 über den Druckring 114 unmittelbar auf den Tragring 84 zurück, und nicht nur mittelbar über die Einsatzstücke 92. Das Reibmoment M3 bleibt nach Überschreitung der vorbestimmten zweiten Auslenkweite konstant. Dies gilt auch dann, wenn Kraftspeicher 19 mit zwei unterschiedlichen Steifigkeiten vorgesehen sind, wodurch sich, wie aus 6 erkennbar, Federstufen C1 und C2 ergeben. Der Übergang von der ersten Federstufe C1 zur zweiten Federstufe C2 vollzieht sich, bedingt durch das Vorspannmoment der zweiten Federstufe C2, gemäß 6 mit einem Anstieg W.
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Sollte die eingeleitete Torsionsschwingung so stark sein, dass die Gefahr von Resonanzschäden am Torsionsschwingungsdämpfer droht und selbst das hohe Reibmoment M3 nicht genügt zur endgültigen Dämpfung, dann würde die bereits beschriebene Drehwinkelbegrenzung 26 in Aktion treten müssen, um durch eine mechanische Blockade eine noch weitergehende Relativdrehauslenkung zwischen den Übertragungselementen 58 und 60 zu verhindern. Die Drehwinkelbegrenzung 26 wird bei einer Relativdrehauslenkung von etwa 23 Grad wirksam. 6 zeigt diese Stelle mit der Bezeichnung U.
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Sobald die eingeleitete Torsionsschwingung sich abschwächt, bewirken die in Umfangsrichtung wirksamen Kraftspeicher 19 eine Rückführung der Übertragungselemente 58, 60 und damit der Reibelemente 37 und 39 vorzugsweise in die in 5 mit II-II eingezeichnete Ausgangsposition. Damit ist gewährleistet, dass auch bei einer neuerlich eingeleiteten Torsionsschwingung jeweils wieder die der jeweiligen Schwingungsstärke optimal zugeordnete Dämpfungswirkung durch die Reibvorrichtung 35 erzeugt werden kann.
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Selbstverständlich würden Torsionsschwingungen, die entgegen der in 5 eingezeichneten Richtung des Pfeils V gerichtet sind, das gleiche Betriebsverhalten an der Reibvorrichtung auslösen.
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Da über die Kurbelwelle 3 eines Antriebs 1 nicht nur Torsionsschwingungen, also Drehungleichförmigkeiten um die Drehachse 5 (1) eingeleitet werden, sondern auch Schwingungen mit einer Komponente senkrecht zur Drehachse 5, die in üblicher Weise als Taumelschwingungen bezeichnet werden, kann es zu extremen Belastungen an der Nabenscheibe 17 kommen, und zwar im wesentlichen unmittelbar radial außerhalb desjenigen Bereiches, in dem die Nabenscheibe 17 axial zwischen der an der Kurbelwelle 3 aufgenommenen Lagerschale 11 und den Kurbelwellen-Schrauben 9 eingespannt ist. Zur Minderung dieses Problems ist gemäß 7 vorgesehen, die Lagerschale 11 am radial äußeren Ende 133 ihres Radialschenkels 13 mit einer Verrundung 134 auszubilden, die eine evtl. Kerbung der Nabenscheibe 17 in dem besagten Bereich ausschließt und zudem der Nabenscheibe 17 auch in Richtung zur Kurbelwelle 3 einen begrenzten Bewegungsspielraum belässt, der bei Einleitung von Taumelschwingungen zum auffangen derselben erforderlich ist.
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8 zeigt eine Reibvorrichtung 35, bei welcher das Reibelement 37 und der axiale Kraftspeicher 41 gegenüber der in 1 oder 2 gezeigten Anordnung axial vertauscht sind. Ebenso wie in den zuvor genannten Figuren ist allerdings auch hier die Reibvorrichtung 35 in einem Aufnahmeraum 32 angeordnet, der axial zur Antriebsseite hin durch eine erste Anlagewandung 130 und getriebeseitig durch eine Anlagewandung 132 begrenzt ist. Die Anlagewandung 130 ist an einem Massering 30 vorgesehen, der aufgrund seiner materialreichen Ausbildung eine hohe Verformungssteifigkeit aufweist. Aus diesem Grund ist der Massering 30 hervorragend zur Aufnahme von Axialkräften geeignet, auch wenn diese durch den benachbarten axialen Kraftspeicher 41 lediglich entlang einer Kontaktlinie L übertragen wird. In üblicher Weise übt der axiale Kraftspeicher 41 eine in Achsrichtung wirkende Normalkraft auf das Reibelement 39 aus, das diese Normalkraft weiterleitet auf das Reibelement 37, welches sich über eine im Wesentlichen ebenflächige Reibzone 144 an der Anlagewandung 132 eines Reibabschnittes 138 des Deckbleches 21 abstützt, das bei dieser Ausführung des Torsionsschwingungsdämpfers zusammen mit dem Deckblech 20 über eine Vernietung 156 an einem Radialflansch 154 befestigt ist, der gemäß 10 durch die Befestigung 7 am Antrieb 1 angebunden und daher Teil des antriebsseitigen Übertragungselementes 58 ist.
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Der das Reibelement 37 aufnehmende Tragring 89 greift über zumindest einen Mitnehmer 43 drehverbunden in eine diesem zugeordnete Ausnehmung 151 der Nabenscheibe 17 ein, die, wie 10 ebenfalls zeigt, den Massering 52 trägt, über ein Trägerelement 160 mit dem Lagerflansch 66 sowie über eine Lagerung 68 am Axialschenkel 15 des Radialflansches 154 zentriert ist und Teil des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 ist.
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Das Reibelement 37 wirkt mit dem Reibelement 39 zusammen, das über zumindest einen Mitnehmer 143 in eine jeweils demselben zugeordnete Mitnahmeöffnung 152 des Radialflansches 154 eingreift. Das Reibelement 39 steht dadurch mit dem antriebsseitigen Übertragungselement 58 in Drehverbindung, das Reibelement 37 dagegen mit dem abtriebsseitigen Übertragungselement 60.
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Aufgrund der Ebenflächigkeit der Reibzone 144 des Reibelementes 37, über welche dieses am Reibabschnitt 138 des Deckbleches 21 in Anlage kommt, erfolgt unter der Wirkung der Normalkraft eine sehr gleichmäßige Axialbelastung dieses Reibabschnittes 138 mit vergleichsweise geringer Flächenpressung.
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Um die durch den axialen Kraftspeicher 41 eingestellte Normalkraft im Wesentlichen konstant halten zu können, muss dafür Sorge getragen werden, dass der Reibabschnitt 138 des Deckbleches 21 unter der Wirkung der Normalkraft keine axiale Ausweichbewegung in Richtung zum Massering 52 des abtriebsseitigen Übertragungselementes 60 durchführen kann. Dieses Risiko ist insbesondere dann nicht auszuschließen, wenn benachbart zum Reibabschnitt 138, im vorliegenden Fall also radial dicht innerhalb desselben, eine Drehwinkelbegrenzung 26 vorgesehen ist, der Reibabschnitt 138 also lediglich über die bereits beschriebenen Laschen 23 mit den radial weiter innen liegenden Bereichen des Deckbleches 21 verbunden ist. Es sind daher Axialversteifungen 142 an der Nabenscheibe 17 vorteilhaft, wobei ein durch plastische Verformung hergestellter Übergangsbereich 136 radial zwischen der Drehwinkelbegrenzung 26 und dem Reibabschnitt 138 ebenso als Axialversteifung 142 wirksam ist wie ein radial außerhalb des Reibabschnittes 138 vorgesehener Axialüberstand 140, wobei sich dieser Axialüberstand 140 gemäß 8 mit Vorzug in Richtung zum abtriebsseitigen Übertragungselement 60 erstreckt und in einer Zusatzfunktion als Zusatzmasse für das die Nabenscheibe 17 aufweisende antriebsseitige Übertragungselement 58 wirksam ist.
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Wie 9 zeigt, sind auch radial weiter innen am Deckblech 21 axialversteifende Maßnahmen sinnvoll, indem radial benachbart zum Lagerflansch 66 eine Axialprofilierung 148 vorgesehen ist, die durch fertigungstechnisch bedingte Sickungen 150 von der Seite des Antriebs 1 aus erzeugt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antrieb
- 3
- Kurbelwelle
- 5
- Drehachse
- 7
- Befestigung
- 9
- Kurbelwelle-Schrauben
- 11
- Lagerschale
- 13
- Radialschenkel
- 15
- Axialschenkel
- 17
- Nabenscheibe
- 18
- Fenster
- 19
- Kraftspeicher
- 20
- Deckbleche
- 21
- Deckbleche
- 22
- Fenster
- 23
- Laschen
- 24
- Umfangsöffnungen
- 25
- Vernietung
- 26
- Drehwinkelbegrenzung
- 30
- Massering
- 32
- Aufnahmeraum
- 35
- Reibvorrichtung
- 37
- erstes Reibelement
- 39
- zweites Reibelement
- 41
- axialer Kraftspeicher
- 43
- Mitnehmer
- 45
- Mitnahmeöffnungen
- 47
- Vernietung
- 50
- Trägerelement
- 51
- Vernietung
- 52
- Massering
- 54
- Befestigungsmittel
- 55
- Reibfläche
- 56
- Reibungskupplung
- 58
- antriebsseitiges Übertragungselement
- 60
- abtriebsseitiges Übertragungselement
- 62
- Fenster
- 65
- Montageöffnung
- 66
- Lagerflansch
- 68
- Lagerung
- 70
- Axiallagerung
- 71
- Vorsprung
- 72
- Öffnung
- 74
- freies Lagerungsende
- 80
- erste Komponente
- 84
- Tragring
- 86
- Aussparung
- 88
- Zungen
- 90
- Halterungen
- 92
- Einsatzstücke
- 94
- zweite Komponente
- 96
- Sicherung
- 98
- Reibflächen
- 100
- Übergangsabschnitte
- 101
- größter Überstand
- 102
- Abstützfläche
- 104
- Randbereiche
- 108
- Reibflächen
- 110
- Reibflächen
- 112
- Reibflächen
- 114
- Druckring
- 115
- Abschnitt
- 116
- Ausstellungen
- 117
- Steg
- 118
- Reibflächen
- 120
- Übergangsabschnitte
- 122
- Verbindungsflächen
- 124
- Radialansätze
- 126
- Bohrungssegmente
- 128
- Wellfeder
- 130
- Anlagewandungen
- 132
- Anlagewandungen
- 133
- radial äußeres Ende
- 134
- Verrundung
- 136
- Übergangsbereich
- 138
- Reibabschnitt
- 140
- Axialüberstand
- 142
- Axialversteifungen
- 143
- Mitnehmer
- 144
- Reibzone
- 146
- Axialversteifung
- 148
- Axialprofilierung
- 150
- Sickungen
- 151
- Ausnehmungen
- 152
- Mitnahmeöffnungen
- 154
- Radialflansch
- 156
- Vernietung
- 160
- Trägerelement
