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Die
Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bekannt
sind Zweimassenschwungräder
für einen
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges, welche eine antriebsseitig
angeordnete Primärmasse
und eine abtriebsseitig angeordnete Sekundärmasse aufweisen. Die Primärmasse und
die Sekundärmasse sind
verdrehbar zueinander angeordnet. In den Kraftfluss zwischen Primärmasse und
Sekundärmasse
ist ein Torsionsdämpfer
zwischengelagert. Gemäß einer alternativen
Ausgestaltung finden zwei in Reihenschaltung hintereinandergeschaltete
Torsionsdämpfer
Einsatz, wobei ein Torsionsdämpfer
sich radial innerhalb des anderen Torsionsdämpfers erstreckt, vgl. z. B.
DE 100 10 953 A1 ,
DE 199 12 968 A1 .
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Aus
der Druckschrift
DE
100 05 966 A1 ist es bekannt, zwei Torsionsdämpfer in
Parallelschaltung axial hintereinander anzuordnen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Zweimassenschwungrad vorzuschlagen,
welches unter Berücksichtigung
der Einbauverhältnisse ein
gute dynamische Entkopplung von Primärseite und Sekundärseite gewährleistet.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs
1. Nach einem Vorschlag der Erfindung ist in den Kraftfluss zwischen
die Primärmasse
und die Sekundärmasse
eine getriebliche Stufe zwischengeschaltet. Hierdurch können die
kinetischen und kinematischen Verhältnisse des Zweimassenschwungrades
vorteilhaft verändert
werden, da bei der dynamischen Auslegung neben der Dimensionierung
der Torsionsdämpfer,
der trägen
Massen und etwaigen Dämpfungseinrichtungen
mit der Übersetzung
ein weiterer variabler Parameter gegeben ist. Vorzugsweise wird
durch die Zwischenschaltung der getrieblichen Stufe eine wirksame
träge Masse
erhöht
oder eine Steifigkeit eines Torsionsdämpfers verringert für eine niedrige
Abstimmung des Zweimassenschwungrades, wodurch eine kleine Dimensionierung
der Massen und/oder eine Vermeidung einer Verblockung der Torsionsdämpfer für große Federwege
und/oder eine Verringerung von Reibungseffekten infolge von Zentrifugalkräften auf
die Federn erzielt werden kann.
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Im
vorliegenden Fall ist die getriebliche Stufe mit einem Planetensatz
ausgebildet. Der Planetensatz verfügt über ein Hohlrad, mindestens
einen gegenüber
einem Steg drehbar gelagerten Planeten und eine Sonne. Der Planet
kann hierbei als einstufiger Planet oder zweistufiger Wendesatz
ausgebildet sein. Vorzugsweise läuft
der Planetensatz im Block um, wenn keine Relativverschiebung der
Primärmasse
gegenüber
der Sekundärmasse
vorliegt. Mittels des Planetensatzes erfolgt bei einer Relativverschiebung
der Primärmasse
gegenüber
der Sekundärmasse
eine Übersetzung
der Relativverschiebung zwischen einer Eingangsseite eines Torsionsdämpfers gegenüber der
Ausgangsseite des Torsionsdämpfers
oder eines anderen Torsionsdämpfers.
Mit der derart erzeugten übersetzten
Verschiebung wird dann ein Torsionsdämpfer oder die Sekundärseite beaufschlagt.
Die Beaufschlagung des Planetensatzes oder der Sekundärseite kann
hierbei unmittelbar erfolgen oder aber unter Zwischenschaltung einer (weiteren)
getrieblichen Stufe. Durch die Verwendung des Planetensatzes ergibt
sich eine besonders kompakte und wirksame Ausgestaltung.
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Bei
einem bevorzugtes Zweimassenschwungrad vergrößert der Planetensatz relative Verdrehungen
in Richtung der Abtriebsseite des Zweimassenschwungrades. Dieses
hat zur Folge, dass bei steifer Ausbildung eines vor dem Planetensatz angeordneten
Torsionsdämpfers
dieser infolge der vorgenannten Übersetzung
dennoch weich wirkt, so dass auch für eine niedrige Abstimmung
des Zweimassenschwungrades verhältnismäßig steife und/oder
kurze Feder Einsatz finden können.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades ist der mindestens
eine Planet in einer Kammer angeordnet, welche mit einem viskosen.
Medium gefüllt
ist. Bei einer Relativbewegung des Planeten gegenüber dem
Steg bzw. gegenüber
Sonne und/oder Hohlrad muss der Planet das viskose Medium verdrängen. Hierdurch
kann auf einfache, aber sehr effiziente Weise eine Dämpfung erzeugt
werden, welche insbesondere von der Bewegung des Planeten, von der
Viskosität
des Mediums und/oder dem Verdrängungsquerschnitt
und ggf. der Dimensionierung eines Bypasses für das Medium abhängig ist
und für
deren Herbeiführung
keine oder wenige zusätzliche
Bauteile erforderlich sind. Mit dem Einsatz eines viskosen Mediums
ist eine billige, betriebssichere und verschleißarme Dämpfungsmöglichkeit gegeben.
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Vorzugsweise
erfolgt hierbei eine Verdrängung
des viskosen Mediums durch einen (axialen) Dichtspalt zwischen dem
Planeten und axial benachbarten Flächen des Planeten. Da der Planet
gegenüber
benachbarten Bauteilen beweglich angeordnet ist, ist der erforderliche
Dichtspalt ohnehin vorhanden, so dass für diese Ausgestaltung keine
oder wenige zusätzliche
Bauteile erforderlich sind.
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Alternativ
oder zusätzlich
erfolgt entsprechend einer Weiterbildung des Zweimassenschwungrades
eine Verdrängung
des viskosen Mediums durch einen Bypass. Dieser kann eine Verbindung
zwischen benachbarten Kammern oder aber zwischen einer Kammer und
einem Umgebungsraum herstellen. Durch die Dimensionierung des Bypasses kann
auf einfache Weise das Dämpfungsverhalten vorgegeben
werden.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Zweimassenschwungrad
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Bypass veränderlich ist. Hierdurch kann
im Betrieb, beispielsweise durch eine Steuereinrichtung oder durch
eine Selbsteinstellung, insbesondere drehzahlabhängig oder fliehkraftabhängig, die Dämpfungswirkung
verändert
werden, wodurch eine verbesserte dynamische Gestaltung ermöglicht ist.
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Vorzugsweise
sind zumindest zwei in Reihe geschaltete Torsionsdämpfer axial
nebeneinanderliegend angeordnet. Hierdurch kann unter Ausnutzung eines
u. U. freien axialen Einbauraumes eine kompakte Anordnung geschaffen
werden. Werden sämtliche
Torsionsdämpfer
axial nebeneinanderliegend angeordnet, so kann radialer Bauraum
eingespart werden. Insbesondere werden die nebeneinanderliegenden
Torsionsdämpfer
radial eng benachbart zu einer Welle oder Nabe der Primärmasse oder
der Sekundärmasse
angeordnet. Dies hat zur Folge, dass auf die Torsionsdämpfer wirkende
Zentrifugalkräfte, welche
beispielsweise durch eine radiale Auslenkung der Federn zur Anlage
derselben oder erhöhten
Anpresskräften
an einer Gegenfläche
führen
und damit u. U. unerwünschte
Reibkräfte
hervorrufen, infolge eines verringerten radialen Abstandes verringert sind.
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Von
Vorteil ist die erfindungsgemäße Gestaltung
darüber
hinaus, wenn ein mit niedriger Eigenkreisfrequenz abgestimmtes Zweimassenschwungrad
gewünscht
ist, welches im Betrieb vorrangig überkritisch betrieben wird.
Dieses kann mittels weicher Torsionsdämpfer erzielt werden. In diesem
Fall sind die auf die Torsionsdämpfer
wirkenden Zentrifugalkräfte
besonders kritisch. Darüber
hinaus erfordert die Vorgabe eines weichen Torsionsdämpfers bei
unveränderten
oder erhöhten
Beaufschlagungsmomenten große
Federwege. Die weichen Torsionsdämpfer
sowie die erforderlichen Wege können
besonders einfach durch den Einsatz mehrerer in Reihe geschalteter
und axial hintereinanderliegender Torsionsdämpfer erfüllt werden.
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Infolge
der kompakten radialen Baugröße können radial
außen- oder innenliegend
zusätzliche Bauteile
angeordnet werden, beispielsweise vom Zweimassenschwungrad unabhängige Bauteile
wie eine elektrische Maschine oder weitere Bauelemente des Zweimassenschwungrades
wie beispielsweise ein weiterer Torsionsdämpfer, Dämpfungs- oder Reibelemente
oder ein drehzahladaptiver Tilger.
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Nach
einer weiteren Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades ist zumindest
ein weiterer Torsionsdämpfer
radial innenliegend und/oder radial außenliegend zu den axial nebeneinanderliegenden
Torsionsdämpfern
angeordnet ist. Die vorgenannten Torsionsdämpfer sind in Reihe geschaltet. Dergestalt
kann auf einfache Weise und unter optimaler Bauraumausnutzung ein
drei- oder mehrstufiger
Torsionsdämpfer
gebildet werden. Ein derartiger dreistufiger Torsionsdämpfer kann
insbesondere besonders weich und mit großen Federwegen ausgeführt sein.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
wirken auf den/die innenliegenden Torsionsdämpfer geringe Zentrifugalkräfte, während auf den/die
radial außenliegenden
Torsionsdämpfer
vergrößerte Zentrifugalkräfte wirken,
welche vorteilhaft genutzt werden können. Bei dreiecksförmiger Anordnung
der Torsionsdämpfers
im Halbschnitt ergibt sich eine verbesserte Bauraumausnutzung, wenn
der innen- bzw. außenliegende
Torsionsdämpfer
in zwischen den axial nebeneinanderliegenden Torsionsdämpfern gebildete
Lücken
eintritt, wodurch sich ein besonders gutes Packaging ergibt. Für im Halbquerschnitt
ungefähr
kreisförmige
Torsionsdämpfer
können
diese entsprechend einer auf zwei aneinandergrenzenden Kugeln liegenden
dritten Kugel angeordnet werden.
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Eine
besonders kompakte Ausgestaltung des Zweimassenschwungrades ist
gegeben, wenn zumindest ein Torsionsdämpfer radial innenliegend von
der Primärmasse,
Sekundärmasse
und/oder Kupplungsscheibe angeordnet ist. Für die Kupplungsscheibe ist
es vorteilhaft, wenn die Reibflächen bei
großen
radialen Durchmessern angeordnet sind, da hierdurch große Kupplungsmomente
erzielt werden können.
Für die
Gestaltung der Primärmasse bzw.
der Sekundärmasse
ist ebenfalls die Anordnung der Masse bei großen Radien zur Erzielung einer großen Massenträgheit von
Vorteil. Demgemäß kann radial
innenliegend von Reibflächen
bzw. der Masse freier Bauraum vorteilhaft für die Anordnung eines Torsionsdämpfers genutzt
werden, wodurch sich ein weiter verbessertes Packaging ergibt.
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Gemäß einer
Weiterbildung des Zweimassenschwungrades sind zumindest zwei Torsionsdämpfer radial
eng benachbart zu einer Welle oder Nabe der Primärmasse oder der Sekundärmasse angeordnet.
Demgemäß wirken
die Torsionsdämpfer mit
geringen Wirkradien, wodurch diese geringe Momente mit einem weichen
Verhalten bewirken. Radial außenliegend
von den Torsionsdämpfern
verfügbarer Bauraum
kann anderweitig genutzt werden.
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Eine
Verwendungsmöglichkeit
für den
verfügbaren
Bauraum ist die Anordnung einer elektrischen Maschine. Bei der elektrischen
Maschine handelt es sich vorzugsweise um einen Starter-Generator oder eine
elektrische Maschine eines Hybridantriebes. Verfügt die elektrische Maschine über einen Rotor
und einen Stator, so sind diese besonders effektiv einsetzbar, wenn
der Wirkradius groß ist,
da mit einer Vergrößerung des
Wirkradius die Ausbeute des von der elektrischen Maschine erzeugten
Drehmomentes verbessert werden kann. Durch die "Ineinanderschachtelung" von elektrischer
Maschine und Torsionsdämpfer
ergibt sich eine besonders gute Bauraumausnutzung.
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Vorzugsweise
ist zumindest ein Torsionsdämpfer
mit mindestens einer Spiralfeder ausgebildet. Hierbei können beispielsweise
Spiralfedern entsprechend den Druckschriften
DE 195 34 897 C1 oder
DE 199 19 449 A1 Einsatz
finden. Von Vorteil ist dieses insbesondere zur Vermeidung von Einflüssen von
auf die Torsionsdämpfer
wirkenden Zentrifugalkräften,
so dass die Spiralfeder bzw. Anwendung findet für radial außenliegende Torsionsdämpfer. Ergänzend kann
die Spiralfeder in einer mit einem viskosen Medium gefüllten Kammer
angeordnet sein und bei einer Verformung das viskose Medium verdrängen, so
dass eine wirksame Bedämpfung
erzielt wird. Ist die Spiralfeder mehrschichtig aufgebaut, kann
alternativ oder zusätzlich
bei geeigneter Wahl/Vorgabe einer Anpresskraft zwischen den Schichten
eine besonders effektive, einer "Reibleiste" entsprechende Dämpfung genutzt
werden. Ein gezielter Einsatz einer Reibungswirkung zwischen der
Spiralfeder und benachbarten Bauteilen ist ebenfalls denkbar.
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Ein
besonders ausgebildetes Zweimassenschwungrad verfügt über zumindest
einen Torsionsdämpfer
mit einem zwischen Eingangsseite des Torsionsdämpfers und der Ausgangsseite
des Torsionsdämpfers
abwälzenden
Wälzkörper mit
veränderlicher
Vorspannung. Die Vorspannung wird jeweils durch einen elastisch
verformten Vorspannungskörper
herbeigeführt
und ist von der Verschiebung des Wälzkörpers abhängig. Zusätzlich kann der Wälzkörper in
einer mit einem viskosen Medium gefüllten Kammer angeordnet sein
zur Erzielung einer (zusätzlichen)
Dämpfungswirkung.
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Für die Erfindung
kommt insbesondere ein Torsionsdämpfer
mit einer oder mehreren in Umfangsrichtung kurz bauenden, verhältnismäßig steifen
Feder, welche keine nennenswerte Biegung erfahren, und/oder mit
einer in Umfangsrichtung lang bauenden, verhältnismäßig weichen Feder zum Einsatz,
wobei beide Federn als Segmentfedern oder Umfangsfedern bezeichnet
sind oder aber entsprechend der Reihenfolge der vorgenannten Beschreibung
als Segmentfeder und als Umfangsfeder bezeichnet werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung weist die Umfangsfeder eine radial außenliegende
Anlagefläche
auf, im Bereich welcher eine konstante oder fliehkraftabhängige Reibungsdämpfung erzielt
werden kann oder welche reibungsarm ausgebildet ist zur Vermeidung
eines Haftens der Umfangsfeder an der Umgebung und eines hierdurch
entstehenden Spieles zwischen Eingangs – und Ausgangsseite des Torsionsdämpfers.
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Für eine erfindungsgemäße Weiterbildung ist
die Anlagefläche
mit mindestens einem Gleitschuh gebildet, welcher ein- oder mehrstückig mit
einer Feder ausgebildet ist. Hierdurch kann eine gezielte Reibungsbeeinflussung
erfolgen. Für
Anlageflächen
oder Kopplungselemente der Federn mit den umgebenden Bauteilen ist
ein Einsatz der in den Druckschriften
DE 42 25 605 A1 ,
DE 41 28 868 A1 ,
DE 102 09 838 A1 ,
DE 100 59 709 A1 ,
DE 102 09 409 beschriebenen
Lösungen
denkbar.
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Vorzugsweise
ist zwischen relativbewegten Teilen eines Torsionsdämpfers ein
Reibkontakt vorgesehen. Der Reibkontakt kann hierbei in Reihenschaltung
und/oder Parallelschaltung zur Feder des Torsionsdämpfers geschaltet
sein. Auf diese Weise kann das Dämpfungsverhalten
des Torsionsdämpfers
verbessert oder eine Resonanzneigung des Zweimassenschwungrades
wirksam verringert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es ebenfalls denkbar,
dass ein Reibkontakt zwischen relativbewegten Teilen mehrerer Torsionsdämpfer, zwischen
Primärmasse
und Sekundärmasse
und/oder zwischen Primärmasse
oder Sekundärmasse
und einem relativ hierzu bewegten Teil eines Torsionsdämpfers vorgesehen
ist, was mit einer Verbesserung des Dämpfungsverhaltens einhergeht.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßes Zweimassenschwungrad
besitzt zumindest einen Torsionsdämpfer, einen Reibungsdämpfer und/oder
einen viskosen Dämpfer
mit Umfangsspiel. Ein derartiges Spiel stellt eine Nichtlinearität dar, welche
eine Veränderung
des dynamischen Verhaltens hervorruft. Durch eine geeignete Dimensionierung
des Spieles können
die nichtlinearen Phänomene
gezielt genutzt werden. Als einfaches Beispiel ist es hierbei denkbar, das
ein Torsionsdämpfer,
ein Reibungsdämpfer
oder ein viskoser Dämpfer
nur für
große
Amplituden wie beispielsweise in einer Resonanz und für eine Überwindung
des Spieles zum Einsatz kommt.
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Entsprechend
einem weiteren Vorschlag der Erfindung wirkt in Parallelschaltung
zu der Primärmasse,
der Sekundärmasse
und/oder einer Eingangs- oder Ausgangsseite eines Torsionsdämpfers ein
schwingungsfähiges
System. Demgemäß beinhaltet
das Zweimassenschwungrades einen Tilger, welcher bei geeigneter
Auslegung eine teilweise oder vollständige Tilgung einer (Resonanz)
Frequenz zur Folge hat. Hierbei kann das schwingungsfähige System
mit einem translatorischen oder einem rotatorischen Schwinger ausgebildet
sein.
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Entsprechend
einer weiteren Überlegung
der Erfindung ist das schwingungsfähige System als drehzahladaptiver
Tilger ausgebildet. Infolge der Drehzahladaptivität kann eine
verbesserte Anpassung an das Betriebsverhalten eines Antriebsstranges
erfolgen, was mit einem weiter verbesserten dynamischen Verhalten
und einem erhöhten
Fahrkomfort einhergeht.
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Ein
besonderer Vorschlag der Erfindung betrifft eine Gruppe von Antriebssträngen für ein Kraftfahrzeug,
welche eine Brennkraftmaschine aufweisen. Die Gruppe beinhaltet
eine erste Teilgruppe von Antriebssträngen, welche eines der vorstehend
angeführten
Zweimassenschwungräder
besitzen. Des weiteren beinhaltet die Gruppe eine zweite Teilgruppe
von Antriebssträngen,
welche über
eine elektrische Maschine verfügen,
die zumindest eine Teilleistung der Brennkraftmaschine aufnimmt
und/oder die Leistung der Brennkraftmaschine unterstützt und/oder
in Teilbetriebsbereichen ersetzt. Bei der elektrischen Maschine
handelt es sich vorzugsweise um einen Starter-Generator oder eine
elektrische Maschine für
einen Hybridantrieb. Diese Ausgestaltung der Erfindung trägt der Erkenntnis
Rechnung, dass für
die Erstellung von Varianten der Antriebsstränge mit mehreren Gleichteilen
für Antriebsstränge, welche
die elektrische Maschine nicht aufweisen, axialer Bauraum frei ist,
welcher vorteilhaft durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Zweimassenschwungrades
genutzt werden kann.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den
Zeichnungen. Eine Kombination einzelner Merkmale einzelner Ausführungsbeispiel
ist hierbei möglich,
ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt:
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1 ein mechanisches Ersatzmodell
eines Teilbereiches eines Antriebsstranges,
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2 ein weiteres mechanisches
Ersatzmodell eines Teilbereiches eines Antriebsstranges,
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3 ein Zweimassenschwungrad
mit zwei axial hintereinanderliegenden, in Reihe geschalteten Torsionsdämpfern im
Halblängsschnitt,
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4 ein weiteres Zweimassenschwungrad mit
zwei axial hintereinanderliegenden Torsionsdämpfern und einem radial außenliegend
von diesen angeordneten Torsionsdämpfer, welche in Reihe zueinander
geschaltet sind, im Halblängsschnitt,
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5 ein weiteres Zweimassenschwungrad mit
zwei axial hintereinanderliegenden Torsionsdämpfern und einem radial außenliegend
von diesen angeordneten Torsionsdämpfer, welche in Reihe zueinander
geschaltet sind, im Halblängsschnitt,
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6 ein weiteres Zweimassenschwungrad mit
drei in Reihe geschalteten Torsionsdämpfern unter Zwischenschaltung
eines Planetensatzes im Halblängsschnitt,
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7 eine vereinfachte Darstellung
eines in einem Zweimassenschwungrad einsetzbaren Planetensatzes
mit in einer Kammer angeordneten Planeten im Querschnitt,
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8 eine vereinfachte Darstellung
eines Torsionsdämpfers
im Querschnitt,
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9 eine Dämpfungseinrichtung zur Gewährleistung
einer drehzahlabhängigen
(Reibungs-)Dämpfung
und
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10 eine weitere Dämpfungseinrichtung zur
Gewährleistung
einer drehzahlabhängigen
(Reibungs-)Dämpfung.
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Die
Erfindung findet Einsatz in Antriebssträngen von Kraftfahrzeugen, insbesondere
mit leistungsstarkem Antriebsaggregat und/oder hoher Drehzahl- oder
Momentenungleichförmigkeit
des Antriebsaggregates, beispielsweise mit einem Dieselmotor.
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Ein
Zweimassenschwungrad 10 ist in den Kraftfluss zwischen
Antriebsaggregat 11 und nicht dargestellte Fahrzeugräder zwischengeschaltet.
Gemäß 1 ist das Zweimassenschwungrad 10 zwischen
Antriebsaggregat 11 und ein Anfahrelement 12,
insbesondere eine Kupplung, zwischengeschaltet. Das Zweimassenschwungrades 10 kann
als separates Bauteil oder aber als integraler Bestandteil des Anfahrelementes 12 ausgebildet
sein. Der Kraftfluss erfolgt vom Antriebsaggregat 11 über das
Zweimassenschwungrad 10 und das Anfahrelement 12 in der
vorgenannten Reihenfolge zu einem Getriebe 13, von welchem
das Antriebsmoment in bekannter, nicht dargestellte Weise auf Fahrzeugräder übergeben
wird. Das Zweimassenschwungrades 10 verfügt gemäß 1 über eine antriebsseitige Primärmasse 14 sowie
eine abtriebsseitige Sekundärmasse 15, zwischen
welche ein Torsionsdämpfer 16 zwischengeschaltet
ist.
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Unter
einem Torsionsdämpfer
wird hier eine Einrichtung verstanden, welche über einen potenziellen Energiespeicher
verfügt,
insbesondere eine Druck-, Zug-, oder Torsionsfeder oder eine Segmentfeder,
eine Spiralfeder o.ä.
Dabei kann/können
für einen
Torsionsdämpfer
einer der vorgenannten Energiespeicher, unterschiedliche oder mehrere
gleiche Energiespeicher zum Einsatz kommen. Zusätzlich kann ein Torsionsdämpfer über mindestens
eine Dämpfungseinrichtung
verfügen,
welche zwischen der Ein- und Ausgangsseite des Torsionsdämpfers oder
Teilen eines Torsionsdämpfers
sowie Teilen eines benachbarten Torsionsdämpfers oder Bauteiles wirken.
Bei der Dämpfungseinrichtung
handelt es sich vorzugsweise um einen viskosen Dämpfer und/oder einen Reibungsdämpfer. Alternativ
oder zusätzlich
zur Dämpfungseinrichtung
kann eine Rutschkupplung bzw. eine Überlastkupplung in dem Torsionsdämpfer vorgesehen
sein. Der Energiespeicher, die Rutschkupplung und/oder die Dämpfungseinrichtung
können
hierbei Nichtlinearitäten
beinhalten, beispielsweise spielbehaftet arbeiten und/oder eines
Hysterese aufweisen.
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Gemäß 2 ist der Torsionsdämpfer 16 als zweistufiger
Torsionsdämpfer
mit einem Torsionsdämpfer 17 und
einen Torsionsdämpfer 18 ausgebildet,
zwischen welche ein Zwischenkörper 19 zwischengeschaltet
ist. Der Torsionsdämpfer 17 stützt sich
an einem Federfußpunkt
an der Primärmasse 14 ab
und an dem anderen Federfußpunkt
an dem Zwischenkörper 19.
Der Torsionsdämpfer 18 stützt sich an
einem Federfußpunkt
an dem Zwischenkörper 19 und
an dem anderen Federfußpunkt
an der Sekundärmasse 15 ab.
Der Zwischenkörper 19 verfügt über eine
vernachlässigbare
Masse, so dass das dynamischen Verhalten des Zweimassenschwungrades 10 durch
diesen nur unwesentlich beeinflusst ist, oder über eine wirksame Masse, welche
dem Zweimassenschwungrad 10 einen weiteren Freiheitsgrad
hinzufügt und
somit das dynamische Verhalten des Zweimassenschwungrades 10 gezielt
beeinflusst.
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Gemäß 3 weist die Primärmasse 14a eine
Nabe 21 sowie eine mit dieser verbundene radial orientierte
Scheibe 22 auf. Die Nabe 21 und die Scheibe 22 rotieren
um eine Rotations- oder Mittelachse 23-23.
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Im
folgenden wird unter "radial" eine Ausrichtung
radial zur Rotationsachse 23-23 und unter "axial" eine Ausrichtung
in Richtung der Rotationsachse 23-23. Unter "vorgeschaltet" wird eine im Kraftfluss
in Richtung Antriebsaggregat 11 liegende Anordnung eines
Bauteiles bezeichnet, während
mit "nachgeschaltet" eine im Kraftfluss
in Richtung Getriebe 13 liegende Anordnung eines Bauteiles
verstanden wird.
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Die
Scheibe 22 trägt
ein Eingangsteil 24 des Torsionsdämpfers 17a. Das Eingangsteil 24 verfügt im Halbquerschnitt über eine
U-förmige
Federaufnahme 25, wobei das U radial nach innen geöffnet ist. An
der Federaufnahme 25 stützt
sich eine in Umfangsrichtung wirkende Feder 26 mit dem
eingangsseitigen Federfußpunkt
ab. Mit der Feder 26 ist der Torsionsdämpfer 17a gebildet.
Der ausgangsseitige Federfußpunkt
der Feder 26 stützt
sich an einem radial orientierten Steg 27 (bei einem veränderten
Umfangswinkel, also außerhalb
der Zeichenebene) ab. Der Steg 27 ist radial innenliegend über eine
Buchse 28, welche verdrehbar auf der äußeren Mantelfläche der
Nabe 21 gelagert ist, mit einem radial von der Nabe 21 nach
außen
weisenden Steg 29 verbunden. Mit den Stegen 27, 29 sowie
der Buchse 28 ist der Zwischenkörper 19a gebildet.
An dem Steg 29 stützt sich
der eingangsseitige Federfußpunkt
einer Feder 30, mit welcher der Torsionsdämpfer 18a gebildet
ist, ab. Der ausgangsseitige Federfußpunkt der Feder 30 ist
an einer entsprechend der Federaufnahme 25 ausgebildeten
und orientierten Federaufnahme 31 abgestützt. Die
Federaufnahme 31 ist drehfest mit der Sekundärmasse 15a verbunden.
Die Sekundärmasse 15a verfügt über eine
axial orientierte zentrische Ausnehmung 32, innerhalb welcher
der Torsionsdämpfer 18a zumindest
teilweise angeordnet ist. Bei der Sekundärmasse 15a kann es
sich um eine Reibscheibe einer Reibungskupplung/des Anfahrelementes 12 handeln.
Die Sekundärmasse 15a stützt sich
radial innenliegend auf der Nabe 21 ab und ist gegenüber dieser
drehbar gelagert. Die Torsionsdämpfer 17a, 18a sind
in dem dargestellten Halbschnitt derart axial versetzt angeordnet,
dass sich in axialer Richtung keine Überlappung, eine geringe Überlappung
bzw. ein Überlappung
ergibt, welche kleiner ist als die halbe axiale Baulänge des
oder eines Torsionsdämpfers 17a, 18a.
Gemäß 3 ist ein Torsionsdämpfer, hier
der Torsionsdämpfer 17a,
ungefähr
um die halbe radiale Abmessung eines Torsionsdämpfers radial weiter nach außen angeordnet als
der andere Torsionsdämpfer,
hier Torsionsdämpfer 18a.
Alternativ ist es ebenfalls möglich,
dass die Torsionsdämpfer 17, 18 ungefähr mit gleichem
radialem Abstand von der Rotationsachse 23-23 angeordnet
sind.
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Gemäß 4 ist mit der Scheibe 22 radial außenliegend
eine hohlzylinderförmige
Trommel 41 verbunden, welche sich von der Scheibe 22 in
Richtung der Sekundärmasse 15 erstreckt.
Radial nach innen erstreckt sich von der Trommel 41 ein
Steg 42. An dem Steg 42 stützt sich eine in Umfangsrichtung wirkende
Feder 43 mit dem eingangsseitigen Federfußpunkt ab.
Mit der Feder 43 ist der Torsionsdämpfer 17b gebildet.
Der ausgangsseitige Federfußpunkt der
Feder 43 stützt
sich an einer im Halbquerschnitt U-förmigen Federaufnahme 44 (bei
einem veränderten
Umfangswinkel, also außerhalb
der Zeichenebene) ab. Die Federaufnahme 44 ist wiederum
drehfest über
den Zwischenkörper 19b mit
einer U-förmigen Federaufnahme 45 des
Torsionsdämpfers 18b verbunden.
Der Zwischenkörper
ist drehbar gegenüber der
Trommel 41 und/oder einer Buchse 48 abgestützt und
gelagert. An der Federaufnahme 45 stützt sich eine in Umfangsrichtung
wirkende Feder 46 mit dem eingangsseitigen Federfußpunkt ab.
Mit der Feder 46 ist der Torsionsdämpfer 18b gebildet.
Der ausgangsseitige Federfußpunkt
der Feder 46 stützt
sich an einem radial orientierten Steg 47 (bei einem veränderten
Umfangswinkel, also außerhalb
der Zeichenebene) ab. Der Steg 47 ist radial innenliegend über eine Buchse 48,
welche verdrehbar auf der äußeren Mantelfläche der
Nabe 21 gelagert ist, mit einem radial von der Nabe 21 nach
außen
weisenden Steg 49 verbunden. Mit den Stegen 47, 49 sowie
der Buchse 48 ist ein zweiter Zwischenkörper 50 gebildet.
An dem Steg 49 stützt
sich der eingangsseitige Federfußpunkt einer Feder 51,
mit welcher ein weiterer Torsionsdämpfer 52 gebildet
ist, ab. Der ausgangsseitige Federfußpunkt der Feder 51 ist
an einer entsprechend der Federaufnahme 25 ausgebildeten
und orientierten Federaufnahme 53 abgestützt. Die
Federaufnahme 53 ist drehfest mit der Sekundärmasse 15b verbunden.
Die Sekundärmasse 15b verfügt über eine
axial orientierte zentrische Ausnehmung 54, innerhalb welcher
der Torsionsdämpfer 52b zumindest
teilweise angeordnet ist.
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Die
Primärmasse 14b,
der Torsionsdämpfer 17b,
der Zwischenkörper 19b,
der Torsionsdämpfer 18b,
der Zwischenkörper 50,
der Torsionsdämpfer 52 und
die Sekundärmasse 15b sind
in der vorgenannten Reihenfolge in Reihenschaltung miteinander verbunden.
Die Torsionsdämpfer 18b und 52 sind
axial unmittelbar benachbart zueinander und radial ungefähr gleich
beabstandet zur Rotationsachse 23-23 angeordnet. Der Torsionsdämpfer 17b ist
axial ungefähr
mittig zwischen den Torsionsdämpfern 18b, 52 und
radial außenliegend
von diesen angeordnet und grenzt radial an diese möglichst
dicht an. Die geometrischen Mittelpunkte der Torsionsdämpfer 17b, 18b und 52 bilden
im Halbschnitt gemäß 4 ungefähr ein gleichseitiges oder
gleichschenkliges Dreieck.
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Gemäß 5 erfolgt (bei ansonsten
der 4 entsprechender
Gestaltung) die Verbindung der Trommel 41 mit dem Torsionsdämpfer 17c über zwei
den Torsionsdämpfer 17c beidseitig
umgebende Federaufnahmen 55, welche formschlüssige Aufnahme
in der Trommel 41 finden. Der Zwischenkörper 19c ist in diesem
Fall mit einem radial orientierten Steg 56 ausgeführt, welcher
mit der Ausgangsseite des Torsionsdämpfers 17c verbunden
ist. Radial innenliegend besitzt der Zwischenkörper eine hohlzylinderförmige Nabe 57,
welche auf der Mantelfläche des
Zwischenkörpers 50c abgestützt und
gelagert ist.
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Gemäß 6 erstreckt sich radial
nach innen von der Trommel 41 ein Steg 60. An
dem Steg 60 stützt
sich eine in Umfangsrichtung wirkende Feder 61 mit dem
eingangsseitigen Federfußpunkt
ab. Mit der Feder 61 ist der Torsionsdämpfer 17d gebildet. Der
ausgangsseitige Federfußpunkt
der Feder 61 stützt
sich an einer im Halbquerschnitt U-förmigen Federaufnahme 62 (bei
einem veränderten
Umfangswinkel, also außerhalb
der Zeichenebene) ab.
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Die
Federaufnahme 62 ist drehfest mit mindestens einem Steg 63 verbunden.
Der Steg 63 erstreckt sich zwischen Scheibe 22 und
Federaufnahme 62 und ist parallel zur Rotationsachse 23-23 orientiert.
Gegenüber
dem Steg 63 ist drehbar ein Planet 64 gelagert.
Der Planet 64 kämmt
radial außenliegend
mit einem Hohlrad 65, welches antriebsfest oder einstückig mit
der Trommel 41 verbunden ist. Radial innenliegend kämmt der
Planet 64 mit einem Sonnenrad 66. Mit Sonnenrad 66,
mindestens einem Steg 63 mit Planet 64 und Hohlrad 65 ist
ein Planetensatz 67 gebildet.
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Das
Sonnenrad 66 verfügt über eine
zentrische Ausnehmung oder Innenbohrung 68. Im Bereich
der Innenbohrung 68 ist radial innenliegend vom Sonnenrad 66 der
Torsionsdämpfer 18d angeordnet.
Gegenüber
dem Sonnenrad 66 ist eine U-förmige, sich nach innen erstreckende
Federaufnahme 69 des Torsionsdämpfers 18d abgestützt. An
der Federaufnahme 69 stützt
sich eine in Umfangsrichtung wirkende Feder 70 mit dem
eingangsseitigen Federfußpunkt
ab. Mit der Feder 70 ist der Torsionsdämpfer 18d gebildet.
Der ausgangsseitige Federfußpunkt der
Feder 70 stützt
sich an einem radial orientierten Steg 71 (bei einem veränderten
Umfangswinkel, also außerhalb
der Zeichenebene) ab. Der Steg 71 ist radial innenliegend über eine
Buchse 72, welche verdrehbar auf der äußeren Mantelfläche der
Nabe 21 gelagert ist, mit einem radial von der Nabe 21 nach außen weisenden
Steg 73 verbunden. Mit den Stegen 71, 73 sowie
der Buchse 72 ist ein zweiter Zwischenkörper 74 gebildet.
An dem Steg 73 stützt
sich der eingangsseitige Federfußpunkt einer Feder 75, mit
welcher ein weiterer Torsionsdämpfer 52d gebildet
ist, ab. Der ausgangsseitige Federfußpunkt der Feder 75 ist
an einer entsprechend der Federaufnahme 25 ausgebildeten
und orientierten Federaufnahme 76 abgestützt. Die
Federaufnahme 76 ist drehfest mit der Sekundärmasse 15d verbunden.
Die Sekundärmasse 15d verfügt über eine
axial orientierte zentrische Ausnehmung 77, innerhalb welcher
der Torsionsdämpfer 52d zumindest
teilweise angeordnet ist. Die Primärmasse 14d verfügt über eine
axial orientierte Ausnehmung 78, innerhalb welcher der
Torsionsdämpfer 18d,
die Federaufnahme 69 und/oder das Sonnenrad 66 zumindest
teilweise angeordnet sind.
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Im
vorliegenden Fall ist der Planetensatz 67 eingangsseitig
im Bereich des Hohlrades 65 mit der Primärmasse 14d gekoppelt
sowie im Bereich des Steges 63 mit der Ausgangsseite des
Torsionsdämpfers 17d gekoppelt,
während
der Ausgang des Planetensatzes 67 von dem Sonnenrad 66 gebildet
ist, welches mit der Eingangsseite des Torsionsdämpfers 18d gekoppelt
ist. Abweichend ist eine (teilweise) Kopplung des Planetensatzes 67 mit
den anderen Torsionsdämpfern
(eingangs- und/oder ausgangsseitig) und/oder der Sekundärmasse bei
Verwendung derselben oder abweichender Getriebeglieder als Eingangs-
und Ausgangsgetriebeglied möglich.
Beispielsweise kann auch lediglich ein Getriebeglied des Planetensatzes 67 als
Eingangsgetriebeglied verwendet werden, während zwei Getriebeglieder
als Ausgangsgetriebeglieder Einsatz finden, insbesondere mit der
Eingangsseite und der Ausgangsseite eines dem Planetensatz nachgeschalteten
Torsionsdämpfers
verbunden sind.
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Die
geometrischen Mittelpunkte von Torsionsdämpfer 17d, Planetensatz 67,
Planetensatz 18d und Planetensatz 52d sind ungefähr trapezförmig oder
rechteckförmig
verteilt. Planetensatz 67 und Torsionsdämpfer 18d liegen ungefähr in einer
radialen Ebene. Die Torsionsdämpfer 17d und 52d liegen ebenfalls
ungefähr
in einer radialen Ebene.
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Primärmasse 14d und
Sekundärmasse 15d bilden
einen ungefähr
kreisringförmigen,
konzentrisch zur Rotationsachse 23-23 angeordneten Innenraum 78 mit
einer Lagerstelle 79 sowie einem Kontaktspalt 80.
Der Kontaktspalt 80 kann als (weitere) Lagerstelle zwischen
Primärmasse 14d und
Sekundärmasse 15d verwendet
werden und/oder mit einem geeigneten Dichtelement abgedichtet sein.
Die Lagerstelle 80 kann ebenfalls abdichtend ausgebildet werden.
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Gemäß 6 bildet das Zweimassenschwungrad
im Bereich des Planetensatzes 67 mindestens eine in Umfangsrichtung
orientierte kreisringsegmentförmige
Kammer 83 aus. Die Kammer 83 ist radial außenliegend
begrenzt durch das Hohlrad 65 sowie radial innenliegend
durch das Sonnenrad 66 sowie in Umfangsrichtung durch einen
Planeten 64 sowie in entgegengesetzter Richtung durch eine
Kammerwand 84. Die Kammerwand wird nicht mit der Bewegung
des Planeten mitbewegt und ist vorzugsweise gegenüber dem
Sonnenrad 66, dem Hohlrad 65 oder einem dritten Bauteil
abgestützt. Nach
Maßgabe
einer Bewegung des Planeten 64 verändert sich das Volumen in der
Kammer 83. Zur Erhöhung
der Dämpfungswirkung
ist in der Kammer 83 vorzugsweise ein viskoses Medium angeordnet. Mit
der Volumenänderung
der Kammer 83 nach Maßgabe
der Bewegung des Planeten 64 muss das viskose Medium verdrängt werden.
Dieses erfolgt beispielsweise durch einen Durchgang 85 zwischen Kammerwand 84 und/oder
mindestens einen axialen Dichtspalt 86 zwischen Planet 64 und
einem benachbarten Bauteil. Alternativ oder zusätzlich kann ein (veränderlicher)
Bypass vorgesehen sein, welcher eine Verdrängung des viskosen Mediums
ermöglicht.
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8 zeigt eine alternative
Ausgestaltung einer Feder 90, wie Sie in einem Torsionsdämpfer Einsatz
finden kann. Die Eingangsseite [Ausgangsseite] der Feder 90 ist
mit einem elastischen Körper mit
kreisförmiger
Außenkontur
gebildet. Im vorliegenden Fall ist der elastische Körper mit
einem geschlitzten Kreisprofil 90 gebildet. Ein Wälzkörper 91 mit kreisförmiger oder
elliptischer oder beliebiger Kontur, insbesondere eine Kugel, wälzt nach
Maßgabe
der Verschiebung der Feder 90 auf der Mantelfläche des Kreisprofils
ab. Radial außenliegend
wälzt der
Wälzkörper 91 an
einer gekrümmten
Gegenfläche 92 ab, welche
nach Maßgabe
der Verschiebung eine veränderliche
Anpresskraft des Wälzkörpers an
den Gegenflächen 92 erzeugt.
Vorzugsweise ist die Gegenfläche 92 in
Schubrichtung des Kraftfahrzeuges anders gekrümmt als in Zugrichtung. Abweichend
oder ergänzend
von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann die Elastizität
in dem Wälzkörper 91 und/oder
der Gegenfläche
oder aber deren Abstützung
vorgegeben sein. Abweichend zum dargestellten Wälzkontakt kann auch ein Übertragung über eine
geeignete Verzahnung erfolgen.
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9 zeigt ein drehzahlabhängige Dämpfungseinrichtung,
welche für
die vorstehend angegebenen Ausführungsformen
ergänzend
Einsatz finden kann. Ein erstes Bauteil 100 des Zweimassenschwungrades 10 verfügt über eine
Reibfläche 101, gegen
welche ein Reibkörper 102 eines
zweiten Bauteiles 103 preßbar ist zur Erzeugung eines
Reibmomentes. Zur Erzeugung einer veränderlichen Normalkraft ist
ein Kipphebel 104 vorgesehen, welcher in einer Grundstellung,
bspw. federbelastet, eine Normalkraft erzeugt. Der Kipphebel 104 ist
verschwenkbar gelagert und/oder elastisch verformbar derart ausgebildet,
dass mit einer Verschwenkung oder Verformung in Richtung 105 die
Normalkraft vermindert wird. Hierbei erfolgt die Verschwenkung oder
Verformung drehzahlabhängig
nach Maßgabe
einer auf eine Masse 106 des Kipphebels 104 wirkenden
Zentrifugalkraft. Vorzugsweise ist zwischen Kipphebel 104,
Reibfläche 101 und
Reibkörper 102 eine
Tellerfeder 106 zwischengeschaltet. Für große Verschwenkungen kommt der
Schenkhebel zur Anlage an einer Gegenfläche 107. Bei den Bauteilen 100, 103 handelt
es sich um beliebige relativ zueinander bewegte Bauteile des Zweimassenschwungrades 10,
insbesondere die Primärmasse 14,
die Sekundärmasse 15 und/oder
eine Eingangs- oder Ausgangsseite eines Torsionsdämpfers 17, 18, 52.
Durch die vorgeschlagene Gestaltung ist es insbesondere ermöglicht,
dass die Dämpfung
der dargestellten Dämpfungseinrichtung
lediglich bis zu einer Grenzdrehzahl, insbesondere oberhalb einer
ersten Resonanzfrequenz, wirksam ist.
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10 zeigt eine alternative
Dämpfungseinrichtung.
Gemäß dieser
Ausgestaltungsform verfügt das
erste Bauteil 100a über
eine kreisförmige
Außenkontur,
auf welcher ein geeigneter Reibbelag 110 angeordnet ist.
Das zweites Bauteil 103a verfügt über ein oder zwei elastische
Tragarme 111, 112, an deren einer Lagerstelle
113 gegenüberliegendem
Ende eine Masse 114, 115 angeordnet ist. Für kleine
Drehzahlen des zweiten Bauteiles 103a liegen die Massen 114 und 115 unter
Vorspannung im Bereich des Reibbeläge 110 am ersten Bauteil 100a an.
Mit zunehmender Drehzahl des zweiten Bauteiles 103a nimmt die
Normalkraft im Reibkontakt ab, so dass die Dämpfungswirkung nachlässt. Oberhalb
einer kritischen Drehzahl lösen
sich die Massen 114, 115 von dem ersten Bauteil 100a ab:
Ist ein weiterer äußerer Reibbelag 116 vorgesehen,
so kann oberhalb einer zweiten Grenzdrehzahl die Dämpfungswirkung
wieder einsetzen.
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Wird
anstelle der dargestellten Kreiskontur eine beliebige Kontur gewählt, so
ist eine Dämpfung herbeiführbar, welche
von dem relativen Drehwinkel zwischen erstem Bauteil 100a und
zweitem Bauteil 103a abhängt.