CN103765038A - 用于双质量飞轮的弓形弹簧系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于双质量飞轮的弓形弹簧系统，所述双质量飞轮用于扭转振动减振，设置有：一用于扭转振动减振的起始弓形弹簧（22）；一与所述起始弓形弹簧并联的、用于扭转振动减振的第一附加弓形弹簧（24）；一与所述起始弓形弹簧（22）并联的、用于扭转振动减振的第二附加弓形弹簧（26），其中，所述第二附加弓形弹簧（26）与所述第一附加弓形弹簧串联，其中，所述起始弓形弹簧具有弹簧刚度Ds，该弹簧刚度小于所述第一附加弓形弹簧的弹簧刚度D1并且小于所述第二附加弓形弹簧的弹簧刚度D2，其中，在所述弓形弹簧系统被压缩经过总弹簧位移Sges时，所述第二附加弓形弹簧在所述第一附加弓形弹簧之前并且在所述起始弓形弹簧之前压实。

Description

用于双质量飞轮的弓形弹簧系统
技术领域
本发明涉及一种用于双质量飞轮的弓形弹簧系统，借助于该弓形弹簧系统能够减振扭转振动，例如机动车发动机曲轴的扭转振动。
背景技术
尤其在借助于涡轮增压器增压的机动车发动机的情况下在例如1000U/min至1500U/min的低转速范围内已经能够产生高转矩，该转矩导致转矩从怠速转速起的强烈提高。这导致：对用于减振由机动车发动机的发动机燃烧而产生的扭转振动的、与机动车发动机的驱动轴连接的双质量飞轮提出提高的要求，伴随这些提高的要求，双质量飞轮的弓形弹簧系统也能够在高转矩的情况下，在足够大的转动角度范围上减振扭转振动。
在图1中示出的弓形弹簧系统10具有外弹簧12和两个相同的内弹簧14，所述内弹簧能够同时被压缩，以便平衡扭转振动。但是，该弓形弹簧系统10导致在图5中示出的非常刚性的第一弹簧特征曲线16，该弹簧特征曲线使机动车发动机的发动机启动变得困难。在图2中示出的弓形弹簧系统中，在相同设计的内弹簧14之间设置有自由角度（Freiwinkel）18，从而使得对于所属的、在图5中示出的第二弹簧特征曲线20获得两级式走向，因为在非常刚性的内弹簧14起作用之前，首先仅仅相对柔性设计的外弹簧12起作用。在结果上，第二弹簧特征曲线20也是非常刚性的并且使机动车发动机的发动机启动变得困难。此外，通过所述弓形弹簧系统仅能不充分地为了后置的、用于扭转振动减振的离心力摆预过滤出现的扭转振动。在图3中示出的弓形弹簧系统的情况下，与在图2中示出的弓形弹簧系统相比设计有具有不同刚度的内弹簧14，从而使得获得在图5中示出的第三弹簧特征曲线22。所述第三弹簧特征曲线22具有三级式走向，这是因为首先仅仅外弹簧12起作用，然后外弹簧12和两个内弹簧起作用并且在结束时仅仅外弹簧和所述内弹簧14之一起作用，这是因为在第三弹簧特征曲线的末端，较柔性的内弹簧14变成块、也就是能够被压实并且不能够进一步被压缩。由于制造公差和装入公差，非常困难地能实现第三弹簧特征曲线21的三级式走向，从而使得甚至能够存在非故意地取消最后的级并且没有实现预期的减振行为。与之相反，公差要求的提高会被明显地提高。
存在如下持续的要求：成本低廉地减振机动车发动机的、尤其借助于涡轮增压器增压的机动车发动机的扭转振动，而在此不使机动车发动机的启动变得困难。
发明内容
本发明的任务在于给出这样的措施，这些措施能够实现成本低廉地减振机动车发动机的扭转振动、尤其借助于涡轮增压器增压的机动车发动机的扭转振动并且能够实现简单地启动机动车发动机。
根据本发明，本任务的解决通过具有权利要求1的特征的弓形弹簧系统来进行。本发明的优选设计方案在从属权利要求中给出。
根据本发明，用于尤其机动车发动机的驱动轴的扭转振动减振的双质量飞轮的一弓形弹簧系统设置有：一用于所述扭转振动减振的起始弓形弹簧；一与所述起始弓形弹簧并联的、用于所述扭转振动减振的第一附加弓形弹簧；一与所述起始弓形弹簧并联的、用于所述扭转振动减振的第二附加弓形弹簧，其中，所述第二附加弓形弹簧相对所述第一附加弓形弹簧串联，其中，所述起始弓形弹簧根据本发明具有弹簧刚度Ds，该弹簧刚度小于所述第一附加弓形弹簧的弹簧刚度D1并且小于所述第二附加弓形弹簧的弹簧刚度D2，其中，在所述弓形弹簧系统经过总弹簧位移Sges被压缩时，所述第二附加弓形弹簧在所述第一附加弓形弹簧之前并且在所述起始弓形弹簧之前压实。
因为第二附加弓形弹簧在到达所述弓形弹簧系统的总弹簧位移的终点之前能够被压实并且在压实状态下不能够进一步被压缩，其中，所述弹簧位移相应于所属的双质量飞轮的总扭转角度范围，所以所述弓形弹簧系统能够在第二附加弓形弹簧压实的情况下为所述弓形弹簧系统提供明显提高的弹簧刚度，从而使得弓形弹簧系统在高转矩情况下也能够施加减振功能。同时，通过起始弓形弹簧与串联的附加弓形弹簧的并联能够在所述弹簧位移开始时为所述弓形弹簧系统提供特别低的弹簧刚度，这是因为不仅起始弓形弹簧，第一附加弓形弹簧和第二附加弓形弹簧能够被压缩。这使启动机动车发动机变得简单，因为弓形弹簧系统在启动机动车发动机时仅仅提供了小的阻力矩。所述第二附加弓形弹簧从一扫过的弹簧位移起压实，弓形弹簧系统的该扫过的弹簧位移能够通过附加弓形弹簧的弹簧刚度和弹簧长度在没有大的公差要求的情况下与不同的驱动系相适配。在此情况下，尤其在待设置的需要的公差范围内基本上避免了第一附加弹簧和第二附加弹簧之间的自由角度或死区。这使得能够成本低廉地减振机动车发动机、尤其借助于涡轮增压器增压的机动车发动机的扭转振动并且同时简单地启动机动车发动机。
因为起始弓形弹簧具有分别与第一附加弓形弹簧和第二附加弓形弹簧相比较小的弹簧刚度，所以能够借助于所述起始弓形弹簧实现特别长的弹簧位移进而实现所属的双质量飞轮的特别大的扭转角度。由此，能够在特别大的频率区域上减振并且滤除扭转振动。起始弓形弹簧尤其从所述扫过的弹簧位移的开始就起作用。附加弓形弹簧优选同样基本上从所述扫过的弹簧位移的开始就起作用，其中，附加弓形弹簧能够由公差引起地在需要的情况下比起始弓形弹簧略晚一点起作用。由此，不会明显损害弓形弹簧系统的如下功能性，即，能够实现机动车发动机的容易的启动和在大转矩的情况下也可提供减振作用。起始弓形弹簧、第一附加弓形弹簧和/或第二附加弓形弹簧尤其沿着一个部分圆弓形地实施，从而使得起始弓形弹簧、第一附加弓形弹簧和/或第二附加弓形弹簧能够特别简单地插入到双质量飞轮的在周向方向上延伸的凹槽中，以使双质量飞轮的在弓形弹簧系统上发生作用的初级盘通过所述弓形弹簧系统与双质量飞轮的在所述弓形弹簧系统上发生作用的次级盘耦接。通过弓形弹簧系统尤其提供了两级式的弹簧特征曲线，该弹簧特征曲线能够在没有大的公差要求的情况下实现。由此，弓形弹簧系统能够具有带有一起始级的弹簧特征曲线，该起始级不仅实现驱动轴的谐振转速的下降而且为了用于扭转振动减振的、后置的离心力摆预过滤扭转振动的较大的频率范围。随着第二附加弓形弹簧的压实而能够提供所述弹簧特征曲线的第二级，该第二级能够直到达到最大接触力矩提供比在所述起始级期间更陡的弹簧特征曲线，其中，直到该最大接触力矩可以通过弓形弹簧系统减振扭转振动。
尤其地，第一附加弓形弹簧的弹簧刚度D1大于第二附加弓形弹簧的弹簧刚度D2和/或第一附加弓形弹簧的松弛的弹簧长度L1大于第二附加弓形弹簧的松弛的弹簧长度L2。由此能够确保：第二附加弓形弹簧在第一附加弓形弹簧之前被压实并且由此断开。如果第二附加弓形弹簧比第一附加弓形弹簧更柔性，则第二附加弓形弹簧在力作用的情况下经过较大的弹簧位移并且能够由此比第一附加弓形弹簧更快速地到达其压缩能力的终点。如果第二附加弓形弹簧比第一附加弓形弹簧更短，则在力作用的情况下能够比在第一附加弓形弹簧的情况下更早到达第二附加弓形弹簧的最大可能的弹簧位移。
优选地，第一附加弓形弹簧和第二附加弓形弹簧沿径向布置在所述起始弓形弹簧之内。由此，安装空间需求能够保持很小。此外，起始弓形弹簧能够保护第一附加弓形弹簧和第二附加弓形弹簧例如不受污物影响。由此，所述附加弓形弹簧也能够在小的公差要求的情况下在弓形弹簧系统的使用寿命上具有基本上恒定的表现。
特别优选地，第一附加弓形弹簧悬挂在起始弓形弹簧的第一端部上并且第二附加弓形弹簧悬挂在起始弓形弹簧的第二端部上。这能够实现附加弓形弹簧与起始弓形弹簧的直接连接，从而使得所述弓形弹簧系统能够作为一共同的安装单元简单地装配。例如，所述起始弓形弹簧、第一附加弓形弹簧和第二附加弓形弹簧设计为螺旋弹簧，其中，第一附件弓形弹簧和/或第二附加弓形弹簧与起始弓形弹簧的所配属的端部的最后的圈之一连接。
尤其地，在弓形弹簧系统的松弛状态下，起始弓形弹簧具有松弛的弹簧长度LS，第一附加弓形弹簧具有松弛的弹簧长度L1并且第二附加弓形弹簧具有松弛的弹簧长度L2，其中，适用L1+L2+ΔLT≤LS，其中，ΔLT为安全性公差，该安全性公差尤其考虑到制造公差、装入公差和/或弹簧长度的由运行引起的改变。以该方式选择的安全性公差使得能够简单地启动机动车发动机以及可在小的公差要求的情况下也在大转矩的情况下提供减振作用。所述这些附加弓形弹簧能够总计地大致如起始弓形弹簧一样长或略短一点，其中，通过设置所述安全性公差能够确保：弓形弹簧系统沿弹簧方向的安装空间需求单独地由所述起始弓形弹簧来限定。由此来避免双倍配合（Doppelpassung）和窄的公差范围，从而使得弓形弹簧系统能够相应成本低廉地制造。
优选地，对于安全性公差ΔLT适用的是0.01Sges≤ΔLT≤0.25Sges、尤其0.02Sges≤ΔLT≤0.20Sges、优选0.05Sges≤ΔLT≤0.15Sges和特别优选0.07Sges≤ΔLT≤0.10Sges。以该方式选择的安全性公差使得能够简单地启动机动车发动机以及可在小的公差要求的情况下也在大转矩的情况下提供减振作用。
特别优选地，对于起始弓形弹簧的弹簧刚度Ds、第一附加弓形弹簧的弹簧刚度D1和/或第二附加弓形弹簧的弹簧刚度D2适用的是Ds≤0.75D1、尤其Ds≤0.50D1、优选Ds≤0.30D1和特别优选Ds≤0.20D1，和/或，Ds≤0.75D2、尤其Ds≤0.50D2、优选Ds≤0.30D2和特别优选Ds≤0.20D2。由此，起始弓形弹簧能够具有分别与所述这些附加弓形弹簧相比显著较低的弹簧刚度，从而使得能够提供特别长的弹簧位移和所配属的双质量飞轮的相应大的扭转角度，以便在特别大的频率范围上减振扭转振动。
尤其地，在被导入到弓形弹簧系统中的转矩为Mmax时达到所述总弹簧位移Sges，其中，第二附加弓形弹簧在转矩MBlock时压实，其中，对于比例MBlock/Mmax适用的是：0.50≤MBlock/Mmax≤0.95、尤其0.60≤MBlock/Mmax≤0.85、优选0.65≤MBlock/Mmax≤0.80和特别优选0.70≤MBlock/Mmax≤0.75。由此，利用弓形弹簧系统的第一级能够在第二附加弓形弹簧压实之前不仅降低驱动轴的谐振转速以便能够容易启动所述机动车发动机。也可能的是，在直到达到最大接触力矩的大的转矩范围上减振扭转振动，在所述最大接触力矩的情况下不再可能进一步压缩所述弓形弹簧系统。尤其地，对于随后设置的离心力摆已经能够预过滤在转矩中出现的不均匀性的大部分。
此外，本发明涉及一种用于尤其机动车曲轴的扭转振动减振的双质量飞轮，其具有一用于导入转矩的初级盘和一通过一弓形弹簧系统以能在周向方向上相对于所述初级盘扭转的方式与所述初级盘连接的次级盘，所述弓形弹簧系统能够如同上面描述地那样被构造和改进。这使得能够成本低廉地减振机动车发动机、尤其借助于涡轮增压器增压的机动车发动机的扭转振动并且同时简单地启动所述机动车发动机。
尤其设置有一离心力摆用于扭转振动减振。通过双质量飞轮的弓形弹簧系统，已经能够为离心力摆预过滤在转矩中出现的不均匀性的大部分，从而使得所述离心力摆能够相应较简单地减振还残留的扭转振动。尤其地，离心力摆能够被设计用于减振较高级次的谐振振动。所述离心力摆例如与所述双质量飞轮的初级盘或次级盘连接。
附图说明
以下参考附图示例性解释本发明，其中，以下示出的特征能够不仅分别单独而且以组合方式展示本发明的观点。附图示出：
图1：第一实施方式中的弓形弹簧系统的示意性原理图，
图2：第二实施方式中的弓形弹簧系统的示意性原理图，
图3：第三实施方式中的弓形弹簧系统的示意性原理图，
图4：根据本发明的实施方式中的弓形弹簧系统的示意性原理图，以及
图5：在图1至图4中示出的弓形弹簧系统的弹簧特征曲线的示意曲线图。
具体实施方式
在图4中示出的根据本发明的弓形弹簧系统10具有设计为外弹簧的起始弓形弹簧22，相对该起始弓形弹簧，沿径向在内地同轴于该起始弓形弹簧22前后相继串联地布置有第一附加弓形弹簧24和第二附加弓形弹簧24。第一附加弓形弹簧24能够悬挂在第一端部28上。相应地，第二附加弓形弹簧26能够悬挂在第二端部30上。弓形弹簧系统10能够用作对于双质量飞轮的能量存储元件，以便在没有大能量损失的情况下减振扭转振动。
在示出的实施例中，第一附加弓形弹簧24在示出的松弛状态下具有长度L1，该长度比第二附加弓形弹簧26的长度L2更长，从而使得第二附加弓形弹簧26能够比第一附加弓形弹簧24更早地被压实。在第一附加弓形弹簧24和第二附加弓形弹簧26之间设置有安全性公差ΔLT，以便补偿公差和功能技术上的改变。由于在走过弹簧位移S的开始时或在相应的双质量飞轮对应地走过的转动角度α的开始时弓形弹簧系统10具有小的弹簧刚度而在第二附加弹簧26压实时弓形弹簧系统10具有较高弹簧刚度，例如能够获得在图5中示出的弹簧特征曲线32。此外可行的是，通过适当地选择弹簧刚度和/或起始弓形弹簧22、第一附加弓形弹簧24和/或第二附加弓形弹簧26的长度能够使特征曲线走向与不同的驱动系相适配，从而使得也能够相应简单地出现一替代的特征曲线34，在该特征曲线的情况下，第二附加弓形弹簧26在较晚的时间点压实并且弓形弹簧系统10的刚度在所述弹簧位移的开始时与特征曲线32相比更高。
附图标记列表
10 弓形弹簧系统
12 外弹簧
14 内弹簧
16 第一弹簧特征曲线
18 自由角度
20 第二弹簧特征曲线
21 第三弹簧特征曲线
22 起始弓形弹簧
24 第一附加弓形弹簧
26 第二附加弓形弹簧
28 第一端部
30 第二端部
32 弹簧特征曲线
34 替代的特征曲线

Claims (10)

1.用于双质量飞轮的弓形弹簧系统，所述双质量飞轮用于扭转振动减振，尤其用于机动车发动机的驱动轴的扭转振动减振，所述弓形弹簧系统具有：一用于所述扭转振动减振的起始弓形弹簧（22）；一与所述起始弓形弹簧（22）并联的、用于所述扭转振动减振的第一附加弓形弹簧（24）；一与所述起始弓形弹簧（22）并联的、用于所述扭转振动减振的第二附加弓形弹簧（26），其中，所述第二附加弓形弹簧（26）相对所述第一附加弓形弹簧（24）串联，其特征在于，所述起始弓形弹簧（22）具有弹簧刚度Ds，该弹簧刚度小于所述第一附加弓形弹簧（24）的弹簧刚度D1并且小于所述第二附加弓形弹簧（26）的弹簧刚度D2，其中，在所述弓形弹簧系统（10）被压缩经过总弹簧位移Sges时，所述第二附加弓形弹簧（26）在所述第一附加弓形弹簧（24）之前并且在所述起始弓形弹簧（22）之前压实。
2.根据权利要求1所述的弓形弹簧系统，其特征在于，所述第一附加弓形弹簧（24）的弹簧刚度D1大于所述第二附加弓形弹簧（26）的弹簧刚度D2和/或所述第一附加弓形弹簧（24）的松弛的弹簧长度L1大于所述第二附加弓形弹簧（26）的松弛的弹簧长度L2。
3.根据权利要求1或2所述的弓形弹簧系统，其特征在于，所述第一附加弓形弹簧（24）和所述第二附加弓形弹簧（26）沿径向布置在所述起始弓形弹簧（22）之内。
4.根据权利要求3所述的弓形弹簧系统，其特征在于，所述第一附加弓形弹簧（24）悬挂在所述起始弓形弹簧（22）的第一端部（28）上并且所述第二附加弓形弹簧（26）悬挂在所述起始弓形弹簧（22）的第二端部（30）上。
5.根据权利要求1至4之一所述的弓形弹簧系统，其特征在于，在所述弓形弹簧系统（10）的松弛状态下，所述起始弓形弹簧（22）具有松弛的弹簧长度LS，所述第一附加弓形弹簧（24）具有松弛的弹簧长度L1并且所述第二附加弓形弹簧（26）具有松弛的弹簧长度L2，其中，适用L1+L2+ΔLT≤LS，其中，ΔLT为安全性公差，所述安全性公差尤其考虑到制造公差、装入公差和/或弹簧长度的由运行引起的改变。
6.根据权利要求5所述的弓形弹簧系统，其特征在于，对于所述安全性公差ΔLT适用的是0.01Sges≤ΔLT≤0.25Sges、尤其0.02Sges≤ΔLT≤0.20Sges、优选0.05Sges≤ΔLT≤0.15Sges和特别优选0.07Sges≤ΔLT≤0.10Sges。
7.根据权利要求1至6之一所述的弓形弹簧系统，其特征在于，对于所述起始弓形弹簧（22）的弹簧刚度Ds、所述第一附加弓形弹簧（24）的弹簧刚度D1和/或所述第二附加弓形弹簧（26）的弹簧刚度D2适用的是Ds≤0.75D1、尤其Ds≤0.50D1、优选Ds≤0.30D1和特别优选Ds≤0.20D1，和/或，Ds≤0.75D2、尤其Ds≤0.50D2、优选Ds≤0.30D2和特别优选Ds≤0.20D2。
8.根据权利要求1至7之一所述的弓形弹簧系统，其特征在于，在被导入到所述弓形弹簧系统（10）中的转矩为Mmax时达到所述总弹簧位移Sges，其中，所述第二附加弓形弹簧（26）在转矩MBlock时压实，其中，对于比例MBlock/Mmax适用的是：0.50≤MBlock/Mmax≤0.95、尤其0.60≤MBlock/Mmax≤0.85、优选0.65≤MBlock/Mmax≤0.80和特别优选0.70≤MBlock/Mmax≤0.75。
9.双质量飞轮，用于扭转振动减振、尤其是用于机动车发动机曲轴的扭转振动减振，所述双质量飞轮具有一用于导入转矩的初级盘和一通过根据权利要求1至8之一所述的弓形弹簧系统（10）以能在周向方向上相对于所述初级盘扭转的方式与所述初级盘连接的次级盘。
10.根据权利要求9所述的双质量飞轮，其特征在于，设置有一离心力摆用于扭转振动减振。
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