DE102007019937B4

DE102007019937B4 - Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie

Info

Publication number: DE102007019937B4
Application number: DE102007019937.8A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Markus (FH) Dietrich; Dipl.-Ing. Meier Andreas
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2023-06-22
Anticipated expiration: 2027-04-28
Also published as: DE102007019937A1

Abstract

Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie, wobei das Schwungrad mehrere Montageöffnungen (12) besitzt, über welche es in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens anordenbar und drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist und eine Seite (10a) des Schwungrads eine Reibfläche (14) umfasst, mittels welcher ein Drehmoment von der Kurbelwelle an einen Reibbelag einer Kupplungsscheibe und über diese an eine Getriebeantriebswelle übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite (10b) des Schwungrads motorseitig innerhalb des Antriebsstrangs anzuordnen ist und die Seite (10b) eine gegenüber ihrer Oberfläche erhaben abstehende Versteifungsstruktur (16) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten und radialsymmetrisch angeordneten Versteifungsrippen (18) sowie eine gegenüber der Oberfläche erhaben abstehende Kühlstruktur (20) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten radialsymmetrisch angeordneten Kühlrippen (22) umfasst, wobei sich jeweils zwischen zwei Versteifungsrippen(18) jeweils zwei Kühlrippen (22) befinden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie.
Derartige Schwungräder sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden üblicherweise in einem Antriebsstrang eines Kraftwagen drehfest an einer Kurbelwelle eines Hubkolbenmotors angeordnet. Schwungräder helfen dabei sowohl Drehschwingungen innerhalb des Antriebsstrangs zu vermeiden als auch Totpunkte oder Leertakte des Hubkolbenmotors zu überwinden. Zudem sorgen sie bei erhöhter Belastung des Hubkolbenmotors für einen verlangsamten Leistungsabfall. Das vom Hubkolbenmotor auf die Kurbelwelle und weiter auf das Schwungrad übertragene Drehmoment kann durch Einrücken einer Kupplungsscheibe an eine Getriebeantriebswelle weitergegeben werden. Um durch Drehungleichförmigkeiten innerhalb des Antriebsstrangs entstehende Drehschwingungen effektiv ausgleichen zu können, müssen Schwungräder dabei eine vergleichsweise hohe Massenträgheit aufweisen. Das Trägheitsmoment von Schwungrädern und damit die von diesen speicherbare Rotationsenergie hängt im Wesentlichen von der Form des Schwungrads sowie von der Massenverteilung um seine Drehachse ab.
Als nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Schwungrädern ist dabei der Umstand anzusehen, dass diese bei einem gegebenen Trägheitsmoment ein vergleichsweise hohes Bauteilgewicht aufweisen.
Die DE 29 45 357 A1 offenbart ein in ein Schwungrad eingebautes Planetenradgetriebe. Das Schwungrad ist an einer Antriebswelle eines Motors befestigt und ist außerdem mit einer Ausgangswelle verbunden, die den Motor mit einer anzutreibenden Maschine verbindet.
Die US 6 875 113 B2 offenbart ein Schwingungsdämpfer, das an einer Kurbelwelle drehfest verbunden ist. Mittels des Schwingungsdämpfers kann ein Riemen angetrieben werden.
Die DE 103 59 635 A1 offenbart ein Schwungrad, insbesondere ein Zweimassenschwungrad, das mittelbar drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist. Das Schwungrads umfasst eine Reibfläche, mittels welcher ein Drehmoment von der Kurbelwelle an einen Reibbelag einer Kupplungsscheibe und über diese an eine Getriebeantriebswelle übertragbar ist. Stege verbinden einen Befestigungsbereich mit weiteren Funktionsbereichen des Schwungrades und dienen der mechanischen Entkopplung. Rippen bilden eine Versteifungsstruktur auf den Stegen, die eine Übertragung elastischer oder plastischer Verformungen vom Befestigungsbereich auf einen Funktionsbereich verhindern.
Die DE 29 03 715 A1 offenbart ein an ein Schwungrad angebrachten Drehschwingungsdämpfer.
Die DE 35 45 402 A1 offenbart einen Drehschwingungstilger, der an einer rotierenden Welle befestigt wird.
Die DE 34 14 582 A1 offenbart eine Druckplatte mit Kühlrippen.
Die DE 44 48 047 B4 offenbart ein Zweimassenschwungrad, welches drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist und eine Reibfläche umfasst, mittels welcher ein Drehmoment an eine Getriebeantriebswelle übertragbar ist.
Die DE 37 35 720 A1 beschreibt ein Schwungrad welches in einem Kupplungsgehäuse angeordnet ist. Das Schwungrad ist an einer Antriebswelle des Motors befestigt und umfasst eine Reibfläche, die eine Drehmoment der Kurbelwelle an einen Reibbelag einer Kupplungsscheibe und über diese an die Getriebeantriebswelle überträgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie zu schaffen, welches bei einem gegebenen Trägheitsmoment ein verringertes Bauteilgewicht aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie, welches bei einem gegebenen Trägheitsmoment ein reduziertes Bauteilgewicht besitzt, ist erfindungsgemäß dadurch geschaffen, dass zumindest eine Seite des Schwungrads eine gegenüber ihrer Oberfläche erhaben abstehende Versteifungsstruktur umfasst. Mit anderen Worten besitzt das erfindungsgemäße Schwungrad im Gegensatz zum Stand der Technik Bereiche mit reduzierter Wandstärke, wobei aufgrund der Versteifungsstruktur dennoch die erforderliche Steifheit gewährleistet ist. Das erfindungsgemäße Schwungrad ermöglicht zusätzlich eine erhöhte Taumelsteifigkeit und bietet dadurch weitere Vorteile wie erhöhte Betriebssicherheit sowie einen reduzierten Verschleiß von gegebenenfalls zugeordneten Dichtelementen. Durch die gegenüber der Oberfläche erhaben abstehende Versteifungsstruktur wird aufgrund der Erhöhung der Oberfläche des Schwungrads zusätzlich eine verbesserte Wärmeableitung und somit eine Erhöhung der Lebensdauer gewährleistet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Versteifungsstruktur zumindest eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Versteifungsrippen umfasst. Dies stellt eine konstruktiv einfache Möglichkeit dar, die erhaben abstehende Versteifungsstruktur auszubilden. Die Versteifungsrippen können dabei grundsätzlich eine beliebige geometrische Ausgestaltung aufweisen.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Versteifungsrippen radialsymmetrisch angeordnet sind. Durch eine radialsymmetrische Anordnung wird das Auftreten von statischen oder dynamischen Unwuchtungen am Schwungrad effektiv vermieden und gleichzeitig eine hohe Stabilität und Verwindungssteifheit sichergestellt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine Seite des Schwungrads eine gegenüber ihrer Oberfläche erhaben abstehende Kühlstruktur umfasst. Eine derartige Kühlstruktur ermöglicht eine weitere Verbesserung der Wärmeableitung und damit eine zusätzliche Erhöhung der Lebensdauer. Gleichzeitig wird auch die Steifigkeit des Schwungrads weiter erhöht. Die Kühlstruktur kann dabei auf derselben Seite wie die Versteifungsstruktur angeordnet sein. Umgekehrt kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Versteifungs- und Kühlstruktur auf unterschiedlichen Seiten des Schwungrads angeordnet sind.
Dabei hat es sich weiterhin als vorteilhaft gezeigt, dass die Kühlstruktur eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten Kühlrippen umfasst. Dies ermöglicht neben der verbesserten Wärmeableitung zusätzlich die Ausbildung eines definierten Luftstromes während der Bewegung des Schwungrads.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kühlrippen radialsymmetrisch angeordnet sind. Wie bereits zuvor erwähnt, kann auf diese Weise das Ausbilden einer statischen oder dynamischen Unwucht zuverlässig vermieden werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 Aufsichten zweier Seiten eines Schwungrads gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei eine Seite eine Versteifungs- sowie eine Kühlstruktur umfasst; und
2 eine perspektivische Schnittansicht des Schwungrads gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II.

1 zeigt Aufsichten der beiden Seiten 10a, b eines Schwungrads gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Schwungrad besitzt dabei mehrere Montageöffnungen 12, über welche es in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens anordenbar und drehfest mit einer Kurbelwelle (nicht abgebildet) verbindbar ist. Die Seite 10a umfasst dabei eine Reibfläche 14, mittels welcher ein Drehmoment von der Kurbelwelle an einen Reibbelag einer Kupplungsscheibe und über diese an eine Getriebeantriebswelle übertragbar ist. Die Seite 10b, welche im vorliegenden Beispiel motorseitig innerhalb des Antriebsstrangs anzuordnen ist, weist eine gegenüber ihrer Oberfläche erhaben abstehende Versteifungsstruktur 16 auf, welche eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten und radialsymmetrisch angeordneten Versteifungsrippen 18 umfasst. Ebenfalls auf der Seite 10b des Schwungrads befindet sich eine ebenfalls gegenüber der Oberfläche erhaben abstehende Kühlstruktur 20, welche ihrerseits eine Mehrzahl von zueinander beabstandeten und radialsymmetrisch angeordneten Kühlrippen 22 umfasst. Dabei befinden sich zwischen zwei Versteifungsrippen 18 jeweils zwei Kühlrippen 22. Sowohl die Versteifungsrippen 18 als auch die Kühlrippen 22 weisen eine strahlenförmige Geometrie auf und sind auf die Drehachse 24 des Schwungrads ausgerichtet. Dabei ist jedoch zu betonen, dass anstelle der gezeigten strahlenförmigen Ausbildung auch abweichende Geometrien für die Versteifungsrippen 18 und/oder für die Kühlrippen 22 denkbar sind. Beispielsweise kann durch eine bogenförmige Ausgestaltung der Versteifungsrippen 18 und/oder der Kühlrippen 22 Einfluss auf den bei der Drehung des Schwungrads erzeugten Luftstrom genommen werden. Anstelle des hier gezeigten Schwungrads kann ebenfalls vorgesehen sein, dass die Versteifungsstruktur 16 und/oder die Kühlstruktur 20 alternativ oder zusätzlich auf der Seite 10a des Schwungrads vorgesehen sind. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass das Schwungrad als Zweimassenschwungrad ausgebildet ist oder einen Anlasser-Zahnkranz, einen Impulsgeber oder dergleichen trägt.
2 zeigt das Schwungrad gemäß 1 entlang der Schnittlinie II-II in perspektivischer Schrägansicht. Dabei sind insbesondere die jeweils gegenüber der Oberfläche des Schwungrads erhaben abstehenden Versteifungsrippen 18 und Kühlrippen 22 erkennbar. Aufgrund der dadurch erhöhten Oberfläche und des erzeugten Luftstroms wird insbesondere die beim Einkuppeln aufgrund des Reibschlusses zwischen der Reibfläche 14 und der Kupplungsscheibe entstehende Wärme zuverlässig abgeleitet. Gleichzeitig erhöhen die Versteifungsstruktur 16 und die Kühlstruktur 20 die Taumelsteifigkeit der Schwungscheibe und senken dadurch das Schadensrisiko. Die erhöhte Taumelsteifigkeit sorgt zusätzlich für einen geringeren Verschleiß einer Kurbelwellenabdichtung und erhöht aufgrund der verbesserten Wärmeableitung zusätzlich die Lebensdauer der Kupplungsscheibe. Da die Massenverteilung des Schwungrads gemäß 1 und 2 gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Schwungrädern nicht homogen über den Radius verteilt ist, sondern weitgehend im Außenbereich liegt, besitzt das gezeigte Schwungrad trotz gleichem oder sogar erhöhtem Trägheitsmoment ein verringertes Bauteilgewicht. Das gezeigte Prinzip ist dabei für alle Schwungrad- bzw. Zahnkranträger-Durchmesser anwendbar.

Claims

Schwungrad zum Speichern von Rotationsenergie, wobei das Schwungrad mehrere Montageöffnungen (12) besitzt, über welche es in einem Antriebsstrang eines Kraftwagens anordenbar und drehfest mit einer Kurbelwelle verbindbar ist und eine Seite (10a) des Schwungrads eine Reibfläche (14) umfasst, mittels welcher ein Drehmoment von der Kurbelwelle an einen Reibbelag einer Kupplungsscheibe und über diese an eine Getriebeantriebswelle übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seite (10b) des Schwungrads motorseitig innerhalb des Antriebsstrangs anzuordnen ist und die Seite (10b) eine gegenüber ihrer Oberfläche erhaben abstehende Versteifungsstruktur (16) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten und radialsymmetrisch angeordneten Versteifungsrippen (18) sowie eine gegenüber der Oberfläche erhaben abstehende Kühlstruktur (20) mit einer Mehrzahl von zueinander beabstandeten radialsymmetrisch angeordneten Kühlrippen (22) umfasst, wobei sich jeweils zwischen zwei Versteifungsrippen(18) jeweils zwei Kühlrippen (22) befinden.