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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1, das insbesondere für ein Kraftfahrzeug eingesetzt
werden kann.
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Ein
Zweimassenschwungrad umfasst ganz allgemein zwei koaxiale Schwungmassen,
die mittels eines Lagers zueinander zentriert und drehbar geführt sind,
und einen Torsionsdämpfer,
der zwischen den zwei Schwungmassen angebracht ist und Federn mit
schraubenförmigen
Windungen aufweist, welche in einer ringförmigen Aufnahme einer der Schwungmassen
angeordnet sind und welche sich an ihren Enden auf Widerlager stützen, die
an dieser Schwungmasse und an einem ringförmigen Flansch, der mit der
anderen Schwungmasse fest verbunden ist, ausgebildet sind, zur Übertragung
eines Drehmoments zwischen den Schwungmassen und zur Absorption
und Dämpfung
der azyklischen Bewegungen und der Schwingungen, die durch den Verbrennungsmotor
des Fahrzeugs erzeugt werden.
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Um
die Leistungsmerkmale des Torsionsdämpfers zu verbessern, wurde
bereits vorgeschlagen, koaxiale Paare von Federn zu verwenden, welche
unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen und welche stumpf aneinander
stoßend
angeordnet sind.
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Jedoch
treten bei den Abstützungen
dieser Federn aufeinander und ihren Verbindungen Probleme auf, die
gegenwärtig
noch nicht zufrieden stellend gelöst sind.
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Außerdem weist
ein solches Paar von Federn bei Krafteinwirkung auf den ringförmigen Flansch
in der direkten Drehrichtung und in der entgegengesetzten Richtung
nicht dieselbe Steifigkeit auf.
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Es
wurde auch vorgeschlagen, Paare von Federn zu verwenden, bei welchen
eine der Federn einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner. als der Innendurchmesser der anderen Feder
ist, und im Inneren dieser anderen Feder angeordnet ist. Es tritt dann
ein Reibungsproblem zwischen dem zwei Federn während des Betriebs unter der
Einwirkung der Zentrifugalkräfte
auf, welches ein Blockieren der Federn bei hohen Drehzahlen hervorrufen
kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, zufriedenstellende
und wirtschaftliche Lösung
dieser Probleme bereitzustellen und ein Zweimassenschwungrad der
eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Torsionsdämpfer bei
einem vergleichbaren oder sogar niedrigeren Selbstkostenpreis Leistungsmerkmale
aufweist, die denen der Torsionsdämpfer nach dem Stand der Technik
deutlich überlegen
sind.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Zweimassenschwungrad nach Anspruch 1 gelöst. Dieses Zweimassenschwungrad,
welches insbesondere für
ein Kraftfahrzeug verwendbar ist, ist erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, dass die Federn zueinander koaxiale lange Federn
und kurze Federn umfassen, wobei die kurzen Federn in einen mittleren
Abschnitt der langen Federn eingeschraubt sind.
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Dank
der Verschraubung der Federn ineinander werden die Probleme der
Abstützung,
der Reibung und der Abnutzung der Federn aneinander, welche bei
den bekannten technischen Lösungen
auftraten, vermieden.
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Außerdem erfolgt
die Krafteinwirkung auf den ringförmigen Flansch in der Drehrichtung
und in der entgegengesetzten Richtung mit derselben Steifigkeit.
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Es
ist auch eine Verringerung der Reibung der Federn an den Führungsrinnen
festzustellen, die in der ringförmigen
Aufnahme der Federn angebracht sind, da die Windungen der kurzen
Feder, die zwischen den Windungen der langen Feder eingefügt sind,
sich direkt auf die Rinne stützen
können,
ohne die Reibung der langen Feder an dieser Rinne zu erhöhen.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn die kurzen Federn und die langen
Federn zumindest annähernd
denselben Windungsdurchmesser aufweisen.
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Vorteilhafterweise
kann auch vorgesehen werden, dass die Windungen des mittleren Abschnitts
der langen Federn einen Windungsabstand aufweisen, der größer als
der Abstand der Windungen der Endabschnitte dieser langen Federn
ist.
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Dies
ermöglicht
es, eine kurze Feder in den mittleren Abschnitt einer langen Feder
einzuschrauben und dabei zu vermeiden, dass die Windungen dieser
Federn im Ruhezustand aneinander anliegen, wobei der Abstand zwischen
den aufeinanderfolgenden Windungen im mittleren Abschnitt der Baugruppe
von Federn zum Beispiel im Wesentlichen gleich dem Abstand oder
ein wenig kleiner als der Abstand der Windungen in den Endabschnitten
der langen Feder ist.
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Besonders
vorteilhaft ist es ferner, wenn die Windungen der Baugruppe, die
von einer in eine lange Feder eingeschraubten kurzen Feder gebildet wird,
im Ruhezustand voneinander beabstandet sind. Dabei ist vorgesehen,
dass die Windungen der langen Feder einen relativ großen und
konstanten Windungsabstand auf der gesamten Länge der langen Feder aufweisen
und das Einschrauben der kurzen Feder auf eine solche Weise ermöglichen,
dass vermieden wird, dass die aufeinanderfolgenden Windungen dieser
zwei Federn in der Ruhestellung entweder tatsächlich aneinander anliegen
oder nahezu aneinander anliegen.
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Die
kurzen Federn sind vorzugsweise im entspannten Zustand kreisbogenförmig gekrümmt. Vorteilhafterweise
sind die langen Federn im entspannten Zustand gerade oder kreisbogenförmig gekrümmt.
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Die
Enden der in die langen Federn eingeschraubten kurzen Federn können alle
beide bezüglich
der Rotationsachse des Zweimassenschwungrades radial nach außen gerichtet
sein, wenn die radial am weitesten innen befindlichen Abschnitte
der Windungen es sind, welche sich miteinander in Kontakt befinden,
wenn die Federn maximal zusammengedrückt sind.
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Stattdessen
können
die Enden der in die langen Federn eingeschraubten kurzen Federn
alle beide bezüglich
der Rotationsachse radial nach außen gerichtet sein, wenn die
radial am weitesten außen befindlichen
Abschnitte der Windungen es sind, die sich aufeinander abstützen, wenn
die Federn maximal zusammengedrückt
sind.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Torsionsdämpfer zwei Baugruppen, die
jeweils von einer kurzen Feder, die in eine lange Feder eingeschraubt
ist, gebildet werden, wobei jede lange Feder sich im Ruhezustand über etwas
weniger als 180° um
die Rotationsachse herum erstreckt.
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Vorteilhafterweise
enthält
jede der oben genannten Baugruppen, die von einer kurzen Feder,
die in eine lange Feder eingeschraubt ist, gebildet wird, eine dritte
Feder mit schraubenförmigen
Windungen, die einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der zwei anderen
Federn ist, und eine Länge,
die kleiner als die der langen Feder ist, wobei diese dritte Feder
sich im Inneren der Baugruppe der zwei anderen Federn befindet.
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Dieses
Merkmal gestattet es, das Drehmoment, das durch das Zweimassenschwungrad übertragbar
ist, um ungefähr
45% zu erhöhen
und eine Kurve des Drehmoments als Funktion der Winkelauslenkung
zu erhalten, welche drei verschiedene Anstiege umfasst, was das
Herausfiltern der azyklischen Bewegungen und der Schwingungen bei
den maximalen Werten des übertragenen
Moments begünstigt,
ohne die Winkelauslenkung zu verringern und ohne den Aufbau des
Zweimassenschwungrades zu verändern.
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Beim
Studium der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung besser
verständlich,
und weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile derselben werden
deutlicher sichtbar, wobei die Beschreibung beispielhaft und unter
Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen gegeben wird. Darin zeigen:
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1:
eine schematische Ansicht eines Zweimassenschwungrades gemäß der Erfindung
im axialen Schnitt;
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2:
eine schematische Ansicht dieses Zweimassenschwungrades im Querschnitt,
welches im Ruhezustand dargestellt ist;
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3:
eine Ansicht ist, die zu 2 ähnlich ist, jedoch die Federn
in ihrem maximal zusammengedrückten
Zustand zeigt;
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4, 5 und 6:
schematische perspektivische Ansichten der Federn des Torsionsdämpfers;
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7:
eine Ansicht, die zu 2 ähnlich ist, jedoch eine andere
Ausführungsform
der Erfindung zeigt; und
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8:
ein Diagramm, das die Kurve der Änderung
des übertragbaren
Drehmomentes als Funktion der Winkelauslenkung für die direkte Drehrichtung
zeigt.
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Das
Zweimassenschwungrad der 1 bis 3 umfasst
im Wesentlichen eine Primärschwungmasse 10,
die durch Schrauben 12 am Ende einer Antriebswelle oder
Kurbelwelle 14 eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs
befestigt ist und mit einem biegsamen ringförmigen Blech 16 verbunden
ist, eine Sekundärschwungmasse 18,
welche die Gegendruckplatte einer Kupplung 20 bildet, und einen
Torsionsdämpfer 22,
welcher zwischen den zwei Schwungmassen 10 und 18 angebracht
ist, um das Antriebsmoment von einer Schwungmasse auf die andere
zu übertragen
und um die relativen Schwingungen und Pendelschwingungen zwischen den
Schwungmassen zu absorbieren und zu dämpfen, die aus den von dem
Verbrennungsmotor erzeugten Unregelmäßigkeiten der Rotation resultieren.
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Der
Torsionsdämpfer 22 umfasst
lange Federn 24 mit schraubenförmigen Windungen, die in 5 dargestellt
sind, und kurze Federn 26 mit schraubenförmigen Windungen,
die in 4 dargestellt sind und die in den mittleren Abschnitt
der langen Federn 24 eingeschraubt werden, wie in 6 dargestellt,
so dass Baugruppen 28 aus zwei Federn gebildet werden,
welche in einer ringförmigen
Aufnahme der Primärschwungmasse 10 angeordnet sind
und welche sich an ihren Enden auf Widerlager 30 stützen, die
an der Primärschwungmasse 10 und an
einer ringförmigen
Abdeckung 32, die am Außenumfang der Primärschwungmasse 10 zwischen
dieser und der Sekundärschwungmasse 18 befestigt
ist, ausgebildet sind. Die Enden der Federbaugruppen 28 stützen sich
außerdem
auf radiale Laschen 34 eines ringförmigen Flansches 36,
dessen radial innerer Umfangsabschnitt durch Niete 38 an
der Sekundärschwungmasse 18 befestigt
ist.
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Führungsrinnen 39 mit
gekrümmtem
Querschnitt sind in der ringförmigen
Aufnahme der Federn angeordnet, zwischen der radial äußeren Wand
dieser Aufnahme und den radial äußeren Abschnitten der
Windungen der Federn.
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Bei
der Ausführungsform
der 1 bis 3 umfasst der Torsionsdämpfer zwei
Baugruppen 28 von langen Federn und von kurzen Federn, wobei
sich die langen Federn im Ruhezustand jeweils über etwas weniger als 180° erstrecken
und die radialen Laschen 34 des ringförmigen Flansches 36 diametral
entgegengesetzt angeordnet sind, ebenso wie die Widerlager 30 der
Primärschwungmasse
und der Abdeckung 32.
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Bei
der Ausführungsform
der 4 bis 6 weisen die Federn 24 und 26 Windungen
mit demselben Durchmesser auf, und ihre Drähte haben denselben kreisförmigen Querschnitt.
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Der
Windungsabstand der Feder 26 ist mit dem Windungsabstand
des mittleren Abschnitts 38 der Feder 24 identisch,
wobei dieser Abstand größer als
der Windungsabstand der Endabschnitte der Feder 24 ist
und so festgelegt ist, dass die Windungen der ineinander geschraubten
Federn 24 und 26 im Ruhezustand nicht aneinander
anliegen, wie in 6 dargestellt.
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Stattdessen
könnte
der Windungsabstand der Feder 24 auch auf der gesamten
Länge der
Feder konstant sein und gleich dem des mittleren Abschnitts 38 dieser
Feder sein, die in 5 dargestellt ist.
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Stattdessen
könnte
auch der Windungsabstand der Feder 26 kleiner als der Windungsabstand des
mittleren Abschnitts 38 der Feder 24 sein. Der Windungsabstand
der Feder 26 wird dann so festgelegt, dass jede Endwindung 40 der
Feder 26 im Ruhezustand mit der Windung der benachbarten
Feder 24 in Kontakt kommt, die sich auf der Seite des anderen
Endes der Feder 26 befindet. Dies ermöglicht es, eine Kurve der Änderung
des übertragbaren
Drehmomentes als Funktion der Winkelauslenkung zu erhalten, die
der in 8 dargestellten ähnlich ist und für eine Ausführungsform
der Erfindung erläutert wird,
die in 7 dargestellt ist.
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Die
Enden 40 der kurzen Feder 26 sind radial nach
außen
gerichtet, wobei die radial inneren Abschnitte der Windungen der
zwei Federn aneinander anliegen, wenn die Federn maximal zusammengedrückt sind,
wie in 3 dargestellt.
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Wenn
gewünscht
wird, dass die radial äußeren Abschnitte
der Windungen der zwei Federn aneinander anliegen, wenn die zwei
Federn maximal zusammengedrückt
sind, sind die Enden 40 der kurzen Feder 26 radial
nach innen gerichtet.
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Dank
des Einschraubens der kurzen Federn 26 in den mittleren
Abschnitt der langen Federn 24 können die Endabschnitte 42 der
langen Federn, welche sich auf die radialen Laschen 34 des
ringförmigen
Flansches 36 abstützen,
identisch und von derselben Länge
sein. Die Krafteinwirkung auf den ringförmigen Flansch durch die Federn 24 erfolgt
in der direkten Drehrichtung und in der entgegengesetzten Richtung
mit derselben Steifigkeit.
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Auf
diese Weise werden die Absorption und die Dämpfung der Schwingungen und
der azyklischen Bewegungen im Leerlauf und für geringe Lasten des Motors
verbessert.
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Es
ist außerdem
sehr vorteilhaft, eine Feder 44 im Inneren jeder Baugruppe 28,
die von einer in eine lange Feder 24 eingeschraubten kurzen
Feder 26 gebildet wird, anzuordnen, wie in 7 schematisch
dargestellt, wobei diese Feder 44 einen Außendurchmesser
aufweist, der kleiner als der Innendurchmesser der Baugruppe 28 ist,
und eine Länge, die
kleiner als die der langen Feder 24 ist, wobei diese Länge jedoch
größer als
die der Baugruppe 28 der maximal zusammengedrückten Federn 24 und 26 ist.
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Auf
diese Weise kann diese dritte Feder 44 ihre Aufgabe des
Herausfilterns der Schwingungen und der azyklischen Bewegungen bei
den hohen Drehzahlen erfüllen
und ermöglicht
es, ein Drehmoment zu übertragen,
das beträchtlich
größer ist
als das, welches ein Torsionsdämpfer übertragen
könnte,
der nur die zwei Baugruppen 28 von Federn 24 und 26 umfasst,
wie die Kurve von 8 zeigt.
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Diese
Kurve stellt die Änderung
des übertragbaren
Drehmomentes C als Funktion der Winkelauslenkung D zwischen den
Schwungmassen dar.
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An
dieser Kurve ist zu erkennen, dass für eine maximale Winkelauslenkung
von 58° das übertragbare
Moment 364 Nm erreicht, während
für dieselbe
Winkelauslenkung dieser maximale Wert bei Nichtvorhandensein der
Federn 44 nur 258 Nm betragen würde.
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Außerdem ist
zu erkennen, dass diese Kurve einen letzten Abschnitt 46 mit
einem Anstieg aufweist, der größer ist
als der der zwei anderen Abschnitte der Kurve, wobei dieser Anstieg
auf die Steifigkeit der Federn 44 zurückzuführen ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
werden die Abstützungen
der Enden der Federn 44 auf die radialen Arme bzw. Laschen 34 des
ringförmigen
Flansches 36 durch Zentrierteller 48 gewährleistet,
die ihrerseits an vorspringenden Abschnitten 50 der Seitenränder der
radialen Laschen 34 zentriert sind.