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Die
Erfindung betrifft ein Schwungrad für einen Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeuges sowie eine Reibeinrichtung für ein
Schwungrad.
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Aus
der Praxis ist es bekannt, dass in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges
Feder- und Dämpfungssysteme integriert werden. Werden allerdings
solche Feder- und Dämpfungssysteme eingesetzt, ist deren
Schwingungsverhalten zu beachten. Zu beachten ist auch, dass die
Feder- und Dämpfungssysteme das Nennmoment übertragen
müssen und dass bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehungleichförmigkeiten
in einer Antriebsmaschine auftreten und auf den Antriebsstrang übertragen
werden auftreten können. Um die Übertragung des
Nennmomentes über eine Federung gewährleisten
zu können sind verhältnismäßig
starre Federn erforderlich, beispielsweise bei einem Nennmoment
von 600 Nm Federn mit einer Federrate von 50 Nm/Grad Verdrehung.
Solche Federn führen allerdings dazu, dass nur geringe
Drehungleichförmigkeiten ausgeglichen werden können.
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Aus
der
DE 35 45 857 C1 sind
Zwei-Massen-Schwungräder mit Feder- und Dämpfungssystemen
bekannt, bei denen in Wirkrichtung eine Federung mit einem oder
mehreren Dämpfern, die als Rutschkupplungen ausgebildet
sind, zur Verbindung eines ersten Schwungradelementes und eines
zweiten Schwungradelementes derart in Reihe geschaltet ist, dass
die Resonanzfrequenz möglichst etwas unterhalb der Leerlaufdrehzahl
eines Antriebsmaschine liegt, so dass die Resonanzfrequenz praktisch
nur beim Starten der Antriebsmaschine angeregt werden kann. Die
in Wirkrichtung eine Federung ist dabei durch mehrere parallel geschaltete
Federelemente, nämlich durch Schraubendruckfedern aufgebaut.
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Aus
der
DE 36 09 149 C2 ist
ein weiteres Zwei-Massen-Schwungrad mit Feder- und Dämpfungssystem
bekannt, bei dem in Wirkrichtung zwei Federungen mit mehreren Dämpfern
parallel und in Reihe geschaltet sind. Eine erste Federung kann
dabei zusammen mit einem ersten Dämpfer als eine erste
gedämpfte Stufe bezeichnet werden, und eine zweite Federung
kann zusammen mit einem zweiten Dämpfer als eine zweite
gedämpfte Stufe bezeichnet werden. Dadurch soll die Dämpfung
ohne Momentensprung einsetzen.
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Es
hat sich gezeigt, dass das Betriebsverhalten von mit bekannten Schwungrädern
versehenen Antriebssträngen unbefriedigend ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Treibstrangelemente zur
Verfügung zu stellen, mit welchem das Betriebsverhalten
eines Antriebsstrangs insbesondere bei einem Belastungswechsel zwischen
Zug- und Schubbetrieb verbessert werden kann.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit
den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 11.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ist bei einem Schwungrad mit einem ersten Schwungradelement,
einem zweiten Schwungradelement sowie einem dazwischen angeordneten
Feder- und Dämpfungssystem, welches eine erste und eine
zweite Stufe aufweist, vorgesehen, dass die erste Stufe eine fliehkraftgesteuerte
Reibeinrichtung aufweist. Dadurch ist es möglich, eine
der Start- bzw. Fahrsituationen angepasste Dämpfung bereitzustellen,
wodurch übermäßigen Energieauskopplungen aus
dem Antriebsstrang gezielt entgegen gewirkt werden kann. Eine Dämpfung
in Abhängigkeit von der Fliehkraft ist insbesondere bei
Lastwechseln bei hoher Drehzahl vorteilhaft. Gemäß der
Erfindung kann der Ersatz der Bogenfeder durch eine fliehkraftgesteuerte
Reibeinrichtung erfolgen, die vorzugsweise ein mit dem Schwingwinkel
und der Drehzahl stark ansteigendes Reibmoment erzeugt. Dies hat
die folgende Vorteile: Durch den Entfall der Feder wird im Winkelbereich
des Spiels mit parallelgeschalteter Reibung kein Rückstellmoment
erzeugt, was zu einer Absenkung der Resonanzfrequenz führt.
Im Fahrbetrieb bei mittleren und höheren Drehzahlen steigt
die Reibung so stark an, dass der Freiweg der Reibeinrichtung nur
mit hohen Reibmomenten durchlaufen werden kann oder ein Verblocken
der Reibstufe eintritt. Dadurch werden beim Lastwechsel störende
Ruckelschwingungen und Lastschlaggeräusche reduziert.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das Reibmoment der fliehkraftgesteuerten Reibeinrichtung mit
dem Schwingwinkel und der Drehzahl stark ansteigt, wobei die Reibeinrichtung
vorzugsweise mindestens eine als Umfangsfläche oder Umfangsflächenabschnitt
ausgebildete Reibfläche aufweist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste Stufe als nicht-federnde Dämpfungsstufe
ausgebildet und dass die zweite Stufe dämpfungsarm, insbesondere
dämpfungsfrei ausgebildet ist. In der ersten Stufe wird
also bewußt auf Federelemente, die im Betrieb insbesondere
bei hohen Drehzahlen zu einer Selbsthemmung mit der Folge von Freiwegen
neigen, verzichtet, und es ist statt derer eine Dämpfung vorgesehen,
die nicht nur in einer Startphase wie eine ganz flache Feder mit
einer Federrate 0 Nm/Grad wirkt, sondern auch bei Lastwechseln bei hoher
Drehzahl ihre Wirkung entfaltet und damit das Betriebsverhalten
verbessert.
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Es
ist ein Vorteil der Erfindung, dass durch eine dämpfungsarme,
insbesondere dämpfungsfreie Stufe erreicht wird, dass im
allgemeinen Fahrbetrieb auftretende unterschiedliche Drehzahlen
durch Laständerungen geringeren Umfang, insbesondere ohne
Vorzeichenwechsel praktisch ungedämpft bleiben und somit
einem Antriebsstrang Energie durch Dämpfungselemente nicht
entzogen wird, wodurch der Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs bei
gleichzeitig gutem Schwingungsverhalten verbessert werden kann,
denn bei Laständerungen geringeren Umfangs, insbesondere
ohne Vorzeichenwechsel bleibt die erste Stufe im Wesentlich inaktiv.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die Dämpfungsstufe einen Anschlag aufweist. Mit einem Anschlag
eine zu dämpfende Rotations-Relativbewegung begrenzt, wodurch
der durch Dämpfung, insbesondere Reibung einem Antriebsstrang
entzogene Energie begrenzt und insbesondere eine dämpfungsfreie Übertragung
des Nennmomentes wird, wodurch der Wirkungsgrand des Antriebsstrangs
gesteigert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die zweite Stufe mindestens ein erstes, vorzugsweise mehrere
Druckfederpaare aufweist. Auf diese Weise läßt sich
die zweite Stufe sehr reibungsarm, insbesondere reibungsfrei ausführen.
Eine solche Ausgestaltung, bei der vorzugsweise zylindrische Druckfedern verwendet
werden, ist besonders reibungsarm, insbesondere reibungsfrei und
damit dämpfungsarm bzw. dämpfungsfrei ausführbar.
Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, anstelle
von Druckfederpaaren Biegedrehfedern zu verwenden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste und die zweite Stufe bezüglich einer gemeinsamen Rotationsachse
auf unterschiedlichen Wirkradien angeordnet sind, wobei die erste
Stufe vorzugsweise auf einem größeren Wirkradius
und insbesondere gegenüber der zweiten Stufe radial außen
angeordnet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass eine dritte Stufe vorgesehen ist, die als reibungsarme, insbesondere
reibungsfreie Entkopplungsstufe ausgebildet und zu der ersten Stufe,
der zweiten Stufe bezüglich der ersten Stufe gegenüberliegend
vorzugsweise sekundärseitig in Reihe geschaltet ist. Durch
die dritte Stufe, lassen sich in der Dämpfungsstufe besonders
hohe Dämpfungen realisieren, wobei dies allerdings nicht
zu Wirkungsgradeinbußen eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges
führt, wobei zu beachten ist, dass durch die zweite Stufe
im Fahrbetrieb eine dämpfungsarme, insbesondere dämpfungsfreie
Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite des
Schwungrades bereitgestellt ist, die auch als Fahrbetriebs-Entkopplung
bezeichnet werden kann.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste Stufe mindestens einen ersten und einen zweiten Dämpfungsbereich
aufweist, wobei vorzugsweise die Wirkung der Dämpfungsbereiche
in Abhängigkeit von einem Verdrehwinkel einsetzt, wobei
dazu vorzugsweise der zweite Dämpfungsbereich Wirkelemente
aufweist, die erst nach Durchlaufen eines Verdrehspiels ihre Wirkung
entfalten. Durch eine solche, als progressiv zu bezeichnende Dämpfung,
bei der die Dämpfung insbesondere schrittweise erhöht
wird, werden Energieauskopplungen aus dem Antriebsstrang auf das
notwendige Minimum reduziert.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die erste Stufe als bedingt-federnde Dämpfungsstufe ausgebildet
ist, wobei die zweite Stufe vorzugsweise dämpfungsarm,
insbesondere dämpfungsfrei ausgebildet ist, wobei ferner
vorzugsweise die erste Stufe und zweite Stufe in Reihe geschaltet
sind
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Reibeinrichtung zur Triebstrangdämpfung mittels
eines Schwungrades, mit mindestens einer ersten Reibfläche
und mindestens einer zweiten Reibfläche, vorgesehen, wobei
an dieser eine radial verlagerbar angeordnete Masse vorgesehen ist,
und wobei ferner die erste Reibfläche in einem ersten Verlagerungsbereich
eines ersten Trägerelements derart angeordnet ist, dass
die Position des Verlagerungsbereichs bei einer Rotation des ersten Trägerelements
durch die verlagerbar angeordnete Masse verändert wird.
Dadurch wird eine fliehkraftgesteuerte Wirkung erzielt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein zweites Trägerelements
vorgesehen ist, an dem in einem zweiten Verlagerungsbereich eine
weitere Reibfläche derart angeordnet ist, dass die Position
des zweiten Verlagerungsbereichs bei einer Rotation des zweiten
Trägerelements durch eine verlagerbar angeordnete Masse
verändert. Eine solche Ausgestaltung erlaubt es, große
Dämpfungsmomente fliehkraftgesteuert zur Verfügung
zu stellen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass zur Verlagerung des ersten und des zweiten Verlagerungsbereichs
eine verlagerbar angeordnete, gemeinsame Masse vorgesehen ist. Dadurch
kann die Reibeinrichtung besonders einfach aufgebaut werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das erste und/oder das zweite Trägerelement als Federringsegment
ausgebildet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die verlagerbare Masse über ein Koppelgestänge
an dem ersten und/oder dem zweiten Trägerelement angreift. Die
Reibeinrichtung besteht aus gemäß dieser Ausgestaltung
also aus einem 2-geteilten Federring, der über ein Koppelgestänge
verbunden ist. An der Außenseite des Federrings können
im Rahmen der Erfindung am Umfang mehrere Reibflächen angeordnet
sein, die auch an Segmenten aus Reibbelägen ausgebildet
sein können.
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Die
Trägerelemente, die auch gemeinsam als Reibring bezeichnet
werden können, werden vorzugsweise radial zusammengedrückt
und in ein Schwungradteil mit entsprechender ringförmiger
Vertiefung (Primär- oder Sekundärmasse), insbesondere
ein Trommelelement eingelegt, sodass durch die Vorspannung des Federrings
bereits ein Reibmoment auftritt, wenn der Federring gegen die Schwungradmasse
verdreht wird. Am Koppelgestänge zwischen den beiden Hälften
des Federrings ist eine Masse befestigt, die unter Drehzahl durch
die entstehende Fliehkraft eine Radialkraft erzeugt und damit das
Koppelgestänge mit einer entsprechenden Übersetzung
(Kniehebelprinzip) auseinanderdrückt. Die führt
bereits bei geringer Masse zu einem mit der Drehzahl stark ansteigenden
Reibmoment. Zur Begrenzung des Radialwegs der Masse ist ein Reibbelag angebracht,
mit dem sich die Masse in Strecklage des Koppelgestänges
am Schwungrad anlegt.
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Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die verlagerbare Masse über ein Koppelfederelement
an dem ersten und/oder dem zweiten Trägerelement angreift.
Hier wird also anstelle eines Koppelgestänges für
die Masse (Fliehkraftmasse) eine Formfeder ersetzt. Die Formfeder
zur Verbindung der beiden Trägerelemente (Federringhälften)
kann so ausgeführt sein, dass sie zwei stabile Zustände
besitzt, wobei im einen Zustand (ohne Drehzahl) die Fliehkraftmasse radial
nach innen gedrückt ist und im anderen Zustand (bei Drehzahl)
die Fliehkraftmasse radial nach außen an das Schwungradteil,
insbesondere das Trommelelement gedrückt wird. Die Formfeder
kann entweder bereits als Einheit mit dem Federring hergestellt
sein oder als eigenes Teil an den beiden Hälften des Federrings
befestigt sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das erste und/oder das zweite Trägerelement an einem
ersten oder zweiten Schwungradelement oder einem Nulllageelement
befestigt ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass die zweite Reibfläche an einem Trommelelement angeordnet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung
im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
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Dabei
zeigen:
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1 Ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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2 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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3 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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4 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten vierten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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5 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten fünften Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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6 ein
Diagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Schwungrade,
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7 eine
erste besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung,
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7a einen
Schnitt durch eine erste Ausführungsform ein in einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung zu verwendendes Trägerelements (Federring),
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7b einen
Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines in einer
erfindungsgemäßen Reibeinrichtung zu verwendenden
Trägerelements (Federrings),
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7c einen
Schnitt durch eine dritte Ausführungsform eines in einer
erfindungsgemäßen Reibeinrichtung verwendbaren
Trägerelements (Federrings),
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8 eine
zweite besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung,
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9 die
erste besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie
IX-IX in 7,
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10 eine
dritte besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung in einem dem Schnitt gemäß der
Linie IX-IX in 7 entsprechenden Schnitt,
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11 eine
vierte besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung in einem Schnitt,
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12 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten sechsten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades,
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13 eine
weitere besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen
Schwungrad gemäß der sechsten Ausführungsform,
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14 ein
Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten siebten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades, und
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15 eine
weitere besonders bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen
Schwungrad gemäß der siebten Ausführungsform.
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In
den Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades 1 gemäß 1 sind
ein erstes Schwungradelement 2 und ein zweites Schwungradelement 4 gezeigt,
die über ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 6 miteinander
verbunden sind. Das Feder- und Dämpfungssystem 6 weist
eine erste Stufe 8, die als Startstufe 10 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 12 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 14 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 6, die in einem
gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, sind
die erste und die zweite Stufe 8, 12 in Reihe
geschaltet, wobei die Verbindung über ein Rotationselement 16 hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 12, die ausgangsseitig
mit dem zweiten als Rotationsmassekörper ausgebildeten
Schwungradelement 4 verbunden ist, radial innerhalb der
ersten Stufe 8, die ihrerseits eingangsseitig mit dem ersten Schwungradelement 2 verbunden
ist, welches wiederum als Rotationsmasseelement ausgebildet ist.
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Die
zweite Stufe 12 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfederpaaren 18 aufgebaut,
wobei die Druckfederpaare 18 in Käfigen (nicht
gezeigt) angeordnet sind, die einerseits durch eine Eingangsscheibe 20 und
andererseits durch eine Ausgangsscheibe 22 gebildet sind.
Im Innern der Käfige stützen sich eine erste Druckfeder 24 und
eine zweite Druckfeder 26 der Druckfederpaare 18 an
einem Nulllageelement 28 ab. Erste und zweite Druckfedern 24, 26 sind
dabei also in Reihe geschaltet.
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Die
erste Stufe 8, die als nicht-federnde Dämpfungsstufe
ausgebildet ist, ist ohne Federelemente ausgebildet. Die erste Stufe
weist jedoch einen Anschlag 30 auf, der nach Art einer
Steuerscheibe ausgebildet ist und ein Verdrehen der ersten Stufe 8 (Dämpfungsstufe)
auf einen maximalen Verdrehwinkel begrenzt. Der Anschlag ist durch
eine erste und eine zweite Scheibe 31, 32 gebildet,
die um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander um eine gemeinsame
Achse verdrehbar sind.
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Darüber
hinaus weist die erste Stufe 8 eine erste Reibeinrichtung
auf, welche sowohl im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform
als auch bei den weiteren Ausführungsformen als Dämpfungselement
bezeichnet wird. Das erste Dämpfungselement 34 ist
eine Reibeinrichtung 1000, die nachfolgend auch als Reibungselement
bezeichnet wird, welches wie in den 7 und 9 gezeigt aufgebaut
ist, wobei diese Reibeinrichtung 1000 bei jeder Verdrehung
einer Ausgangsseite 38 relativ zu einer Eingangsseite 40 eine
Reibung und damit eine Dämpfung erzeugt. Durch die erste
Reibeinrichtung 34 (das erste Dämpfungselement 34)
wird so ein erster Dämpfungsbereich geschaffen. Das erste
Dämpfungselement 134 ist mit einer Fliehkraftverstärkung ausgeführt,
welche durch eine Art Pendel, welches auf eine oder mehrere in Radialrichtung
verschiebbare Reibelemente wirkt, in konstruktiv einfacher Weise bereitgestellt
werden kann.
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Die
ersten und zweiten Druckfedern 24, 26 weisen eine
Federrate auf, so dass die Resonanzfrequenz des Schwungrades im
Bereich von 300 bis 400 U/min liegt.
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Das
in 1 gezeigte Schwungrad 1 weist die in 1 ebenfalls
gezeigte Momentencharakteristik auf.
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Ein
erfindungsgemäßes Schwungrad 100 gemäß einer
in 2 anhand eines Ersatzschaltbildes gezeigten, besonders
bevorzugten zweiten Ausführungsform unterscheidet sich
von dem Schwungrad 1 gemäß der ersten
Ausführungsform nur in Details. Für Elemente der
zweiten Ausführungsform, die Elementen der ersten Ausführungsform
entsprechen, sind daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber
der ersten Ausführungsform um 100 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich
verwiesen und Bezug genommen.
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In
den Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades 100 gemäß 2 sind
ein erstes Schwungradelement 102 und ein zweites Schwungradelement 104 gezeigt,
die über ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 106 miteinander
verbunden sind. Das Feder- und Dämpfungssystem 106 weist
eine erste Stufe 108, die als Startstufe 110 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 112 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 114 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 106, die in einem
gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, sind
die erste und die zweite Stufe 108, 112 in Reihe
geschaltet, wobei die Verbindung über ein Rotationselement 116 hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 112, die ausgangsseitig
mit dem zweiten als Rotationsmassekörper ausgebildeten
Schwungradelement 104 verbunden ist, radial außerhalb
der ersten Stufe 108, die ihrerseits eingangsseitig mit
dem ersten Schwungradelement 102 verbunden ist, welches wiederum
als Rotationsmasseelement ausgebildet ist.
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Die
zweite Stufe 112 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfederpaaren 118 aufgebaut,
wobei die Druckfederpaare 118 in Käfigen (nicht
gezeigt) angeordnet sind, die einerseits durch eine Eingangsscheibe 120 und
andererseits durch eine verbundene Ausgangsscheibe 122 gebildet
sind. Im Innern der Käfige stützen sich eine erste
Druckfeder 124 und eine zweite Druckfeder 126 der
Druckfederpaare 118 an einem Nulllageelement 128 ab.
Erste und zweite Druckfedern 124, 126 sind dabei
also in Reihe geschaltet.
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Die
erste Stufe 108, die als nicht-federnde Dämpfungsstufe
ausgebildet ist, ist ohne Federelemente ausgebildet. Die erste Stufe
weist jedoch einen Anschlag 130 auf, der nach Art einer
Steuerscheibe ausgebildet ist und ein Verdrehen der ersten Stufe 108 (Dämpfungsstufe)
auf einen maximalen Verdrehwinkel begrenzt. Der Anschlag ist durch
eine erste und eine zweite Scheibe 131, 132 gebildet,
die um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander um eine gemeinsame
Achse verdrehbar sind.
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Darüber
hinaus weist die erste Stufe 108 ein erstes Dämpfungselement 134 sowie
ein zweites Dämpfungselement 136 auf, die zueinander
parallel geschaltet sind. Das erste Dämpfungselement 134 ist
ein Reibungselement, welches aus Reiblamellen (nicht gezeigt) aufgebaut
ist, welche bei jeder Verdrehung einer Ausgangsseite 138 relativ
zu einer Eingangsseite 140 eine Reibung und damit eine
Dämpfung erzeugen. Durch das erste Dämpfungselement 134 wird
so ein erster Dämpfungsbereich geschaffen. Auch das zweite
Dämpfungselement 136 weist Reiblamellen (nicht
gezeigt) auf, welche jedoch erst nach Durchlaufen eines Verdrehspiels
ihre Reibungs- und damit Dämpfungswirkung entfalten. Das erste
und/oder das zweite Dämpfungselement 134, 136 ist
mit einer Fliehkraftverstärkung ausgeführt, welche
durch eine Art Pendel, welches auf eine oder mehrere in Achsrichtung
verschiebbare Reiblamellen wirkt, in konstruktiv einfacher Weise
bereitgestellt werden kann.
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Die
ersten und zweiten Druckfedern 124, 126 weisen
eine Federrate auf, so dass die Resonanzfrequenz des Schwungrades
im Bereich von 300 bis 400 U/min liegt.
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Das
in 2 gezeigte Schwungrad 100 weist die in 2 ebenfalls
gezeigte Momentencharakteristik auf.
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Die
Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schwungrades 100 wie
auch des Schwungrades 1 gemäß der ersten
Ausführungsform, zu deren Erläuterung das Diagramm
in 6 dient, ist damit wie folgt.
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Soll
eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges in dem Betriebspunkt „0” gestartet
werden, sind die Drehzahl und das von der Brennkraftmaschine abgegebene
Drehmoment M zunächst 0. In dem Intervall zwischen den
Betriebspunkten „0” und „1” dreht
ein Anlasser die Brennkraftmaschine bis in einen Bereich von etwa
150 bis 250 U/min, insbesondere 180 U/min, derart, dass ab diesem
Zeitpunkt Zündungen eines Verbrennungsgemisches erfolgen
können. In dem Intervall zwischen dem Betriebspunkten „1” und „2” erreicht
die Brennkraftmaschine ihre Lehrlaufdrehzahl von etwa 750 U/min, wobei
in den Intervallen „0”–„1” und „1”–„2” auftretende
Drehungleichförmigkeiten in der Startstufe 110 gedämpft
werden.
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Hat
die Brennkraftmaschine ihre Leerlaufdrehzahl erreicht, kann in einem
Intervall „2”–„3” eine Aktion
des Fahrbetriebes durchgeführt werden, wobei die Brennkraftmaschine
ein positives Moment abgibt und beispielsweise auf eine Drehzahl
von 1500 U/min beschleunigt wird. In dem Intervall „2”–„3” auftretende
Drehungleichförmigkeiten werden durch die zweite Stufe 112,
die als Fahrbetriebs-Entkopplung 114 ausgebildet ist, von
dem Antriebsstrang entkoppelt, wobei die Fahrbetriebs-Entkoppelung 114 dämpfungsfrei
arbeitet und sich die Startstufe 114 in einer Anschlagsposition
befindet, so dass keine Dämpfung auftritt.
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Ergibt
sich nun eine Betriebssituation, beispielsweise ein Fahren hinter
einem anderen Fahrzeug, in der ein Fahrzeug aus einem Zugbetrieb,
das heißt aus einer Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine
(Moment „plus”) in einen Schubbetrieb wechseln
muss (Moment „minus”) – wie in dem Intervall „3”–„4” gezeigt,
wirkt neben der Fahrbetriebs-Entkopplung 114 auch die Startstufe 110,
in dem in der Startstufe 110 eine Dämpfung erfolgt.
Eine solche Wirkung zeigen Schwungräder gemäß dem
Stand der Technik nicht, denn bei diesen befinden sich die vorhandenen
Dämpfungsfedern, die als Bogenfedern ausgebildet sind,
in einem Zustand der Selbsthemmung und fallen durch einen Freiweg
durch, was wegen der notwendigerweise harten Federn der Fahrbetriebs-Entkopplung 114 zu
einem Brummen und zu Schlägen führt, die auch
mit einem Verschleiß verbunden sind. Dagegen wirkt die
Startstufe 110 gemäß der Erfindung mit
ihrem gezielten Einsatz eines reibungsbehafteten Verdrehspieles
dämpfend, und sie verbessert damit das Betriebsverhalten
des Antriebsstrangs. Die Startstufe 110 wirkt in gleicher
Weise bei einer erneuten Leistungsabforderung im Intervall „4”–„5”,
so dass die Startstufe 110 mehr ist, als eine einfache
Startstufe gemäß dem Stand der Technik.
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Ein
erfindungsgemäßes Schwungrad 200 gemäß einer
in 3 anhand eines Ersatzschaltbildes gezeigten besonders
bevorzugten dritten Ausführungsform unterscheidet sich
von dem Schwungrad 100 gemäß der zweiten
Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Positionen
der ersten und zweiten Stufe 108, 112 bezüglich
der Schwungradelemente getauscht ist, wobei dies auch mit einer
Vertauschung der räumlichen Lage innerhalb des Schwungrades
einhergeht. Für Elemente der dritten Ausführungsform,
die Elementen der zweiten Ausführungsform entsprechen,
sind daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber
der zweiten Ausführungsform um 100 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich verwiesen
und Bezug genommen.
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Die
Funktion des Schwungrades 200 ist entsprechend der Funktion
des zweiten Schwungrades 100, wobei wiederum auch die Startstufe 210 nicht nur
in einer Startphase Wirkung entfaltet.
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Wie
die besonders bevorzugte zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schwungrades 100 weist die besonders bevorzugte dritte
Ausführungsform ein erstes Schwungradelement 202 und
ein zweites Schwungradelement 204 gezeigt, die über
ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 206 miteinander
verbunden sind. Das Feder- und Dämpfungssystem 206 weist
eine erste Stufe 208, die als Startstufe 210 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 212 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 214 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 206 sind die erste
und die zweite Stufe 208, 212, die in einem gemeinsamen
Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, in Reihe geschaltet,
wobei die Verbindung über ein Rotationselement 216 hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 212, die eingangsseitig
mit dem ersten, als Rotationsmassekörper ausgebildeten
Schwungradelement 202 verbunden ist, radial innerhalb der
ersten Stufe 208, die ihrerseits ausgangsseitig mit dem
zweiten Schwungradelement 204 verbunden ist, welches wiederum
als Rotationsmasseelement ausgebildet ist.
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Die
zweite Stufe 212 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfederpaaren 218 aufgebaut,
wobei die Druckfederpaare 218 in Käfigen (nicht
gezeigt) angeordnet sind, die einerseits durch eine Eingangsscheibe 220 und
andererseits durch eine mit dem Rotationselement 216 verbundene
Ausgangsscheibe 222 gebildet sind. Im Innern der Käfige
stützen sich erste Druckfedern 224 und zweite
Druckfedern 226 der Druckfederpaare 218 an einem
Nulllageelement 228 ab. Erste und weite Druckfedern 224, 226 sind dabei
also in Reihe geschaltet.
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Die
erste Stufe 208, die als nicht-federnde Dämpfungsstufe
ausgebildet ist, ist ohne Federelemente ausgebildet. Die erste Stufe
weist jedoch einen Anschlag 230 auf, der nach Art einer
Steuerscheibe ausgebildet ist und ein Verdrehen der ersten Stufe 208 (Dämpfungsstufe)
auf einen maximalen Verdrehwinkel begrenzt. Der Anschlag ist durch
eine erste und eine zweite Scheibe 231, 232 gebildet,
die um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander um eine gemeinsame
Achse verdrehbar sind.
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Darüber
hinaus weist die erste Stufe 208 ein erstes Dämpfungselement 234 sowie
ein zweites Dämpfungselement 236 auf, die zueinander
parallel geschaltet sind. Das erste Dämpfungselement 234 ist
ein Reibungselement, welches aus Reiblamellen (nicht gezeigt) aufgebaut
ist, welche bei jeder Verdrehung einer Ausgangsseite 238 relativ
zu einer Eingangsseite 240 eine Reibung und damit eine
Dämpfung erzeugen. Durch das erste Dämpfungselement 234 wird
so ein erster Dämpfungsbereich geschaffen. Auch das zweite
Dämpfungselement 236 weist Reiblamellen (nicht
gezeigt) auf, welche jedoch erst nach Durchlaufen eines Verdrehspiels
ihre Reibungs- und damit Dämpfungswirkung entfalten. Das erste
und/oder das zweite Dämpfungselement 234, 236 ist
mit einer Fliehkraftverstärkung ausgeführt, welche
durch eine Art Pendel, welches auf eine oder mehrere in Achsrichtung
verschiebbare Reiblamellen wirkt, in konstruktiv einfacher Weise
bereitgestellt werden kann.
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Ein
Schwungrad 300 gemäß dem in 4 gezeigten
Ersatzschaltbild entspricht in wesentlichen Elementen dem zuvor
beschriebenen Schwungrad 200 gemäß der
dritten Ausführungsform, sodass zur Bezeichnung von Elementen
des Schwungrades 300, die Elementen der dritten Ausführungsform
entsprechen, Bezugzeichen verwendet worden sind, die um 100 erhöht
worden sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich
Bezug genommen und verwiesen. Auch in der Funktion gleicht die vierte
Ausführungsform den vorherigen Ausführungsformen,
wobei die Entkopplung allerdings besser ist. Bei allen diesen bevorzugten
Ausführungsformen ist wesentlich, dass in den Entkopplungsstufen eine
Kopplung über eine Dämpfung nicht besteht.
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Das
Schwungrad 300 weist zwischen einem ersten Schwungradelement 302 und
einem zweiten Schwungradelement 304 ein Feder- und Dämpfungssystem 306 auf,
bei dem eine erste Stufe 308 und eine zweite Stufe 312 sowie
zusätzlich zu der dritten Ausführungsform eine
dritte Stufe 350 gebildet sind. Die erste und zweite Stufe 308, 312 entsprechen
im Aufbau und ihrer relativen Lage der ersten und zweiten Stufe 208, 212 der
dritten Ausführungsform, sodass auf diese Ausführungsform
diesbezüglich ausdrücklich Bezug genommen und
verwiesen wird.
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Wie
bei der besonders bevorzugten dritten Ausführungsform sind
die erste Stufe 308 als Startstufe 310 und die
eine zweite Stufe 312 als Fahrbetriebs-Entkopplung 314 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 306 sind die erste
und die zweite Stufe 308, 312, die in einem gemeinsamen
Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, in Reihe geschaltet,
wobei die Verbindung über ein Rotationselement 316 hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 312, die eingangsseitig
mit dem ersten, als Rotationsmassekörper ausgebildeten
Schwungradelement 302 verbunden ist, radial innerhalb der
ersten Stufe 308.
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Die
zweite Stufe 312 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfederpaaren 318 aufgebaut,
wobei die Druckfederpaare 318 in Käfigen (nicht
gezeigt) angeordnet sind, die einerseits durch eine Eingangsscheibe 320 und
andererseits durch eine mit dem Rotationselement 316 verbundene
Ausgangsscheibe 322 gebildet sind. Im Innern der Käfige
stützen sich erste Druckfedern 324 und zweite
Druckfedern 326 der Druckfederpaare 318 an einem
Nulllageelement 328 ab. Erste und weite Druckfedern 324, 326 sind dabei
also in Reihe geschaltet.
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Die
erste Stufe 308, die als nicht-federnde Dämpfungsstufe
ausgebildet ist, ist ohne Federelemente ausgebildet. Die erste Stufe 308 weist
jedoch einen Anschlag 330 auf, der nach Art einer Steuerscheibe
ausgebildet ist und ein Verdrehen der ersten Stufe 308 (Dämpfungsstufe)
auf einen maximalen Verdrehwinkel begrenzt. Der Anschlag ist durch
eine erste und eine zweite Scheibe 331, 332 gebildet,
die um einen vorbestimmten Winkel gegeneinander um eine gemeinsame
Achse verdrehbar sind.
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Darüber
hinaus weist die erste Stufe 308 ein erstes Dämpfungselement 334 sowie
ein zweites Dämpfungselement 336 auf, die zueinander
parallel geschaltet sind. Das erste Dämpfungselement 334 ist
ein Reibungselement, welches aus Reiblamellen (nicht gezeigt) aufgebaut
ist, welche bei jeder Verdrehung einer Ausgangsseite 338 relativ
zu einer Eingangsseite 340 eine Reibung und damit eine
Dämpfung erzeugen. Durch das erste Dämpfungselement 334 wird
so ein erster Dämpfungsbereich geschaffen. Auch das zweite
Dämpfungselement 336 weist Reiblamellen (nicht
gezeigt) auf, welche jedoch erst nach Durchlaufen eines Verdrehspiels
ihre Reibungs- und damit Dämpfungswirkung entfalten. Das erste
und/oder das zweite Dämpfungselement 334, 336 ist
mit einer Fliehkraftverstärkung ausgeführt, welche
durch eine Art Pendel, welches auf eine oder mehrere in Achsrichtung
verschiebbare Reiblamellen wirkt, in konstruktiv einfacher Weise
bereitgestellt werden kann. Durch die gestufte Spielreibung in der ersten
Stufe 308 wird die Zwischenflanschresonanz gedämpft
und die Gesamtresonanzfrequenz des Schwungrades 300 abgesenkt.
Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn eine Antriebsmaschine in
einen untertourigen Bereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl gerät.
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Die
zusätzlich vorhandene dritte Stufe 350 ist zu
der ersten Stufe 308 an deren Ausgangsseite in Reihe geschaltet,
und sie befindet sich radial außerhalb der ersten Stufe 308.
Die dritte Stufe 350 kann als zusätzliche Entkopplungsstufe
bezeichnet werden.
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Die
dritte Stufe 350 weist ein Federelement 352 auf,
welches reibungs- und dämpfungsfrei ausgebildet und insbesondere
als Biegedrehfeder oder Schraubendrehfeder ausgebildet ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Schwungrad 400 gemäß einer
in 5 anhand eines Ersatzschaltbildes gezeigten, besonders
bevorzugten fünften Ausführungsform unterscheidet
sich von dem Schwungrad 300 gemäß der
vierten Ausführungsform nur in Details. Für Elemente
der fünften Ausführungsform, die Elementen der
vierten Ausführungsform entsprechen, sind daher Bezugszeichen
verwendet worden, die gegenüber der vierten Ausführungsform
um 100 erhöht sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird
hiermit ausdrücklich verwiesen und Bezug genommen.
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In
den Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten fünften
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Schwungrades 400 gemäß 5 sind
ein erstes Schwungradelement 402 und ein zweites Schwungradelement 404 gezeigt,
die über ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 406 miteinander
verbunden sind.
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Das
Feder- und Dämpfungssystem 406 weist eine erste
Stufe 408, die als Startstufe 410 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 412 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 414 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 406, die in einem
gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, sind
die erste und die zweite Stufe 408, 412 in Reihe
geschaltet, wobei die Verbindung ohne ein Rotationselement hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 412, die ausgangsseitig
mit dem zweiten als Rotationsmassekörper ausgebildeten
Schwungradelement 404 verbunden ist, radial innerhalb der
ersten Stufe 408, die ihrerseits eingangsseitig mit dem
ersten Schwungradelement 402 verbunden ist, welches wiederum
als Rotationsmasseelement ausgebildet ist.
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Die
zweite Stufe 412 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfedern 24 aufgebaut.
Die erste Stufe 408 ist als bedingt-federnde Dämpfungsstufe ausgebildet.
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Die
erste Stufe weist einen Anschlag 430 auf, der nach Art
einer Steuerscheibe ausgebildet ist und ein Verdrehen der ersten
Stufe 408 (Dämpfungsstufe) auf einen maximalen
Verdrehwinkel begrenzt. Der Anschlag ist durch eine erste und eine
zweite Scheibe 431, 432 gebildet, die um einen
vorbestimmten Winkel gegeneinander um eine gemeinsame Achse verdrehbar
sind.
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Darüber
hinaus weist die erste Stufe 8 ein erstes Dämpfungselement 434 sowie
ein zweites Dämpfungselement 436 auf, die zueinander
parallel geschaltet sind. Das erste Dämpfungselement 434 ist
eine Reibeinrichtung 1000, die nachfolgend auch als Reibungselement
bezeichnet wird, welches wie in den 7 und 9 gezeigt
aufgebaut ist, wobei diese Reibeinrichtung 1000 bei jeder
Verdrehung einer Ausgangsseite 438 relativ zu einer Eingangsseite 440 eine
Reibung und damit eine Dämpfung erzeugt. Durch das erste
Dämpfungselement 434 wird so ein erster Dämpfungsbereich
geschaffen. Das zweite Dämpfungselement 436 weist
Reiblamellen (nicht gezeigt) auf, welche jedoch erst nach Durchlaufen
eines Verdrehspiels ihre Reibungs- und damit Dämpfungswirkung
entfalten. Das erste Dämpfungselement 134 ist
mit einer Fliehkraftverstärkung ausgeführt, welche
durch eine Art Pendel, welches auf eine oder mehrere in Radialrichtung
verschiebbare Reibelemente wirkt, in konstruktiv einfacher Weise
bereitgestellt werden kann.
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Die
Druckfedern 424 weisen eine Federrate auf, so dass die
Resonanzfrequenz des Schwungrades im Bereich von 300 bis 400 U/min
liegt.
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Die
erste Stufe 408 ist – wie bereits angemerkt – als
bedingt-federnde Dämpfungsstufe ausgebildet. Das bedeutet,
dass zwischen der Ausgangsseite 438 und der Eingangsseite 440 eine
zu dem ersten Dämpfungselement 434 sowie dem zweiten Dämpfungselement 436 parallel
geschaltete Federanordnung 460 vorgesehen ist, die allerdings
erst nach Durchlaufen eines Freiweges eine Wirkung entfaltet.
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Das
in 5 gezeigte Schwungrad 400 weist die in 5 ebenfalls
gezeigte Momentencharakteristik auf.
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Bei
allen besonders bevorzugten Ausführungsformen wird ein
bestehender Zielkonflikt zwischen einer möglichst hohen
Reibung (Dämpfung) bei einer Resonanzdrehzahl einerseits
und einer möglichst geringen Reibung im Fahrbetrieb in
einem besonders günstigen Verhältnis gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Schwungrad und insbesondere dessen
besonders bevorzugte Ausführungsformen sind vorzugsweise
für Antriebsstränge eines Personenkraftwagens
mit 4-Zylinder oder 6-Zylinderantrieb und Schaltgetriebe vorgesehen,
sie können aber auch vorteilhaft im Zusammenhang mit Wandlern
und/oder Hybridantrieben eingesetzt werden. Die Erfindung und insbesondere
deren besonders bevorzugten Ausführungsformen eignet sind insbesondere
zu einem Einsatz bei Treibsträngen mit Doppelkupplungsgetrieben.
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Eine
in den 7 und 9 gezeigte erste besonders bevorzugte
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung 1000 ist in 7 in zwei
Betriebszuständen gezeigt, nämlich oberhalb einer
dem Zweck der Darstellung dienenden Trennlinie 1002 in
einem Zustand, in dem die Reibeinrichtung 1000 stillsteht
und unterhalb der Trennlinie 1002 in einem Zustand, in
dem die Reibeinrichtung 1000 rotiert wird.
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Die
Reibeinrichtung 1000 weist ein Trommelelement 1004,
in dessen Innern ein erstes Trägerelement 1006 sowie
ein zweites Trägerelement 1008 angeordnet sind.
An dem ersten Trägerelement 1006 ist ein erstes
Reibelement 1010 mit einer ersten Reibfläche 1012 angeordnet.
Ein weiteres Reibelement 1014 mit einer weiteren Reibfläche 1016 ist
an dem zweiten Trägerelement 1008 ausgebildet.
Die Reibflächen 1012, 1016 wirken mit
einer zweiten Reibfläche 1018 zusammen, welche
als Innenfläche an dem Trommelelement 1004 ausgebildet
ist.
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Die
Trägerelemente 1006, 1008 sind an einem
ersten bzw. zweiten Anlenkpunkt 1020, 1022 an einem
Teil des Schwungrads, nämlich an einem Nullageelement 16 befestigt,
sodass die Trägerelemente 1006, 1008,
die als Federringsegmente ausgebildet sind, an ihren freien Enden,
an denen sich die Reibelemente 1010, 1012 befinden,
in radialer Richtung der Reibeinrichtung 1000 ausgelenkt
werden können.
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In
den 7a, 7b und 7c sind Schnitte
quer zur Erstreckung eines Trägerelements 1008 sowie
Varianten davon, die auch als Federringsegmente bezeichnet werden
können, gezeigt. Der Schnitt entspricht im Wesentlichen
Linie IX-IX in 7. Vorzugsweise weist das Trägerelement 1008 – wie
in 7a gezeigt – im Querschnitt ein Rechteckprofil
auf, wobei das Trägerelement 1008 aus einem Vollmaterial
besteht, auf das das Reibelement 1014 aufgebracht ist.
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In
der 7b ist eine Variante gezeigt, so dass die gleichen
Bezugszeichen wie in 7a verwendet worden sind, die
jedoch mit einem Index versehen sind. Im Querschnitt weist das Trägerelement 1008' ein
Doppel-T-Profil auf, wobei allerdings auch ein T-Profil verwendbar
ist, um eine höhere Reibkraft zu erhalten. In 7b ist
gezeigt, dass ein separat gefertigtes Reibelement 1014' auf
das Doppel-T-Profil aufgebracht ist. Die Reibung kann allerdings
auch durch eine Paarung Metall auf Metall (ohne Reibbelag) dargestellt
werden, womit eine erfindungsgemäße Reibeinrichtung
dann sehr preisgünstig ausführbar ist.
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In 7c ist
eine weitere Variante eines Trägerelements 1008'' gezeigt,
wobei das Profil als U-Profil ausgeführt ist, auf dessen
Basisseite ein Reibelement 1014'' angebracht ist.
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Die
Trägerelemente 1006, 1008 sind spiegelsymmetrisch
zu einer durch die Anlenkpunkte 1020, 1022 verlaufenden
Ebene ausgebildet, sodass sich an diesen jeweils noch ein weiteres
Reibelement befindet, welche dem ersten Reibelement 1010 bzw. dem
weiteren Reibelement 1014 gleichwirkend aufgebaut sind.
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Ein
Auslenkung der freien Enden der Reibelemente 1006, 1008 wird
durch eine erste und eine zweite radial verlagerbar angeordnete
Masse 1024, 1026 bewirkt. Die erste radial verlagerbar
angeordnete Masse 1024 ist – wie bereits oben
ausgeführt – in einer Position gezeigt, die diese
einnimmt, wenn die Reibeinrichtung 1000 nicht rotiert wird,
und die zweite radial verlagerbar angeordnete Masse 1026 ist
in einer Position gezeigt, in der die Reibeinrichtung 1000 rotiert
wird. Im Betrieb der Reibeinrichtung 1000 sind die radialen
Positionen der ersten und zweiten radial verlagerbar angeordneten
Masse 1024, 1026 jedoch annähernd gleich.
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Die
verlagerbaren Massen 1024, 1026 greifen jeweils über
ein Koppelgestänge 1028 bzw. 1030 an
dem ersten und zweiten Trägerelement 1006, 1008 an,
wobei das erste Koppelgestänge 1028 einen ersten
Koppelarm 1032 und einen zweiten Koppelarm 1034 aufweist.
Entsprechende Koppelarme 1036, 1038 sind an dem
zweiten Koppelgestänge 1030 vorgesehen.
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Die
Koppelarme 1032, 1034, 1036, 1038 sind
nach Art biegesteifer Bandabschnitte gefertigt und jeweils mit einem
ersten, scharnierartigen Gelenk 1040 an der zugehörigen
verlagerbaren Masse 1024 sowie mit einem zweiten scharnierartigen
Gelenk 1042 an dem jeweils zugehörigen Trägerelement 1006, 1008 befestigt.
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In
einem stillstehenden Zustand der Reibeinrichtung 1000 sind
die verlagerbaren Masse 1024, 1026 aufgrund der
federnden Eigenschaften der Trägerelemente 1006, 1008 nach
innen gedrückt. Wird die Reibeinrichtung 1000 rotiert,
bewirkt die Fliehkraft (Massenträgheit), dass die verlagerbaren
Massen 1024, 1026 – wie in 7 unten
gezeigt – radial nach außen verlagert werden,
wodurch sich die Koppelgestänge 1028, 1030 nach
Art eines Kniehebels strecken und die Reibflächen 1012, 1016 der
Reibelemente 1010, 1014 nach radial außen
drücken, womit im Zusammenwirken mit der an dem Trommelelement 1004 ausgebildeten
zweiten Reibfläche 1018 eine dämpfende
Reibung erzeugt wird. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich,
die Trägerelemente 1006, 1008 so einzustellen,
dass permanent eine Reibung wirkt, deren Stärke durch die
Rotation gesteuert wird, es ist jedoch auch möglich, die
Trägerelemente 1006, 1008 so einzustellen,
dass eine Reibung erst bei Überschreiten einer vorgegebenen Drehzahl
einsetzt und dann drehzahlgesteuert zunimmt.
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Die
in den 7 und 9 gezeigte Reibeinrichtung 100 wird
vorzugsweise in einem Schwungrad gemäß 1 verwendet,
wobei das Trommelelement 1004 an dem ersten Schwungradelement 2 oder
mit diesem verbunden ausgebildet ist. Die Anlenkpunkte 1020, 1022 sind
dann vorzugsweise an dem Nulllagerelement 6 ausgebildet.
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Es
sei noch darauf hingewiesen, dass die Trägerelemente 1006 und 1008 vorzugsweise
aus Federstahl gefertigt sind, und dass das Nulllagerelement 6 mit
ausreichend Spiel 1004 innerhalb eines Kragens 1046 des
Trommelelements 1004 angeordnet ist.
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Eine
erfindungsgemäße Reibeinrichtung 2000 gemäß einer
in 8 gezeigten besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform
unterscheidet sich von dem Reibeinrichtung 1000 gemäß der
ersten Ausführungsform nur hinsichtlich der Anordnung der
verlagerbaren Massen. Für Elemente der zweiten Ausführungsform,
die Elementen der ersten Ausführungsform entsprechen, sind
daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber der
ersten Ausführungsform um 1000 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich
verwiesen und Bezug genommen.
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Auch
die in den 8 gezeigte zweite besonders
bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Reibeinrichtung 2000 ist in zwei Betriebszuständen
gezeigt, nämlich oberhalb einer dem Zweck der Darstellung
dienenden Trennlinie 2002 in einem Zustand, in dem die
Reibeinrichtung 2000 stillsteht und unterhalb der Trennlinie 2002 in
einem Zustand, in dem die Reibeinrichtung 2000 rotiert
wird.
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Die
Reibeinrichtung 2000 weist ein Trommelelement 2004,
in dessen Innern ein erstes Trägerelement 2006 sowie
ein zweites Trägerelement 2008 angeordnet sind.
An dem ersten Trägerelement 2006 ist ein erstes
Reibelement 2010 mit einer ersten Reibfläche 2012 angeordnet.
Ein weiteres Reibelement 2014 mit einer weiteren Reibfläche 2016 ist
an dem zweiten Trägerelement 2008 ausgebildet.
Die Reibflächen 2012, 2016 wirken mit
einer zweiten Reibfläche 2018 zusammen, welche
als Innenfläche an dem Trommelelement 2004 ausgebildet
ist.
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Die
Trägerelemente 2006, 2008 sind an einem
ersten bzw. zweiten Anlenkpunkt 2020, 2022 an einem
Schwungradelement 2024 befestigt, sodass die Trägerelemente 2006, 2008,
die als Federringsegmente ausgebildet sind, an ihren freien Enden,
an denen sich die Reibelemente 2010, 2012 befinden,
in radialer Richtung der Reibeinrichtung 2000 ausgelenkt
werden können.
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Die
Trägerelemente 2006, 2008 sind spiegelsymmetrisch
zu einer durch die Anlenkpunkte 2020, 2022 verlaufenden
Ebene ausgebildet, sodass sich an diesen jeweils noch ein weiteres
Reibelement befindet, welche dem ersten Reibelement 2010 bzw. dem
weiteren Reibelement 2014 gleichwirkend aufgebaut sind.
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Ein
Auslenkung der freien Enden der Reibelemente 2006, 2008 wird
durch eine erste und eine zweite radial verlagerbar angeordnete
Masse 2024, 2026 bewirkt. Die erste radial verlagerbar
angeordnete Masse 1024 ist – wie bereits oben
ausgeführt – in einer Position gezeigt, die diese
einnimmt, wenn die Reibeinrichtung 2000 nicht rotiert wird,
und die zweite radial verlagerbar angeordnete Masse 2026 ist
in einer Position gezeigt, in der die Reibeinrichtung 2000 rotiert
wird. Im Betrieb der Reibeinrichtung 2000 sind die radialen
Positionen der ersten und zweiten radial verlagerbar angeordneten
Masse 2024, 2026 jedoch annähernd gleich.
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Im
Unterschied zur ersten Ausführungsform weist die Reibeinrichtung 2000 gemäß der
zweiten Ausführungsform in 8 anstelle
von Koppelgestängen Koppelfederelemente 2050, 2052 auf,
die einstückig mit dem ersten und zweiten Trägerelement 2006, 2008 gefertigt
oder mit diesen fest verbunden sein können. Die Koppelfederelemente 2050, 2052 weisen
zwei stabile Zustände auf, nämlich einerseits
den stabilen Zustand in der oberen Hälfte der 8 und
einmal den stabilen Zustand in der unteren Hälfte der 8.
Die Koppelfederelemente 2050, 2052 sind zu den
Koppelgestängen 1028, 1030 gleichwirkend,
sodass die Reibeinrichtung 2000 anstelle der Reibeinrichtung 1000 in
einem Schwungrad gemäß 1 verwendbar
ist.
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Eine
in 11 gezeigte vierte besonders bevorzugte Ausführungsform
einer Reibeinrichtung 4000 entspricht in ihrem Aufbau im
Wesentlichen der Reibeinrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform, so dass zur Bezeichnung von Elementen
der Reibeinrichtung 4000 gemäß der vierten
Ausführungsform Bezugszeichen verwendet worden sind, die
gegenüber der dritten Ausführungsform um 1000 erhöht sind.
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Die
vierte Ausführungsform dient der Erzeugung eines fliehkraftgesteuerten
Reibmoments, welches – wie in den 2 gezeigt – mehrfach
gestuft ausgebildet ist. Dementsprechend findet die Reibeinrichtung 4000 gemäß der
vierten Ausführungsform vorzugsweise Einsatz in einem Schwungrad 100 gemäß der
zweiten Ausführungsform, einem Schwungrad 200 gemäß der
dritten Ausführungsform, einem Schwungrad 300 gemäß der
vierten Ausführungsform oder einem Schwungrad 400 gemäß der
fünften Ausführungsform.
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Um
die gestufte Momentencharakteristik bereitzustellen, sind zwei Reibringe,
die jeweils mehrere Trägerelemente aufweisen vorgesehen,
nämlich ein erster Reibring 4058 sowie ein zweiter
Reibring 4060. Die Reibringe 4058, 4060 mit
den an ihnen angeordneten oder ausgebildeten Reibflächen
werden gemeinsam von mindestens einer verlagerbaren Masse beaufschlagt.
Die Wirkungsweise der Reibeinrichtung 4000 ist der Wirkungsweise
der Reibeinrichtung 3000 entsprechend.
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Es
sei noch angemerkt, dass der zweite Reibring 4060 aus Federstahl
gefertigt ist und – wie mit dem Bezugszeichen 4061 angedeutet – mit
Spiel am ersten Reibring 4058 eingehängt ist.
Im Bereich des Bezugszeichens 4063 ist zwischen Nabe und
Primärmasse ein Spiel ausgebildet. Die in 11 gezeigte vierte
besonders bevorzugte Ausführungsform einer Reibeinrichtung
ist eine technische Umsetzung des Konzepts „Reihenschaltung
von Federsatz und gestufter, fliegkraftverstärkter Spielreibung”.
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Ein
erfindungsgemäßes Schwungrad 500 gemäß einer
in 12 anhand eines Ersatzschaltbildes gezeigten,
besonders bevorzugten sechsten Ausführungsform unterscheidet
sich von dem Schwungrad 1 gemäß der ersten
Ausführungsform nur in Details. Für Elemente der
zweiten Ausführungsform, die Elementen der ersten Ausführungsform
entsprechen, sind daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber
der ersten Ausführungsform um 400 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich
verwiesen und Bezug genommen.
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In
dem Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten sechsten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades 500 gemäß 12 sind
ein erstes Schwungradelement 502 und ein zweites Schwungradelement 504 gezeigt,
die über ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 506 miteinander
verbunden sind. Das Feder- und Dämpfungssystem 506 weist
eine erste Stufe 508, die als Startstufe 510 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 512 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 514 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 506, die in einem
gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, sind
die erste und die zweite Stufe 508, 512 in Reihe
geschaltet, wobei die Verbindung über ein Rotationselement 516 hergestellt
ist.
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Innerhalb
des Gehäuses sitzt die zweite Stufe 512, die eingangsseitig
mit dem ersten als Rotationsmassekörper ausgebildeten Schwungradelement 502 verbunden
ist, radial außerhalb der ersten Stufe 508, die
ihrerseits ausgangsseitig mit dem zweiten Schwungradelement 504 verbunden
ist, welches wiederum als Rotationsmasseelement ausgebildet ist.
Dies ist in 13 gezeigt.
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Die
zweite Stufe 512 ist aus mehreren reibungsfreien Druckfedern 518 mit
niedriger Federrate aufgebaut, wobei die Druckfedern 518,
die als Bogenfedern ausgebildet sein können, in Käfigen
(nicht gezeigt) angeordnet sind, die einerseits durch eine Eingangsscheibe 520 und
andererseits durch eine Ausgangsscheibe 522 gebildet sind.
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Die
erste Stufe 508 ist als nicht-federnde Dämpfungsstufe
wie die Dämpfungsstufe in 2 aufgebaut,
auf die hiermit ausdrücklich verwiesen und Bezug genommen
wird.
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Die
anhand der 12 und 13 gezeigte, besonders
bevorzugte sechste Ausführungsform kann auch als Zwei-Massen-Schwungrad
mit sehr niedriger Resonanzfrequenz bezeichnet werden, wobei damit
das Konzept „Reihenschaltung von Federsatz und gestufter,
fliehkraftverstärkter Spielreibung” umgesetzt
ist. Eine solche Ausführungsform ist speziell bei Motoren
mit geringer Zylinderzahl, insbesondere bei Drei- und Vier-Zylinder-Motoren
wegen der niedrigen Zündfrequenz vorteilhaft. Durch eine
Reihenschaltung einer Bogenfeder mit radial innenliegender Spielreibung
ist eine solche Ausführungsform preiswert und auf sehr
kleinem Bauraum realisierbar.
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Zur 13 sei
noch angemerkt, dass mit den Bezugszeichen 525 gezeigt
ist, in welchem Bereich eine Reibung winkel- und fliehkraftgesteuert
erzeugt wird. Durch das Bezugszeichen 527 ist hinsichtlich
des Spiels angezeigt, dass sich dieses Spiel Nabe-Sekundärmasse
mit zunehmender Drehzahl durch Reibung reduziert, was durch eine
Verblockung bewirkt wird.
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Ein
erfindungsgemäßes Schwungrad 600 gemäß einer
in 14 anhand eines Ersatzschaltbildes gezeigten,
besonders bevorzugten siebten Ausführungsform unterscheidet
sich von dem Schwungrad 1 gemäß der ersten
Ausführungsform nur in Details. Für Elemente der
zweiten Ausführungsform, die Elementen der ersten Ausführungsform
entsprechen, sind daher Bezugszeichen verwendet worden, die gegenüber
der ersten Ausführungsform um 600 erhöht
sind. Auf die entsprechende Beschreibung wird hiermit ausdrücklich
verwiesen und Bezug genommen.
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In
dem Ersatzschaltbild einer besonders bevorzugten siebten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schwungrades 600 gemäß 14 sind
ein erstes Schwungradelement 602 und ein zweites Schwungradelement 604 gezeigt,
die über ein dazwischen angeordnetes Feder- und Dämpfungssystem 606 miteinander
verbunden sind. Das Feder- und Dämpfungssystem 606 weist
eine erste Stufe 608, die als Startstufe 610 ausgebildet
ist, sowie eine zweite Stufe 612 auf, die als Fahrbetriebs-Entkopplung 614 ausgebildet
ist.
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In
dem Feder- und Dämpfungssystem 606, die in einem
gemeinsamen Gehäuse (nicht gezeigt) ausgebildet sind, sind
die erste und die zweite Stufe 608, 612 in Reihe
geschaltet, und direkt miteinander gekoppelt. Wie dies technisch
umgesetzt ist, ist in 15 gezeigt.
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Die
erste Stufe 608 ist als nicht-federnde Dämpfungsstufe
wie die Dämpfungsstufe in 2 aufgebaut,
auf die hiermit ausdrücklich verwiesen und Bezug genommen
wird.
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Die
anhand der 14 und 15 gezeigte, besonders
bevorzugte siebte Ausführungsform kann auch als Zwei-Massen-Schwungrad
bezeichnet werden, wobei damit das Konzept „Reihenschaltung
gestufte, fliehkraftverstärkte Spielreibung und Biegedrehfeder” umgesetzt
ist. Biegedrehfedern bei einem Zwei-Massen-Schwungrad haben sich
als besonders vorteilhaft erwiesen, da diese Federn auf kleinem Bauraum
sehr niedrige Federraten ermöglichen. Die bei der siebten
Ausführungsform vorgesehene Spielreibung ermöglicht
in Verbindung mit der Biegedrehfeder, die in 15 mit
dem Bezugszeichen 635 versehen ist, ein sehr preiswertes
und bauraumsparendes Konzept, das sowohl hinsichtlich des Aspekts
einer guten Entkopplung, des Aspekts einer niedrigen Resonanz mit
hoher Reibung und des Aspekts einer hohen Dämpfung bei
Lastwechsel höchsten Anforderungen gerecht wird.
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Zur 15 sei
noch angemerkt, dass mit dem Bezugszeichen 637 der Bereich
angezeigt ist, in welchem Reibung winkel- und fliehkraftgesteuert
erzeugt wird. Mit dem Bezugszeichen 639 ist das Spiel Nabe-Primärmasse
bezeichnet.
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Insbesondere
im Zusammenwirken mit Schwungrädern gemäß der
Erfindung wird eine Verbesserung des Schwingungsverhaltens eines Triebstrangs
bei Lastwechseln erreicht. Das Startverhalten eines Triebstrangs
wird durch Absenkung der Resonanzfrequenz des Schwungrades verbessert. Durch
die erfindungsgemäßen Reibeinrichtungen kann ein
Schwungrad insgesamt sehr klein ausgeführt werden, insbesondere
dann, wenn die Reibeinrichtung innen angeordnet ist und vorzusehende
Federn auf einem großen Radius angeordnet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3545857
C1 [0003]
- - DE 3609149 C2 [0004]