DE102010055341A1

DE102010055341A1 - Exzentrische Kurbelwellenlagerung mit Zweimassenschwungrad

Info

Publication number: DE102010055341A1
Application number: DE201010055341
Authority: DE
Inventors: Frank Haubner
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1; 34) zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse (2; 35) zu einer Sekundärmasse (3; 36), insbesondere ein exzentrisches Zweimassenschwungrad eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Mittelachse (10) der Primärmasse (2; 35) exzentrisch zu einer Mittelachse (9) der Sekundärmasse (3; 36) angeordnet ist und die Sekundärmasse (3; 36) auf der Primärmasse (2; 35) gelagert ist und in der eine exzentrische Relativbewegung zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) ermöglicht ist, wobei die Primärmasse (2; 35) drehbar in einem Exzenterring (16; 40) und die Sekundärmasse (3; 36) drehbar auf dem Exzenterring (16; 40) gelagert ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse (2; 35) zu einer Sekundärmasse (3; 36).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse zu einer Sekundärmasse, insbesondere ein Zweimassenschwungrad eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Mittelachse der Primärmasse exzentrisch zu einer Mittelachse der Sekundärmasse angeordnet ist und die Sekundärmasse auf der Primärmasse gelagert ist und in der eine exzentrische Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse ermöglicht ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse zu einer Sekundärmasse, bei dem das Drehmoment über die exzentrisch gelagerte Primärmasse auf die Sekundärmasse übertragen wird.
Vorrichtungen zur Übertragung eines Drehmoments, wobei hier insbesondere Zweimassenschwungräder von Kraftfahrzeugen beansprucht werden, sind bekannt. Sie werden zum Beispiel eingesetzt bei Motoren, die mit einer exzentrisch gelagerten Kurbelwelle versehen sind. Zur Übertragung des an der Kurbelwelle erzeugten Drehmoments muss das Drehmoment über die Exzentrizität zwischen der Kurbelwelle und dem Abtrieb, zum Beispiel einem Getriebe, hinweg übertragen werden. Hierzu werden eine Vielzahl von speziellen Anforderungen an die Vorrichtung, die auch als Kinematik bezeichenbar ist gestellt. So muss die Vorrichtung beispielsweise einen Schwenkwinkel des Exzenters von ca. 90°–120° zulassen, wobei gleichzeitig die Vorrichtung eine geringe Reibung aufweisen und keinen oder nur einen geringen Änderungsaufwand am Motor und Getriebe erforderlich machen soll. Insbesondere an den Bauraum der Vorrichtung werden hohe Anforderungen gestellt, da durch die Vorrichtung keine Hilfssysteme wie Kühl- oder Schmierkreisläufe beeinflusst werden sollen, wobei ein möglichst geringer Bauraum und ein geringes Gewicht der Vorrichtung anzustreben ist. Auch darf das Schwingungs- und Geräuschverhalten des Motors und des Getriebes nicht negativ beeinflusst werden und die positive Wirkung eines Zweimassenschwungrads, also die Entkopplung zwischen Motor und Getriebe ist zu erhalten. Über all diese Anforderungen hinaus muss die Vorrichtung robust aufgebaut, einfach in der Herstellung, in der Montage und bei der Wartung sein, wobei diese Anforderungen weitestgehend kostenneutral zu realisieren sind.
Eine Möglichkeit zur Übertragung eines Drehmoments von einer exzentrisch gelagerten Kurbelwelle auf ein sich daran anschließendes Getriebe ist in der WO 2004/044451 offenbart. Offenbart ist eine exzentrische Drehmomentübertragung mittels eines Zweimassenschwungradsystems. Ausgehend von einer ersten exzentrisch gelagerten Drehachse, die beispielsweise eine exzentrisch gelagerte Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor ist, ist an die Kurbelwelle eine erste rotierende Masse drehfest befestigt. Durch die Befestigung der ersten rotierenden Masse an der ersten Drehachse führt die erste rotierende Masse bei einer Verstellung der Kurbelwelle ebenfalls eine exzentrische Bewegung aus. Zur Verbesserung des Schwingungs- und Geräuschverhaltens überträgt die erste rotierende Masse das Drehmoment mittels eines Dämpfungselements an eine in der ersten rotierenden Masse gelagerten Scheibe. Die in der rotierenden Masse gelagerte Scheibe führt hierbei ebenfalls die durch die Kurbelwelle erzeugte Exzenterbewegung aus. Folglich dient das Dämpfungselement ausschließlich zur Reduzierung von Schwingungen und Geräuschen. In der Scheibe, die in einem Ausführungsbeispiel aus zwei nebeneinander angeordneten gebogenen Blechen gebildet ist, ist eine Kupplungsplatte exzentrisch gelagert. Eine Vielzahl von Exzentern ermöglichen es hierbei, ein Drehmoment an eine zweite rotierende Masse, die zum Beispiel ortsfest in einem Getriebe angeordnet ist, zu übertragen. Somit ist eine Möglichkeit geschaffen, ein Drehmoment von einer exzentrisch gelagerten Kurbelwelle an ein Getriebe mit einer zweiten rotierenden Masse zu übertragen. Letztlich stellt die Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments aber eine aufwendige, kostenintensive und ein hohes Reibmoment erzeugende Lösung dar. Darüber hinaus bedingt die Vielzahl an Exzentereinheiten einen großen Bauraum und ein entsprechend hohes Gewicht, so dass die Anforderungen, die an eine derartige Vorrichtung gestellt werden, nur zu einem sehr geringen Teil einer guten Lösung entsprechen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu überwinden und eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse zu einer Sekundärmasse bereit zu stellen, die einfach aufgebaut ist, eine geringe Reibung aufweist, keinen oder nur geringen Änderungsaufwand für Motor und Getriebe erfordert und den höchsten mechanischen und thermischen Belastungen genügt.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 und einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die einzelnen Merkmale in den Ansprüchen sind jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern können mit anderen Merkmalen aus der nachfolgenden Beschreibung wie auch aus den Unteransprüchen zu weiteren Ausgestaltungen verknüpft werden.
Eine Vorrichtung, die die genannten Aufgabe löst, ist eine Vorrichtung zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse zu einer Sekundärmasse, insbesondere ein Zweimassenschwungrad eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Mittelachse der Primärmasse exzentrisch zu einer Mittelachse der Sekundärmasse angeordnet ist und in der eine exzentrische Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse ermöglicht ist, wobei die Primärmasse und die Sekundärmasse drehbar von einem Exzenterring aufgenommen sind, wobei bevorzugt die Primärmasse drehbar in einem Exzenterring und die Sekundärmasse drehbar auf dem Exzenterring gelagert ist. Durch den Einsatz eines einzigen Exzenterrings, der verdrehfest mit der exzentrischen Lagerung verbunden ist und der gleichzeitig als Lagerpunkt für die Primärmasse und die Sekundärmasse dient ist ein einfacher Aufbau und eine robuste sowie wartungs- und montagefreundliche Lösung der Aufgabe realisiert. Durch eine Anbindung des Exzenterrings an eine exzentrische Lagerung, zum Beispiel eine Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine, wird eine verlängerte Exzentrizität, die auch über ein Zylinderkurbelgehäuse hinausragen kann, bereitgestellt. Wird die Primärmasse unmittelbar mit einem Kurbelwellenende verbunden, so bildet der auf der Primärmasse gelagerte Exzenterring ein axiales Ausgleichselement zur Montage der Primärmasse und stellt gleichzeitig der Sekundärmasse eine in Bezug auf die Mittelachse der Sekundärmasse zentrische Lagerfläche zur Verfügung. Mit anderen Worten bildet eine äußere Umfangsfläche des Exzenterrings eine Lagerfläche zur Aufnahme eines Lagers für die Sekundärmasse. Die Sekundärmasse kann unmittelbar mit einem Getriebe oder mit einem weiteren Schwungrad verbunden sein. Darüber hinaus kann die Sekundärmasse auch unmittelbar ein Schwungrad bilden, wobei an einem äußeren Umfang des Schwungrads eine Verzahnung angebracht ist, in die beispielsweise ein Elektromotor eingreift.
Durch den Einsatz eines Exzenterrings, der in einer Ausführungsform die Primärmasse umschließt, wird eine exzentrische Lagerung für die Primärmasse gebildet. Die Mittelachse der Primärmasse stimmt mit einer Mittelachse der Kurbelwelle überein, woraus folgt, dass die Primärmasse ebenfalls exzentrisch gelagert ist. Der Exzenterring ermöglicht es hierbei, der Sekundärmasse eine um einen Versatz, der der Exzentrizität entspricht, angeordnete ortsfeste Lage einzuhalten. Die Mittelachse der Sekundärmasse ist um den Betrag der Exzentrizität der Mittelachse der Kurbelwelle bzw. Primärmasse versetzt in der Vorrichtung angeordnet. Durch den Einsatz lediglich eines Exzenterrings zur Lagerung der Massen des Zweimassenschwungrads ist eine Möglichkeit geschaffen, eine Vorrichtung mit einer sehr geringen Reibung bereitzustellen, die darüber hinaus nahezu bauraumneutral in vorhandene Applikationen einsetzbar ist. Der Einsatz lediglich eines Exzenterrings bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Vorrichtung kleinstbauend ausführbar ist, so dass Hilfssysteme wie Kühl- oder Schmierkreisläufe gar nicht oder nur geringst möglich beeinflusst werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse mindestens ein Dämpfungselement, insbesondere ein Federelement, angeordnet ist. Durch die Einbindung eines Dämpfungselements zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse ist die Möglichkeit geschaffen, das Schwingungs- und Geräuschverhalten der an die Primärmasse und die Sekundärmasse angeschlossenen Aggregate positiv zu beeinflussen. Relativbewegungen zwischen Primärmasse und Sekundärmasse in der Vorrichtung werden durch das Dämpfungselement aufgenommen. Hierbei ist das Dämpfungselement derart zwischen Primär- und Sekundärmasse angeordnet, dass es bei einer Auslenkung, das heißt einer Relativbewegung der Massen zueinander zu einer Erzeugung einer Rückstellkraft kommt, die dann an die an die Massen angeschlossenen Aggregate weiterleitbar ist. Insbesondere eine Deformierung, das heißt eine Kompression oder Expansion der bevorzugt eingesetzten Federelemente führt hierbei zur Erzeugung einer auf die Massen weiterleitbaren Kraft. Der Einsatz einer Spiralfeder ermöglicht es hierbei, eine kostengünstige Lösung zur Herstellung der Vorrichtung bereit zu stellen.
Die Vorrichtung kann derart ausgeführt sein, dass an der Primärmasse und der Sekundärmasse sich konisch nach radial außen erweiternde Abstützelemente befestigt sind, die mit dem Dämpfungselement derart zusammenwirken, dass bei einer exzentrischen Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse dem Dämpfungselement eine im wesentlichen identische Anlagefläche zur Verfügung steht. Die Dämpfungselemente, die insbesondere Spiralfedern sein können, sind bevorzugt umfänglich in der Vorrichtung angeordnet. Hierbei weisen die Primärmasse und die Sekundärmasse konisch ausgebildete, als keilförmig beschreibbare Abstützelemente auf, die abwechselnd an der Primärmasse und der Sekundärmasse befestigt sind. Die Dämpfungselemente sind hierbei zwischen jeweils einem Abstützelement der Primärmasse und einem Abstützelement der Sekundärmasse angeordnet. Durch die konischen sich nach radial außen erweiternden Abstützelemente, die bevorzugt symmetrisch ausgebildet sind, steht dem oder den Dämpfungselement(en) bei einer Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse stets eine identische Anlagefläche zur Verfügung. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jeweils drei Abstützelemente an der Primärmasse und drei Abstützelemente an der Sekundärmasse befestigt, wobei sechs Dämpfungselemente zum Beispiel als Spiralfedern zwischen den Abstützelementen angeordnet sind. Die Anzahl der Abstützelemente wird durch dieses Ausführungsbeispiel aber nicht beschränkt, es ist vielmehr ebenfalls vorstellbar, eine geringere oder größere Anzahl von Abstützelementen in der Vorrichtung anzuordnen, wobei die Anzahl der Abstützelemente durch die an die Vorrichtung gestellte Anforderung, das heißt den Einsatzzweck, anpassbar ist. Als Dämpfungselemente sind hierbei Spiralfedern und insbesondere Torsionsfedern einsetzbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Abstützelemente einteilig mit den Massen, das heißt, der Primärmasse und der Sekundärmasse ausgebildet. Eine einteilige Ausbildung der Abstützelemente mit den Massen ermöglicht eine leichtere Montage und reduziert gleichzeitig die Lager- und Herstellungskosten.
Die Dämpfungselemente sind zwischen den Abstützelementen und zwischen der Primär- und Sekundärmasse in der Vorrichtung geführt. Die Dämpfungselemente werden dabei derart in Federschuhen geführt, dass sie keine radiale Bewegung ausführen, so dass sie ausschließlich in Umfangsrichtung verformt werden. Wird bei einer exzentrischen Verstellung der Primärmasse eine Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse erzeugt, so gleiten die Dämpfungselemente in einer Ausführungsform entlang der an der Primärmasse befestigten Abstützelemente entlang, so dass keine Radialbewegung der Dämpfungselemente erzeugt wird. Durch die schräge oder konische Ausbildung der Abstützelemente gleiten die Dämpfungselemente entlang der Schräge der primärseitigen Abstützelemente, wobei den Dämpfungselementen eine stets identische Anlagefläche an den primärseitigen Abstützelementen gegenüberliegt. Hierbei können das Dämpfungselement oder die Dämpfungselemente in Federschuhen geführt sein, so dass eine radiale Lagersicherung des Dämpfungselements gewährleistet ist. Als Federschuh ist hierbei beispielsweise eine Form vorstellbar, die das Dämpfungselement in radialer Richtung auf den Massen positioniert. Vorstellbar ist es hierbei, in dem Fall, in dem Spiralfedern als Dämpfungselemente eingesetzt werden, dass zum Beispiel in die Sekundärmasse halbkreisförmige Erhöhungen eingebracht sind, wobei die Spiralfedern in die Erhöhungen einlegbar und somit radial positionierbar sind. Ebenso ist es natürlich vorstellbar, die Spiralfedern auf der Primärmasse radial zu positionieren, wobei die Spiralfedern dann entlang der Abstützelemente auf der Sekundärmasse geführt würden. Ein Vorteil der radialen Führung der Spiralfedern, zum Beispiel in einer Kulisse oder Kulissenführung, liegt darin, dass die Vorrichtung nach außen hin kraftfrei vorliegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird dann ein Vorteil erzielt, wenn die Primärmasse eine voll umfängliche und U-förmige radiale Erstreckung umfasst und der Exzenterring und zumindest ein Teil der Sekundärmasse in einem Inneren der U-förmigen Erstreckung angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung der Primärmasse ermöglicht es, die Vorrichtung platzsparend und somit bauraumoptimiert auszubilden. Eine als U-förmig bezeichenbare Querschnittsfläche der Primärmasse, wobei die U-Form sich um einen Anschlussflanch der Primärmasse, zum Beispiel eine Kurbelwelle, erstreckt, bietet den Vorteil, dass der U-förmige Innenraum der Primärmasse zur Aufnahme der Exzenterelemente sowie der Lagerung der Sekundärmasse genutzt werden kann. Einerseits ergibt sich der Vorteil, dass durch die U-Form eine sehr große Masse erzielbar ist und andererseits wird durch die Nutzung des U-förmigen Innenraums der Primärmasse eine weitere Massenkonzentration ermöglicht, durch die letztlich eine Bauraumoptimierung erzielbar ist. Hierbei ist es vorstellbar, dass sich die U-förmige Öffnung einerseits in Richtung des Anschlusses der Primärmasse und andererseits in Richtung von der Anschlussfläche der Primärmasse weg erstreckt.
In einer Ausführungsform kann die Sekundärmasse mehrteilig ausgebildet sein, wobei zumindest ein weiterer Teil der Sekundärmasse außerhalb der U-förmigen Erstreckung der Primärmasse angeordnet ist. Durch zum Beispiel eine Teilung der Sekundärmasse in einen ersten Teil und zumindest einen weiteren Teil ist einerseits die Massenverteilung leicht einstellbar und andererseits wird eine leichte Anbindbarkeit weiterer Aggregate oder einer Flex plate zur Anbindung an ein Automatikgetriebe an die Sekundärmasse ermöglicht. Als weitere Aggregate zur Anbindung an die Sekundärmasse sind beispielsweise eine Kupplung, ein Getriebe, eine Druckplatte oder ein Kupplungsmechanismus vorstellbar.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Exzenterring mit einem in einem Gehäuse, insbesondere einem Zylinderkurbelgehäuse, gelagerten Exzenteradapter verbunden, insbesondere formschlüssig verbunden sein. Wird die Vorrichtung, die auch als exzentrisches Zweimassenschwungrad bezeichenbar ist, zum Beispiel in einem Verbrennungsmotor eingesetzt, so kann die Kurbelwelle in exzentrisch verstellbaren Lagern gelagert sein. Wird nun ein Exzenteradapter am exzentrischen Kurbelwellenlager befestigt, so besteht die Möglichkeit, den Exzenterring unmittelbar über den Exzenteradapter mit dem Kurbelwellenlager zu verbinden. In vorteilhafter Weise schließt der Exzenteradapter das Zylinderkurbelgehäuse dichtend in Richtung der Vorrichtung ab. Wird der Exzenterring formschlüssig mit dem Exzenteradapter verbunden, so ergibt sich der Vorteil, dass der Exzenterring leicht montierbar ist. Darüber hinaus bietet eine formschlüssige Verbindung zwischen Exzenteradapter und Exzenterring die Möglichkeit eines axialen Spielausgleichs.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn am Exzenterring und/oder am Exzenteradapter zumindest ein Wellendichtring angeordnet ist, so dass eine Abdichtung zum Zylinderkurbelgehäuse und/oder zur Primärmasse und/oder zu einer Kurbelwellenlagerung möglich ist. Somit übernimmt der Exzenterring und/oder der Exzenteradapter eine Mehrfachfunktion, nämlich einerseits die der exzentrischen Lagerung der Primärmasse und andererseits die einer Abdichtung zwischen Vorrichtung und/oder Zylinderkurbelgehäuse und/oder der Kurbelwelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich dann ein Vorteil, wenn die Primärmasse in und die Sekundärmasse auf dem Exzenterring mittels eines Gleitlagers und/oder eines Wälzlagers gelagert ist. Der Vorteil der freien Auswahl eines Gleitlagers und/oder eines Wälzlagers für die Lagerung der Massen liegt darin, dass hierdurch einerseits konstruktive Freiheiten geschaffen werden und andererseits eine Anpassung an die Anforderungen der Vorrichtung individuell anpassbar sind. Darüber hinaus bieten beispielsweise Gleitlager den Vorteil einer geringen Bauhöhe, was sich wiederum positiv auf den für die Vorrichtung benötigten Bauraum auswirkt. Bevorzugt werden Wälzlager zur Lagerung der Primärmasse und Sekundärmasse in der Vorrichtung eingesetzt. Im Falle eines Einsatzes eines Wälzlagers wird das Zweimassenschwungrad mit einem speziellen Fett zur Schmierung und Dämpfung gefüllt, wobei das Zweimassenschwungrad bevorzugt außerhalb des Ölraums des Motors läuft. Im Falle eines Einsatzes eines Gleitlagers ist eine Schmierölversorgung für das Gleitlager vorzusehen. Dabei kann eine Schmierung mittels einer Druckölversorgung in die Aufnahmen der Gleitlager erfolgen, wobei eine Schmierung des Zweimassenschwungrads durch eine Ölumflaufschmierung erfolgt.
In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Übertragung eines Drehmoments bereit gestellt wird, bei dem ein Drehmoment von einer Primärmasse zu einer Sekundärmasse übertragen wird und bei dem das Drehmoment über die exzentrisch gelagerte Primärmasse auf die Sekundärmasse übertragen wird, wobei bei einer Verdrehung einer exzentrischen Lagerung der Primärmasse ein mit der exzentrischen Lagerung drehfest verbundener Exzenterring verdreht wird, so dass eine Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse erzeugt wird. Durch die unmittelbare Anordnung des Exzenterrings auf der Primärmasse ist eine Möglichkeit geschaffen, dass eine Kraft ausgehend von der Primärmasse unmittelbar in die Sekundärmasse einleitbar ist. Hierbei erfolgt die Kraftübertragung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse lediglich achsversetzt, wobei eine Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse in der Vorrichtung möglich ist. Dabei verschiebt sich die Primärmasse relativ zur ortsfesten Sekundärmasse, das heißt die Mittelachse der Sekundärmasse behält ihre Lage bei, wobei die Mittelachse der Primärachse sich exzentrisch um die Mittelachse der Sekundärmasse bewegt. Vorteilhaft ist hierbei, dass im Gegensatz zum Stand der Technik der Exzenterring ausschließlich zur Lagerung der Primärmasse und Sekundärmasse dient, wobei das zu übertragende Moment unmittelbar über relativ zueinander verschiebbare Abstützelemente übertragen wird.
Ein weiterer Vorteil wird dann erzeugt, wenn ein Drehmoment zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse mittels eines Dämpfungselements, insbesondere mittels eines Federelements, übertragen wird. Wird bei der Übertragung des Drehmoments ein Dämpfungselement zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse eingesetzt, so ist es möglich das Schwingungs- und Geräuschsverhalten der Vorrichtung positiv zu beeinflussen. Wird die Primärmasse beispielsweise mittels einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angetrieben, so wirkt das Moment beziehungsweise die Kraft aus der Primärmasse nicht unmittelbar gegen die Sekundärmasse, sondern gegen das Dämpfungselement, wodurch im Dämpfungselement eine Kraft erzeugt wird, die als Kraft in die Sekundärmasse und somit in an die Sekundärmasse angeschlossene weitere Bauteile oder Aggregate weiterleitbar ist. Wird beispielsweise eine Torsionsfeder als Dämpfungselement eingesetzt so ergibt sich je nach Anordnung der Torsionsfeder zwischen der Primärmasse und Sekundärmasse eine Stauchung oder Expansion der Torsionsfeder, woraus eine Kraft resultiert, die in Richtung der Sekundärmasse weitergeleitet wird. Sind beispielsweise drei Abstützelemente an der Primärmasse angeordnet und entsprechend drei Abstützelemente an der Sekundärmasse angeordnet, wobei die Abstützelemente umfänglich und alternierend an der Primärmasse und Sekundärmasse befestigt sind, so ergibt sich bei einer Krafteinleitung auf die Primärmasse eine Zug- beziehungsweise Druckkraft auf die Sekundärmasse. Die zwischen einem primärseitig befestigten Abstützelement und einem sekundärseitigen Abstützelement befindliche Torsionsfeder wird bei Einleitung einer Kraft auf die Primärmasse gestaucht, wenn das primärseitig befestigte Abstützelement in Richtung des sekundärseitigen Abstützelements bewegt wird. Entsprechend ergibt sich für die gleiche Bewegung eine Streckung zwischen einem Abstützelement an der Sekundärmasse und dem Abstützelement an der Primärmasse. Die hieraus resultierende Kraft ist als Moment an die Sekundärmasse weiterleitbar. Der exzentrische Ausgleich der Mittelachsen der Primärmasse und der Sekundärmasse erfolgt hierbei über ein Verschieben der primärmassenseitigen Abstützelemente gegenüber den Dämpfungselementen. Das heißt es erfolgt eine Relativbewegung zwischen den Abstützelementen der Primärmasse und den Dämpfungselementen, wobei die Verschiebung vom Betrag her dem Betrag der Exzentrizität zwischen den beiden Mittelachsen der Primärmasse und der Sekundärmasse entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ergibt sich dann ein Vorteil, wenn ein Drehmoment mittels an der Primärmasse und der Sekundärmasse sich konisch nach radial außen erweiternder Abstützelemente übertragen wird, wobei die Abstützelemente derart mit dem Dämpfungselement zusammenwirken, dass bei einer exzentrischen Relativbewegung zwischen der Primärmasse und der Sekundärmasse das Dämpfungselement relativ zum Abstützelement bewegt wird. Die Abstützelemente sind dabei so ausgeführt, dass dem Dämpfungselement stets eine nahezu identische Analgefläche gegenübersteht, unabhängig von der Relativbewegung beider Elemente zueinander. Werden die Abstützelemente konisch beziehungsweise dreieckförmig ausgebildet so steht dem Dämpfungselement stets eine identische Anlagefläche gegenüber. Dies bietet den Vorteil, dass bei einer Relativbewegung zwischen Primärmasse und Sekundärmasse eine geringst mögliche Radialkraft bei der Relativbewegung zwischen Dämpfungselement und Abstützelement hervorgerufen wird. Darüber hinaus gewährleistet eine identische Anlagefläche ein hohes Maß an kontinuierlicher Momentenübertragung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus denen weitere Ausgestaltungen der Erfindung hervorgehen. Die dort dargestellten Weiterbildungen sind jedoch nicht beschränkend, vielmehr können die dort jeweils beschriebenen Merkmale untereinander und mit den oben beschriebenen Merkmalen zu weiteren Ausgestaltungen kombiniert werden. Des Weiteren sei darauf verwiesen, dass die in den Figuren angegebenen Bezugszeichen den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht beschränken, sondern lediglich auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele verweisen. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass das dargestellte Ausführungsbeispiel zwar eine Verwendung der Vorrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine darstellt, die Erfindung aber nicht auf eine Verwendung der Vorrichtung in einer Verbrennungskraftmaschine beschränkt ist, sondern bei jeglicher Art von Übertragungen von Drehmomenten zwischen exzentrisch gelagerten Aggregaten oder Bauteilen eingesetzt werden kann. Es zeigt:
1 eine Vorderansicht auf eine Vorrichtung, wobei die Vorderansicht als Ansicht auf die sekundärseitige Seite der Vorrichtung definiert ist,
2 eine Rückansicht auf eine Vorrichtung,
3 eine Seitenansicht entlang der Linie III-IIII aus 1, die die Vorrichtung in einem Schnitt zeigt,
4 eine Seitenansicht im Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 2,
5 einen Schnitt durch eine Vorrichtung entlang einer Mittellinie, wobei die Vorrichtung im montierten Zustand an einem Zylinderkurbelgehäuse dargestellt ist,
6 ein weiterer Schnitt durch eine Vorrichtung in einem monierten Zustand an einem Zylinderkurbelgehäuse,
7 eine Draufsicht im Schnitt entlang der Linie VII-VII in 5 und
8 eine dreidimensionale Ansicht auf ein Zylinderkurbelgehäuse mit einem separat dargestellten Exzenteradapter und einem Exzenterring.
In der 1 ist eine Vorrichtung 1 in einer Vorderansicht dargestellt, eine Vorderansicht ist dabei die Ansicht, die eine Anschlussseite für weitere Aggregate oder Bauteile an die Sekundärmasse bietet. Zu erkennen sind die Primärmasse 2 sowie die Sekundärmasse 3. Als Vorderansicht wird hierbei die Ansicht auf die Sekundärmasse 3 bezeichnet. In der Primärmasse 2, die eine umfängliche U-förmige Erstreckung aufweist sind Ausnehmungen 4, 5 eingebracht, die eine Lagerung der Sekundärmasse 3 in einem Inneren der u-förmigen Erstreckung der Primärmasse 2 der Sekundärmasse ermöglichen. Ebenfalls zu erkennen sind Spiralfedern 6, 7, die umfänglich in der Vorrichtung 1 eingebracht sind. Die Sekundärmasse 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig aufgebaut, wobei ein äußerer Teil 8 der Sekundärmasse 3 in der 1 zu erkennen ist. Die Sekundärmasse 3 dreht sich um ihre Mittelachse 9, die exzentrisch zur Mittelachse 10 der Primärmasse 2 angeordnet ist. Der Betrag der Entfernungen der Mittelachsen 9, 10 voneinander entspricht der Exzentrizität E zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3. Die 1 gibt somit eine exzentrische Lage zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3 wieder, in der die Primärmasse 2 um den Versatz E in horizontale Richtung zur Sekundärmasse 3 angeordnet ist.
Der äußere Teil 8 der Sekundärmasse 3 bildet gleichzeitig einen Montageflansch zur Adaption weiterer Aggregate oder Bauteile an die Vorrichtung 1. Dabei ist es natürlich selbstverständlich, dass der äußere Teil 8 mit Gewinden, Löchern oder Adaptern zur Adaption weiterer Bauteile oder Aggregaten versehen sein kann. Die Sekundärmasse 3 und insbesondere der äußere Teil 8 weist eine Öffnung 11 auf, durch die hindurch die Primärmasse 2 sichtbar ist. Die Primärmasse 2 ist über den Flansch 12 mit einem primärseitigen Antrieb oder Abtrieb oder einem weiteren Aggregat verbindbar, insbesondere verschraubbar. Die Linien 13, 14 zeigen die umfänglichen Enden 13, 14 der U-förmigen Erstreckung der Primärmasse 2.
In der 2 ist eine Rückansicht auf die Vorrichtung 1 gemäß der 1 dargestellt. Zu erkennen ist die Primärmasse 2, sowie der innere Teil 15 der Sekundärmasse 3 sowie der Exzenterring 16. Die Primärmasse 2 besitzt eine ringförmige Erstreckung 17, die sich aus der Bildebene heraus erstreckt und einen Teil der U-förmigen Erstreckung der Primärmasse 2 bildet. Zu erkennen ist ebenfalls ein an der Primärmasse 2 befestigtes Abstützelement 18, das einteilig mit der Primärmasse 2 ausgebildet ist. Anliegend an dem Abstützelement 18 sind ebenfalls die Spiralfedern 5, 6 dargestellt. Mittels der Verschraubungen 19 ist der innere Teil 15 der Sekundärmasse mit dem äußeren Teil 8 der Sekundärmasse 3 verschraubt.
Die Sekundärmasse 3 ist auf dem Exzenterring 16 um die Mittelachse 9 herum drehbar gelagert. Zur formschlüssigen Verbindung des Exzenterring 16 weist der Exzenterring 16 eine Bohrung 20 auf, mittels derer der Exzenterring beispielsweise mit einem Passstift mit einem weiteren Bauteil zur Übertragung eines Moments verbindbar ist. Mittels der Bohrung 20 in dem Exzenterring ist es somit möglich den Exzenterring 16 und somit die Primärmasse 2 um die Achse 10 herum exzentrisch zu bewegen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zwar lediglich eine formschlüssige Verbindung dargestellt ist, es ist aber jede Art von form- und/oder stoffschlüssiger Verbindung möglich, mit der ein Drehmoment von der Kurbelwelle bzw. einem Adapter auf den Exzenterring der Vorrichtung übertragbar ist.
In der 3 ist eine Seitenansicht auf die Vorrichtung 1 in einem Schnitt entlang der Linie III-III der 1 wiedergegeben. Gleiche Bauteile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Exzenterring 16 bildet die Lagerung für die Primärmasse 2 sowie die Sekundärmasse 3, wobei der innere Teil 15, der in diesem Ausführungsbeispiel zweiteiligen Sekundärmasse auf dem Exzenterring 16 gelagert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der innere Teil 15 der Sekundärmasse 3 mittels eines Wälzlagers 21 auf dem Exzenterring gelagert. Ein weiteres Wälzlager 22 an einem inneren Umfang 23 des Exzenterrings 16 dient zur Aufnahme der Primärmasse 2. Wird nun ein Moment in die Primärmasse 2 eingeleitet, so wird mittels des Abstützelements 18 eine Kraft auf die Torsionsfeder 6 ausgeübt, so dass das Moment beziehungsweise die Kraft mittelbar über die Torsionsfeder 6 auf die Sekundärmasse 3 übertragbar ist.
in der 4 ist ein Schnitt durch die Vorrichtung entlang der Linie IV-IV aus 2 dargestellt. Zu erkennen, ist die Anbindung des inneren Teils 15 der Sekundärmasse 3 an den äußeren Teil 8 der Sekundärmasse 3, wobei die Sekundärmasse 3 zweiteilig ausgeführt ist. Ein äußerer Teil 8 der Sekundärmasse 3 erstreckt sich durch eine Ausnehmung in der Primärmasse 2 hindurch, so dass eine Schraubverbindung 24 zwischen innerem Teil 15 und äußerem Teil 8 der Sekundärmasse 3 ermöglicht ist. Hierbei ist die Ausnehmung 4 derart ausgebildet, dass ein Verschwenken, das heißt eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen Primärmasse 2 und Sekundärmasse 3 in einem durch die Stauchung der Torsionsfedern beschränkten Maß ermöglicht wird. Der Montagebereich des inneren Teils 15 der Sekundärmasse 3 dient gleichzeitig als Abstützelement 25 für die Torsionsfedern gegen die Sekundärmasse 3. Wie ebenfalls deutlich in der 2 zu erkennen ist, ist die Mittelachse 10 der Primärmasse 2 um die Exzentrizität E von der Mittelachse 9 der Sekundärmasse 3 beabstandet.
Die 5 zeigt die Vorrichtung 1 in einem Seitenschnitt gemäß der Linie III-III aus der 1, wobei die Vorrichtung an einer exzentrisch gelagerte Kurbelwelle 26 angebunden ist. Vorzugsweise ist die Vorrichtung 1 mittels Schrauben 27 durch den Flansch 12 hindurch mit der Kurbelwelle 26 verschraubt. Die Kurbelwelle 26 ist in Exzenterlagern 28 in einem nur bereichsweise dargestellten Zylinderkurbelgehäuse 29 gelagert, so dass mittels der exzentrischen Kurbelwellenlagerung 28 ein variables Kompressionsverhältnis in dem Zylinderkurbelgehäuse 29 realisierbar ist. Die Primärmasse 2 ist drehfest mit der Kurbelwelle 26 verbunden, so dass die Primärmasse 2 ebenfalls exzentrisch um die Mittelachse 9 der Sekundärmasse 3 verschenkbar ist. Hierzu ist die Primärmasse 2 in dem Exzenterring 16 gelagert. Der Exzenterring 16 ist formschlüssig mittels eines Zylinderstifts 30 mit einem Exzenteradapter 31 verbunden. Der Exzenteradapter 31 wiederum ist verdrehfest mit dem Exzenterlager 28 verbunden, so dass bei einer exzentrischen Verstellung der Kurbelwelle der Exzenteradapter 31 und der Exzenterring 16 um die Mittelachse 9 der Sekundärmasse herum exzentrisch verschenkt werden, das heißt, dass der Exzenterring 16 zugleich mit dem Exzenterlager 28 verstellt wird.
Mit einer Verschenkung des Exzenterrings 16 um die Mittelachse 9 der Sekundärmasse 3 herum ändert sich die Relativposition zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3. Die Sekundärmasse 3 ist lage- oder positionsgleich in einem weiteren Aggregat, wie beispielsweise einem Getriebe gehalten. Die Primärmasse 2 verschiebt sich somit relativ zur Sekundärmasse 3. Eine Drehmomentübertragung zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3 erfolgt während einer Relativbewegung zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3 über die Spiralfedern 6. Dabei werden die Spiralfedern 6 in dem inneren Teil 15 der Sekundärmasse 3 ortsfest gehalten, wobei das ortsfeste Halten der Spiralfedern beispielsweise über eine Kulisse realisierbar ist. Eine derartige Kulissenführung ist in den 3 und 5 selbst nicht dargestellt. Wird die Spiralfeder 6 ortsfest am Innenteil 15 der Sekundärmasse 3 gehalten, so verschiebt sich bei einer Relativbewegung zwischen der Primärmasse 2 und der Sekundärmasse 3 die Spiralfeder 6 entlang des konisch ausgebildeten Abstützelements 18 der Primärmasse 2. Ebenfalls nicht dargestellt ist eine Führung, insbesondere eine radiale Führung, auf den Abstützelementen 18, 25 für die Spiralfeder 6, wodurch ein unmittelbares Anliegen und Verschieben der Spiralfeder auf den Abstützelementen unterbindbar wäre.
In der 6 ist eine weitere Seitenansicht auf die Vorrichtung 1 gemäß einem Schnitt entlang der Linie IV-IV der 2 in einem montierten Zustand an einer Kurbelwelle 26 wiedergegeben. Der Exzenterring 16 ist über den Exzenteradapter 31 mit dem exzentrisch verstellbaren Lager 28 der Kurbelwelle 26 verbunden. Hierbei dient der Exzenteradapter 31 gleichzeitig zur Aufnahme radialer Dichtringe 32, 33. Mittels der radialen Dichtringe 32, 33 ist einerseits die Kurbelwelle 26 und andererseits das Zylinderkurbelgehäuse 29 gegenüber der Vorrichtung 1 abdichtbar.
Zu erkennen ist ebenfalls die Anlagefläche 25 am inneren Teil 15 der Sekundärmasse 3 sowie das Abstützelement 18 an der Primärmasse 2.
In der 7 ist eine Vorderansicht auf eine Vorrichtung 1 im Schnitt entlang der Linie VII-VII aus 5 dargestellt. Zu erkennen sind die Abstützelemente 18, die fest mit der Primärmasse 2 verbunden sind. Darüber hinaus sind Abstützelemente 25 dargestellt, die wiederum fest mit der Sekundärmasse 3 verbunden sind. Der Exzenterring 16 trägt die Lager 21 und 22, mittels derer die Massen auf dem Exzenterring 16 gelagert sind. Wie deutlich zu erkennen, sind die Spiralfedern 6, 7 umfänglich im inneren Teil 15 der Sekundärmasse 3 gehalten. Bei einer Verschiebung der Primärmasse 2 gegenüber der Sekundärmasse 3 verschieben sich die Spiralfedern 6, 7 entlang der konisch ausgebildeten Abstützelemente 18 der Primärmasse 2.
Die 8 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 34 in einer Seitenansicht und in einer Schnittdarstellung. Entgegen der vorstehend beschriebenen Ausführungsform liegen sich die radialen Erstreckungen einer Primärmasse 35 und der Sekundärmasse 36 nicht unmittelbar gegenüber, sondern sind zumindest durch einen inneren Teil 37 der Primärmasse 35, Spiralfedern 38, 39 und einem Exzenterring 40 voneinander beabstandet. Die Primärmasse 35 erstreckt sich kubelwellenseitig in radiale Richtung und ist über einen Monatageflansch 41 zum Beispiel mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle verbindbar. Mittels der kurbelwellenseitigen Anordnung der Primärmasse 35 können die zum Beispiel in der 1 dargestellten Ausnehmungen 4, 5 in der Primärmasse 35 entfallen. Bei einem Schwenkwinkel von beispielsweise 120° ist die Anzahl der durch die Ausnehmungen 4, 5 hindurch greifenden Federstützen oder Abstützelemente 25 und Federelemente 6, 7, 34 beschränkt. Gemäß der Ausführungsform der 8 hingegen ist die Anzahl der Abstützelemente 43, 44, 45 und Spiralfedern 38, 39 nicht beschränkt, da auf die Ausnehmungen verzichtet werden kann.
Der Exzenterring 40 ist auf einer axialen Erstreckung 45 der Primärmasse 35 gelagert, wobei die axiale Erstreckung 45 hohlzylinderförmig ausgebildet ist. Dabei benötigt der Exzenterring 40 eine Verbindung zu einem Exzenter-Adapter oder zu einem Exzenterlager der Kurbelwelle. Zur Herstellung einer Verbindung ist in der Primärmasse 35 eine Öffnung 46 vorgesehen, wobei sich durch die Öffnung 46 hindurch ein Verbindungselement 47 erstreckt. Mittels des Verbindungselements 47 können Drehmomente des Exzenter-Adapters oder des Exzenterlagers an den Exzenterring 40 übertragen werden. Die Öffnung 46 ist dabei derart ausgebildet, dass der Exzenterring 40 den Drehbewegungen des Exzenterlagers folgen kann. Im Gegensatz zu den mittels der Primärmasse 35 und Sekundärmasse 36 übertragenden Momente sind die mittels des Verbindungselementes 47 zu übertragenen Momente sehr klein. Die weiteren Bauteile der Vorrichtung 34 können mit den Bauteilen des vorstehend beschriebenen Vorrichtung 1 zumindest funktional übereinstimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2004/044451 [0003]

Claims

Vorrichtung (1; 34) zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse (2; 35) zu einer Sekundärmasse (3; 36), insbesondere eines exzentrischen Zweimassenschwungrads eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Mittelachse (10) der Primärmasse (2; 35) exzentrisch zu einer Mittelachse (9) der Sekundärmasse (3; 36) angeordnet ist und in der eine exzentrische Relativbewegung zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) ermöglicht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärmasse (2; 35) und die Sekundärmasse (3; 36) von einem Exzenterring (16; 40) aufgenommen sind, insbesondere die Primärmasse (2; 35) drehbar in einem Exzenterring (16; 40) und die Sekundärmasse (3; 36) drehbar auf dem Exzenterring (16; 40) gelagert ist.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) mindestens ein Dämpfungselement, insbesondere ein Federelement, angeordnet ist.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement eine Spiralfeder (6, 7, 34), insbesondere eine Torosionsfeder, ist.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) sich konisch und nach radial außen erweiternde Abstützelemente (18, 25) befestigt sind, die mit dem Dämpfungselement derart zusammenwirken, dass bei einer exzentrischen Relativbewegung zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) dem Dämpfungselement eine im Wesentlichen identische Anlagefläche zur Verfügung steht.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützelemente (18, 25; 42, 43, 44) einteilig mit den Massen (2, 3; 35, 36) ausgebildet sind.
Vorrichtung (1; 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärmasse (2; 35) eine vollumfängliche und U-förmige radiale Erstreckung (17) umfasst und der Exzenterring (16; 40) und zumindest ein Teil (15) der Sekundärmasse (3; 36) in einem Inneren der U-förmigen Erstreckung (17) angeordnet ist.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärmasse (3; 36) mehrteilig ausgebildet ist, wobei zumindest ein weiterer Teil (8) der Sekundärmasse (3; 36) außerhalb der U-förmigen Erstreckung (17) der Primärmasse (2; 35) angeordnet ist.
Vorrichtung (1; 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterring (16; 40) mit einem in einem Gehäuse (29), insbesondere einem Zylinderkurbelgehäuse, gelagerten Exzenteradapter (31) verbunden, insbesondere formschlüssig verbunden, ist.
Vorrichtung (1; 34) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am Exzenterring (16; 40) und/oder am Exzenteradapter (31) zumindest ein Wellendichtring (32, 33) angeordnet ist, so dass eine Abdichtung zum Zylinderkurbelgehäuse (29) und/oder zur Primärmasse (2; 35) und/oder zu einer Kurbelwellenlagerung (28) ermöglicht ist.
Vorrichtung (1; 34) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärmasse (2; 35) in und die Sekundärmasse (3; 36) auf dem Exzenterring (16; 40) mittels eines Gleitlagers und/oder eines Wälzlagers (21, 22) gelagert sind.
Verfahren zur Übertragung eines Drehmoments von einer Primärmasse (2; 35) zu einer Sekundärmasse (3; 36), insbesondere bei einem exzentrischen Zweimassenschwungrad eines Kraftfahrzeugs, bei dem das Drehmoment über eine exzentrisch gelagerte Primärmasse (2; 35) auf eine Sekundärmasse (3; 36) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer exzentrischen Lagerung (28, 31) der Primärmasse (2; 35) ein mit der exzentrischen Lagerung (28, 31) drehfest verbundener Exzenterring (16; 40) verdreht wird, so dass eine Relativbewegung zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) mittels eines Dämpfungselements, insbesondere mittels eines Federelements (6, 7; 38, 39), übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmoment mittels an der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) sich konisch nach radial außen erweiterndes Abstützelement (18, 25; 42, 43, 44) übertragen wird, wobei die Abstützelemente (18, 25; 42, 43, 44) derart mit dem Dämpfungselement zusammenwirken, dass bei einer exzentrischen Relativbewegung zwischen der Primärmasse (2; 35) und der Sekundärmasse (3; 36) das Dämpfungselement relativ zum Abstützelement (18, 25; 42, 43, 44) bewegt wird.