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Die Erfindung betrifft ein geteiltes Schwungrad mit zwei gegeneinander begrenzt verdrehbaren Schwungmassen, wobei eine der Schwungmassen als mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine wirksam verbundenes Eingangsteil und die andere Schwungmasse als mit einem Getriebebauteil verbindbares Ausgangsteil ausgebildet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind geteilte Schwungräder mit aus einer in Umfangsrichtung wirksamen Federeinrichtung, die beispielsweise Bogenfedern enthält, hinreichend bekannt. Hierbei dienen die Bogenfedern während eines Auftretens von Drehschwingungen als Zwischenspeicher für die Drehmomentspitzen, indem die eingangsseitige, primäre Schwungmasse gegenüber der ausgangsseitigen, sekundären Schwungmasse relativ verdreht und die Bogenfedern komprimiert werden. Bei abklingender Drehmomentspitze wird die in den Bogenfedern gespeicherte Energie wieder abgegeben, wodurch ein über das geteilte Schwungrad übertragener Drehmomentverlauf erzielt wird, der durch die Zwischenspeicherung der Drehmomentspitzen und deren Verlagerung zu kleineren Drehmomentwerten geglättet ist. Bei zunehmender Drehzahl werden dabei die Bogenfedern nach radial außen beschleunigt, so dass sich deren Windungen unter Reibung radial außen abstützen. Die gebildeten Reibmomente führen zu einer teilweisen Ausschaltung von Federwindungen mit einer Erhöhung der Gesamtsteifigkeit der Federeinrichtung sowie zu Lastwechselschlägen. Die Befettung des Reibkontakts zwischen den Federwindungen der Bogenfedern und den diesen radial abstützenden Bauteilen vorzugsweise der primären Schwungmasse ergibt dabei Vorteile.
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Weiterhin müssen bei modernen Brennkraftmaschinen die in der Regel höheren Drehmomente über die Federeinrichtung von der Primärschwungmasse zu der Sekundärschwungmasse übertragen werden. Starke Bauraumbegrenzungen lassen dabei eine Verlängerung der Federn der Federeinrichtung bei für das Drehmoment ausreichender Federrate nicht zu, so dass die Federrate weiter erhöht werden muss und die Eigenresonanz der geteilten Schwungräder in Drehzahlbereiche verlagert werden, die höher als die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt.
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Zur weiteren Verbesserung der Isolationswirkung von geteilten Schwungrädern werden diese – wie beispielsweise aus der
DE 10 2006 028 556 A1 bekannt – mit Fliehkraftpendeln kombiniert, bei denen freie Pendel an einer der beiden Schwungmassen begrenzt verschwenkbar zur Erzielung einer drehzahladaptiven Schwingungstilgung angeordnet werden. Weiterhin zunehmende Maximalmomente moderner Brennkraftmaschinen bei kleineren Drehzahlen erfordern zur Zwischenspeicherung von Drehmomentspitzen mit hohem Absolutmoment bei kleinen Drehzahlen eine effektive Ausnutzung der zwischen den Schwungmassen wirksamen Energiespeichereinrichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung von geteilten Schwungrädern insbesondere vor dem Hintergrund erhöhter übertragbarer Drehmomente bei immer geringer werdenden Drehzahlen. Insbesondere soll das geteilte Schwungrad so ausgelegt werden können, dass eine Resonanzdrehzahl des geteilten Schwungrads in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine mit hohem mittlerem Drehmoment unterhalb der Leerlaufdrehzahl erzielt wird.
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Die Aufgabe wird durch ein geteiltes Schwungrad mit zwei gegeneinander begrenzt verdrehbaren Schwungmassen gelöst, wobei eine der Schwungmassen als mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine wirksam verbundenes Eingangsteil und die andere Schwungmasse als mit einem Getriebebauteil verbindbares Ausgangsteil ausgebildet, beiden Schwungmassen zumindest eine Pendelmasse zugeordnet ist und beide Schwungmassen mittels einer Gelenkverbindung unter Zwischenschaltung zumindest einer Pendelmasse drehschlüssig verbunden sind.
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Gegenüber einer Federeinrichtung zur Speicherung von mechanischer Energie können durch die Ausbildung eines gekoppelten Pendels im Fliehkraftfeld Energieinhalte von Drehmomentspitzen einer Brennkraftmaschine zumindest teilweise und effektiv in Form von potentieller Energie zwischengespeichert werden. Die Fliehkraft ändert sich dabei drehzahlabhängig und dadurch ändert sich auch drehzahlabhängig die Steifigkeit des geteilten Schwungrads. Mit zunehmender Drehzahl steigt daher die Steifigkeit. Das heißt, dass bei höheren Drehzahlen das geteilte Schwungrad bei gleichem Verdrehwinkel der Schwungmassen höhere Drehmomente übertragen und ein Mittelmoment moderner Brennkraftmaschinen ohne Resonanzprobleme der Eigenresonanz des geteilten Schwungrads abdecken kann. Bei kleinen Drehzahlen ist der Fliehkrafteinfluss entsprechend gering, so dass eine Resonanzdrehzahl des geteilten Schwungrads erzielt wird, die vorteilhafterweise unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine liegt. Insbesondere während Start- und Stoppvorgängen und eines Betriebs der Brennkraftmaschine bei Leerlaufdrehzahl wird eine hohe Isolationswirkung gegen Drehschwingungen ohne oder nur mit stark verminderten Resonanzeinflüssen erzielt.
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Die gegeneinander verdrehbaren Schwungmassen sind dabei über die zumindest eine Pendelmasse so verbunden, dass bei einer Fliehkraft, die infolge geringer Drehzahlen beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine und dergleichen noch nicht in der Lage ist, die zumindest eine bei einer Verdrehung der Schwungmassen nach radial innen verlagerte Pendelmasse wieder nach radial außen zu beschleunigen und damit das über die Schwungmassen zu übertragende Drehmoment zu übertragen, das Drehmoment über die Gelenkverbindung überfragen wird. Mit zunehmender Drehzahl wird danach die zumindest eine Pendelmasse nach radial außen beschleunigt, so dass sich ein den Verdrehwinkel zwischen den Schwungmassen einstellendes Gleichgewicht zwischen der in Umfangsrichtung zwischen den Schwungmassen wirkenden Kraft und der Fliehkraft ausbildet. Dieses Gleichgewicht balanciert in das Schwungrad eingebrachte Drehschwingungsschwankungen wie beispielsweise Drehmomentstöße der Brennkraftmaschine aus.
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Die Gelenkverbindung kann dabei in Umfangsrichtung starr ausgebildet sein, so dass die beiden Schwungmassen in Verdrehrichtung gegeneinander starr gekoppelt sind. Alternativ kann die Gelenkverbindung in Umfangsrichtung elastisch mittels einer Federeinrichtung, die beispielsweise aus gegenüber in üblichen geteilten Schwungrädern weich ausgebildeten Bogenfedern vorgesehen werden. Infolge des unter bei kleinen Drehzahlen geringen abzustützenden Drehmoments kann eine derartige Federeinrichtung weich und mit großem Verdrehwinkel vorgesehen werden. Bei zunehmender Drehzahl wird diese Federeinrichtung durch die Wirkung der Fliehkraft auf die zumindest eine Pendelmasse zunehmend entlastet.
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Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eines geteilten Schwungrads kann jeweils einer Schwungmasse zumindest eine Pendelmasse zugeordnet sein, wobei zumindest eine Pendelmasse der einen und zumindest eine Pendelmasse der anderen Schwungmasse mittels der starren oder elastischen Gelenkverbindung gekoppelt sind. Die Pendelmassen pendeln dabei als gekoppelte Pendel jeweils um eine oder zwei Pendelachsen, die radial und bevorzugt auf gleichem Abstand zur Drehachse des geteilten Schwungrads angeordnet sind.
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Hierbei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, bevorzugt symmetrisch zur Drehachse des geteilten Schwungrads zumindest einer Pendelmasse des gekoppelten Pendels zumindest eine frei pendelnde Pendelmasse zuzuordnen, wie sie beispielsweise auf Fliehkraftpendeln zur Schwingungstilgung bekannt sind. Nach dem erfinderischen Gedanken können eine oder mehrere derartige, frei pendelnde Pendelmassen an der zwei gekoppelte Pendelmassen verbindenden Gelenkverbindung vorgesehen sein.
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Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken kann zumindest eine der mittels der Gelenkverbindung miteinander gekoppelten und an einer der beiden Schwungmassen pendelnd aufgehängten Pendelmassen mit derselben oder der anderen Schwungmasse mittels einer Federeinrichtung in Umfangsrichtung elastisch gekoppelt sein. Hierbei kann beispielsweise eine Pendelbewegung der entsprechenden Pendelmasse gegen die Schwungmasse gedämpft sein und damit eine gedämpfte Schwingung gegenüber dieser ausführen. Die Federeinrichtung kann ein lineares, progressives oder degressives, ein oder mehrstufiges Federverhalten aufweisen.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann zumindest eine Pendelmasse einer Schwungmasse mittels eines gelenkig zwischen Schwungmasse und Pendelmasse angeordneten Zwischenstücks angeordnet sein. Hierbei kann zur Ausbildung eines zwischen beiden Schwungmassen wirksamen gekoppelten Pendels die andere Schwungmasse mittels der Gelenkverbindung mit dem Zwischenstück gelenkig verbunden sein. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn die Gelenkverbindung an einer an dem Zwischenstück vorgesehenen Pendelachse der zumindest einen Pendelmasse gelenkig angreift.
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Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Prinzipschaltbild eines geteilten Schwungrads mit zwei jeweils einer Schwungmasse zugeordneten, mittels einer Gelenkverbindung gekoppelten Gelenkverbindung gekoppelten Pendelmassen,
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2 ein Prinzipschaltbild eines gegenüber dem geteilten Schwungrad der 1 abgewandelten geteilten Schwungrads mit elastischer Gelenkverbindung,
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3 ein Prinzipschaltbild eines den geteilten Schwungrädern der 1 und 2 ähnliches geteiltes Schwungrad mit einer gegenüber einer Schwungmasse mittels einer Federeinrichtung in Umfangsrichtung gedämpften Pendelmasse,
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4 ein Prinzipschaltbild eines weiteren geteilten Schwungrads.
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Die 1 zeigt ein Prinzipschaltbild des um die Drehachse 2 angeordneten und von einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angetriebenen geteilten Schwungrads 1 mit den beiden gegeneinander um die Drehachse 2 begrenzt verdrehbaren Schwungmassen 3, 4. Die Schwungmassen 3, 4 sind in Umfangsrichtung mittels des aus den Pendelmassen 6, 7 und der Gelenkverbindung 8 gebildeten gekoppelten Pendels 5 miteinander gekoppelt. Es versteht sich, dass bei einer konstruktiven Ausgestaltung des geteilten Schwungrads 1 die Anordnung der Schwungmassen 3, 4 und des gekoppelten Pendels 5 zur Vermeidung von Unwuchten zur Drehachse 2 symmetrisch wie bezogen auf die Masseverteilung punktsymmetrisch erfolgt. Hierzu können mehrere, über den Umfang verteilte gekoppelte Pendel 5 vorgesehen sein.
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Die Pendelmassen 6, 7 sind jeweils radial beabstandet und bevorzugt in gleichem Abstand zur Drehachse 2 an Pendelachsen 9, 10 der Schwungmassen 3, 4 pendelnd aufgehängt und radial außerhalb mittels der Gelenkverbindung 8 gelenkig miteinander verbunden. Die Gelenkverbindung 8 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Umfangsrichtung zwischen den beiden Pendelachsen 9, 10 starr ausgebildet und nimmt pendelnd an der Pendelachse 12 das freie Pendel 11 mit der Pendelmasse 13 auf.
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Das geteilte Schwungrad 1 ist bei von der Brennkraftmaschine drehangetriebenem Eingangsteil 14 in Form der Schwungmasse 3 unter Last dargestellt, wobei das Ausgangsteil 15 in Form der Schwungmasse 4 ein entsprechendes Gegenmoment gegenhält. Infolgedessen werden die beiden Schwungmassen 3, 4 gegeneinander um die Drehachse 2 relativ verdreht. Durch die Verdrehung werden die mittels der Gelenkverbindung 8 gekoppelten Pendelmassen 6, 7 aus den jeweiligen im Ruhezustand bei fehlender Verdrehung eingenommenen Fliehkraftachsen 16, 17 ausgelenkt und entgegen der Fliehkraft auf einen kleineren Durchmesser gegenüber der Drehachse gezogen. Die Fliehkraft wirkt dabei als Gegenkraft, so dass sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, bei dem die Fliehkraft das vom Eingangsteil 14 zum Ausgangsteil 15 zu übertragende Drehmoment abstützt. Drehschwingungen werden dabei durch das bestehende Kräftegleichgewicht geglättet. Diese Schwingungstilgung, bei dem ansteigende Flanken von Drehstößen in Form von potentieller Energie der Pendelmassen zwischengespeichert und abfallende Flanken durch Rückspeicherung aus der potentiellen Energie ausgeglichen werden, wird durch das freie Pendel 11 unterstützt, das entsprechend bekannter Fliehkraftpendel in geteilten Schwungrädern einen weiteren drehzahladaptiven Schwingungstilger bildet.
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Im Unterschied zu dem geteilten Schwungrad 1 der 1 wurde in dem geteilten Schwungrad 1a der 2 auf ein freies Pendel verzichtet. Die Gelenkverbindung 8a zwischen den Schwungmassen 3a, 4a wird in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet, indem zwischen die Gelenkpunkte 19, 20 die Federeinrichtung 18 vorgesehen wird. Die Federeinrichtung 18 ist aus einer Anordnung einer oder mehrerer in Umfangsrichtung wirksamer Federn 21 gebildet. Die elastische Koppelung der beiden Pendelmassen 6a, 7a ist insbesondere bei kleinen Drehzahlen vorteilhaft, weil die Federn 21 entsprechend weich ausgeführt werden können. Bei höheren Drehzahlen wird die Federeinrichtung 18 durch die sich aufbauende Fliehkraft an den beiden Pendelmassen 6a, 7a stabilisiert.
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3 zeigt in Abänderung zu den geteilten Schwungrädern 1, 1a der 1 und 2 das geteilte Schwungrad 1b, bei dem die Gelenkverbindung 8b zwischen den Pendelmassen 6b, 7b der Schwungmassen 3b, 4b starr und ohne freies Pendel ausgeführt ist. Zwischen der Pendelmasse 6b und dem Ausleger 22 der Schwungmasse 4b ist die Federeinrichtung 23 mit der in Umfangsrichtung wirksamen Feder 24 angeordnet. Hierdurch können trotz starrer Gelenkverbindung 8b zwischen den Pendelmassen 6b, 7b die beiden Schwungmassen 3b, 4b elastisch in Umfangsrichtung miteinander gekoppelt werden, indem die Federeinrichtung 23 parallel zu der Gelenkverbindung 8b geschaltet wird.
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4 zeigt das geteilte Schwungrad 1c als Prinzipschaltbild mit den beiden Schwungmassen 3c, 4c, denen eine gemeinsame Pendelmasse 6c zugeordnet ist. Hierzu ist an der Pendelachse 25 der Schwungmasse 4c das Zwischenstück 26 pendelnd aufgenommen. An dem der Pendelachse 25 gegenüberliegenden Ende ist an dem Zwischenstück 26 die Pendelachse 9c vorgesehen, an der die Pendelmasse 6c pendelnd aufgehängt ist. Zwischen dem Zwischenstück 26 und der Schwungmasse 3c ist die Gelenkverbindung 8c vorgesehen, die bevorzugt im gleichen radialen Abstand zur Drehachse 2 wie die Pendelachse 25 mittels des Gelenkpunktes 27 einerseits mit der Schwungmasse 3c und mittels des bevorzugt koaxial zur Pendelachse 9c angeordneten Gelenkpunktes 28 andererseits mit dem Zwischenstück 26 gelenkig verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- geteiltes Schwungrad
- 1a
- geteiltes Schwungrad
- 1b
- geteiltes Schwungrad
- 1c
- geteiltes Schwungrad
- 2
- Drehachse
- 3
- Schwungmasse
- 3a
- Schwungmasse
- 3b
- Schwungmasse
- 3c
- Schwungmasse
- 4
- Schwungmasse
- 4a
- Schwungmasse
- 4b
- Schwungmasse
- 4c
- Schwungmasse
- 5
- gekoppeltes Pendel
- 6
- Pendelmasse
- 6a
- Pendelmasse
- 6b
- Pendelmasse
- 6c
- Pendelmasse
- 7
- Pendelmasse
- 7a
- Pendelmasse
- 7b
- Pendelmasse
- 8
- Gelenkverbindung
- 8a
- Gelenkverbindung
- 8b
- Gelenkverbindung
- 8c
- Gelenkverbindung
- 9
- Pendelachse
- 9c
- Pendelachse
- 10
- Pendelachse
- 11
- freies Pendel
- 12
- Pendelachse
- 13
- Pendelmasse
- 14
- Eingangsteil
- 15
- Ausgangsteil
- 16
- Fliehkraftachse
- 17
- Fliehkraftachse
- 18
- Federeinrichtung
- 19
- Gelenkpunkt
- 20
- Gelenkpunkt
- 21
- Feder
- 22
- Ausleger
- 23
- Federeinrichtung
- 24
- Feder
- 25
- Pendelachse
- 26
- Zwischenstück
- 27
- Gelenkpunkt
- 28
- Gelenkpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006028556 A1 [0004]
