DE102011017397A1

DE102011017397A1 - Schwungrad

Info

Publication number: DE102011017397A1
Application number: DE102011017397A
Authority: DE
Inventors: Ralf Edl
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2011-11-17

Abstract

Ein Schwungrad zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine weist einen radial außen vorgesehen Massering und einen radial innen vorgesehenen Befestigungsflansch zur Befestigung mit der Kurbelwelle und/oder einer Kupplung auf. Der Befestigungsflansch ist über Verbindungsstreben unter Ausbildung von Durchbrüchen in Umfangsrichtung zwischen den Verbindungsstreben mit dem Massering verbunden. Dies ermöglicht es, möglichst viel Material des Schwungrads radial außen vorzusehen, so dass mit vergleichsweise geringem Materialeinsatz ein hohes Trägheitsmoment bereitgestellt werden kann, so dass das Schwungrad kostengünstiger hergestellt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwungrad, mit dessen Hilfe das Massenträgheitsmoment einer Kurbelwelle gegen Rotation erhöht werden kann, um Drehschwingungen der Kurbelwelle zu dämpfen.
Ein übliches Schwungrad ist als massive Scheibe ausgestaltet, die in einem radial inneren Bereich einen Befestigungsflansch zur Befestigung mit einer Kurbelwelle und/oder Kupplung ausbildet und sich von dem Befestigungsflansch nach radial außen erstreckt.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis, die Herstellungskosten eines Schwungrads zu reduzieren.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Schwungrad zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments einer Kurbelwelle zu schaffen, das kostengünstiger hergestellt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Schwungrad zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine weist einen radial außen vorgesehenen Massering und einen radial innen vorgesehenen Befestigungsflansch zur Befestigung mit der Kurbelwelle und/oder einer Kupplung auf. Der Befestigungsflansch ist über Verbindungsstreben unter Ausbildung von Durchbrüchen in Umfangsrichtung zwischen den Verbindungsstreben mit dem Massering verbunden.
Durch die zwischen den Verbindungsstreben ausgebildeten Durchbrüche kann das Eigengewicht des Schwungrads im radial inneren Bereich reduziert werden, während durch den radial äußeren Massering das Eigengewicht des Schwungrads radial außen erhöht ist. Durch die Verlagerung von Masse des Schwungrads von radial innen nach radial außen wird bei gleichem Eigengewicht das Massenträgheitsmoment gegen Rotation erhöht oder bei gleichem Massenträgheitsmoment das Eigengewicht des Schwungrads reduziert. Aufgrund des reduzierten Materialeinsatzes zur Bereitstellung eines beabsichtigten Massenträgheitsmoments können die Herstellungskosten des Schwungrads reduziert werden. Dies ermöglicht es, einen Großteil des zur Verfügung gestellten Massenträgheitsmoments allein durch den radial äußeren Massering auszubilden. Der Materialeinsatz radial innerhalb des Masserings kann dadurch lediglich für das Bereitstellen einer stabilen Verbindung des Masserings mit dem Befestigungsflansch und einer hinreichenden Stabilität des Schwungrads in radialer Richtung, in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung ausgelegt sein. Durch den Befestigungsflansch kann eine sichere Befestigung des Schwungrads mit einer Kurbelwelle und/oder einer Kupplung, insbesondere Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes, gewährleistet werden.
Insbesondere ist der überwiegende Anteil des Massenträgheitsmoments des Schwungrads durch den Massering ausgebildet, wobei ein Verhältnis des Massenträgheitsmoments J_M des Massering zum Massenträgheitsmoment des Schwungrads J_ges, insbesondere 0,50 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,99, vorzugsweise 0,70 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,95 und besonders bevorzugt 0,80 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,90 beträgt. Durch die entsprechend große Verlagerung des Massenträgheitsmoments des Schwungrads in den Massering kann das Eigengewicht des Schwungrads entsprechend reduziert werden.
Vorzugsweise ist mit dem Massering ein radial innerhalb des Masserings angeordneter Haltering verbunden, wobei die Verbindungsstreben nur über den Haltering mit dem Massering verbunden sind. Durch den Haltering können die Verbindungsstreben mit einer hinreichend großen Versteifung in Umfangsrichtung mit dem Massering verbunden werden. Insbesondere kann der Massering dadurch im Wesentlichen rein ringförmig ausgebildet sein, so dass durch den Massering verursachte Unwuchten vermieden sind. Der Haltering kann insbesondere in Umfangsrichtung durchgängig mit dem Massering verbunden sein. Der Haltering weist insbesondere in axialer Richtung eine deutlich geringere Dicke als der Massering auf. Alternativ können die Verbindungsstreben auch ohne zwischengeschalteten Haltering direkt mit dem Massering verbunden sein.
Besonders bevorzugt ist die Dicke der Verbindungsstreben in axialer Richtung in Abhängigkeit eines beabsichtigten Drehzahlbereichs für das Schwungrad derart gewählt, dass eine axiale Relativbewegung ε des Befestigungsflanschs zum Massering durch elastische Dehnung, bezogen auf den Durchmesser D des Schwungrads ε/D ≤ 0,002, insbesondere ε/D ≤ 0,0005, vorzugsweise ε/D ≤ 0,0001 und besonders bevorzugt ε/D ≤ 0,00001 beträgt. Eine derartige Dicke der Verbindungsstreben führt beispielsweise bei einer maximalen Nenndrehzahl von 5000 U/min oder 6000 U/min zu einer vergleichsweise hohen Axialsteifigkeit des Schwungrads, so dass auf das Schwungrad wirkende Betätigungskräfte einer Kupplung, sofern überhaupt, nur zu einer minimalen Nachgiebigkeit des Schwungrads in axialer Richtung führen.
Die erforderlichen Anpresskräfte einer mit dem Schwungrad verbundenen Kupplung werden durch die Streben und den zwischen den Streben angeordneten Durchbrüchen nicht wesentlich beeinträchtigt.
Insbesondere ist die Dicke der Verbindungsstreben in axialer Richtung größer als die Dicke des Befestigungsflansches in axialer Richtung. Dies erleichtert eine hinreichende Steifigkeit des Schwungrads, insbesondere in axialer Richtung, auch unter Fliehkrafteinfluss, beispielsweise bei Drehzahlen von ca. 5000 U/min.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der Massering, der Befestigungsflansch und die Verbindungsstreben einstückig, insbesondere durch Gießen, vorzugsweise Grauguss, hergestellt. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Schwungrads, beispielsweise aus GG 25. Die Oberfläche des gegossenen Schwungrads braucht insbesondere im überwiegenden Bereich nicht behandelt zu werden und kann unbearbeitet bleiben.
Insbesondere weist der Befestigungsflansch an einer im eingebauten Zustand zur Kurbelwelle weisenden Eingangsseite eine Kontaktfläche zur Anlage an der Kurbelwelle auf, wobei das Schwungrad an der Eingangsseite ausschließlich im Bereich der Kontaktfläche spanend bearbeitet ist. Durch die spanende Bearbeitung der Kontaktflächen kann eine Zentrierung des Schwungrads mit der Kurbelwelle, beispielsweise mit Hilfe von Zentrierstiften herbeigeführt werden. Eine weitere spanende Bearbeitung des Schwungrads an der Eingangsseite ist nicht erforderlich, so dass spanende Bearbeitungstechniken nur in einem geringen Umfang zum Einsatz kommen, wodurch die Herstellungskosten des Schwungrads gering gehalten werden können.
Insbesondere sind mindestens drei, vorzugsweise mindestens fünf Durchbrüche vorgesehen. Insbesondere ist eine entsprechende Anzahl von Verbindungsstreben vorgesehen. Durch diese Anzahl an Durchbrüchen kann das Gewicht des Schwungrads im radial inneren Bereich deutlich reduziert werden, wobei die Durchbrüche hinreichend groß sind, um das Schwungrad einfach durch Gießen herstellen zu können. Gleichzeitig können hinreichend dicke und hinreichend breite Verbindungsstreben vorgesehen werden, die eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit des Schwungrads gewährleisten.
Besonders bevorzugt ist mit dem Massering ein Starterkranz verbunden. Der Starterkranz ist insbesondere an einer nach radial außen weisenden Fläche des Masserings angeordnet.
Durch den Starterkranz kann ein Anlasser angebunden werden, um über das Schwungrad eine mit der Kurbelwelle verbundene Brennkraftmaschine zu starten. Gleichzeitig wird durch den Starterkranz ein zusätzliches Massenträgheitsmoment auf einem vergleichsweise großen Durchmesser des Schwungrads bereitgestellt, so dass bei geringem zusätzlichem Eigengewicht das Massenträgheitsmoment des gesamten Schwungrads überproportional erhöht werden kann. Der Starterkranz kann mit dem Massering verpresst und/oder verschweißt sein.
Vorzugsweise weist der Massering Befestigungsmittel, insbesondere Bohrungen mit Innengewinde, zur Befestigung mit einer Kupplung auf. Dies ermöglicht es, auf einem vergleichsweise großen Durchmesser das Drehmoment einer Kurbelwelle über das Schwungrad in die Kupplung einzuleiten. Insbesondere es hierzu nicht erforderlich, eine von der Kurbelwelle wegweisende Ausgangsseite des Schwungrads spanend zu bearbeiten. Ferner ist es möglich, als Befestigungsmittel Durchgangsöffnungen vorzusehen, um eine Kupplung mit Hilfe von Schrauben und Muttern mit dem Massering zu verbinden. Durch das zusätzliche Material zur Herstellung der Verbindung mit der Kupplung kann das Massenträgheitsmoment des Schwungrads im Vergleich zum Eigengewicht überproportional erhöht werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer motorseitigen Eingangswelle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und einem mit der Eingangswelle verbundenen Schwungrad zur Drehschwingungsdämpfung, wobei insbesondere das Schwungrad mit einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden ist. Das Schwungrad kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Da das Schwungrad bei einem vergleichsweise geringen Eigengewicht ein hohes Massenträgheitsmoment bereitstellen kann, können die Herstellungskosten für den Antriebsstrang aufgrund des kostengünstigen Schwungrads reduziert werden. Gleichzeitig kann das Eigengewicht des Antriebsstrangs reduziert werden, wodurch sich ein erforderlicher Kraftstoffverbrauch und die entsprechenden CO₂-Emissionen zur Fortbewegung eines Kraftfahrzeugs mit einem derartigen Antriebsstrang reduzieren lassen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische Draufsicht eines erfindungsgemäßen Schwungrads und
2: eine schematische Schnittansicht des Schwungrads aus 1.
Das in 1 und 2 dargestellte Schwungrad 10 weist radial außen einen Massering 12 auf, mit dem in Umfangsrichtung umlaufend ein Haltering 14 verbunden ist, wobei die Dicke des Halterings 14 in axialer Richtung deutlich geringer als die Dicke des Masserings in axialer Richtung ist. Der Haltering 14 ist über fünf Verbindungsstreben 16 mit einem Befestigungsflansch 18 verbunden. Zwischen den Befestigungsstreben 16 sind Durchbrüche 20 ausgebildet, die in Umfangsrichtung durch die Verbindungsstreben 16 und in radialer Richtung durch den Befestigungsflansch 18 und den Haltering 14 begrenzt sind. Der Massering 12, der Haltering 14, die Verbindungsstreben 16 und der Befestigungsflansch 18 sind einstückig durch Gießen hergestellt. Mit dem Massering 12 ist ferner ein Starterkranz 22 verbunden. Zusätzlich weist der Massering 12 mehrere Verbindungsmittel 24 auf, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Sacklochbohrungen mit Innengewinde ausgestaltet sind, um das Schwungrad 10 über den Massering 12 mit einer nicht dargestellten Kupplung zu verschrauben.
Das Schwungrad 10 weist eine im eingebauten Zustand zu einer nicht dargestellten Kurbelwelle weisende Eingangsseite 26 und eine von der Kurbelwelle wegweisende Ausgangsseite 28 auf. Auf der Eingangsseite 26 weist der Befestigungsflansch 18 eine Kontaktfläche 30 auf, die im eingebauten Zustand an der nicht dargestellten Kurbelwelle anliegt. Das Schwungrad 10 ist auf der Eingangsseite 26 ausschließlich im Bereich der Kontaktfläche 30 spanend bearbeitet. Durch die Kontaktfläche 30 wird ein korrektes Anliegen des Schwungrads 10 an der Kurbelwelle ermöglicht, so dass das Schwungrad 10 mit Hilfe von Zentrierstiften, die in in dem Befestigungsflansch ausgebildeten Zentrieröffnungen 32 eingesetzt werden können, mit der Kurbelwelle zentriert werden kann. Über eine zentrale Halteöffnung 34 kann das Schwungrad 10 nach dem Zentrieren mit der Kurbelwelle verschraubt werden.
Bezugszeichenliste

10: Schwungrad
12: Massering
14: Haltering
16: Verbindungsstrebe
18: Befestigungsflansch
20: Durchbruch
22: Starterkranz
24: Befestigungsmittel
26: Eingangsseite
28: Ausgangsseite
30: Kontaktfläche
32: Zentrieröffnung
34: Halteöffnung

Claims

Schwungrad zur Erhöhung eines Massenträgheitsmoments einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, mit einem radial außen vorgesehenen Massering (12) und einem radial innen vorgesehenen Befestigungsflansch (18) zur Befestigung mit der Kurbelwelle und/oder einer Kupplung, wobei der Befestigungsflansch (18) über Verbindungstreben (16) unter Ausbildung von Durchbrüchen (20) in Umfangsrichtung zwischen den Verbindungsstreben (16) mit dem Massering (12) verbunden ist.
Schwungrad nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Anteil des Massenträgheitsmoments des Schwungrads (10) durch den Massering (12) ausgebildet ist, wobei ein Verhältnis des Massenträgheitsmoments J_M des Massering (12) zum Massenträgheitsmoment des Schwungrads (10) J_ges insbesondere 0,50 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,99, vorzugsweise 0,70 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,95 und besonders bevorzugt 0,80 ≤ J_M/J_ges ≤ 0,90 beträgt.
Schwungrad nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Massering (12) ein radial innerhalb des Masserings (12) angeordneter Haltering (14) verbunden ist, wobei die Verbindungsstreben (16) nur über den Haltering (14) mit dem Massering (12) verbunden sind.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbindungsstreben (16) in axialer Richtung in Abhängigkeit eines beabsichtigten Drehzahlbereichs für das Schwungrads (10) derart gewählt ist, dass eine axiale Relativbewegung ε des Befestigungsflanschs (18) zum Massering (12) durch elastische Dehnung bezogen auf den Durchmesser D des Schwungrads (10) ε/D ≤ 0,002, insbesondere ε/D ≤ 0,0005, vorzugsweise ε/D ≤ 0,0001 und besonders bevorzugt ε/D ≤ 0,00001 beträgt.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbindungsstreben (16) in axialer Richtung größer als die Dicke des Verbindungsflansch (18) in axialer Richtung ist.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Massering (12), der Befestigungsflansch (18) und die Verbindungsstreben (16) einstückig, insbesondere durch Gießen, vorzugsweise Grauguss, hergestellt sind.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsflansch (18) an einer im eingebauten Zustand zur Kurbellwelle weisenden Eingangsseite (26) eine Kontaktfläche (30) zur Anlage an der Kurbelwelle aufweist, wobei das Schwungrad (10) an der Eingangsseite (26) ausschließlich im Bereich der Kontaktfläche (30) spanend bearbeitet ist.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei vorzugsweise mindestens fünf Durchbrüche (20) vorgesehen sind.
Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Massering (12) ein Starterkranz (22) verbunden ist.
Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer motorseitigen Eingangswelle, insbesondere einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, und einem mit der Eingangswelle verbundenen Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Drehschwingungsdämpfung, wobei insbesondere das Schwungrad (10) mit einer Doppelkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes verbunden ist.