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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft einen Zweimassenschwungrad-Sperrkupplungsmechanismus.
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HINTERGRUND
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Ein Schwungrad ist in der Regel eine mechanische, scheibenförmige Einrichtung, die sich durch ein signifikantes Trägheitsmoment auszeichnet, und wird häufig als eine Speichereinrichtung für Rotationsenergie verwendet.
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Aufgrund des Trägheitsmoments des Schwungrades wiedersteht das Schwungrad typischerweise einer Änderung seiner Drehzahl. Dementsprechend kann ein Schwungrad zur Glättung einer Drehung einer Welle, beispielsweise eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, verwendet werden, wenn von einer Leistungsquelle, wie etwa durch die hin- und hergehenden Kolben der Maschine, ein schwankendes Drehmoment ausgeübt wird.
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Manche Schwungräder sind als einzelne oder einteilige Masse ausgestaltet, während andere eine Zweimassenkonstruktion sind. In Kraftfahrzeugen werden in der Regel Zweimassenschwungräder verwendet, um die Übertragung von Zahnradrasseln zu verringern, Gangwechsel-/Schaltaufwand zu verringern und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen, indem sie einen Betrieb mit hohem Maschinendrehmoment bei niedrigen Maschinendrehzahlen zulassen, zusätzlich dazu, dass sie die Arbeit der Maschine glätten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Zweimassenschwungrad für einen Fahrzeugtriebstrang mit einer Brennkraftmaschine und einem Getriebe vorgesehen. Das Zweimassenschwungrad umfasst eine Primärmasse, die zur Verbindung mit der Maschine angepasst ist, und eine Sekundärmasse, die funktional mit der Primärmasse verbunden und zur Verbindung mit dem Getriebe angepasst ist. Ein Kuppelmechanismus ist ausgestaltet, um die Sekundärmasse bis zu einer Schwellendrehzahl der Maschine an der Primärmasse zu sperren, um Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH) während des Starts der Maschine zu verringern. Der Kuppelmechanismus ist auch ausgestaltet, um die Sekundärmasse oberhalb der Schwellendrehzahl von der Primärmasse zu lösen.
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Der Kuppelmechanismus kann ein federbelastetes beschwertes Element umfassen, das ausgestaltet ist, um die Sekundärmasse bis zu der Schwellendrehzahl an der Primärmasse zu sperren. Die Kuppelmechanismus kann auch ausgestaltet sein, um durch eine Zentrifugalkraft aktiviert zu werden, um die Sekundärmasse oberhalb der Schwellendrehzahl von der Primärmasse zu lösen.
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Das beschwerte Element kann eine Reibfläche umfassen, die ausgestaltet ist, um die Sekundärmasse bis zu der Schwellendrehzahl an der Primärmasse zu sperren. Das beschwerte Element kann Teil einer Bremseinrichtung, einer Klemmkörpereinrichtung oder einer Klauenkupplung sein, die ausgestaltet ist, um die Sekundärmasse bis zu der Schwellendrehzahl an der Primärmasse zu sperren.
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Die Sekundärmasse kann mit der Primärmasse über ein Feder-Dämpfer-System verbunden sein. Dementsprechend kann das Feder-Dämpfer-System eine Resonanzfrequenz der Sekundärmasse relativ zu der Primärmasse herstellen. In einem solchen Fall kann die Schwellendrehzahl oberhalb der Resonanzfrequenz festgelegt werden.
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Der Kuppelmechanismus kann intern innerhalb des Zweimassenschwungrads zwischen der Sekundärmasse und der Primärmasse angeordnet sein.
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Es ist auch ein Kraftfahrzeug vorgesehen, das das offenbarte Zweimassenschwungrad anwendet.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, leicht deutlich werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Diagramm eines Kraftfahrzeug-Triebstrangs mit einem Zweimassenschwungrad, das einen Kuppelmechanismus zum Sperren der Sekundärmasse an der Primärmasse umfasst;
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2 ist ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform des in 1 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem eingerückten Zustand gezeigt ist;
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3 ist ein schematisches Diagramm der ersten Ausführungsform des in 2 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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4 ist ein schematisches Diagramm einer zweiten Ausführungsform des in 1 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem eingerückten Zustand gezeigt ist;
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5 ist ein schematisches Diagramm der zweiten Ausführungsform des in 4 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist;
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6 ist ein schematisches Diagramm einer dritten Ausführungsform des in 1 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem eingerückten Zustand gezeigt ist; und
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7 ist ein schematisches Diagramm der dritten Ausführungsform des in 6 dargestellten Zweimassenschwungrads, wobei der Kuppelmechanismus in einem ausgerückten Zustand gezeigt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10, das einen Triebstrang umfasst, der zum Antreiben des Fahrzeugs angepasst ist. Der Triebstrang umfasst eine Brennkraftmaschine 12, ein Getriebe 14, und kann eine Gelenkwelle und ein Differenzial zum Übertragen von Maschinedrehmoment von dem Getriebe auf ein oder mehrere angetriebene Räder (nicht gezeigt) umfassen. Die Maschine 12 kann vom Typ mit Funkenzündung oder Kompressionszündung sein und umfasst eine Ausgangswelle 13, wie eine Kurbelwelle. Die Maschine 12 ist funktional mit dem Getriebe 14 über ein Zweimassenschwungrad 16 verbunden.
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Im Allgemeinen sind Zweimassenschwungräder konstruiert, um Maschinenvibration bzw. -schwingung herauszufiltern, bevor sie auf den Rest des Fahrzeugtriebstrangs übertragen wird. Zweimassenschwungräder reduzieren auch einiges von den Erschütterungen und der Beanspruchung an dem Getriebe und dem Rest des Triebstrangs während des Betriebs des Fahrzeugs. Zweimassenschwungräder sind abgestimmte Systeme und sind in der Regel an die Drehmomentkurve und die Resonanzeigenschaften der Maschine sowie die Lastkurven des besonderen Fahrzeugs angepasst. Zweimassenschwungräder arbeiten, indem sie einen Satz von Federn und einen Satz von Reibelementen aufweisen, die zwischen zwei rotierende Massen, einer Primärmasse und einer Sekundärmasse, eingefügt sind. Die Federn sind in der Regel so bemessen, dass sie einiges von der Winkelvibration von dem Maschine unter Last ableiten, während die Reibelemente entworfen sind, um eine Reibungshysterese zur Steuerung und Dämpfung der relativen Verschiebung zwischen der Primär- und der Sekundärmasse bereitzustellen. Das Zweimassenschwungrad kann auch ein Überdrehmoment-Reibungslösen umfassen, so dass, wenn das Schwungrad plötzlich überlastet ist, beispielsweise wenn die Fahrzeugantriebsräder auf eine rasche Erhöhung der Traktion treffen, anstatt die Federn zu beschädigen, das Reibungslösen Durchrutschen hervorrufen wird.
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Das Zweimassenschwungrad 16 umfasst eine Primärmasse 18, die zur Verbindung mit der Ausgangswelle 13 angepasst ist, so dass, wenn es an der Maschine 12 angebracht ist, wie es gezeigt ist, das Zweimassenschwungrad mit der gleichen Drehzahl wie die Maschine rotiert. Das Zweimassenschwungrad 16 ist in der Regel an der Ausgangswelle 13 über Befestigungselemente, wie Bolzen oder Schrauben (nicht gezeigt), angebracht. Ein Ringrad 20 mit einem spezifischen Zahnradzahnprofil und einer spezifischen Beabstandung ist an dem Außenumfang der Primärmasse 18 angeordnet. Das Ringrad 20 zeichnet sich in der Regel durch einen Außendurchmesser aus, der entworfen ist, um das effektive Starten der Maschine 12 durch eine geeignete Starteinrichtung (nicht gezeigt) zu erleichtern, wie es Fachleute verstehen. Das Getriebe umfasst eine Eingangswelle 15. Das Zweimassenschwungrad 16 umfasst auch eine Sekundärmasse 22, die zur Verbindung mit der Eingangswelle 15 des Getriebes angepasst ist. Wie gezeigt, ist die Sekundärmasse mit der Eingangswelle 15 über eine Drehmomentübertragungseinrichtung 24, wie eine manuell oder automatisch lösbare Kupplung, verbunden, um somit das Drehmoment, das durch die Maschine 12 erzeugt wird, an das Getriebe 14 zu übermitteln.
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Die Sekundärmasse 22 ist über ein radiales Feder- und Dämpfersystem 26 funktional mit der Primärmasse 18 verbunden. Das Feder- und Dämpfersystem 26 ist abgestimmt, um Vibrationen während normalerweise angetroffener Betriebsmodi des Fahrzeugs 10 herauszufiltern, wie etwa während des Fahrens des Fahrzeugs, d. h. wenn Drehmoment der Maschine 12 angewandt wird, um das Fahrzeug zu beschleunigen, und während des Schubbetriebs bzw. Rollens, d. h. wenn Fahrzeugmasse verwendet wird, um die Maschine abzubremsen. Das Feder-Dämpfer-System 26 stellt auch eine Resonanzfrequenz der Sekundärmasse 22 relativ zu der Primärmasse 18 her. Die Primärmasse 18 ist an einer Nabe 23 der Sekundärmasse 22 zur Rotation um eine gemeinsame Achse 28 geführt.
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Das Zweimassenschwungrad 16 umfasst auch einen Kuppelmechanismus 30. Der Kuppelmechanismus 30 ist so ausgestaltet, dass die Sekundärmasse 22 bis zu einer Schwellendrehzahl der Maschine 12 an der Primärmasse 18 gesperrt wird, wobei die Schwellendrehzahl oberhalb der Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 16 hergestellt ist. Mit anderen Worten ist der Kuppelmechanismus 30 ausgestaltet, um die abgestimmte Zweimassenfunktion des Schwungrads 16 bis zu der Schwellendrehzahl der Maschine 12 zu sperren, um Geräusch, Vibration und Rauheit (NVH) während des Starts der Maschine zu reduzieren. Der Kuppelmechanismus 30 ist zusätzlich ausgestaltet, um die Sekundärmasse 22 oberhalb der Schwellendrehzahl der Maschine 12 von der Primärmasse 18 über eine Fliehkraft zu lösen und die Zweimassenfunktion des Schwungrads 16 wiederherzustellen.
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In der Regel tritt die Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 16 im Bereich bis zu etwa 500 Umdrehungen pro Minute (RPM) auf. Der Betrieb des Zweimassenschwungrads 16 in der Nähe der Resonanzfrequenz durch das Zweimassenschwungrad 16 kann zu Schäden an dem Schwungrad selbst führen, indem die Sekundärmasse 22 zu einer größeren Winkelverschiebung in Bezug auf die Primärmasse 18 angetrieben wird, die konstruktionsgemäß zuverlässig aufgenommen werden kann. Darüber hinaus kann der Betrieb des Zweimassenschwungrads 16 in der Nähe der Resonanzfrequenz zu Schäden an anderen Komponenten des Triebstrangs führen, was die Stabilität der Verbrennung in der Maschine 12 nachteilig beeinflusst und außerdem merkliche Unannehmlichkeit für Insassen des Fahrzeugs 10 erzeugt.
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Die Schwellendrehzahl der Maschine 12 kann zunächst durch theoretische Berechnungen auf der Grundlage der bekannten Abmessungen und Massewerte der Primär- und Sekundärmassen 18, 22, sowie der Federraten und Reibungs-/Dämpfungseigenschaften des Feder- und Dämpfersystems 26 ermittelt werden. Die Einstellung der Schwellendrehzahl oberhalb der Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 16 beseitigt die Möglichkeit, dass die Zweimassenfunktion des Schwungrads bei oder nahe seiner Resonanzfrequenz arbeitet, insbesondere während des Startens der Maschine 12. Es kann ein Sicherheitsfaktor angewandt werden, um sicherzustellen, dass der Kuppelmechanismus 30 die Sekundärmasse 22 an der Primärmasse 18 gesperrt hält, bis die Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 16 überschritten werden kann. Die Schwellendrehzahl der Maschine 12 kann zusätzlich bei der Auswertungs- und Entwicklungsprüfung des Fahrzeugs 10 abgeschlossen werden.
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Der Kuppelmechanismus 30 ist intern innerhalb des Zweimassenschwungrads 16 zwischen der Sekundärmasse 22 und dem Primärmasse 18 angeordnet. Wie es in jeder der in den 2–4 dargestellten Ausführungsformen gezeigt ist, umfasst der Kuppelmechanismus 30 ein beschwertes Element 32, das ausgestaltet ist, um die Sekundärmasse 22 bis zu der Schwellendrehzahl an der Primärmasse 18 zu sperren. Das beschwerte Element 32 ist funktional mit der Primärmasse 18 verbunden und ist in der Soll-Federposition gegen eine Nabe 23 der Sekundärmasse 22 über eine oder mehrere Federn 36 federbelastet, um die Sekundärmasse mechanisch mit der Primärmasse zu koppeln. Das Koppeln der Primär- und Sekundärmasse 18, 22 durch Verbinden des beschwerten Elements 32 und der Nabe 23 soll eine relative Drehbewegung zwischen der Sekundärmasse und der Primärmasse verhindern, wenn die Feder(n) 36 sich in der Soll-Position befinden. Oberhalb der Schwellendrehzahl der Maschine 12 wirkt eine Zentrifugalkraft auf die Masse des beschwerten Elements 32, um dadurch die Feder(n) 36 zusammenzudrücken und die Sekundärmasse 22 von der Primärmasse 18 zu entkoppeln.
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Die Masse des beschwerten Elements 32 ist über eine mathematische Beziehung ”kΔx = –mrΩ2”. festgelegt. In der vorliegenden mathematische Beziehung stellt der Faktor ”k” eine Gesamtfederkonstante der Feder(n) 36 dar, während der Faktor ”Δx” die Distanz darstellt, um die das beschwerte Element 32 verschoben werden muss, um von der Nabe 23 außer Eingriff zu gelangen. In der gleichen Beziehung stellt der Faktor ”m” die Masse des beschwerten Elements 32 dar, der Faktor ”r” stellt die Distanz zwischen dem Reibungselement 34 und der Drehachse 28 dar und der Faktor ”Ω” stellt die Schwellendrehzahl der Maschine 12 dar. Dementsprechend ist die Masse ”m” des beschwerten Elements 32 derart festgelegt, dass sich das beschwerte Element oberhalb der Schwellendrehzahl der Maschine 12 von der Nabe 23 entkoppeln wird, wodurch die Zweimassenfunktion des Zweimassenschwungrads 16 wiederhergestellt wird. Somit ist der Kuppelmechanismus 30 ausgestaltet, um durch eine Zentrifugalkraft aktiviert zu werden, die eine Funktion der Masse ”m” des beschwerten Elements 32, der Schwellendrehzahl ”Ω” der Maschine 12 und der Federkonstante ”k” der Feder(n) 36 zum Lösen der Sekundärmasse 22 von der Primärmasse 18 oberhalb der Schwellendrehzahl ist.
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Die 2–3 zeigen eine erste spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30. Die erste Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30 ist als eine Bremseinrichtung 35 ausgestaltet. Das beschwerte Element 32 ist Teil der Bremseinrichtung 35. In der Bremse 35 umfasst das beschwerte Element 32 eine Reibfläche 34, die als angebrachter Reibbelag ausgestaltet sein kann. Das beschwerte Element 32 ist funktional mit der Primärmasse 18 verbunden und über vier Federn 36 gegen die Nabe 23 der Sekundärmasse 22 federbelastet. Die Reibfläche 34 ist ausgestaltet, um eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem beschwerten Element 32 und der Nabe 23 zu erzeugen, um eine relative Drehbewegung zwischen der Sekundärmasse 22 und der Primärmasse 18 zu verhindern, wenn sich die vier Federn 36 in ihrer Soll-Position befinden. 2 zeigt die erste spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30 in einem eingerückten Zustand, während 3 die erste spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus zeigt, der oberhalb der Schwellendrehzahl der Maschine 12 ausgerückt ist. Wenn die Drehzahl der Maschine 12 die Schwellendrehzahl erreicht, wirkt die Masse des beschwerten Elements 32 gegen die jeweilige Feder 42 und drückt diese zusammen, gemäß der oben beschriebenen mathematischen Beziehung, und zieht das beschwerte Element zurück und bringt es außer Eingriff, um die Sekundärmasse 22 von der Primärmasse 18 zu entsperren.
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4–5 zeigen eine zweite spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30, der eine Vielzahl von Klemmkörpereinrichtungen 40 umfasst, die ausgestaltet sind, um die Sekundärmasse 22 bis zu der Schwellendrehzahl der Maschine 12 an der Primärmasse 18 zu sperren. Mindestens ein beschwertes Element 41 ist Teil jeder Klemmkörpereinrichtung 40. In jeder Klemmkörpereinrichtung 40 ist das beschwerte Element 41 durch eine Feder 42 vorbelastet, die im Allgemeinen ähnlich wie die Federn 36 der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform funktioniert. Jede Klemmkörpereinrichtung 40 sperrt einen Außenring 44, der an der Primärmasse 18 angeordnet ist, mit Bezug auf die Nabe 23 der Sekundärmasse 22, wenn sich jede Feder 42 in der Soll-Position befindet. Wenn die Drehzahl der Maschine 12 die Schwellendrehzahl erreicht, wirkt die Masse des beschwerten Elements 41 gegen jede entsprechende Feder 42 und drückt diese zusammen, gemäß der oben beschriebenen mathematischen Beziehung, und dreht die Klemmkörpereinrichtung, um die Sekundärmasse 22 von der Primärmasse 18 zu entsperren. Dementsprechend sind die Klemmkörpereinrichtungen 40 der zweiten Ausführungsform ausgestaltet, um die Sekundärmasse 22 bis zu der Schwellendrehzahl der Maschine 12 an der Primärmasse 18 zu sperren, und um die Sekundärmasse oberhalb der Schwellendrehzahl von der Primärmasse 18 zu lösen.
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Es können zwei Reihen von Klemmkörpereinrichtungen 40 angewandt werden, um eine erhöhte Drehmomentkapazität des Kuppelmechanismus 30 der zweiten Ausführungsform zu erreichen. Darüber hinaus können auch mehrere Reihen von Klemmkörpereinrichtungen 40 angewandt werden, so dass eine Reihe ausgestaltet ist, um in einer entgegengesetzten Richtung relativ zu der anderen Reihe zu wirken, um eine Rotation zwischen den Primär- und Sekundärmassen 18, 22 in jeder Relativrichtung zu verhindern. 4 zeigt die zweite spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30 in einem eingerückten Zustand, während 5 die zweite spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus zeigt, die über der Schwellendrehzahl der Maschine 12 ausgerückt ist.
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6–7 zeigen eine dritte spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30, der eine Vielzahl von Klauenkupplungselementen 46 umfasst, die ausgestaltet sind, um die Sekundärmasse 22 bis zu der Schwellendrehzahl der Maschine 12 an der Primärmasse 18 zu sperren. Mindestens ein beschwertes Element 47 ist Teil jedes Klauenkupplungselements 46. Jedes beschwerte Element 47 ist durch eine Feder 48 vorbelastet, die im Allgemeinen ähnlich wie die Federn 36 und Federn 42 der jeweils in den 2–3 bzw. 4–5 gezeigten ersten und zweiten Ausführungsform funktioniert. Jedes Klauenkupplungselement 46 sperrt einen Außenring 44, der an der Primärmasse 18 angeordnet ist, gegen eine komplementäre Sperrklinke 50, die an der Nabe 23 der Sekundärmasse 22 angeordnet ist, wenn sich jede Feder 48 in der Soll-Position befindet.
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Es können zwei Reihen von Klauenkupplungselementen 46 und Sperrklinken 50 angewandt werden, wobei eine Reihe in einer entgegengesetzten Richtung relativ zu der anderen Reihe wirkt, um eine Rotation zwischen den Primär- und Sekundärmassen 18, 22 in jeder Relativrichtung zu verhindern. Wenn die Drehzahl der Maschine 12 die Schwellendrehzahl erreicht, wirkt die Masse jedes beschwerten Elements 47 gegen die jeweilige Feder 48 und drückt diese zusammen, gemäß der oben beschriebenen mathematischen Beziehung, und zieht das beschwerte Element zurück, um die Sekundärmasse 22 von der Primärmasse 18 zu entsperren. Dementsprechend sind die Klauenkupplungselemente 46 der dritten Ausführungsform ausgestaltet, um die Sekundärmasse 22 bis zu der Schwellendrehzahl der Maschine 12 an der Primärmasse 18 zu sperren, und die Sekundärmasse oberhalb der Schwellendrehzahl von der Primärmasse 18 zu lösen. 6 zeigt die dritte spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus 30 in einem eingerückten Zustand, während 7 die dritte spezifische Ausführungsform des Kuppelmechanismus zeigt, der oberhalb der Schwellendrehzahl der Maschine 12 ausgerückt ist.
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Wie es durch die erste, zweite und dritte Ausführungsform der 2–7 dargestellt ist, ist der Kuppelmechanismus 30 ausgestaltet, um die Sekundärmasse 22 unterhalb der Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads 16 an der Primärmasse 18 zu sperren, und um die Sekundärmasse 22 oberhalb der Resonanzfrequenz des Schwungrads von der Primärmasse 18 zu lösen. Somit gestattet die Verwendung des Kuppelmechanismus 30, dass das Feder- und Dämpfersystem 26 spezifisch abgestimmt werden kann, um Vibrationen während normalerweise angetroffener Betriebsmodi des Fahrzeugs 10 herauszufiltern, wie es oben beschrieben wurde, ohne dass Kompromisse infolge von Resonanz des Zweimassenschwungrads 16 während des Starts der Maschine gemacht werden.
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Die Bereitstellung des Kuppelmechanismus 30 in dem Zweimassenschwungrad 16 führt zu reduzierter NVH während des Startens der Maschine 12, was dieses Merkmal besonders nützlich für häufiges Neustarten der Maschine macht. Obwohl also das Zweimassenschwungrad 16 in jedem Fahrzeug, das eine Maschine aufweist, verwendet werden kann, ist es besonders vorteilhaft in einem Fahrzeug, bei dem die Maschine 12 ein Start-Stopp-Merkmal aufweist. Wie es Fachleuten bekannt ist, ist ein Stopp-Start-Merkmal in einer Maschine, wenn die Maschine ausgeschaltet werden kann, wenn keine Maschinenleistung erforderlich ist, aber auch sofort wieder gestartet werden kann, wenn wieder Maschineleistung abgerufen wird, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Obgleich die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.
