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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad mit einer ersten einem Verbrennungsmotor zuordenbaren Primärschwungmasse und einer zweiten, einem Getriebe zuordenbaren Sekundärschwungmasse, wobei die beiden Schwungmassen an einer gemeinsamen Drehachse relativ zueinander verdrehbar vorgesehen sind.
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Zweimassenschwungräder dienen zum Reduzieren von Drehschwingungen, wie sie in einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs auftreten können. Das Zweimassenschwungrad besitzt relativ zueinander verdrehbare Massen, die üblicherweise mittels Bogenfedern aneinander gekoppelt sind. Das Zweimassenschwungrad selbst ist also ein drehschwingungsfähiges System, welches demgemäß auch Eigenfrequenzen besitzt, deren Anregung zu großen Schwingungsamplituden führt.
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Bei der Auslegung des Zweimassenschwungrads wird darauf geachtet, dass die von der ersten Eigenfrequenz beeinflusste erste Resonanzdrehzahl des mit dem Zweimassenschwungrad ausgestatteten Kurbeltriebs des Verbrennungsmotors deutlich unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt, um große Drehschwingungsamplituden des Kurbeltriebs beim normalen Fahrbetrieb zu vermeiden und dadurch den Fahrkomfort zu verbessern und gleichzeitig aufgrund der Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl absenken zu können, den Kraftstoffverbrauch des Motors zu verringern. Beim Start des Verbrennungsmotors findet ein Durchgang durch die erste Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads statt.
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Der Start des Verbrennungsmotors ist also eine auslegungsrelevante Größe für das Zweimassenschwungrad. Beim Start des Motors durch einen elektrischen Startermotor muss der Bereich der ersten Resonanzdrehzahl daher rasch durchlaufen werden, da andernfalls ein so genannter Hängenbleiber stattfinden kann, bei dem es zu großen Drehschwingungsamplituden des Kurbeltriebs kommt, die bis zum Bruch eines überlasteten Bauteils im Kurbeltrieb führen können.
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Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Zweimassenschwungrad bereitzustellen, welches ein verbessertes Verhalten beim Start des Verbrennungsmotors aufweist.
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Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung schafft ein Zweimassenschwungrad mit einer ersten, einem Verbrennungsmotor zuordenbaren Primärschwungmasse und einer zweiten, einem Getriebe zuordenbaren Sekundärschwungmasse, wobei die beiden Schwungmassen an einer gemeinsamen Drehachse relativ zueinander verdrehbar vorgesehen sind und das Zweimassenschwungrad eine Einrichtung zur lösbaren drehfesten Koppelung der beiden Schwungmassen aneinander aufweist.
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Die Primärschwungmasse und die Sekundärschwungmasse können dabei jeweils an Trägerbauteilen angeordnet sein, die mittels eines Drehlagers relativ zueinander verdrehbar sind. Die Anbindung der Schwungmassen aneinander kann mittels Bogenfedern erfolgen, deren Federkennlinien entsprechend den gewünschten momentenabhängig vorbestimmten relativen Drehwinkeln der Schwungmassen zueinander ausgelegt werden.
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Durch die Anbindung der Schwungmassen mittels der Bogenfedern aneinander stellt das Zweimassenschwungrad ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System dar, welches spezifische Eigenfrequenzen aufweist.
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Das Drehschwingungsverhalten des Kurbeltriebs beim Startvorgang des Motors wird wesentlich von dem Drehschwingungsverhalten des Zweimassenschwungrads beeinflusst, so dass durch die lösbare drehfeste Koppelung der Schwungmassen des Zweimassenschwungrads aneinander dem Zweimassenschwungrad ein die Relativdrehung zueinander ermöglichender Freiheitsgrad entzogen wird und somit der Einfluss der durch die Relativdrehung der Schwungmassen zueinander sich einstellender Eigenfrequenzen eliminiert wird, solange die beiden Schwungmassen eine Relativdrehung zueinander nicht ausführen können.
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Die Erfindung schafft also ein Zweimassenschwungrad, dessen spezifische, im Drehzahlbereich des Motors von der Drehzahl null beim Beginn des Startvorgangs bis zu einer vorbestimmten Auskoppeldrehzahl im ungekoppelten Zustand liegenden Eigenfrequenzen den Startvorgang nicht beeinflussen, da die Schwungmassen des Zweimassenschwungrads erfindungsgemäß während des Startvorgangs drehfest aneinander gekoppelt sind. Unter der Auskoppeldrehzahl wird eine motorspezifische Drehzahl verstanden, bei der der Motor bereits seine Zielleerlaufdrehzahl erreicht hat oder den Bereich von der Drehzahl null bis zur Zielleerlaufdrehzahl bereits durchfahren hat, bei dem oder denen ein Hängenbleiber stattfinden kann.
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Die Erfindung sieht daher ein Schaltelement am Zweimassenschwungrad vor, um den Eigenfrequenzdurchgang des Zweimassenschwungrads beim Motorstart zu verhindern.
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Die Erfindung sieht nach einer Weiterbildung ganz allgemein ein Zweimassenschwungrad vor, bei dem die Primärschwungmasse an einem ersten Trägerbauteil angeordnet ist und die Sekundärschwungmasse an einem zweiten Trägerbauteil angeordnet ist und am ersten und zweiten Trägerbauteil Mittel zur formschlüssigen und/oder reibschlüssigen drehfesten Koppelung der beiden Schwungmassen aneinander vorgesehen sind.
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Durch die lösbare formschlüssige und/oder reibschlüssige drehfeste Koppelung der Schwungmassen aneinander wird erreicht, dass während des Startvorgangs ein bei einer relativ zueinander vorgesehenen Beweglichkeit der Schwungmassen auftretender Durchgang durch eine Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads verhindert wird und somit ein Hängenbleiben des Kurbeltriebs im Bereich der Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads, bei der es sich um eine erste Eigenfrequenz handeln kann, verhindert wird.
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Das Zweimassenschwungrad besitzt nach einer Weiterbildung der Erfindung eine federbelastete Schiebemuffe, die in Richtung der Längsmittelachse des Zweimassenschwungrads verschiebbar angeordnet ist und mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, die mit einem Rastelement, welches an einem die Sekundärschwungmasse halternden Trägerbauteil oder der Sekundärschwungmasse angeordnet ist, lösbar in Eingriff bringbar ist.
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An der Sekundärschwungmasse oder einem die Sekundärschwungmasse aufnehmenden Trägerbauteil kann ein Rastelement in der Form beispielsweise eines Einrastbolzens vorgesehen sein, der in einer Ausnehmung der Primärschwungmasse oder eines die Primärschwungmasse aufnehmenden Trägerbauteils einrasten kann, um eine Relativdrehung der Schwungmassen oder der sie halternden Trägerbauteile zueinander zu verhindern. Befindet sich der Einrastbolzen in der Ausnehmung in Eingriff, ist eine Relativdrehung zwischen Primärschwungmasse und Sekundärschwungmasse verhindert, die beiden Schwungmassen sind miteinander verblockt.
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Wird der Verbrennungsmotor mit dem verblockten Zweimassenschwungrad gestartet, ist ein Durchgang durch eine Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads beim Startvorgang verhindert und das Hängenbleiben der Motormechanik im Bereich einer Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads wird sicher verhindert.
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Die Schiebemuffe kann beispielsweise durch den elektrischen Startermotor beim Einphasen des Starterritzels in einen Anlasserkranz des primärseitigen Trägerbauteils des Zweimassenschwungrads axial in Richtung der Längsmittelachse des Zweimassenschwungrads verschoben werden, so dass der Einrastbolzen am Trägerbauteil der Sekundärschwungmasse in eine Ausnehmung des Trägerbauteils der Primärschwungmasse in Eingriff kommt und somit die Trägerbauteile bzw. die Schwungmassen miteinander drehfest gekoppelt sind. Hat der Verbrennungsmotor beim Startvorgang eine Drehzahl erreicht, die oberhalb einer eigenfrequenzrelevanten Drehzahl des ungekoppelten Zweimassenschwungrads liegt, kann die Schiebemuffe durch eine entgegengesetzt der Einphasbewegung gerichtete Bewegung eine Freigabe der Schwungmassen bzw. der Trägerbauteile zueinander herbeiführen, so dass das Zweimassenschwungrad seine ihm zukommende Funktion zur Bedämpfung von Drehschwingungen während des normalen Laufs des Verbrennungsmotors ausführt. Die Bewegung der Schiebemuffe während der Einphasbewegung gegen die Wirkung einer Feder sorgt dafür, dass die Schiebemuffe ihre aus der Eingriffsstellung mit dem Einrastbolzen gelöste Stellung einnimmt.
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Nach einer gemäß der Erfindung vorgesehenen Variante besitzt das Zweimassenschwungrad eine federbelastete Schiebemuffe, die in Richtung der Längsmittelachse des Zweimassenschwungrads verschiebbar angeordnet ist und mit einer Fläche versehen ist, die mit einer Reibfläche lösbar in Anlage bringbar ist, die an einem die Sekundärschwungmasse halternden Trägerbauteil angeordnet ist.
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Beim Einphasen des Starterritzels kann der elektrische Startermotor bei dieser Variante die Schiebemuffe gegen die Reibfläche verschieben, die an dem die Sekundärschwungmasse halternden Trägerbauteil vorgesehen ist. Damit kommt es während des Startvorgangs zu einer reibschlüssigen Koppelung der beiden Trägerbauteile zueinander und damit zu einem Verblocken des Zweimassenschwungrads derart, dass eine Relativbewegung zwischen den Trägerbauteilen bzw. der Primärschwungmasse und der Sekundärschwungmasse verhindert wird und somit das Entstehen einer Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads verhindert wird, die zu einem Hängenbleiber beim Startvorgang führen könnte.
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Die am Trägerbauteil der Sekundärmasse vorgesehene Reibfläche ist nach einer Weiterbildung der Erfindung am Trägerbauteil der Sekundärmasse radial außenliegend als Ringfläche ausgebildet. Auf diese Weise kommt es durch die radial außen liegende Anordnung der Reibfläche auch bei einer nur geringen vom Startermotor ausgeübten Axialkraft zu einem bezogen auf die gemeinsame Drehachse der beiden Trägerbauteile großen Reibmoment, welches zur Verhinderung einer Relativdrehbewegung zwischen den beiden Trägerbauteilen ausreichend ist.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass das Zweimassenschwungrad eine am Außenumfang des ersten Trägerbauteils angeordnete erste Verzahnung sowie eine am Außenumfang des zweiten Trägerbauteils angeordnete zweite Verzahnung aufweist, bei der es sich beispielsweise um jeweilige Stirnradverzahnungen handeln kann, die mittels einer Starterverzahnung, die an dem zum Starten des Verbrennungsmotors vorgesehenen elektrischen Startermotor angeordnet sein kann, verblockt werden. Zu diesem Zweck kann der Startermotor die Starterverzahnung mit beiden Verzahnungen an den Trägerbauteilen in Eingriff bringen, so dass eine Relativdrehung der beiden Trägerbauteile durch diesen gemeinsamen Eingriff der drei Verzahnungen relativ zueinander verhindert wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass das Zweimassenschwungrad neben den Bogenfedern zwischen Primärschwungmasse und Sekundärschwungmasse eine weitere Federeinrichtung aufweist, die zwischen einem die Primärschwungmasse halternden Trägerbauteil und einem die Sekundärschwungmasse halternden Trägerbauteil angeordnet ist. Es kann sich dabei beispielsweise um mindestens zwei Druckfedern handeln, die zwischen einer sekundärmassenseitigen Anbindungsfläche einer ersten Bogenfeder und einem Trägerbauteil der Primärschwungmasse sowie einer sekundärmassenseitigen Anbindungsfläche einer zweiten Bogenfeder und dem Trägerbauteil angeordnet sind.
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Mittels der zweiten Federeinrichtung kann eine Veränderung der Federkennlinie der Gesamtkonfiguration des Zweimassenschwungrads erreicht werden beispielsweise dahingehend, dass die Steifigkeit des Zweimassenschwungrads bei steigenden Relativdrehwinkeln verringert wird, um bei hohem Motormomenten eine weiche Charakteristik des Zweimassenschwungrads mit hoher Dämpfungswirkung zu erreichen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
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1 eine Ansicht von der Seite auf eine Ausführungsform eines Zweimassenschwungrads nach der Erfindung im ungekoppelten Zustand
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2 eine Ansicht ähnlich 1, die das Zweimassenschwungrad im gekoppelten Zustand zeigt;
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3 eine Teilschnittansicht eines Zweimassenschwungrads nach einer weiteren Ausführungsform;
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4 eine Teilschnittansicht eines Zweimassenschwungrads nach einer weiteren Ausführungsform;
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5 eine Draufsichtansicht auf ein Zweimassenschwungrad mit Druckfedermechanismus in einer schematischen Darstellung;
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6 ein Diagramm der Federkennlinie des Zweimassenschwungrads nach 5 über dem Relativwinkel zwischen der Primärschwungmasse und der Sekundärschwungmasse; und
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7 ein Diagramm der Motordrehzahl über der Zeit beim Startvorgang eines Verbrennungsmotors mit einem bekannten Zweimassenschwungrad, verglichen mit dem Motor mit dem Zweimassenschwungrad nach der Erfindung.
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1 der Zeichnung zeigt in einer Ansicht von der Seite eine in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform eines Zweimassenschwungrads 1 nach der vorliegenden Erfindung.
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Das Zweimassenschwungrad 1 besitzt, wie sich dies näher anhand von 3 der Zeichnung ergibt, eine einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor zuordenbare Primärschwungmasse 2 und eine einem ebenfalls nicht näher dargestellten Getriebe eines Fahrzeugs zuordenbare Sekundärschwungmasse 3. Die beiden Schwungmassen 2, 3 sind über schematisch dargestellte Bogenfedern 4 relativ zueinander verdrehbar gekoppelt.
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1 zeigt in einer ebenfalls schematischen Darstellung einen elektrischen Startermotor 5, der zum Starten des Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Der Startermotor 5 besitzt eine Starterverzahnung 6, die mit einer an der Primärschwungmasse 2 radial außen angeordneten Verzahnung oder Anlasserkranz 7 in Eingriff gebracht werden kann, um den Startvorgang an dem Verbrennungsmotor durchzuführen.
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Wie es darüber hinaus anhand von 1 der Zeichnung ersichtlich ist, besitzt das Zweimassenschwungrad 1 eine die Primärschwungmasse 2 radial außen topförmig übergreifende Schiebemuffe 8, die in Richtung der Längsmittelachse 9 des Zweimassenschwungrads 1 axial verschiebbar am Zweimassenschwungrad 1 angeordnet ist. Die Schiebemuffe 8 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform Führungsausnehmungen 10, die dafür sorgen, dass die Schiebemuffe 8 bei einer Verschiebung der Schiebemuffe 8 in Richtung der Längsmittelachse 9 an Führungsbolzen 11, die an einem die Primärschwungmasse 3 aufnehmenden ersten Trägerbauteil 12 angeordnet sind, geführt werden. Auf diese Weise wird über entlang des Außenumfangs der Schiebemuffe 8 äquidistant verteilt angeordnete Führungsausnehmungen 10 eine axiale Führung der Schiebemuffe 8 bei ihrer Verlagerungsbewegung in Richtung der Längsmittelachse 9 erreicht.
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Wie es darüber hinaus anhand von 1 ersichtlich ist, ist die Schiebemuffe 8 über Druckfedern 13 gegen eine die Führungsbolzen 10 verbindende Lasche 14 gekoppelt, so dass die Druckfedern 13 bei einer Verlagerungsbewegung der Schiebemuffe 8 zur Herbeiführung der in 2 dargestellten lösbar drehfest gekoppelten Stellung zwischen der Primärschwungmasse 2 und der Sekundärschwungmasse 3 komprimiert werden.
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Wird die die Verlagerung der Schiebemuffe 8 zu der in der Zeichnungsebene nach 2 rechten, gekoppelten Stellung herbeiführende Kraft gelöst, dann führt die von den Druckfedern 13 ausgeübte Kraft dazu, dass sich die Schiebemuffe von der in 2 gezeigten Stellung wieder zu der in 1 der Zeichnung dargestellten entkoppelten Stellung zurück bewegt.
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2 der Zeichnung zeigt die lösbar drehfest gekoppelte Stellung zwischen den beiden Schwungmassen 2, 3. An der Schiebemuffe 8 sind Ausnehmungen 15 angeordnet, in die an der Sekundärschwungmasse 3 angeordnete Rastbolzen 16 zum Eingriff kommen können. Wird die Schiebemuffe 8 in Richtung der Längsmittelachse 9 verschoben, so treten die Rastbolzen 16 in die Ausnehmungen 15 ein und eine Relativdrehung der beiden Schwungmassen 2, 3 relativ zueinander wird auf diese Weise verhindert, das Zweimassenschwungrad 1 nach der Erfindung ist verblockt.
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3 der Zeichnung zeigt eine modifizierte Ausführungsform eines Zweimassenschwungrads 1 nach der vorliegenden Erfindung. Die Schiebemuffe 8 besitzt bei dieser Ausführungsform eine Fläche 17, die einer Reibfläche 18 in der Form einer Ringfläche 19 gegenüberliegend angeordnet ist, die an einem die Sekundärschwungmasse 3 halternden zweiten Trägerbauteil 20 angeordnet ist.
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Wird die Schiebemuffe 8 nach 3 bei der Einphasbewegung der Starterverzahnung 6 in den Anlasserkranz 7 in der Zeichnungsebene der 3 in Richtung nach rechts verschoben, so gelangt die Fläche 17 mit der Reibfläche 18 in Kontakt und durch die sich einstellende Reibkraft zwischen der Fläche 17 und der Reibfläche 18 wird eine lösbare drehfeste Kopplung der beiden Schwungmassen aneinander erreicht.
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4 der Zeichnung zeigt eine weitere Ausführungsform eines Zweimassenschwungrads 1 nach der vorliegenden Erfindung.
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An dem ersten Trägerbauteil 12 befindet sich radial außen wieder ein Anlasserkranz 7 angeordnet, dem auf Seiten des zweiten Trägerbauteils 20 eine mit dem zweiten Trägerbauteil 20 drehfest verbundene Verzahnung 21 gegenüber liegt. Führt der elektrische Startermotor 5 beim Startvorgang die Einphasbewegung durch, so führt dies dazu, dass die Starterverzahnung 6 sowohl mit dem Anlasserkranz 7 als auch mit der Verzahnung 21 in Eingriff kommt und beide Schwungmassen 2, 3 vom elektrischen Startermotor 5 gemeinsam in Drehung versetzt werden, so dass eine Relativdrehung zwischen den beiden Schwungmassen 2, 3 verhindert wird. Die beiden Schwungmassen befinden sich in dem Zustand einer lösbaren drehfesten Koppelung.
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Bei einem bekannten Zweimassenschwungrad findet während des Startvorgangs ein rascher Durchgang durch die erste Eigenfrequenz des Feder-Masse-System Zweimassenschwungrad statt. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Koppelung der beiden Schwungmassen wird die Notwendigkeit des Durchgangs durch die erste Eigenfrequenz des Zweimassenschwungrads beim Startvorgang beseitigt und es ergibt sich die Möglichkeit, das Zweimassenschwungrad nach der Erfindung hinsichtlich seiner Dämpfungscharakteristik und seiner Steifigkeit zu modifizieren.
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5 der Zeichnung zeigt eine Ausführungsform eines Zweimassenschwungrads nach der Erfindung mit einer Primärschwungmasse 2 und einer Sekundärschwungmasse 3. Die erste Bogenfeder 21 stützt sich an einer Anbindungsfläche 24 ab und die zweite Bogenfeder 23 an einer Anbindungsfläche 25. Zwischen den beiden Anbindungsflächen 24, 25 und einem Trägerbauteil 26 der Primärschwungmasse 2 sind zwei Druckfedern 27 angeordnet und ebenso sind zwei Druckfedern 28 zwischen entsprechenden Anbindungsflächen und dem Trägerbauteil 26 angeordnet.
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Mit dieser Konfiguration lässt sich die in 6 der Zeichnung gezeigte Federkennlinie realisieren. Wie es sich ohne weiteres anhand der Zeichnung ergibt, kann auf diese Weise eine bei positiven hohen Relativwinkeln zwischen den beiden Schwungmassen 2, 3 degressive und damit weiche Federkennlinie realisiert werden. Eine solche Konfiguration ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren von Vorteil, die mit reduzierter Zylinderzahl hohe Drehmomente realisieren können, da sich durch die weiche Federkennlinie im Bereich hoher Drehmomente eine den Fahrkomfort positiv beeinflussende hohe Dämpfung von Triebstrangschwingungen durch das erfindungsgemäße Zweimassenschwungrad einstellt.
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7 der Zeichnung schließlich zeigt ein Diagramm der Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Startvorgang aufgetragen über der Zeit und zwar im Vergleich mit einem bekannten Zweimassenschwungrad, bei dem sich die Schwingungsform 29 einstellt und mit einem Zweimassenschwungrad nach der Erfindung, bei dem sich die Schwingungsform 30 einstellt. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, zeigt die Schwingungsform 29 beim Startvorgang hohe Amplituden, d. h. die Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Startvorgang schwankt stark, während bei der Verwendung des Zweimassenschwungrads nach der Erfindung durch die Schwingungsform 30 dokumentiert ist, dass die Drehzahlschwankung beim Startvorgang deutlich weniger ausgeprägt ist, es ergibt sich ein den Kurbeltrieb des Verbrennungsmotors mit deutlich geringeren Drehschwingungen belastender Startvorgang.
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Hinsichtlich vorstehend im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zweimassenschwungrads
- 2
- Primärschwungmasse
- 3
- Sekundärschwungmasse
- 4
- Bogenfeder
- 5
- elektrischer Startermotor
- 6
- Starterverzahnung
- 7
- Anlasserkranz
- 8
- Schiebemuffe
- 9
- Längsmittelachse
- 10
- Führungsausnehmungen
- 11
- Führungsbolzen
- 12
- erstes Trägerbauteil
- 13
- Druckfeder
- 14
- Lasche
- 15
- Ausnehmungen
- 16
- Rastbolzen
- 17
- Fläche
- 18
- Reibfläche
- 19
- Ringfläche
- 20
- zweites Trägerbauteil
- 21
- Verzahnung
- 22
- erste Bogenfeder
- 23
- zweite Bogenfeder
- 24
- Anbindungsfläche
- 25
- Anbindungsfläche
- 26
- Trägerbauteil
- 27
- Druckfedern
- 28
- Druckfedern
- 29
- Schwingungsform
- 30
- Schwingungsform
