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Die Erfindung betrifft ein Zweimassenschwungrad, mit dessen Hilfe Drehschwingungen einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors gedämpft werden können.
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Beispielsweise aus
DE 10 2008 004 150 A1 ist ein Kupplungsaggregat bekannt, bei dem ein Zweimassenschwungrad zur Drehschwingungsdämpfung einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors mit einer als Doppelkupplung ausgestalteten Kupplung verbunden ist.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Startverhalten eines Kraftfahrzeugs bei einem Start eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein verbessertes Startverhalten eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Zweimassenschwungrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Zweimassenschwungrad zur Drehschwingungsdämpfung einer Antriebswelle eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer mit der Antriebswelle verbindbaren Primärmasse zum Einleiten eines Drehmoments und einer Sekundärmasse zum Ausleiten eines Drehmoments, wobei die Sekundärmasse einen über einen Energiespeicher, insbesondere Bogenfeder, begrenzt verdrehbar mit der Primärmasse gekoppelten Ausgangsflansch und eine mit einem Kupplungsdeckel drehfest verbindbare Hauptmasse aufweist, wobei die Hauptmasse von dem Ausgangsflansch abkoppelbar ist.
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Durch die abkoppelbare Hauptmasse kann das Trägheitsmoment der Sekundärmasse insbesondere bei einem Start eines Antriebsmotors eines Kraftfahrzeugs signifikant verringert werden. Dies führt dazu, dass beim Start des Antriebsmotors ein geringeres Startmoment überwunden werden muss, so dass mit einem geringeren Energieeinsatz der Antriebsmotor gestartet werden kann. Beispielsweise kann ein elektrischer Starter zum Starten eines als Brennkraftmaschine ausgestalteten Antriebsmotors kleiner dimensioniert werden. Ferner ist es möglich durch die beim Start des Antriebsmotors abgeworfene träge Masse der Hauptmasse den Antriebsmotor schneller und mit zumindest reduziertem Ruckeln zu starten. Die Hochlaufzeit kann deutlich reduziert werden. Insbesondere kann durch die abkoppelbare Hauptmasse das Schwingungsverhalten und insbesondere die Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads beeinflusst werden. Durch die abkoppelbare Hauptmasse kann eine Resonanzfrequenz des Zweimassenschwungrads unterhalb einer definierten Leerlaufdrehzahl vermieden werden. Starke Schwingungen und Vibrationen während des Hochlaufs beim Start des Antriebsmotors können dadurch vermieden werden. Insbesondere ist es nicht erforderlich das Zweimassenschwungrad mehrstufig auszugestalten, so dass das Zweimassenschwungrad insbesondere einstufig ausgestaltet werden kann. Der konstruktive Aufwand und die Bauteileanzahl kann dadurch reduziert werden, da insbesondere zusätzliche zum Energiespeicherelement in Reihe geschaltete zusätzliche Energiespeicherelemente eingespart werden können. Nach dem Start des Antriebsmotors kann die Hauptmasse an den Ausgangsflansch der Sekundärmasse direkt oder indirekt angekoppelt werden, so dass im regulären Betrieb das designierte Schwingungsverhalten des Zweimassenschwungrads bereit gestellt werden kann, um möglichst optimal beispielsweise durch die motorische Verbrennung einer Brennkraftmaschine verursachte Drehschwingungen der Antriebswelle zu dämpfen oder zu tilgen. Dadurch ist ein verbessertes Startverhalten des Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Durch den insbesondere als Bogenfeder ausgestalteten Energiespeicher kann bei einer Relativbewegung der Primärmasse zur Sekundärmasse Bewegungsenergie gespeichert beziehungsweise zuvor gespeicherte Bewegungsenergie wieder abgegeben werden. Wenn die Primärmasse relativ zur Sekundärmasse beschleunigt wird, kann der der Energiespeicher einen Teil der Bewegungsenergie speichern ohne die gesamte eingeleitete Bewegungsenergie an die Sekundärmasse weiterzuleiten. Wenn die Primärmasse relativ zur Sekundärmasse verzögert wird, kann der Energiespeicher zuvor gespeicherte Bewegungsenergie an die Sekundärmasse abgeben, so dass die Sekundärmasse im Vergleich zur Primärmasse mit einem geringeren Ausmaß an Drehschwingungen dreht. Durch die Hauptmasse wird insbesondere ein Großteil des Massenträgheitsmoments der Sekundärmasse bereitgestellt, so dass ein entsprechend großer Unterschied bei der wirksamen trägen Masse der Sekundärmasse bei angekoppelter und abgekoppelter Hauptmasse erreicht werden kann. Vorzugsweise weist die Hauptmasse ein Massenträgheitsmoment J2 und die übrige Sekundärmasse ein Massenträgheitsmoment J1 auf, wobei 1,0 ≤ J2/J1 ≤ 100,0, vorzugsweise 2,5 ≤ J2/J1 ≤ 50,0, weiter bevorzugt 4,0 ≤ J2/J1 ≤ 25,0 und besonders bevorzugt 5,0 ≤ J2/J1 ≤ 10,0 gilt.
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Insbesondere ist die Hauptmasse über eine, insbesondere als Reibungskupplung ausgestaltete, Sekundärkupplung mit dem Ausgangsflansch kuppelbar. Die Hauptmasse kann dadurch leicht, beispielsweise durch eine axiale relative Verlagerung der Hauptmasse zum Kupplungsdeckel und/oder zum Ausgangsflansch angekoppelt und/oder abgekoppelt werden. Insbesondere kann die Hauptmasse über eine zunächst schlupfende Reibungskupplung angekoppelt werden, so dass plötzliche Drehmomentstöße durch die sich ändernde wirksame träge Masse der Sekundärmasse vermieden werden können.
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Vorzugsweise ist die Hauptmasse durch eine Betätigung einer, insbesondere als Reibungskupplung ausgestalteten, Getriebekupplung zum Kuppeln der Antriebswelle mit der Getriebeeingangswelle mit dem Ausgangsflansch kuppelbar. Beispielsweise kann die Getriebekupplung bei einer Betätigung gegen den Kupplungsdeckel und/oder die Hauptmasse drücken, so dass gleichzeitig bei einem Schließen der Getriebekupplung auch die Hauptmasse mit dem Ausgangsflansch, insbesondere über die Sekundärkupplung, gekoppelt werden kann. Die Betätigungskraft eines Betätigungselements zum Betätigen der Getriebekupplung kann dadurch gleichzeitig verwendet werden, um die Hauptmasse reibschlüssig und/oder formschlüssig mit dem Ausgangsflansch der Sekundärmasse koppeln zu können. Hierzu kann das Betätigungselement mittelbar über die Getriebekupplung oder unmittelbar, beispielsweise über einen direkten Kontakt des Betätigungselements mit der Hauptmasse, an der Hauptmasse kraftübertragend angreifen.
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Besonders bevorzugt ist die Hauptmasse an der Primärmasse gelagert. Insbesondere ist die Hauptmasse über ein Gleitlager an der Primärmasse gelagert. Das Gleitlager kann im Querschnitt vorzugsweise L-förmig ausgestaltet sein, so dass über das Gleitlager sowohl Radialkräfte als auch Axialkräfte abgetragen werden können. Dies ermöglicht es die Hauptmasse radial außen am Kupplungsdeckel und radial innen an der Primärmasse abzustützen, so dass ein Verkanten der Hauptmasse vermieden ist. Insbesondere können sich die Primärmasse und die Hauptmasse über einen Großteil der radialen Erstreckung des Zweimassenschwungrads erstrecken, so dass bei einem geringen axialen Bauraumbedarf ein vergleichsweise großes Massenträgheitsmoment bereitgestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kupplungsaggregat zum Kuppeln einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes, mit einem Zweimassenschwungrad, das wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, und einer Getriebekupplung zum Kuppeln der Antriebswelle mit der Getriebeeingangswelle, wobei die Getriebekupplung bei einem Schließen der Getriebekupplung die Sekundärkupplung schließt. Das Zweimassenschwungrad ermöglicht es für den Start des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs das Massenträgheitsmoment der Sekundärmasse zu verringern und nach dem Start des Antriebsmotors bei einem Schalten des Kraftfahrzeuggetriebes das volle Massenträgheitsmoment der Sekundärmasse zur Drehschwingungsdämpfung automatisch zur Verfügung zu stellen. Dadurch ermöglicht das Kupplungsaggregat ein verbessertes Startverhalten des Kraftfahrzeugs.
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Insbesondere bildet die Hauptmasse eine Gegenplatte für die Getriebekupplung aus, wobei die Getriebekupplung eine mit Hilfe eines Betätigungselements, insbesondere Hebelfeder, bewegbare Anpressplatte zum Verpressen einer mit einer Getriebeeingangswelle verbindbaren Kupplungsscheibe zwischen der Anpressplatte und der Hauptmasse aufweist. Zwischen der als Gegenplatte wirkenden Hauptmasse der Sekundärmasse des Zweimassenschwungrads und der Anpressplatte kann die Kupplungsscheibe verpresst werden, um das Drehmoment der Antriebswelle an die zugeordnete Getriebeeingangswelle zu übertragen. Die als Gegenplatte wirkende Hauptmasse kann dabei gleichzeitig eine Anpressplatte oder Gegenplatte einer Sekundärkupplung zum Kuppeln der Hauptmasse mit dem Ausgangsflansch ausbilden, so dass insbesondere nur mit dem für die Getriebekupplung vorgesehenen Betätigungselement, insbesondere Tellerfeder, gleichzeitig die Hauptmasse mit dem Ausgangsflansch gekoppelt werden kann.
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Vorzugsweise ist die Sekundärkupplung an einer von der Getriebekupplung wegweisenden Seite der Hauptmasse angeordnet. Die als Gegenplatte für die Getriebekupplung wirkende Hauptmasse kann dadurch insbesondere in der Art einer Lamellenkupplung von der Anpresskraft der Getriebekupplung axial verlagert werden, um die Hauptmasse über die Sekundärkupplung mit dem Ausgangsflansch zu koppeln. Dies führt zu einem kompakten bauraumsparenden Aufbau des Kupplungsaggregats, das dadurch leicht montiert werden kann.
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Insbesondere ist die Hauptmasse in axialer Richtung relativ beweglich zu dem Kupplungsdeckel geführt. Die Hauptmasse kann beispielsweise über eine Steckverzahnung oder eine Feder/Nut-Verbindung drehfest aber axial bewegbar mit dem Kupplungsdeckel verbunden sein. Die Hauptmasse kann dadurch einfach in den Kupplungsdeckel bei der Montage eingelegt werden, um eine drehfeste Verbindung herbeizuführen. Gleichzeitig kann ermöglicht werden, dass der Drehmomentfluss nur bei angekoppelter Hauptmasse an den Kupplungsdeckel und von dem Kupplungsdeckel an die Getriebekupplung weitergeleitet werden kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das volle Massenträgheitsmoment der Sekundärmasse des Zweimassenschwungrads wirksam ist, wenn die Getriebeeingangswelle von der Getriebekupplung angekuppelt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Hauptmasse über ein Federelement zum Öffnen der Sekundärkupplung vorgespannt. Die Hauptmasse kann gegen die Federkraft des Federelements mit dem Ausgangsflansch gekoppelt werden. Bei einer nachlassenden Anpresskraft, beispielsweise wenn der Antriebsmotor abgeschaltet und das Kraftfahrzeuggetriebe abgekuppelt werden soll, kann die Federkraft des Federelements die Hauptmasse in eine geöffnete Stellung zurückdrücken, so dass für einen nachfolgenden Start des Antriebsmotors nur das reduzierte Massenträgheitsmoment des Sekundärmasse wirksam ist. Eine gesonderte Aktorik ist hierfür nicht erforderlich.
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Vorzugsweise weist der Kupplungsdeckel eine Sekundärgegenplatte zum Verpressen des Ausgangsflanschs zwischen der Sekundärgegenplatte und der Hauptmasse auf. Die Sekundärgegenplatte kann einstückig mit dem Kupplungsdeckel ausgeführt sein oder als separates Bauteil mit dem Kupplungsdeckel, insbesondere durch Vernieten, Verschrauben, Verstiften, Löten oder Schweißen, mit dem Kupplungsdeckel verbunden sein. Durch die Sekundärgegenplatte kann ein axialer Anschlag für die Sekundärkupplung ausgebildet werden, der in axialer Richtung unbeweglich mit dem Kupplungsdeckel verbunden ist. Insbesondere kann die Sekundärgegenplatte die Anpresskräfte zum Schließen der Getriebekupplung und zum Schließen der Sekundärkupplung aufnehmen und über den Kupplungsdeckel ableiten.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht eines Kupplungsaggregats in einer ersten Ausführungsform,
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2: eine schematische Schnittansicht eines Kupplungsaggregats in einer zweiten Ausführungsform und
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3: eine schematische Draufsicht eines Details des Kupplungsaggregats aus 1 oder aus 2.
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Das in 1 dargestellte Kupplungsaggregat 10 weist ein Zweimassenschwungrad 12 auf. Das Zweimassenschwungrad 12 weist eine Primärmasse 14 auf, über die ein Drehmoment von einer Antriebswelle eines Kraftfahrzeugmotors eingeleitet werden kann. Mit der Primärmasse 14 ist ein Deckel 16 verbunden, der zusammen mit der Primärmasse 14 eine Bogenfederkammer 18 für ein als Bogenfeder 20 ausgestaltetes Energiespeicherelement ausbildet. Das über die Primärmasse 14 eingeleitete Drehmoment kann über die Bogenfeder 20 an einen Ausgangsflansch 22 einer Sekundärmasse 24 weitergeleitet werden. Die Sekundärmasse 24 weist zusätzlich eine Hauptmasse 26 auf, die über ein Gleitlager 28 relativ verdrehbar an der Primärmasse 14 abgestützt ist. Die Hauptmasse 26, die einen Großteil des Massenträgheitsmoments der Sekundärmasse 24 ausbildet, kann mit Hilfe einer Sekundärkupplung 30 wahlweise von dem Ausgangsflansch 22 abgekuppelt und/oder an den Ausgangsflansch 22 angekuppelt werden. Hierzu ist die Hauptmasse 26 über eine Verzahnung 32 drehfest aber axial beglich mit einem Kupplungsdeckel 34 verbunden. Mit dem Kupplungsdeckel 34 ist eine Sekundärgegenplatte 36 fest verbunden, gegen welche die Hauptmasse 26 gedrückt werden kann, um die Sekundärkupplung 30 zu schließen und die Hauptmasse 26 mit dem Ausgangsflansch 22 reibschlüssig anzukoppeln.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Hauptmasse 26 gleichzeitig eine Gegenplatte für eine Getriebekupplung 38 aus, um zwischen einer Anpressplatte 40 und der Hauptmasse 26 eine Kupplungsscheibe 42 reibschlüssig zu verpressen, die über eine Steckverzahnung 44 mit einer Getriebeeingangswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes verbunden sein kann. Die Getriebekupplung 38 befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel an einer der Sekundärkupplung 30 abgewandten Seite der Hauptmasse 26, so dass ein als Hebelfeder ausgestaltetes und an dem Kupplungsdeckel 34 schwenkbar gelagertes Betätigungselement 46 bei einem Schließen der Getriebekupplung 38 gleichzeitig die Sekundärkupplung 30 schließen kann. Die Getriebekupplung 38 und die Sekundärkupplung 30 sind bezüglich der Kraftrichtung der auf die Anpressplatte 40 aufgebrachten Anpresspresskraft in Reihe geschaltet und besonders bevorzugt im Wesentlichen auf dem gleichen Radius angeordnet.
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Wenn im ausgekuppelten Zustand der Getriebekupplung 38 und der Sekundärkupplung 30 beispielsweise von einem elektrischen Starter über einen mit der Primärmasse 14 verbundenen Starterkranz 48 ein Drehmoment zum Starten des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs eingeleitet wird, ist die Hauptmasse 26 der Sekundärmasse 24 abgekoppelt und muss nicht beschleunigt werden. Nach dem Start des Antriebmotors kann die Getriebekupplung 38 geschlossen werden, wodurch gleichzeitig die Sekundärkupplung 30 geschlossen wird, so dass für die Drehschwingungsdämpfung des Zweimassenschwungrads 12 das volle Massenträgheitsmoment der Sekundärmasse 24 zur Verfügung steht.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform des Kupplungsaggregats 10 ist im Vergleich zur in 1 dargestellten Ausführungsform des Kupplungsaggregats 10 der Starterkranz 48 über eine flexible Scheibe 50 („Flexplate“) an der Primärmasse 14 angebunden. Ferner ist die Primärmasse 14 zweiteilig ausgeführt und ragt flanschartig in die durch den Ausgangsflansch 22 der Sekundärmasse 24 ausgebildete Bogenfederkammer 18 hinein, so dass der Drehmomentfluss im Bereicht der Bogenfeder 20 im Vergleich zu dem Zweimassenschwungrad 12 aus 1 umgekehrt ausgestaltet ist.
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Wie in 3 dargestellt kann die Hauptmasse 26 in axialer Richtung mit Hilfe eines Federelements 52 in axialer Richtung vorgespannt sein, damit das Federelement 52 die Hauptmasse 26 in eine geöffnete Position der Sekundärkupplung 30 drücken kann, wenn über das Betätigungselement 46 keine hinreichend große Anpresskraft auf die Hauptmasse 26 ausgeübt wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Federelement 52 einstückig mit dem Kupplungsdeckel 34 ausgeführt. Das Federelement 52 kann alternativ als separates Bauteil mit der Hauptmasse 26 und dem Kupplungsdeckel 34 verbunden sein, wobei das Federelement 52 insbesondere als Blattfeder ausgestaltet sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kupplungsaggregat
- 12
- Zweimassenschwungrad
- 14
- Primärmasse
- 16
- Deckel
- 18
- Bogenfederkammer
- 20
- Bogenfeder
- 22
- Ausgangsflansch
- 24
- Sekundärmasse
- 26
- Hauptmasse
- 28
- Gleitlager
- 30
- Sekundärkupplung
- 32
- Verzahnung
- 34
- Kupplungsdeckel
- 36
- Sekundärgegenplatte
- 38
- Getriebekupplung
- 40
- Anpressplatte
- 42
- Kupplungsscheibe
- 44
- Steckverzahnung
- 46
- Betätigungselement
- 48
- Starterkranz
- 50
- flexible Scheibe
- 52
- Federelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008004150 A1 [0002]