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Die Erfindung betrifft eine Schwungradkonstruktion, bestehend aus einem mehrteilig ausgebildeten, ein Verbundteil bildendes Schwungrad, das an einem Antriebsstrang von einem Kraftfahrzeug anschließbar ist, gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2.
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Aus der
US 48 60 611 A und der
EP 1 330 689 B1 sind Schwungradkonstruktionen bekannt, bei denen jeweils eine Nabe aus Metall einstückig mit einer Welle verbunden ist. Die Nabe wird von einem aus Verbundmaterial hergestellten Ringelement umschlossen, das mittels einer Schrumpfverbindung auf der Nabe positioniert ist. Das Ringelement wird dabei aus zumindest zwei konzentrisch zusammengefügten Ringen gebildet, die aus unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt und die stoffschlüssig verbunden sind.
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Die
DE 10 2014 109 189 A1 zeigt ein aus einem Gusswerkstoff oder Stahl hergestelltes Schwungrad einer Brennkraftmaschine auf dem ein Zahnkranz aufgeschrumpft ist. Zur verbesserten Verschleißfestigkeit ist zumindest die Verzahnung des Zahnkranzes gehärtet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwungradkonstruktion vorzuschlagen, mit der ein funktional optimiertes und kostengünstiges Schwungrad realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird durch Schwungradkonstruktionen gemäß den Ansprüchen 1 und 2 gelöst. Die auf die abhängigen Ansprüche rückbezogenen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.
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Zur Lösung der zuvor genannten Problemstellung wird gemäß Anspruch 1 eine Schwungradkonstruktion vorgeschlagen, die als Schwungrad ein als Verbundteil aufgebautes Gussschwungrad vorsieht. Das Gussschwungrad umfasst ein Innenteil und ein Außenteil, die aus unterschiedlichen Gusswerkstoffen mit voneinander abweichenden Festigkeiten hergestellt und dauerfest miteinander verbunden sind. Dabei übertrifft die Festigkeit und/oder die Dehnung des für das Außenteil bestimmten Gusswerkstoffs die Festigkeitswerte des Gusswerkstoffs für das Innenteil.
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Gemäß Anspruch 2 wird die vorliegende Aufgabe durch eine Schwungradkonstruktion gelöst, die ein als Verbundteil aufgebautes Schwungrad mit einem Innenteil aus einem Gusswerkstoff sowie ein aus einem Stahlwerkstoff hergestelltes Außenteil umfasst, die dauerfest miteinander verbunden sind. Dabei übertrifft die Festigkeit und/oder die Dehnung des für das Außenteil bestimmten Stahlwerkstoffs die Festigkeitswerte des Gusswerkstoffs für das Innenteil.
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Übereinstimmend zeigen die erfindungsgemäßen Lösungen jeweils ein als Verbundteil ausgeführtes Schwungrad und damit ein funktional optimiertes Konzept. Vorteilhaft ermöglicht die Erfindung eine verbesserte Gestaltungsfreiheit für die Auslegung bzw. für den Aufbau des Schwungrades. Das rotierende Schwungrad unterliegt im Betrieb von den Zentrifugalkräften resultierenden hohen Belastungen, insbesondere Radialspannungen die mit zunehmendem Radius ansteigen. Die erfindungsgemäße Materialpaarung sieht für das Innenteil einen Gusswerkstoff vor, dessen Festigkeit geringer ist als die Festigkeit des für das Außenteil bestimmten Guss- oder Stahlwerkstoffs. Durch unterschiedliche Gusswerkstoffe mit voneinander abweichenden Festigkeiten oder einer Kombination eines Guss-Innenteils mit einem Außenteil aus Stahl kann eine Werkstoffauswahl erfolgen, durch die die einzelnen Bauteile des Schwungrades der jeweiligen technischen Beanspruchung im Betriebszustand standhalten.
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Bisherige einteilige Gussschwungräder für Brennkraftmaschinen wurden standartmäßig aus Kugelgraphitguss, insbesondere GGG50 hergestellt.
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Dieser hochfeste, alle technischen Anforderungen im Betriebszustand erfüllende Guss verursacht nachteilig höhere Kosten im Vergleich zu Gusswerkstoffen mit geringerer Festigkeit wie beispielsweise Lamellenguss. Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Konzept, das die Verwendung eines kostengünstigen Basismaterials - Gusswerkstoff mit geringerer Festigkeit - für das Innenteil des Schwungrades vorsieht, ein gewünschter Kostenvorteil realisierbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Herstellung des Gussschwungrades vorgesehen, dass
der für das Innenteil bestimmte Gusswerkstoff geringerer Festigkeit von einem für das Außenteil bestimmten Gusswerkstoff höherer Festigkeit umgossen wird. Um die beiden Abschnitte, das Innenteil und das Außenteil einstückig zu verbinden, werden die zwei Schmelzen mit verschiedenen Zusammensetzungen durch getrennte Gießkanäle in den Hohlraum, die Gießform eingegossen, wobei eine Einrichtung feststellt, ob eine erste Schmelze einen bestimmten Bereich im Hohlraum bereits ausfüllt oder nicht.
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Ein bevorzugter Aufbau des als Verbundteil aufgebauten Gussschwungrades schließt ein aus Lamellenguss bzw. Lamellengraphitguss, beispielsweise GG25, hergestelltes Innenteil ein. Das zugehörige, das Innenteil umschließende Außenteil ist vorzugsweise aus Vermicular- oder Kugelgraphitguss hergestellt, der sich durch eine hohe Festigkeit und thermische Dehnung, eine ausreichend hohe Thermoschockfestigkeit und Berstfestigkeit auszeichnet.
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Alternativ zu einem Schwungrad, dessen Außen- und Innenteil übereinstimmend als Gussteile ausgeführt sind, schließt die Erfindung die Kombination von einem GussInnenteil mit einem Stahl-Außenteil ein. Vorzugsweise bildet dabei ein Stahlring das Außenteil, der das Innenteil armiert und dazu bevorzugt außenseitig auf dem Innenteil positioniert ist.
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Gemäß einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung ist ein Stahlkörper als Außenteil vorgesehen, der zusätzlich zur Außenkontur des Innenteils eine Befestigungsseite oder eine mit einer Reibungskupplung zusammenwirkende Reibfläche des Innenteils bzw. des Schwungrades überdeckt. Durch die Anwendung eines vorzugsweise als Umformteil ausgeführten Stahlkörpers kann eine Bearbeitung des Gussinnenteils im Bereich der Befestigungsseite oder der Reibfläche entfallen und somit das Innenteil zumindest in dem abgedeckten Bereich im Rohguss verbleiben. Der beispielsweise durch ein Vernieten oder Verschrauben sicher an dem Gussinnenteil fixierte, auch als Stahldeckel zu benennende Stahlkörper zeichnet sich bei einem unmittelbaren Zusammenwirken mit einem Reibbelag der Schalttrennkupplung weiterhin durch eine höhere Verschleißfestigkeit aus, im Vergleich zum Lamellenguss des Innenteils.
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Die erfindungsgemäßen Konzepte zur Gestaltung von Schwungrädern als Verbundteil sind insbesondere als Sekundärmasse eines Zweimassenschwungrades üblicher Bauart und bekannter Wirkungsweise einsetzbar, das für einen Antriebsstrang von einem Kraftfahrzeug bestimmt ist. Alternativ oder ergänzend bietet es sich an, die Primärmasse als Schwungrad in einer erfindungsgemäßen Verbundbauweise zu gestalten. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Konzept auf sekundäre Zusatzmassen übertragbar, die als Verbundteil ausgeführt und bevorzugt im Außenbereich armiert sind.
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Zur Sicherstellung einer dauerfesten Verbindung zwischen den Bauteilen des gemäß der Erfindung aufgebauten Schwungrades bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Bei einem Gussschwungrad sind die aus unterschiedlichen Gusswerkstoffen hergestellten Bauteile, das Innenteil und das Außenteil, durch den Gießprozess stoffschlüssig verbunden. Für ein Schwungrad, bestehend aus einem Gussinnenteil und einem Stahlaußenteil, eignet sich insbesondere eine kraftschlüssige, als Presssitz bzw. Presspassung ausgeführte Verbindung. Weiterhin können die Bauteile des Schwungrades auch stoffschlüssig, beispielsweise mittels einer Reibschweißung, miteinander verbunden werden. Außerdem kann erfindungsgemäß mittels einer formschlüssigen oder einer kombinierten kraft- und formschlüssigen Befestigung eine Fixierung der Schwungradbauteile erfolgen.
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Falls eine lageorientierte Anordnung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil des Schwungrades erforderlich ist, kann dies beispielsweise über einen lokal radial nach innen ausgerichteten Ansatz des Außenteils erfolgen, der formschlüssig in eine korrespondierende Aussparung des zugehörigen Innenteils eingreift. Alternativ dazu kann ein dem Innenteil zugehöriger Ansatz in eine zugehörige Aussparung des Außenteils verrasten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es zeigt:
- 1: in einem Halbschnitt eine erste erfindungsgemäße Schwungradkonstruktion;
- 2: eine zweite erfindungsgemäße Schwungradkonstruktion im Halbschnitt;
- 3: eine dritte erfindungsgemäße Schwungradkonstruktion im Halbschnitt.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Schwungradkonstruktion 1 gezeigt, wobei die Darstellung auf erfindungswesentliche Bauteile beschränkt ist. Die einem nicht abgebildeten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zugeordnete Schwungradkonstruktion besteht aus einem mehrteilig ausgebildeten, ein Verbundteil bildendes Schwungrad 1. Ein aus einem Lamellenguss hergestelltes Innenteil 2 des Schwungrades 1 ist drehstarr mit einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) verbunden, dazu ist das Innenteil 2 über eine Befestigungsseite 3 an einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine abgestützt und verschraubt und im Betriebszustand um eine Drehachse 6 verdrehbar. Abgewandt von der Befestigungsseite 3 bildet das Innenteil 2 eine Reibfläche 4 für eine Reibscheibe einer Schalttrennkupplung (nicht gezeigt). Außenseitig wird das auch als Nabenteil zu bezeichnende Innenteil 2 von einem Außenteil 5 umschlossen, das aus Vermicular- oder Kugelgraphitguss hergestellt ist. Die Herstellung des als Gussschwungrad gestalteten Schwungrades 1 kann in Verbindung mit einer Gießform erfolgen, in der zwei Schmelzen unterschiedlicher Zusammensetzung durch getrennte Gießkanäle in die Gießform eingegossen werden. Nach Erkalten der Schmelzen sind die Bauteile, das Innenteil 2 und das Außenteil 5, stoffschlüssig verbunden.
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Die 2 und 3 veranschaulichen alternative Ausführungsformen von erfindungsgemäß aufgebauten Schwungrädern, wobei für übereinstimmende Bauteile gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
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Die 2 zeigt das Schwungrad 11, dessen Innenteil 12 vergleichbar dem Innenteil 2 in 1 aus Lamellenguss hergestellt ist. Das als ein Stahlring ausgeführte, das Innenteil 12 umschließende Außenteil 15 ist abweichend zu dem Außenteil 5 aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Vorzugsweise ist das das Innenteil 12 armierende Außenteil 15 über einen Presssitz, eine Presspassung auf dem Innenring 12 fixiert. Zur Erzielung einer lageorientierten Anordnung weist das Außenteil 15 zumindest einen lokal radial nach innen ausgerichteten Ansatz 16 auf, der formschlüssig in eine korrespondierende Aussparung 17 des Innenteils 2 eingreift.
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In der 3 ist das Schwungrad 21 abgebildet, dessen Innenteil 22 mit dem Innenteil 12 gemäß 2 vergleichbar ist.
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Das Außenteil 25, das auch als Deckel bezeichnet werden kann, bildet ein Stahlkörper, der die Außenkontur des Innenteils 22 umschließt und weiterhin auf der von der Befestigungsseite 3 abgewandten Seite eine mit einer Reibungskupplung zusammenwirkende Reibfläche 24 bildet. Das vorzugsweise als Umformteil ausgeführte Außenteil 25 ist durch mehrere umfangsverteilte, unterhalb der Reibfläche 24 angeordnete Vernietungen 26 an dem aus Lamellenguss hergestellten Innenteil 22 sicher befestigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schwungrad
- 2
- Innenteil
- 3
- Befestigungsseite
- 4
- Reibfläche
- 5
- Außenteil
- 6
- Drehachse
- 11
- Schwungrad
- 12
- Innenteil
- 15
- Außenteil
- 16
- Ansatz
- 17
- Aussparung
- 21
- Schwungrad
- 22
- Innenteil
- 24
- Reibfläche
- 25
- Außenteil
- 26
- Vernietung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4860611 A [0002]
- EP 1330689 B1 [0002]
- DE 102014109189 A1 [0003]
