DE19534897C1

DE19534897C1 - Zweimassenschwungrad mit Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE19534897C1
Application number: DE1995134897
Authority: DE
Inventors: Heiko Dipl Ing Schulz-Andres; Reinhold Dipl Ing Weidinger
Original assignee: Fichtel and Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2015-09-21

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwungradvorrichtung mit einer ersten Schwungmasse zur Verbindung mit der Kurbelwelle eines Ver brennungsmotors und einer zweiten Schwungmasse zur Verbindung mit einer Reibungskupplung, wobei zwischen den beiden Schwungmassen eine Schwingungsdämpfungseinrichtung mit Spiralfedern vorgesehen ist.

Derartige Schwungradvorrichtungen werden im allgemeinen Sprachge brauch als Zweimassenschwungräder bezeichnet. Solche Schwungräder haben den Vorteil, daß die an der Sekundärseite über eine Reibungskupplung mit dem Getriebe in Verbindung stehende zweite Schwungmasse gegenüber der an der Primärseite mit der Kurbelwelle des Motors verbundenen ersten Schwungmasse eine Relativdrehung ausführen kann und die Massenverteilung zwischen Antriebsseite und Getriebeseite besser anzupassen ist. Dadurch sinkt die Eigenfre quenz der Schwungradvorrichtung. Vielfach sinkt sie sogar unter halb der Leerlaufdrehzahl, so daß dieser Bereich nur ein einziges Mal, nämlich beim Anlassen des Motors durchfahren wird. Die zwi schen den beiden Massen vorgesehene Schwingungsdämpfung vermag zusätzlich Drehzahlschwankungen auszugleichen, die durch unver meidbaren Motorunrundlauf auftreten. Dadurch werden Getriebegeräu sche vermieden, die durch wechselseitiges Anlegen der Zahnflanken der in Eingriff stehenden Zahnradzähne entstehen. Die Relativdre hung der zweiten Schwungmasse gegenüber der ersten Schwungmasse bewegt sich durchaus in einem Bereich bis zu 60 Winkelgraden.

Aus der DE-C2 40 06 121 ist eine gattungsgemäße Schwungradvorrich tung bekannt. Hierbei werden Spiralfedern alselastische Elemente zur Übertragung des Drehmoments zwischen den beiden Schwungmassen eingesetzt. Hierzu sind die Spiralfedern mit ihren Enden jeweils fest mit einer der Schwungmassen verbunden. Die Räume zwischen den Federwindungen und dem Gehäuse füllt ein viskoses Medium, das in folge der Federverformung bei der Relativdrehung der beiden Schwungmassen zueinander Dämpfungsarbeit leistet.

Neben dem hohen, mit der Schwungradvorrichtung verbundenen Bauauf wand ist nachteilig, daß die Spiralfedern durch die wechselseitige Relativdrehung der beiden Schwungmassen hohen Belastungen ausge setzt sind und deshalb aus entsprechend hochwertigem und teurem Material gefertigt werden müssen. Dennoch kann ein Bruch der Spi ralfedern nicht ausgeschlossen werden, was den Ausfall der Schwin gungsdämpfungsvorrichtung zur Folge hat.

Von dieser Problematik ausgehend, soll die Aufgabe gelöst werden, eine gattungsgemäße Schwungradvorrichtung zu verbessern.

Die erfindungsgemäß Lösung dieser erfolgt dadurch, daß mindestens zwei gegensinnig angeordnet Spiralfedern vorgesehen sind, die mit ihrem einen Ende fest mit der einen Schwungmasse und mit ihrem anderen Ende so mit der anderen Schwungmasse verbunden sind, daß von ihnen nur Zug kräfte aufnehmbar sind.

Durch diese Ausbildung sind die Federn nicht mehr einer wechsel seitigen Beanspruchung durch Zug- und Druckkräfte ausgesetzt. Bei einer Relativbewegung der Schwungmassen entgegen der Zugrichtung der Spiralfeder, läuft diese frei, und dreht sich mit der Schwung masse mit, mit der sie fest verbunden ist. Primärseitig gesehen wirkt also je eine Feder in Schub- und eine in Zugrichtung, so daß eine Schwingungsdämpfung in beiden Drehrichtungen wirksam ist. Besonders vorteilhaft ist es, daß die jeweilige frei mitlaufende Spiralfeder eine zusätzliche Massenträgheit darstellt und durch eine entsprechend günstige Anordnung dadurch das Massenträgheits moment der Primärseite auf ganz einfache Weise erhöhbar ist.

Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die radial äußeren Enden der Spi ralfedern mit nur einem einseitig in Umfangsrichtung wirkenden An schlag an der ersten bzw. zweiten Schwungmasse in Verbindung ste hen. Beide Federn können dann gegen diesen Anschlag in Umfangs richtung anlaufen, wozu die Enden umgebogen sein können und den Anschlag formschlüssig einschließen. In Zugrichtung wird die Feder durch den Anschlag dann gespannt, während sich die entgegengesetzt eingebaute Feder von dem Anschlag löst, sofern sie nicht unter Vorspannung, steht. In jedem Fall wird von dem Anschlag gegen die Drehrichtung dann aber keine Kraft ausgeübt.

Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn jede Spiralfeder drei Arme aufweist und aus einem Paket von Stahlblechen gebildet ist. An statt einer Spiralfeder mit drei Armen könnten natürlich auch drei Spiralfedern vorgesehen werden, über deren geeignete Auswahl die Federkennlinie eingestellt werden kann.

Vorteilhaft ist es, wenn die Zugkräfte über die radial äußeren Enden der Spiralfedern eingeleitet werden, so daß hierzu die radi al inneren Enden der Spiralfedern mit der entsprechenden Schwung masse kraftschlüssig verbunden sind. Hierzu können die Enden mit der Schwungmasse vernietet sein oder in entsprechende Ausnehmungen der Schwungmasse eingesteckt werden, so daß sie allseits form schlüssig eingebettet sind.

Hierzu ist es insbesondere vorteilhaft, die radial äußeren Enden der Spiralfedern mit demselben mit der Schwungmasse in Ver bindung stehenden und als Anschlag wirkenden Bauteil zu verbinden, so daß ein Bauteil als Anschlag für die Enden beider Spiralfedern dient.

Ein besonders einfache Montagemöglichkeit ergibt sich dann, wenn die Wirkverbindung der radial äußeren Enden mit dem Bauteil form schlüssig erfolgt.

Um eine möglichst niedrige Eigenfrequenz des Systems zu erhalten, ist eine möglichst geringe Federkennlinie auszuwählen. Zur Erhö hung der Massenträgheit auf der Primärseite, das heißt der ersten Schwungmasse ist es vorteilhaft, wenn die Spiralfedern fest mit der ersten Schwungmasse verbunden sind.

Das als Anschlag dienende Bauteil ist vorzugsweise mit der Schwungmasse vernietet. Es ist aber ebenso möglich, eine Art Flex platte als Trägerplatte zu benutzen. Auch kann der bzw. können die Anschläge aus der Schwungmasse axial herausgeformt sein.

Anstatt aus gestanzten Blechteilen können die Spiralfedern auch aus gebogenem Stangen- oder Bandmaterial bestehen.

Wenn die Spiralfedern mit Vorspannung eingebaut sind, so daß sie mit etwa 20% ihres Zugmomentes belastet sind, können auftretende Momentenspitzen durch den Einsatz der freilaufenden Spiralfeder im Schubbereich aufgefangen werden. Damit würde die Kennlinie der Federn zweistufig und das zu übertragende Moment erhöht.

Eine Veränderung der Kennlinie kann auch dadurch erreicht werden, daß sich zumindest einzelne Windungen der Spiralfedern berühren. Durch die auftretende Reibung wird eine progressive Kennlinie er zeugt.

Die als Anschläge dienenden Bauteile übernehmen, wenn die Spiral feder mehrarmig ist oder mehrere Spiralfedern für eine Wirkungs richtung verwendet, werden, die Aufgabe von Abstandsstücken. Diese Abstandsstücke können konstruktiv so ausgelegt werden, daß für sie an der Sekundärseite, also der zweiten Schwungmasse ein Anschlag vorgesehen ist, gegen den sie bei Momentenspitzen anlaufen und diese dadurch begrenzt bzw. abgefangen werden.

Um einen möglichst großen Drehwinkel der Relativverschiebung zu erreichen sollte ein möglichst sehr kleines Lager zwischen der Sekundärseite und der Nabe vorgesehen werden. Deshalb empfiehlt es sich, die erste Schwungmasse über eine sogenannte Zentralanbindung mit der Kurbelwelle zu verbinden.

Anhand einer Zeichnung sollen zwei Ausführungsbeispiele der Erfin dung nachfolgend beschrieben werden. Es zeigt:

Fig. 1 die Draufsicht auf zwei aus je drei einzelnen Federn gebildeten Spiralfederpakete in vereinfachter Darstel lung,

Fig. 2 den oberen Halbschnitt einer Schwungradvorrichtung ana log zur Schnittlinie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 den oberen Halbschnitt durch ein weiteres Ausführungs beispiel einer Schwungradvorrichtung analog zur Fig. 2.

Die Schwungradvorrichtung besteht im wesentlichen aus der mit ei nem Anlasserkranz 6 versehenen ersten Schwungmasse 1, der sekun därseitigen, der eine Reibscheibe 3 aufweisenden Kupplung 4 zu geordneten zweiten Schwungmasse 2 und der dazwischen angeordneten Torsionsfederung. Die zweite Schwungmasse 2 stützt sich über ein Wälzlager 8 auf dem Außenumfang einer Hülse 9 ab. Die Hülse 9 ist über eine hier nicht näher dargestellte Hirthverzahnung mit der ersten Schwungmasse 1 drehfest verbunden.

Die Torsionsfederung besteht aus zwei gegensinnig angeordneten Spiralfederpaketen, die jeweils aus drei einzelnen Spiralfedern 10, 20, 30 bzw. 10′, 20′, 30′ gebildet werden. Die radial äußeren En den 11, 21, 31 der Spiralfedern 10, 20, 30 sind so umgebogen, daß sie gegen mit der ersten Schwungmasse 1 starr verbundene Anschläge 15, 25, 35 anliegen. Eine Relativbewegung der Anschläge 15, 25, 35 entgegen dem Uhrzeigersinn (vergleiche Fig. 1) spannt die Federn 10, 20, 30, die mit ihren radial inneren Enden 12, 22, 33 über Niete 7 mit der zweiten Schwungmasse 2 drehfest verbunden sind. Ebenfalls drehfest mit der zweiten Schwungmasse 2 sind die inneren Enden 12′, 22′, 23′ der Spiralfedern 10′, 20′, 30′ verbunden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 und Drehung der Anschläge 15, 25, 35 im Uhrzeigersinn gelangen die die Anschläge 15, 25, 35 formschlüssig umgreifenden radialen Enden 11, 21, 31 davon außer Eingriff, sofern die Spiralfedern 10, 20, 30 nicht unter Vorspannung montiert wurden. Statt dessen werden die radial äußeren Enden 11′, 21′, 31′ ′der ent gegengesetzteingebauten drei Spiralfedern 10′, 20′ beaufschlagt, so daß sich die Federn 10′, 20′, 30′ spannen, während die Federn 10, 20, 30 sich frei mit der Schwungmasse 2 drehen.

Die Federn 10, 20, 30; 10′, 20′, 30′ können jeweils identisch aufgebaut sein. Sie können aber auch eine unterschiedliche Kennlinie aufwei sen, so daß die Dämpfung der Schwingungen abhängig von der Dreh richtung erfolgt.

Die Anschläge 15, 25, 35, die für die Feder 10, 10′; 20, 20′ und 30, 30′ auch Abstandshalter bilden, können mit der ersten Schwungmasse 1 vernietet, verstemmt oder auf andere Weise befestigt sein. Ebenso ist es möglich, die Schwungmasse 1 als sogenannte Flexplatte aus zu bilden, bei der die Anschläge 15, 25, 35 dann aus dem Material her ausgeformt sind.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Schwungradvorrichtung in gegenüber Fig. 2 weiter vereinfachter Darstellung, bei dem der Unterschied darin liegt, daß die radial äußeren Enden 11, 21, 31; 11′, 21′, 31′ der Federn 10, 10′, 20, 20′, 30, 30′ mit der Schwungmasse 2 verbunden sind und die radial inneren Enden 12, 22, 32 bzw. 12′, 22′, 32′ mit der auf der Kurbelwelle 9 befestigten Schwungmasse 1 verbunden sind.

Die Schwingungsdämpfung funktioniert bei beiden Ausführungsbei spielen nach demselben Prinzip, so daß die vorhergehende Beschrei bung auch für dieses Ausführungsbeispiel gilt.

Bezugszeichenliste

1 erste Schwungmasse
2 zweite Schwungmasse
3 Reibscheibe
4 Kupplung
5 Gehäuse
6 Anlasserkranz
7 Niet
8 Wälzlager
9 Kurbelwelle
10 erste Feder
10′ erste Feder
11 radial äußeres Ende
11′ radial äußeres Ende
12 radial inneres Ende
12′ radial inneres Ende
15 Anschlag
20 zweite Feder
20′ zweite Feder
21 radial äußeres Ende
21′ radial äußeres Ende
22 radial inneres Ende
22′ radial inneres Ende
25 Anschlag
30 dritte, Feder
30′ dritte Feder
31 äußeres Ende
31′ äußeres Ende
32 inneres Ende
32′ inneres Ende.

Claims

1. Schwungradvorrichtung mit einer ersten Schwungmasse (1) zur Verbindung mit der Kurbelwelle (9) eines Verbrennungsmotors und einer zweiten Schwungmasse (2) zur Verbindung mit einer Reibungskupplung (4), wobei zwischen den beiden Schwungmassen (1, 2) eine Schwingungsdämpfungseinrichtung mit Spiralfedern vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gegensinnig angeordnete Spiralfedern (10, 10′) vorgesehen sind, die mit ihrem einen Ende fest mit der einen Schwungmas se (1, 2) und mit ihrem anderen Ende so mit der anderen Schwungmasse (1, 2) verbunden sind, daß von ihnen nur Zugkräfte aufnehmbar sind.

2. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die radial äußeren Enden (11, 11′) der Spiralfedern (10, 10′) mit nur einem einseitig in Umfangsrichtung wirkenden Anschlag (15) an der ersten (1) bzw. zweiten (2) Schwungmasse in Verbindung stehen.

3. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß jede Spiralfeder (10, 10′) drei Arme aufweist und aus einem Paket von Stahlblechen gebildet ist.

4. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß zwei gegensinnig wirkende Federpakete aus je drei Spiralfedern (10, 20, 30; 10′, 20′, 30′) vorgesehen sind.

5. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die radial inneren Enden (12, 12′, 22, 22′, 32, 32′) der Spiralfedern (10, 10′, 20, 20′, 30, 30′) mit der entsprechenden Schwungmasse (1) bzw. (2) kraftschlüssig verbunden sind.

6. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die radial äußeren Enden (11, 11′; 21, 21′; 31, 31′) der Spiralfedern (10, 10′; 20, 20′; 30, 30′) mit demselben mit der Schwungmasse (1, 2) in Wirkverbindung stehenden und als An schlag wirkenden Bauteil (15, 25, 35) zusammenwirken.

7. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Verbindung der Spiralfederenden (11, 11′; 21, 21′; 31, 31′) mit dem Bauteil (15, 25, 35) formschlüs sig erfolgt.

8. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spiralfedern (10, 10′; 20, 20′; 30, 30′) fest mit der ersten Schwungmasse (1) verbunden sind.

9. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Bauteil (15, 25, 35) mit der Schwungmasse (1) bzw. (2) vernietet ist.

10. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Bauteil (15, 25, 35) aus der Schwungmasse (1, 2) axial herausgeformt ist.

11. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Spiralfedern (10, 10′; 20, 20′; 30, 30′) mit Vorspan nung eingebaut sind.

12. Schwungradvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß sich zumindest einzelne Windungen der Spiralfedern (10, 10′, 20, 20′; 30, 30′) berühren.