DE19931739A1 - Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung - Google Patents

Abstract

Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung mit einem drehmomentübertragenden Schwungrad (10, 14) und einer torsionsweichen Mitnehmerscheibe (8), durch welche das Schwungrad drehmomentübertragend mit einer Welle (22) verbunden ist, um von dieser Welle Drehmoment über das Schwungrad auf eine andere Welle (30) zu übertragen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug- Antriebsverbindungseinrichtung mit einem Schwungrad gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Eine Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung dieser Art ist auf Seite 268 in der Zeitschrift "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 100 (1998) 4" erwähnt. Dort wird in der linken Spalte beschrieben, daß das Antriebs-Drehmoment eines Kraftfahrzeuges unmittelbar an der Flex-plate oder am Zweimassen-Schwungrad gemessen werden kann. Ferner ist erwähnt, daß der Drehmomentsensor nach einem kapazitiven Meßprinzip arbeitet und die Meßwertübertragung "berührungslos" erfolgen kann. Die Meßwertergebnisse können für gesteuerte oder geregelte Prozesse im Fahrantriebsstrang verwendet werden. Weitere Details über den Drehmomentsensor oder die Art der Meßwertübertragung sind in dem Dokument nicht angegeben. Eine "Flex-plate" ist eine flexible Scheibe mit gezahntem Außenumfang zur Drehzahlmessung und zur Drehwinkelerfassung einer Kurbelwelle. Zweimassen-Schwungräder sind Schwungräder mit zwei je als Schwungmasse ausgebildeten Schwungradteilen, in welchen der Primär-Schwungradteil mit der Kurbelwelle und der Sekundär-Schwungradteil mit der Eingangswelle eines Schaltgetriebes drehfest verbunden ist. Die beiden Schwungradteile sind um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander um eine begrenzte Winkelstrecke verdrehbar und zwischen ihnen ist eine ihren relativen Winkelbewegungen entgegenwirkende Federanordnung angeordnet. Zweimassen- Schwungräder sind beispielsweise aus den DE 35 45 857 C1 und DE 37 43 801 A1 bekannt.

Das Messen eines von einem Schwungrad übertragenen Drehmomentes durch einen an ihm angebrachten Drehmomentsensor beinhaltet insbesondere zwei Probleme: Das Schwungrad, bei einem Zweimassen-Schwungrad der Primär-Schwungradteil und/oder der Sekundär-Schwungradteil, sind wegen der von ihnen geforderten großen Schwungmasse sehr drehsteif, die bekannten Drehmomentsensoren erfordern jedoch zur Drehmomentmessung Torsionsbewegungen (Materialverschiebungen) des mit dem Drehmomentsensor versehenen Bauteils. Der Bauraum zwischen dem Kurbelwellengehäuse eines Verbrennungsmotors und einem Zweimassen-Schwungrad ist so eng, daß dazwischen ein Drehmomentsensor und ein Messignalempfänger keinen Platz mehr haben.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Möglichkeit zu schaffen, durch welche auch bei einem sehr engen Bauraum Drehmomente von torsionssteifen Schwungrädern oder Schwungradteilen auf einfache Weise und betriebssicher messbar sind.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Demgemäß betrifft die Erfindung eine Kraftfahzeug- Antriebsverbindungseinrichtung mit einem Schwungrad, welches zwischen der Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors und einer Eingangswelle eines Getriebes drehmomentübertragend angeordnet ist, und mit einem Drehmomentsensor am Schwungrad zur Messung des vom Schwungrad übertragenen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Rotationsachse des Schwungrades koaxial angeordnete Mitnehmerscheibe vorgesehen ist, welche an ihrem radial äußeren Umfangsbereich mit einem ersten Schwungradteil des Schwungrades und an ihrem radial inneren Umfangsbereich mit einer der Wellen je zur Übertragung des gesamten Antriebsdrehmoments zwischen der einen Welle und dem Schwungradteil verbunden oder verbindbar ist, wobei das Antriebsdrehmoment zwischen dem Schwungrad und der einen Welle nur durch die Mitnehmerscheibe übertragbar ist, daß der erste Schwungradteil einen wesentlichen Teil der Schwungmasse des Schwungrades bildet und die Mitnehmerscheibe eine relativ dazu vernachlässigbar kleine Schwungmasse hat und zwischen ihren inneren und äußeren Umfangsbereichen wesentlich torsionsweicher als der im wesentlichen torsionssteife Schwungradteil ist, daß der Drehmomentsensor an der Mitnehmerscheibe zur gemeinsamen Rotation befestigt ist und auf drehmomentabhängige Verformungen der Mitnehmerscheibe reagiert, und daß an einem nicht rotierbaren Einrichtungsteil eine Basisstation angeordnet ist zur drahtlosen Meßwertübertragung von dem Drehmomentsensor zur Basisstation.

Das Schwungrad ist vorzugsweise ein sogenanntes Zweimassen- Schwungrad, dessen Schwungradmasse auf zwei Schwungradteile aufgeteilt ist, von welchen der primäre Schwungradteil mit der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und der sekundäre Schwungradteil mit der Eingangswelle eines Getriebes, insbesondere eines Schaltgetriebes verbunden oder verbindbar ist. Zur Steuerung, Regelung und zur Diagnostik des Verbrennungsmotors ist das Drehmoment an der Kurbelwelle und damit am primären Schwungradteil von Wichtigkeit, so daß gemäß der Erfindung der Drehmomentsensor vorzugsweise so angeordnet ist, daß er auf das vom primären Schwungradteil übertragene Drehmoment direkt reagiert. Gemäß einer anderen Ausführungsform oder zusätzlich kann ein solcher Drehmomentsensor auch am sekundären Schwungradteil angeordnet werden zur Erfassung von Drehmomenten oder Drehmomentstößen auf der Eingangsseite des Getriebes. Die Erfindung ist auch anwendbar für ein einteiliges Schwungrad, welches zwischen der Abtriebswelle eines Verbrennungsmotors und der Eingangswelle eines Getriebes, insbesondere eines Schaltgetriebes, angeordnet ist zur Erzeugung der für den Betrieb des Motors erforderlichen Schwungmasse und zur Übertragung des Drehmoments. Hierfür kann die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit dem radial inneren Bereich und die Eingangswelle des Getriebes mit dem radial äußeren Bereich des Schwungrades drehmomentübertragend verbunden oder verbindbar sein, oder umgekehrt.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Gemäß einer besonderen Auführungsform der Erfindung ist der Drehzahlsensor gleichzeitig auch zur Drehzahlermittlung und zur Ermittlung der jeweiligen Drehwinkelposition des Schwungrades und damit auch der Kurbelwelle ausgebildet.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen anhand einer bevorzugten Ausführungsform als Beispiel beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch eine Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach der Erfindung mit einem Zweimassenschwungrad, dessen Primärteil mit einer Kurbelwelle verbunden und dessen Sekundärteil über eine Kupplung mit der Eingangswelle eines Schaltgetriebes verbindbar ist,

Fig. 2 eine axiale Ansicht einer Mitnehmerscheibe von Fig. 1 ohne einen Inkrement-Kranz.

Fig. 1 zeigt insbesondere folgende Teile: ein Kurbelwellengehäuse 2 eines Verbrennungsmotors, einen hinteren Kurbelwellendeckel 4, einen Anlaßzahnkranz 6, eine Mitnehmerscheibe 8 mit einem als Inkrementrad 9 ausgebildeten Außenumfang, einen als Schwungradmasse ausgebildeten primären Schwungradteil 10, eine Federdämpferanordnung 12 zur Drehmomentübertragung und zur Dämpfung von Drehmomentstössen zwischen dem primären Schwungradteil 10 und einem als Schwungradmasse ausgebildeten sekundären Schwungradteil 14, ein in einem Loch 15 der Mitnehmerscheibe 8 angeordneten und an der Mitnehmerscheibe 8 befestigten Drehmomentsensor 16, welcher zusammen mit der Mitnehmerscheibe 8 rotiert, eine Basisstation 18, welche am Kurbelwellengehäuse 2 befestigt ist und zusammen mit dem Drehmomentsensor 16 ein Sensorsystem bildet, ein Kurbelwellenflansch 20 einer Kurbelwelle 22 des Verbrennungsmotors, ein einteiliger Lagerflansch 23, der einteilig aus einem Flanschteil 24 und einem Rohrteil 25 besteht, ein Lager 26 auf dem Außenumfang des Rohrteils 25 zur radialen Lagerung des sekundären Schwungradteiles 14 und zur axialen Lagerung dieses sekundären Schwungradteiles 14 relativ zum primären Schwungradteil 10, ein im Rohrteil 25 angeordnetes Lager 28 zur radialen und/oder axialen Lagerung einer Getriebeeingangswelle 30 im Lagerflansch 23 und damit durch diesen auch an der Kurbelwelle 22, eine Kupplungsvorrichtung 34 zur Kupplung des sekundären Schwungradteiles 14 mit der Getriebeeingangswelle 30, und eine Ölwanne 36.

Die Größe des primären Schwungradteiles 10 ist, im Gegensatz zu bekannten primären Schwungradteilen, auf einen radial äußeren Teil mit ungefähr gleicher Masse reduziert, so daß er mit einer im Durchmesser großen zentralen Durchgangsöffnung 38 versehen ist und nur noch die Form eines Ringes hat. Dieser Ring des primären Schwungradteiles 10 ist weiterhin erforderlich, um das für den Verbrennungsmotor erforderliche Massenträgheitsmoment zu liefern und um eine Fettfüllung in der Feder-Dämpfereinrichtung 12 abzudichten. Durch die große zentrale Durchgangsöffnung 38 wird Bauraum gewonnen, so daß der Drehmomentsensor 16, der Lagerflansch 23 und die Basisstation 18 untergebracht werden können, ohne daß die Kurbelwelle 22 mit Bezug auf den Stand der Technik verändert zu werden braucht. Soweit sich der Drehmomentsensor 16 und ein radial von außen nach innen erstreckender Teil des primären Schwungradteiles 10 axial gegenüberliegen, kann die Dicke des sich radial nach innen erstreckenden Teiles axial reduziert werden.

Der radial äußere Umfangsbereich der Mitnehmerscheibe 8 ist an dem primären Schwungradteil 10 befestigt, vorzugsweise angeschweißt, z. B. an einem radial äußeren Wulst.

Jeder der beiden Schwungradteile 10 und 14 bildet eine wesentliche Schwungradmasse, gegenüber welcher die Mitnehmerscheibe 8 eine vernachlässigbar kleine Schwungmasse hat. Die Mitnehmerscheibe 8 ist zwischen ihrem radial äußeren Umfangsbereich und ihrem radial inneren Umfangsbereich wesentlich torsionsflexibler (weicher) als jeder der Schwungradteile 10 und 14. Die Mitnehmerscheibe 8 ist die einzige Verbindung zwischen der Kurbelwelle 22 und dem Schwungradteil 10, so daß das gesamte Drehmoment zwischen der Kurbelwelle 22 und dem Schwungrad 10, 14 nur über die Mitnehmerscheibe 8 übertragen wird. Durch ihre Torsionsweichheit entstehen in Abhängigkeit von der Größe des übertragenen Drehmoments mehr oder weniger große Materialverschiebungen in der Mitnehmerscheibe 8, welche von der Mitnehmerscheibe 8 auf den Drehmomentsensor 16 übertragen werden. Im Drehmomentsensor befinden sich Flächen, welche elektrische Kapazitäten darstellen und durch die genannten Verschiebungen in ihrem Abstand relativ zueinander verändert werden. Dadurch ergibt sich ein Drehmoment-Meßsignal. Anstelle der bevorzugten kapazitiven Meßwertbildung kann auch eine induktive Meßwertbildung vorgesehen sein.

Die Basisstation 18 ist von der Art, daß sie die elektrische Energie zum Drehmomentsensor 16 telemetrisch übertragen und Meßsignale vom Drehmomentsensor telemetrisch empfangen kann. Die Basisstation 18 ist an dem Kurbelwellengehäuse 2 nicht­ rotierend angeordnet, während der Drehmomentsensor 16 jeweils zusammen mit der Mitnehmerscheibe 8 und der Kurbelwelle 22 rotiert.

Das Inkrementrad 9 kann durch einen Außenumfangsbereich der Mitnehmerscheibe 8 oder durch einen getrennten Radkranz gebildet sein. Das Inkrementrad 9 wirkt mit einem nicht dargestellten Sensor zur Drehzahlmessung und zur Detektion der jeweiligen Drehwinkelposition der Kurbelwelle 22 zusammen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein solches Inkrementrad 9 jedoch nicht vorgesehen. Stattdessen ist der Drehmomentsensor 16 so ausgebildet, daß er auch zur Drehzahlermittlung der Drehzahl der Kurbelwelle 22 verwendet werden kann. Vorzugsweise ist der Drehmomentsensor 16 für die Drehzahlermittlung als Signalaufnehmer ausgebildet und die Basisstation 18 ist zusätzlich als Signalgeber ausgebildet, welche mit dem Signalaufnehmer telemetrisch zusammenarbeitet.

In der Erfindungsbeschreibung bedeutet "telemetrisch" jede Art von drahtloser und kontaktloser Signal-, Informations- und Energieübertragung.

Vorzugsweise ist die Mitnehmerscheibe 8 zwischen ihren radial inneren und äußeren Umfängen axial biegeweich und kann dadurch mechanische Spannungen im Antriebsstrang vermeiden. Die Mitnehmerscheibe 8 überträgt durch ihre "Taumelweichheit" im Idealfall nur Drehmomente, jedoch keine radialen oder axialen Kräfte.

Die Mitnehmerscheibe 8 ist zusammen mit dem Lagerflansch 23 durch achsparallele Schrauben 40 mit der Kurbelwelle 22 direkt verschraubt. Ihr radial innerer Umfangsbereich befindet sich zwischen dem Flanschteil 24 und einer diesem gegenüberliegenden Stirnfläche des Kurbelwellenflansches 20. Die Bohrungsumfangswand der Mitnehmerscheibe 8 und ein Bohrungsumfangsrand des Flanschteils 24 des Lagerflansches 23 sind auf einer ringförmigen Außenumfangsfläche 42 eines zylindrischen Kurbelwellenvorsprunges radial zur theoretischen Drehachse 44 zentriert.

Beim Stand der Technik können die axialen Kupplungskräfte der Kupplungsvorrichtung 34 über den primären Schwungradteil 10 auf die Kurbelwelle 22 übertragen werden. Dies ist bei der Erfindung wegen der axial weichen Mitnehmerscheibe 8 nicht mehr möglich. Deshalb werden die axialen Kupplungskräfte beim Gegenstand der Erfindung vom sekundären Schwungradteil 14 über das Lager 26 auf den Lagerflansch 23 und von diesem auf die Kupplungswelle 22 übertragen. Dies ist eine einfache Möglichkeit, durch welche relativ zum Stand der Technik keine zusätzlichen Kosten entstehen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß das Drehmoment- Sensorsystem mit dem Drehmomentsensor 16 und der Basisstation 18 in identischer Form sowohl für Schaltgetriebe verwendet werden kann, welche über ein Zweimassen-Schwungrad 10, 14 mit der Kurbelwelle 22 verbunden sind, als auch für Automatikgetriebe, welche über einen Drehmomentwandler mit der Kurbelwelle verbunden sind, wobei das Sensorsystem in den Drehmomentwandler integrierbar ist.

Claims (17)

1. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung mit einem Schwungrad (10, 14), welches zwischen der Abtriebswelle (22) eines Verbrennungsmotors und einer Eingangswelle (30) eines Getriebes drehmomentübertragend angeordnet ist, und mit einem Drehmomentsensor (16) am Schwungrad (10, 14) zur Messung des vom Schwungrad übertragenen Drehmoments, dadurch gekennzeichnet, daß eine zur Rotationsachse des Schwungrades (10, 14) koaxial angeordnete Mitnehmerscheibe (8) vorgesehen ist, welche an ihrem radial äußeren Umfangsbereich mit einem ersten Schwungradteil (10) des Schwungrades und an ihrem radial inneren Umfangsbereich mit einer der Wellen (22) je zur Übertragung des gesamten Antriebsdrehmoments zwischen der einen Welle und dem Schwungradteil verbunden oder verbindbar ist, wobei ein Antriebsdrehmoment zwischen dem Schwungrad und der einen Welle (22) nur durch die Mitnehmerscheibe (8) übertragbar ist, daß der erste Schwungradteil (10) einen wesentlichen Teil der Schwungmasse des Schwungrades bildet und die Mitnehmerscheibe (8) eine relativ dazu vernachlässigbar kleine Schwungmasse hat und zwischen ihren inneren und äußeren Umfangsbereichen wesentlich torsionsweicher als der im wesentlichen torsionssteife Schwungradteil ist, daß der Drehmomentsensor (16) an der Mitnehmerscheibe (8) zur gemeinsamen Rotation befestigt ist und auf drehmomentabhängige Verformungen der Mitnehmerscheibe (8) reagiert, und daß an einem nicht rotierbaren Einrichtungsteil (2, 4) eine Basisstation (18) angeordnet ist zur drahtlosen Meßwertübertragung von dem Drehmomentsensor (16) zur Basisstation(18).

2. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (16) zum telemetrischen Empfangen von elektrischer Energie ausgebildet ist, und daß die Basisstation (18) von der Art ist, die elektrische Energie zum Drehmomentsensor (16) telemetrisch übertragen und Meßsignale vom Drehmomentsensor (16) telemetrisch empfangen kann.

3. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (16) ein elektrisch kapazitiver Sensor ist, dessen Kapazitätsflächen durch Torsionen der Mitnehmerscheibe (8) zwischen ihrem Innenumfang und ihrem Außenumfang relativ zueinander veränderbar sind.

4. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwungrad (10, 14) mindestens einen zweiten Schwungradteil (14) aufweist, daß die beide Schwungradteile (10, 14) zur Übertragung des Antriebsdrehmoments zwischen ihnen gleichachsig angeordnet sind, um eine gemeinsame theoretische Drehachse relativ zueinander um eine begrenzte Winkelstrecke verdrehbar sind, und zwischen ihnen eine Federdämpfungsanordnung angeordnet ist, welche ihren relativen Drehwinkelbewegungen entgegenwirkt, daß der zweite Schwungradteil (14) eine wesentliche Schwungmasse des Schwungrades ist und seine Schwungmasse wesentlich größer ist als die relativ dazu vernachlässigbar kleine Schwungmasse der Mitnehmerscheibe (8).

5. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (8) an ihrem radial äußeren Umfangsbereich an den ersten Schwungradteil (10) angeschweißt ist.

6. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (8) in ihrem radialen Zentrum eine Bohrung aufweist, welche auf der mit ihr verbundenen Welle (22) eine Passung zur radialen Zentrierung der Mitnehmerscheibe auf dieser Welle bildet.

7. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwungradteil (10) die Form eines Ringes mit großem Innendurchmesser hat.

8. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Welle, mit welcher der radial innere Umfangsbereich der Mitnehmerscheibe (8) verbunden ist, die Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors ist.

9. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwungradteil (14) über ein Lager (26) an der Abtriebswelle (22) relativ zu ihr drehbar gelagert ist.

10. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (26) auf einem Lagerflansch (23) angeordnet ist, welcher an der Abtriebswelle (22) befestigbar ist.

11. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der radial innere Umfangsbereich der Mitnehmerscheibe (8) zwischen dem Lagerflansch (23) und einer Stirnfläche der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors angeordnet und durch gemeinsame achsparallele Schrauben (40) eingespannt und an der Abtriebswelle befestigbar ist.

12. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (30) des Getriebes über den Lagerflansch (23) an der Abtriebswelle (22) des Verbrennungsmotors gelagert ist.

13. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Mitnehmerscheibe (8) befestigte Drehmomentsensor (16) zusätzlich auch zur Drehzahlermittlung der Drehzahl des ersten Schwungradteiles (10) ausgebildet ist.

14. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (16) zur Drehzahlermittlung als Signalaufnehmer ausgebildet ist und mit einem an dem nicht rotierbaren Einrichtungsteil angeordneten Signalgeber (18) telemetrisch zusammenarbeitet.

15. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor (16) zusätzlich auch zur Erfassung seiner jeweiligen Drehwinkelposition relativ zu dem nicht rotierbaren Einrichtungsteil (2, 4) ausgebildet ist.

16. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht rotierbare Einrichtungsteil ein Teil (4) des Kurbelgehäuses (2) des Verbrennungsmotors ist.

17. Kraftfahrzeug-Antriebsverbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitnehmerscheibe (8) axial flexibel ist.