DE2742714A1

DE2742714A1 - Schwungrad

Info

Publication number: DE2742714A1
Application number: DE19772742714
Authority: DE
Inventors: Guenther Kossek; Heinz Pichl
Original assignee: Volvo Penta AB
Current assignee: Volvo Penta AB
Priority date: 1976-09-22
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1978-03-23
Also published as: FR2365734A1; SE7610483L; AU2876377A; US4241620A; JPS5352867A; GB1545165A; FI772767A; SE401548B; AU510114B2

Description

PATENTANWALTDR. HERMANN O. H. Dl ί HL ■ 0 I PLOMPH YS I K E R O-8000 MÜNCHEN 19- FLUGGtNSTRASSt I/ ■ T E ί E f ü N 08 9/ 17 /0 61

V 1161-D 22. Sent. 1977

d-so

Volvo Penta AB
Postfach 392

Gtttehorq/Schweden

Schwunarad

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Postscheckkonto München Nr.948M-ec7 Reuschulbank München (BlZ 700X3 30) Konto Ni 423 11343 Telex 52151« Zeus Telegrammadiesse Cable Adress: Zeuspatent

PATENTANWALT-DR. H ' P A4 Λ N h O IH. l'IEHL-DIPLOMPHYSIKER D- 8000 MÜNCHEN 1? FLÜGGE N STRASSE t 7 - TELEFG MJf IU i ⁷/° ⁶ '

Volvo Penta AB 22.9.1977

Postfach 392

Göteborg/Schweden

Schwungrad

Die Erfinduno befasst sich mit einem Schwungrad für einen Verbrennungsmotor. Derartine Schwungräder wurden bisher meistens aus verschiedenen Nichteisenmetallen wie Zinkoder Aluminiumlerrierunnen hergestellt, wobei auch eine Ausführungsform bekannt geworden ist, bei der das Schwunorad die Form eines umcres tu Inten Tonfes mit niedriger Seitenwand hat, an deren Innenfläche s.a. Schwungradmagnete, d.h. Permanentmagnete ffJr das 7ünd- oder Stromerzeugersvstem des Motors befestigt sind. Die Hbriaen Teile des betreffenden Systems sind hierbei innerhalb des "Topfes", um die Ausgangswelle des Motors herum ,angeordnet. Zur Frzieluncr eines geeigneten MaanetfeJdes sind iodoch die Permanentmagnete nicht unmittelbar an dem Schwungrad aus nichtnarmetischem Material (Zink oder Aluminium), sondern an einem Ring aus magnetischem Material (z.B.) Stahl angeordnet, der seinerseits im Schwungrad befestigt ist.

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Bekannter Weise ist der Zweck eines Schwungrades als Ackunulator mechanischer Eneraie zu wirken. Der Wirkungsarad eines Schwungrades ist in dieser Hinsicht von der Formel G.D bestimtnmt, wo G die "asse des Schwungrades und D den Durchmesser bedeuten. Je gr^ssere ^otorp bzw. Rotationsmaschinen in Betracht kommen, desto höheren VJert muss der Ausdruck G.D annehmen. Je grössere Massen cir Ceoenstand aufweist, desto grosser ist auch sein Gericht. Wirksame Schwungräder sind deshalb verh^ltnismässig schwer, was insbesondere mit Hinsicht auf mehr oder minder übertragbare Motore, wie z.B. Aussenhordnotore u.n., als ein Nachteil emnfunden werden muss. Jedoch auch bei ortsfesten Motoren resn. Rotationsnaschinen beeinflussen schwere Schwunar^der unvorteilhaft die Lebensdauer der betreffenden Kurbelwellen.

Der vorliegenden Frfindunrr lieat daher die Au^rcrahe zunrunde, ein Schwunarad f'ir Verbrennunasmotore zu schaffen, welches bei herabgesetztem Gewicht und unverminderter WJrkunasgrad einfacher, billiger und vorteilhafter heraestellt werden kann, insbesondere mit Hinsicht auf die Anbringung und/oder Wirkung der Schwunorndnannetp. Diese Aufgehe v/i rd durch die Gegenstände der Patentansprüche neigst. Die Erfinduna aeht von der bekannten ErwMgunn aus, dass es die Masse der reripheren Teile eines Schwungrades ist, - also derienigen Teile, welche dem. grfissten Durchmesser "D" entsnrechen-, die für den Wirkungsgrad ausschlaggebend ist, und dass folglich der

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bisher ausschliesslich aus magnetischen Gründen angewandte Stahlring zum entscheidenden Bestandteil des Schwungrades auch mit Hinsicht auf die mechanische Funktion ausgestaltet werden kann, und dass ferner dieser Rino mittels einer vollen oder durchlöcherten Radscheibe aus im Verhältnis zu den üblichen Schwungradmetallen unvergleichbar leichterem Kunststoff wie glasfaserverstärktem Polvester, N^lon od. Phnl. an die Metallnabe des Schwungrades angeschlossen werden kann. Während nämlich eine Zinklegierung ein snezifisches Gewicht von etwa 7,ο und eine Aluminiumlegierung von etwa 2,9 aufweist, hat ein Kunststoff der anoeftihrten Art ein spezifisches Gewicht von bloss etwai,o1 bis 1,4o. Ein Schwungrad mit einem in Kunststoff eingebetteten Stahlrln^ ist daher beträchtlich leichter als ein Schwunqrad mit dem aleichen G.D -Wert, das einen in einer Zink- oder Aluminiumlegierung eingegossenen Stahlring aufweist. Int Vergleich mit einem Schwungrad aus Aluminium wird beim erfindunosgemässen Schwungrad eine Gewichtsersoarnis von etwa 3o bis 4o %, und im Vergleich mit einem Schwungrad das aus Zinksnritzguss oder ganz aus Stahl besteht, von etwa 7o % erreicht, jeweils bei

gleich hohem G.D -Wert.

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Spritzwerkzeuge für die Herstellung von Schwunorädern aus Kunststoff irit einer einnegossenen Metallnabe und einem eingegossenen Stahlrina haben eine beträchtlich l^ncere Lebensdauer als Werkzeuae für die Herstelluna von Ganzmetallschwungr^dern, wodurch eine Ersparnis erzielt wird. Eine weitere Ersparnis wird dann dadurch erreicht, dass die erfindungsgemtfssen Schwungräder überhaupt keine Nachbearbeitung und/oder keinen Farbenanstrich benötigen. Ein wesentlicher Vorteil liegt ferner in dem Umstand, dass in ein und derselben Form, wahlweise Schwungräder mit verschiedenen Wirkunasgraden hergestellt werden können, indem man verschieden dicke Stahlringe wählt.

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VIkYlU

Ein äusserst wichtiger Vorteil wird bei der vorliegenden Erfindung mit Hinsicht auf die Schwungradmagnete erzielt. Diese Permanentmagnete werden in zunehmendem Ausmass als s.g. Oxydmagnete hergestellt, die aus auf verschiedene Heise verbundenen Partikeln permanent magnetischer Metalloxyde bestehen. Eine Sorte besonders vorteilhafter Oxydmagnete besteht beispielsweise aus mittels Epoxidharz verbundenen Eisenoxydpartikeln .SIc verträgt nicht diejenigen hohen Temperaturen, die bei der Herstellung von Aluminiumöder Zinkspritzgussprodukten herrschen. Die Magnete können somit in das betreffende Schwungrad nicht während des Spritzgussverfahren! eingebettet werden, sondern müssen auf das fertige Erzeugnis aufgeklebt werden. Dieser Nachteil entfällt bei dem erfindungsgemässen Schwungrad, da bei den niedrigen Temperaturen, die r>ei der Herstellung von Schwungrädern aus Kunststoff in Betracht kommen, derartige Maon«te nicht beschädigt werden. Sowohl die Metallnabe und der periphere Stahlring, wie auch die Schwungradwagnete welche zur Herstellung eines komnlett fertigen Schwungrades benötigt werden, können in einem einzioen Vorgang (Spritzguss od. dgl.) in das Produkt einverleibt werden, wobei ferner, wie bereits oben angeführt worden ist, auch alle Nachbearbeitungsvorg <*nge entfallen.

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Die Form zur Herstellung eines Schwungrades aus Kunststoff kann leicht derart ausgestaltet werden, dass alle in einem gegebenen Fall vorhandenen Forderungen erfüllt werden, und gleichzeitig auch derart, dass mit Hinsicht auf die Wanddicke beim Endprodukt im wesentlichen keine Schrumpfeffekte während der Erstarrung auftreten. Das Schwungrad kann entlang des Umfanges mit VentilatorflUgeln, und im Mittelteil mit einem Einschnitt für eine Anlassleine, oder mit Eingriffsklauen fUr den Eingriff eines Anlassers versehen werden. Ein Einschnitt für eine Anlassleine kann jedoch ebenfalls am Umfang angeordnet werden oder es kann, ebenfalls am Umfang, ein Zahnkranz für den Eingriff mit einem Zahnritzel eines Anlassers vorgesehen werden, wobei dieser Zahnkranz vorzugsweise aus einem weiteren eingegossenen Teil aus Metall bestehen kann.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform wird der Kunststoffteil des Schwungrades zwischen der Nabe und der Peripherie mit einem wellenförmigen Querschnitt nach Art einer Aneroiddose hergestellt. Dadurch wird dank der höheren Elastizität eine Kompensation eventueller Taumelbewegungen, denen der Motor ausgesetzt werden kann, erzielt. Weitere Besonderheiten und Einzelheiten der Erfindung sind den Unteransprtlchen .zu entnehmen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an-

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hand der belllegenden Zeichnung erläutert, die spezielle AusfUhrungsbeispiele darstellt.

Figur 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Schwungrades. Figur 2 zeigt schematisch im Schnitt zwei andere Ausführungsformen.

Figur 3 zeigt schematisch im Schnitt eine weitere Ausfuhrungsform mit wellenförmigen Profil.

Figur 4 zeigt (in etwas abgeändertem Masstab) eine Draufsicht auf ein Stahlband aus welchem der periphere Ring her stellt werden kann.

In der Figur 1 erkennt man in einem Schwungrad 10 eine zentrale Nabe 11 aus Metall wie Stahl, Aluminium, Zink od. dgl., d.h. im Prinzip aus irgendeinem der Metalle aus denen üblicherweise das ganze Schwungrad hergestellt wird. Die Nabe 11 hat eine konische innere öffnunq lim für eine nicht dargestellte Motorwelle und ist ferner zwecks besseren Kontakts mit dem Kunststoff teil 12 des Schwungrades mit einem Flansch 11a versehen. Zur weiteren Verbesserung dieses Kontakts können Schrauben- oder Bolzenelemente wie lic angeordnet werden, und/oder die Aussenfläche 11b der Nabe 11 kann Rillen od. dgl. aufweisen. Aus serdem können zu dem gleichen Zweck durchgehende öffnungen lld (Fig. 2) oder Sacklöcher He (Fig. 3), in welche der Kunststoff eindringen kann, in der Nabe, vorzugsweise im Flansch, angeordnet werden. An ihrem in der zeichnung unteren Umfang ist die Nabe 11 mit einer

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NockenflMche Hf für den Schalter des ZHndsvstems versehen.

Auf der Innenseite des abgebogenen Randteile» 12c des Kunststoff teiles 12 ist ein Stahlring 15 eingegossen. In der linken Hälfte der Zeichnung ist dieser Stahlrina 15 dünner dargestellt als in der rechten Hälfte um anzuzeigen, dass bei der Herstellung in ein und dergleichen Form verschiedene Stahlringe angewandt werden können. Hierbei wird entweder der Innendurchmesser d und/oder die Wanddicke t verändert. Dies besagt, dass u.U. Schwungräder mit gleichem Innen- und Aussendurchmesser, und dennoch verschiedenem Wirkunasgrnd hergestellt werden kttnnen, je nach dem wie das Verhältnis zwischen der Dicke des Stahlrinaes 15 und der Wanddicke t gewählt wird.

Bei der Herstellung de· Schwungrades in einer Spritzgussforn ruht der Stahlring auf Stlndern die la fertigen Produkt Offnungen 13 hinterlassen, welche vorzugsweise als Ventilationsoff nongen ausgenutzt werden können. Aa unteren Musseren Uafang de· Randteile· 12c ist eine Verzahnung (Zahnkranz) 14 für den Eingriff alt einem nicht dargestellten Ritzel eines Anlassers la Kunststoff angeordnet. An der Innenseite des Stahlringe· 15 ist ein oder aehrere Schwung radmagnete 16 und gegebenenfalls, an diametral entgegenge setzten Stellen, ein oder aehrere nicht dargestellte Auegleichgewichte aus nichtmagnetisch«!« Material angeordnet. Anstatt eines besonderen Auegleichgewichtee kann auch an der

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entsprechenden Stelle die Kunststoffmasse Im Schwungrad vergrössert werden. Die Magnete 16 sind In gleicher Weise Im Kunststoffteil 12 eingegossen wie der Stahlring 15, d.h. sie werden im fertigen Produkt derart vom erstarrten Kunststoff umfasst, dass sie formschlüssig festgehalten werden. Vorzugsweise wird der Stahlring 15 mit einigen regelmässig verteilten öffnungen 15b versehen, durch welche beim Spritzen der Kunststoff auch im Räume zwischen dem oberen und dem unteren Rand des Stahlringeß hindurch" dringen kann.

Die Nabe 11 ist an ihrer Innenseite mit einer Keilnut 11g zur Befestigung an die Motorwelle versehen. Mittels dieser Keilnut, gegebenenfalls zusannen mit den Elementen lic oder den öffnungen lld, lie, wird die Lage der Magnete 16 bezüglich der Motorwelle eindeutig festgelegt.

Das in Fig. 2 dargestellte Schwungrad 10a ist oberhall: der Metallnabe 11, welche in diesem Fall eine zylindrische innere öffnung Hn hat, mit einer Kunststoffnabe versehen, die einen Einschnitt 17a filr eine Anlassleine oder alternativ mehrere Eingriffsklauen 17b für einen von oben anzuschl!essenden Anlasser mit derartiger Kraftübertragungeanordnung aufweist.Es dürfte jedoch klar hervorgehen, dass ein Einschnitt für eine Anlaseleine auch am Randteil 12a angeordnet werden kann. Im AusfUhrungsbeispiel gem. Fig.

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sind ferner an diesem Randteil und an den benachbarten inneren Partien des Kunststoffteiles 12 VentilatorflUgel 18 angegossen. Der Stahlring 15 ist zur Verstärkung der Massewirkung durch einen Hilfsring 15a komplettiert (anstelle eines dickeren Ringes gem. Fig. 1 rechts). Im Kunststoffteil 12 sind zur weiteren Herabsetzung des Totalgewichtes öffnungen 13a willkürlicher Form angeordnet.

Gemäss Figur 3 weist ein Schwungrad 10b einen Kunststoffteil 12b mit wellenförmigen Profil auf (so dass in Draufsicht konzentrische Erhöhungen und Vertiefungen, wie bei einer Aneroiddose, zu verzeichnen sind). Dadurch wird zum Ausgleich von Taumelbewegungen, die infolge von s.g. Girokräften während des Betriebes kei Bootmotoren^ wie auch bei anderen tragbaren Motoren entstehen können, eine beträchtlich erhöhte Elastizität erzielt. Am unteren äusseren Teil des Randteiles 12c ist ein Zahnkranz 14a aus Metall eingegossen welcher den gleichen Zweck hat wie die Verzahnung aus Kunststoff in Fig. 1,

Gemäss Figur 14 kann der Stahlring 15, 15a vorzugsweise aus einem geraden Stahlband hergestellt werden, welches in regelmässigen Abständen öffnungen 15b aufweist und zusammengerollt und an seinen Enden 15c, 15d zusammengeschweisst wird. Während bei einem Schwungrad z.B. aus einer Zinklegierung Immer die Gefahr besteht, dass bei unvorhergesehener Drehzahlsteigerung das Rad von der Zentrifugalkraft zer-

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sprengt wird, entfällt diese Gefahr beim erfindungsgemässen Schwungrad, weil der Kunst stoff teil eine sehr kleine Masse hat und der periphere Ring aus einem zusammengeschweissten Stahlband besteht. Es ist jedoch offensichtlich, dass einerseits dieser Ring im Prinzip auch aus irgend^einem anderen Metall als Stahl bestehen kann, vorausgesetzt, dass das betreffende Metall genügend Masse und Festigkeit aufweist, anderseits dass auch andere Kunststoffarten als glasfaserverstärkter Polyester oder Nylon für den Kunststoffteil verwendet werden können. Ferner kann ein erfindungsgemässes Schwungrad auch ein anderes als topfförmiges Profil aufweisen, d.h. auch die Form einer im wesentlichen flachen Scheibe ohne abgebogenen Randteil haben..

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Claims

Patentansprüche

(1.)Schwungrad für einen Verbrennungsmotor, enthaltend eine Metallnabe, einen Körner aus Material mit kleinerer Masse, einen in diesem Körner eingebetteten ringförmigen nerinheren Teil mit grösserer Masse der für den überwieoenden Anteil des Trägheitsmomentes des Schwungrades aufVommt, sowie zumindest einen permanenten Schwungradmagnet filr das Zünd- oder Stromerzeugersvstem des Motors, dadurch crekennzeichnet, dass der genannte Körper von einer Radscheibe (12, 12a, 12b) aus Kunststoff gebildet wird, dass im mittleren Teil dieser Radscheibe die Metallnabe (11), und im Derinheren Teil (12c), als der nenannte Teil mit grösserer Masse, zumindest ein Metallring (15, 15a), vorzugsweise ein Stahlring, mit vorbestimmter wählbarer Dicke eingegossen ist, und dass in enaem Anschluss an die eine Seite dieses Metallringes der oder die Schwungradmagnete (16), welche vorzugsweise aus zusammengebundenen Partikeln bestehen, derart eingebettet sind, dass sie vom erstarrten Kunststoffmaterial der Radscheibe formschlüssig festgehalten werden, so dass ein aus magnetischem Material bestehender Metallring gleichzeitig das Zustandekommen eines geeianeten maanetischen Flusses fördert.
2. Schwungrad nach Ansnruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

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ORIGINAL INSPECTED

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die Metallnabe (11) zwecks besseren Kontakts mit dem Kunststoffkörper (12, 12a, 12b) mit einem Flansch (Ha) versehen ist.
3. Schwungrad nach Anspruch 1 oder 2, daduich gekennzeichnet, dass die Metallnab* (11) zwecks besseren Kontaktr mit dem Kunststoffkörper (12, 12a, 12b) wit eingriffsfördernden Mitteln wip Dolzen- oder Schraubcnelementen (lic), durchgehenden öffnungen (lld) oder Sacklöehern (He) versehen ist.
4. Schwungrad nach einen der voranstehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausnieich von Taujrelbewegunoen die im Betrieb infoloe von OjrokrSften entstehen können, die Radscheibe (12b) «us Kunststoff ein wellenförmiges Profil aufweist.
5. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es in an und für eich bekannter Weise topfförmig gestaltet ist mit einem abgebogen*" Randteil (12a), und dass der Metallring oder die Metallring· (15, 15a) an der Innenseite des abgebogenen Randteil«· angeordnet ist bzw. sind.
6. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am äusseren Umfang der Radscheibe

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BAD ORIGINAL

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Mittel für den Eingriff einer Anlassanordnuno vorgesehen sind, beispielsweise ein Einschnitt für eine Anlassleine oder ein äusserer Zahnkranz (14), vorzugsweise in Form eines im Kunststoff einaegossenen Metallzahnkranzes (14a), für den Eingriff mit dem Ritzel eines Anlassers,
7. Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer Kunststoffnabe versehen ist, die in einem Stück mit der Radscheibe hergestellt, konzentrisch mit der Metallnabe (11) anaeordnet, sowie mit Eingriffsmitteln für einen Anlasser versehen ist, beispielsweise mit einem Einschnitt (17a) für einr Anlassleine oder mit einer Anzahl von Eingriffsklauen (17b).
8. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe zu ^entilationsöffnungen ausgestaltete öffnungen (13) aufweist an den Stellen wo beim Giessen des Kunststoffes Ständer für den Metallring angebracht waren.
9. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am iTmfana der Radscheibe Ventilatorflügel (18) angegossen sind.
10. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallring aus einen zusam-

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mengerollten und an seinen Enden zusammenaeschweissten Metallband besteht in dem öffnungen (15b) angeordnet, sind, durch welche beim Hiessen das Kunststoffmaterial hindurchdringen kann.
11. Schwungrad nach einem der vorstehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, dass die Radscheibe aus glasfaserverstärktem Polvester oder Nvlon besteht.

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