DE3519912C2 - Vorrichtung zur Verringerung von motorseitig erregten Schwingungen eines Antriebsstranges - Google Patents
Vorrichtung zur Verringerung von motorseitig erregten Schwingungen eines AntriebsstrangesInfo
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung von motorseitig erregten Schwingungen eines Antriebsstranges, insbesondere ein geteiltes Schwungrad, mit zwei zueinander gleichachsig angeordneten, mittels Federung miteinander antriebsmäßig gekoppelten Vorrichtungs- bzw. Schwungradelementen, deren eines mit dem Motor und den anderes mit dem Antriebsstrang verbunden bzw. verbindbar ist, sowie mit einer zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradelementen wirksamen, spielbehafteten kraftschlüssigen Kupplung, wobei das dem einen Vorrichtungs- bzw. Schwungradelement zugeordnete Widerlager der Federung an einem Widerlagerteil angeordnet ist, welches mit diesem Vorrichtungs- bzw. Schwungradelement kraftschlüssig ohne Begrenzung der Verdrehbarkeit relativ zueinander antriebsmäßig verbunden ist, wobei die Stärke des Kraftschlusses größer als das maximale Drehmoment des Motors ist.
- Eine derartige Vorrichtung bzw. ein entsprechendes Schwungrad ist Gegenstand des älteren Patents 35 05 069. Der Vorteil einer entsprechenden Anordnung liegt darin, daß ein guter Komfort erreichbar ist. Wenn der Resonanzbereich des Antriebsstranges durchlaufen wird, so führen die Vorrichtungs- bzw. Schwungradteile vergleichsweise großhubige Bewegungen relativ zueinander aus, wobei die zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen wirkenden, über die Federung übertragenden Kräfte die Stärke des Kraftschlusses übersteigen, jedenfalls dann, wenn der Betrieb über längere Zeit bei bzw. nahe der Resonanzfrequenz erfolgt. Da das Antriebssystem derart abgestimmt ist, daß die Resonanzfrequenz möglichst etwas unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors liegt, kann eine länger andauernde Anregung der Resonanzfrequenz vor allem bei mehrfachen Startversuchen auftreten. Durch relativ schwache Einstellung des Kraftschlusses läßt sich dann erreichen, daß die Relativbewegungen der Vorrichtungs- bzw. Schwungradteile längs eines vergleichsweise großen Weges abgebremst und damit gedämpft werden.
- Solange allerdings die zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen mittels der Federung übertragenen Kräfte geringer als die Stärke des Kraftschlusses sind, kann derselbe keinerlei dämpfende Wirkung ausüben. Dies ist zwar bei den relativ kleinhubigen Schwingungen, wie sie zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen bei höheren Drehzahlen des Motors und im wesentlichen stationären Betriebsbedingungen - beispielsweise bei Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit - auftreten, durchaus erwünscht. Jedoch gibt es Situationen, in denen auch außerhalb der Resonanzfrequenz des Antriebsstranges größere Relativbewegungen zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen auftreten können, wie z. B. beim Lastwechsel zwischen Schub- und Zugbetrieb eines Fahrzeuges. Da aber die bei einem derartigen Lastwechsel auftretenden Kräfte oftmals geringer als die Stärke des Kraftschlusses sind, ist eine Dämpfung der mit dem Lastwechsel verbundenen Schwingungen nicht ohne weiteres möglich.
- Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, die Vorrichtung bzw. das Schwungrad der eingangs angegebenen Bauart derart auszubilden, daß zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen auftretende Relativbewegungen auch dann bereits wirksam bedämpft werden, wenn die bei diesen Relativbewegungen zwischen den Vorrichtungs- und Schwungradteilen wirkenden Kräfte schwächer als das maximale Motordrehmoment jedoch stärker als ein vorzugebender Schwellwert sind.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß als kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Widerlagerteil und dem einen Vorrichtungs- bzw. Schwungradteil eine spielbehaftete erste Kupplung sowie eine im wesentlichen spielfreie zweite Kupplung parallel zueinander angeordnet sind, wobei die Stärke des Kraftschlusses der zweiten Kupplung geringer ist als das maximale Moment des Motors.
- Dementsprechend kann die zweite Kupplung bereits bei relativ geringen übertragenen Drehmomenten durchrutschen bzw. losbrechen, bis dann nach Aufzehrung des Spieles auch die erste Kupplung durchrutscht bzw. losbricht, falls die zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen wirkenden Momente hinreichend groß sind, d. h. das maximale Motordrehmoment weit genug übersteigen.
- Ein Vorteil der Erfindung ist unter anderem darin zu sehen, daß unvermeidliche Toleranzen hinsichtlich der Stärke des Kraftschlusses der beiden Kupplungen zu keinem nennenswert unterschiedlichen Verhalten der Vorrichtung bzw. des Schwungrades führen. Dadurch sind unvermeidbare Alterungsprozesse ebenso unbeachtlich wie die Streuung bei der Herstellung. Es braucht lediglich gewährleistet zu sein, daß die Stärke des Kraftschlusses beider Kupplungen, d. h. die Summe aus der Stärke des Kraftschlusses der ersten sowie der Stärke des Kraftschlusses der zweiten Kupplung, größer ist als das maximale Motordrehmoment, während gleichzeitig der Kraftschluß der zweiten Kupplung - vorzugsweise - eine geringere Stärke als dieses Motordrehmoment hat.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, zwischen dem Widerlagerteil und dem anderen Vorrichtungs- bzw. Schwungradteil parallel zur Federung eine zusätzliche spielbehaftete dritte Kupplung anzuordnen, bei der die Stärke des Kraftschlusses geringer ist als das maximale Motordrehmoment, zumindest wenn die Drehzahlen oberhalb der Resonenzfrequenz liegen.
- Im übrigen kann vorgesehen sein, die zweite Kupplung und/oder die dritte Kupplung - beispielsweise durch Ausbildung nach Art einer Fliehkraftkupplung - mit drehzahlabhängigem Kraftschluß anzuordnen, wobei der Kraftschluß der zweiten Kupplung mit zunehmender Drehzahl ansteigen und der Kraftschluß der dritten Kupplung mit zunehmender Drehzahl abnehmen soll. Bei dieser Anordnung wird die durch die Federung gegebene Beweglichkeit zwischen den Vorrichtungs- bzw. Schwungradteilen bei hohen Drehzahlen, bei denen ohnehin nur geringe Schwingungsamplituden auftreten, nur wenig oder gar nicht gedämpft, während bei geringer Drehzahl und insbesondere innerhalb des bei sehr niedriger Drehzahl liegenden Resonanzbereiches eine verstärkte Dämpfung durch Reibung auftritt.
- Die Merkmale weiterer bevorzugter Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden des weiteren nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der bevorzugte Varianten dargestellt sind. Dabei zeigt
- Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen geteilten Schwungrades,
- Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der zwischen den Schwungradteilen wirkenden bzw. zu überwindenden Drehmomente (M) in Abhängigkeit von der relativen Auslenkung (φ) der Schwungradteile gegeneinander,
- Fig. 3 ein Axialschnittbild einer ersten Variante eines erfindungsgemäßen Schwungrades entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Konstruktionsschema,
- Fig. 4 ein entsprechendes Axialschnittbild einer zweiten Variante und
- Fig. 5 ein entsprechendes Axialschnittbild einer dritten Variante.
- In Fig. 1 sind die beiden Schwungradteile 1 und 2 schematisch als schwere Körper dargestellt, welche gegeneinander mittels einer Federung 3 abgestützt bzw. gekoppelt sind. Das eine Widerlager der Federung ist am Schwungradteil 2 angeordnet, während das andere Widerlager durch ein Widerlagerteil 4 gebildet wird, welches mit dem Schwungradteil 1 über eine in Reihe zur Federung 3 angeordnete Rutschkupplung 5 verbunden ist, welche eine beliebig weite Verstellung, d. h. Verdrehung, der Schwungradteile 1 und 2 relativ zueinander zuläßt, wenn ein entsprechend hohes Drehmoment zwischen diesen beiden Teilen auftritt. Die Rutschkupplung 5 ist, zumindest im wesentlichen, spielfrei.
- Darüber hinaus ist das Widerlagerteil 4 mit dem Schwungradteil 1 über eine spielbehaftete Rutschkupplung 6 verbunden, welche jeweils erst wirken kann, wenn ein Spiel der Gesamtlänge 2 S aufgezehrt ist.
- Die Stärke des Kraftschlusses der beiden parallel zueinander angeordneten Rutschkupplungen 5 und 6 ist insgesamt größer als das maximale Drehmoment des Motors. Der Kraftschluß der Rutschkupplung 5 allein ist jedoch geringer als dieses Drehmoment.
- Des weiteren können die Schwungradteile 1 und 2 mittels einer Rutschkupplung 7 mit schwachem Kraftschluß direkt miteinander gekuppelt sein. Oftmals kann die Rutschkupplung 7 auch entfallen, da zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 ein unvermeidlicher Reibungswiderstand zwangsläufig im Sinne eines schwachen Kraftschlusses wirkt.
- Beim Fahrbetrieb werden die Schwungradteile 1 und 2 Relativdrehungen gegeneinander ausführen, die in Fig. 1 als Annäherung bzw. Entfernung der Schwungradteile 1 und 2 aneinander bzw. voneinander wiedergegeben werden.
- Soweit zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 nur geringe Relativbewegungen, d. h. Schwingungen mit geringer Amplitude, auftreten, wird das dem Widerlagerteil 4 bezüglich der Rutschkupplung 5 zur Verfügung stehende Spiel 2 S nicht ausgeschöpft. Dementsprechend ist zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 lediglich die Federung 3 sowie die Rutschkupplung 6 wirksam, vorausgesetzt, daß das jeweils übertragene Moment noch von der Rutschkupplung 5 aufgenommen werden kann.
- Sobald die zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 wirkenden Momente den Kraftschluß der Rutschkupplung 5 hinreichend stark bzw. lange übersteigen, wird das Spiel 2 S aufgezehrt, so daß beide Rutschkupplungen 5 und 6 parallel arbeiten bzw. durchrutschen. Dieser letztere Fall tritt im wesentlichen nur im Resonanzbereich des Antriebsstranges auf, d. h. aufgrund entsprechender Abstimmung der Härte der Federung 3 sowie der Massen der Schwungradteile 1 und 2 bei sehr geringen Drehzahlen, die noch unter der Leerlaufdrehzahl des Motors liegen und praktisch nur beim Starten desselben auftreten.
- Ein weiteres Beispiel für das Auftreten erhöhter Momente zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 ist der sogenannte Knallstart, welcher auftritt, wenn eine zwischen Motor und Antriebsstrang angeordnete Kupplung schlagartig geschlossen wird.
- Das Diagramm der Fig. 2 zeigt die Funktionsweise des in Fig. 1 dargestellten Schwungrades im einzelnen. Dabei ist das zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 wirksame bzw. übertragene Drehmoment M in Abhängigkeit von der Verstellung bzw. Verdrehung φ der Schwungradteile 1 und 2 relativ zueinander dargestellt.
- Das Schwungrad möge sich zunächst in der in Fig. 1 dargestellten Mittellage befinden.
- Wenn nun die Schwungradteile 1 und 2 - beispielsweise im Sinne einer Annäherung in der Darstellung der Fig. 1 - gegeneinander verdreht werden sollen, so muß ein gewisses Mindestmoment aufgewandt werden, welches durch die Vorspannung der Federung 3 vorgegeben ist. Einer weiteren Verdrehung wird dann entsprechend dem Kurvenabschnitt A von der Federung 3 ein zunehmendes Moment entgegengesetzt. Sobald dann zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 ein Moment wirksam wird, welches etwa dem von der Rutschkupplung 5 übertragbaren Moment M 5 entspricht, rutscht die Rutschkupplung 5 längs eines Weges S (vgl. Fig. 1) durch, so daß nunmer auch die Rutschkupplung 6 wirksam wird. Dementsprechend wird die Feder 3 entsprechend dem Abschnitt B bei weiterer Verdrehung zunehmend gespannt, bis der maximale Federungshub zwischen Schwungradteil 2 und Widerlagerteil 4 aufgezehrt ist. Sollte gleichzeitig das zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 wirkende Drehmoment größer sein als ein Wert M 5, 6, welcher der Summe aus dem von der Rutschkupplung 5 übertragbaren Moment sowie dem von der Rutschkupplung 6 übertragbaren Moment entspricht, so rutschen beide Rutschkupplungen 5 und 6 durch, wobei sich die Schwungradteile 1 und 2 relativ zueinander um einen entsprechend großen Winkel verstellen.
- Sobald die Relativbewegung der Schwungradteile 1 und 2 in der vorbeschriebenen einen Richtung zum Stillstand gekommen ist, sucht die Federung die beiden Schwungradteile 1 und 2 entsprechend dem Abschnitt C zurückzustellen.
- Im übrigen gilt bei Verstellung der Schwungradteile 1 und 2 relativ zueinander durch zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 wirkende Momente in umgekehrter Richtung sinngemäß das Gleiche. Dementsprechend sind den Abschnitten A, B und C entsprechende Abschnitte mit A&min;, B&min; und C&min; bezeichnet.
- Fig. 3 zeigt nun einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen zweiteiligen Schwungrades, bei dem das in Fig. 1 dargestellte Konstruktionsprinzip verwirklicht ist.
- Das Schwungradteil 1 ist mit dem nicht dargestellten Motor antriebsmäßig verbunden. Das Schwungradteil 2 ist mittels einer Lageranordnung 11 auf dem Schwungrad 1 drehgelagert und kann mittels einer nicht dargestellten Kupplung mit der Eingangswelle eines ebenfalls nicht dargestellten Antriebsstranges bzw. eines Fahrzeuggetriebes od. dgl. antriebsmäßig verbunden werden.
- Am Schwungradteil 1 sind mittels Schraubbolzen 12 zwei Ringscheiben 13 und 14 mit axialem Abstand voneinander befestigt. Diese Ringscheiben 13 und 14 besitzen mehrfach angeordnete Fenster 15, welche sich etwa tangential zur Achse der Schwungradteile 1 und 2 erstrecken und zur käfigartigen Führung von Schraubenfedern 16 dienen, deren Durchmesser größer ist als einerseits der axiale Abstand der Ringscheiben 13 und 14 und andererseits die Abmessung der Fenster 15 in Radialrichtung. Dabei sind die Schraubenfedern 16 mit Vorspannung in die Fenster 15 eingesetzt, d. h. die Stirnenden der Schraubenfedern 15 sind gegen die zugewandten Kanten der Fenster 15 gespannt.
- Axial zwischen den Ringscheiben 13 und 14 ist das als scheibenförmiges Ringteil ausgebildete Widerlagerteil 4 (vgl. auch Fig. 1) angeordnet, welches zur Aufnahme der Schraubenfedern 16 den Fenstern 15 der Ringscheiben 13 und 14 entsprechende Fenster 17 aufweisen. Wenn also die Fenster 15 und 17 miteinander - in Achsansicht des Schwungrades gesehen - fluchten, so sind die Schraubenfedern 16 maximal entspannt. Wird dagegen das Widerlagerteil 4 relativ zu den Ringscheiben 13 und 14 und damit zum Schwungradteil 2 verdreht, so werden die Federn 16 zwischen einer Kante der Fenster 17 und den gegenüberliegenden Kanten der Fenster 15 zunehmend zusammengedrückt.
- Im Bereich der Schraubbolzen 12 besitzt das Widerlagerteil 4 hinreichend weit in Umfangsrichtung erstreckte Aussparungen, so daß die dargestellte Verdrehung des Widerlagerteiles 4 gegenüber den Ringscheiben 13 und 14 möglich ist.
- Das ringscheibenförmige Widerlagerteil 4 überragt die Ringscheiben 13 und 14 in radialer Richtung und besitzt radial außerhalb der Ringscheiben 13 und 14 in Umfangsrichtung erstreckte Öffnungen 18, in die ein scheibenförmiges Ringteil 19 mit lappenförmigen Abwinklungen 20 eingreift. Den Abwinklungen 20 steht innerhalb der Öffnungen 18 in Umfangsrichtung ein Spiel der Gesamtlänge 2 S (vgl. Fig. 1) zur Verfügung, d. h. Widerlagerteil 4 und Ringteil 19 können entsprechend diesem Spiel gegeneinander verdreht werden.
- Die radial äußeren Ränder von Widerlagerteil 4 und Ringteil 19 sind mittels eines in Axialrichtung der Schwungradteile 1 und 2 wirksamen Federringes 21 reibschlüssig zwischen Reiblamellen 22 eingespannt, die gegenüber dem Schwungradteil 1 drehfest angeordnet sind. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß zwischen dem Widerlagerteil 4 und dem Schwungradteil 1 ein maximales Drehmoment M 5 und zwischen dem Ringteil 19 und dem Schwungradteil ein maximales Drehmoment M 6 übertragen werden können. Wenn also nach Aufzehrung des Spieles für die Abwinklungen 20 in den Öffnungen 18 Widerlagerteil 4 und Ringteil 19 gemeinsam gegenüber dem Schwungradteil 1 verdreht werden, so kann insgesamt ein Drehmoment M 5 + M 6 = M 5, 6 übertragen werden.
- Der Reibschluß zwischen den Reiblamellen 22 und dem Widerlagerteil 4 bzw. dem Ringteil 19 ist so bemessen, daß M 5, 6 größer ist als das maximale Motordrehmoment, während zumindest M 5 kleiner als dieses Drehmoment ist.
- In der Ringscheibe 14 sind gegebenenfalls noch in Umfangsrichtung erstreckte Öffnungen 23 angeordnet, in die lappenartige Abwinklungen 24 eines Ringteiles 25 mit Spiel in Umfangsrichtung eingreifen. Dieses Ringteil 25 ist reibschlüssig über Reiblamellen 26 mit dem Schwungradteil 1 gekuppelt, d. h. bei Aufzehrung des Spieles der Abwinklungen 24 in den Öffnungen 23 sind die Schwungradteile 1 und 2 direkt miteinander kraftschlüssig gekuppelt. Diese direkte, zwischen den Schwungradteilen 1 und 2 wirksame spielbehaftete Kupplung kann jedoch gegebenenfalls auch entfallen, um eine möglichst einfache Anordnung zu erreichen.
- Die Anordnung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 im wesentlichen dadurch, daß am ringscheibenförmigen Widerlagerteil 4 auf beiden Stirnseiten desselben scheibenförmige Ringe 27 mittels Bolzen 28 drehfest angeordnet sind. Einer der Ringe 27 greift mit lappenförmigen Abwinklungen 29 in Aussparungen 30, welche in Umfangsrichtung am Ringteil 19 erstreckt und angeordnet sind, derart, daß den Abwinklungen 29 in den Aussparungen 30 ein Gesamtspiel 2 S zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist nach Fig. 4 das Widerlagerteil 4 mittels seiner scheibenförmigen Ringe 27 mit den Reiblamellen 22 reibschlüssig verbunden.
- Die Ausführungsform nach Fig. 5 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 4 im wesentlichen dadurch, daß das Ringteil 19 an seinem radial inneren Randbereich über Reiblamellen 31 mit dem Schwungradteil 1 kraftschlüssig gekuppelt ist, während die Reiblamellen 22 ausschließlich zur kraftschlüssigen Kupplung zwischen den Ringen 27 bzw. dem Widerlagerteil 4 und dem Schwungradteil 1 dienen.
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