DE3546503A1 - Geteiltes schwungrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein geteiltes Schwungrad mit zwei zueinander gleichachsig angeordneten und mittels Federanordnung miteinander antriebsmäßig gekoppelten Schwungradelementen, deren eines mit dem Motor und deren anderes mit dem Antriebsstrang verbunden bzw. verbindbar ist.

Derartige geteilte Schwungräder, auch als Zwei-Massen- Schwungräder bezeichnet, arbeiten in der Regel im soge­ nannten überkritischen Bereich, d.h. normale Betriebs­ drehzahlen des Motors können keine Resonanzschwingungen des geteilten Schwungrades erzeugen. Vielmehr ist das geteilte Schwungrad so bemessen, daß Resonanzschwingungen nur bei Drehzahlen unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors auftreten können. Dadurch ist bei normalem Betrieb eine gute schwingungsmäßige Entkopplung zwischen dem Antriebsstrang und dem Motor gewährleistet. Die Resonanz­ frequenz des geteilten Schwungrades kann praktisch nur beim Starten des Motors angeregt werden, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß bei eventuell notwendigen mehrfachen Startversuchen auch der Zeitraum der Resonanz­ anregung vergleichsweise lang sein kann.

Deshalb muß die Federanordnung derart ausgebildet sein, daß auch bei längerer Anregung der Resoanzfrequenz keine unzulässig großen Schwingungsamplituden der Schwungrad­ elemente auftreten. Darüber hinaus sollen auch Stöße gedämpft werden, wie sie beispielsweise bei plötzlichem Lastwechsel im Antriebsstrang auftreten können.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein geteiltes Schwungrad zu schaffen, welches sich durch guten Komfort bei konstruk­ tiver Einfachheit auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur antriebsmäßigen Kopplung der Schwungradelemente miteinander zwischen denselben als Widerlager der Federung ein mit den Schwung­ radelementen kraftschlüssig und/oder mittels Federn antriebs­ mäßig verbundenes Widerlagerteil sowie eine kraftschlüssige, spielbehaftete Kupplung angeordnet sind.

Aufgrund des Spieles der spielbehafteten Kupplung steht den Schwungradelementen ein Bereich für Relativbewegungen mit einem besonders geringen Dämpfungs- bzw. Reibungswiderstand zur Verfügung, so daß die Schwungradelemente im überkriti­ schen Bereich in der Regel weitgehend ungehindert - mit geringen Amplituden - relativ zueinander schwingen können, so daß Motor und Antriebsstrang schwingungsmäßig voneinander entkoppelt sind. Wenn aufgrund eines plötzlichen Lastwechsels od.dgl. oder im kritischen Bereich nahe der Resonanzfrequenz des geteilten Schwungrades größere Relativbewegungen zwischen den Schwungradelementen auftreten, so wird das Spiel der spielbehafteten Kupplung aufgezehrt, d.h. der Kraftschluß dieser Kupplung setzt im Sinne einer Dämpfung der Relativ­ bewegungen ein.

In besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist das Widerlagerteil mit dem einen Schwungradelement im wesent­ lichen nur über Federn antriebsmäßig gekoppelt, so daß im Bereich des Spieles der spielbehafteten Kupplung ein im wesentlichen ungedämpfter Bewegungsspielraum der Schwung­ radelemente gegeben ist.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Unteransprüche sowie die nachfolgende Erläuterung besonders bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung verwiesen.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungs­ gemäßen 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 ent­ sprechend dem in Fig. 1 dargestellten Konstruk­ tionsschema,

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 schema­ tisch 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 Wider­ lagerteil 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 Schwungrad­ teil 1 über eine spielbehaftete Rutschkupplung 6 verbunden, welche jeweils erst wirken kann, wenn ein Spiel der Gesamt­ länge 2 S aufgezehrt ist.

Die Stärke des Kraftschlusses der beiden parallel zueinan­ der angeordneten Rutschkupplungen 5 und 6 ist insgesamt größer als das maximale Drehmoment des Motors. Der Kraft­ schluß 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 Rela­ tivdrehungen 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 Ampli­ tude, auftreten, wird das dem Widerlagerteil 4 bezüglich der Rutschkupplung 5 zur Verfügung stehende Spiel 2 S nicht ausgeschöpft. Dementsprechend ist zwischen den Schwungrad­ teilen 1 und 2 lediglich die Federung 3 sowie die Rutsch­ kupplung 6 wirksam, vorausgesetzt, daß das jeweils über­ tragene 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. auf­ grund 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 Ver­ stellung bzw. Verdrehung ϕ der Schwungradteile 1 und 2 relativ zueinander dargestellt.

Das Schwungrad möge sich zunächst in der in Fig. 1 darge­ stellten 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 Vor­ spannung 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 Rutsch­ kupplung 5 längs eines Weges S (vgl. Fig. 1) durch, so daß nunmehr auch die Rutschkupplung 6 wirksam wird. Dement­ sprechend 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 Schwungrad­ teile 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′, B′ und C′ bezeichnet.

Fig. 3 zeigt nun einen Axialschnitt einer ersten Ausführungs­ form 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 Antriebs­ stranges bzw. eines Fahrzeuggetriebes od.dgl. antriebs­ mäßig verbunden werden.

Am Schwungradteil 2 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 Widerlager­ teil 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 Umfangs­ richtung erstreckte Öffnungen 18, in die ein scheiben­ förmiges Ringteil 19 mit lappenförmigen Abwinklungen 20 eingreift. Den Abwinklungen 20 steht innerhalb der Öff­ nungen 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 Ring­ teil 19 sind mittels eines in Axialrichtung der Schwung­ radteile 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 maxi­ males 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 Umfangs­ richtung erstreckte Öffnungen 23 angeordnet, in die lappen­ artige Abwinklungen 24 eines Ringteiles 25 mit Spiel in Umfangsrichtung eingreifen. Dieses Ringteil 25 ist reib­ schlüssig über Reiblamellen 26 mit dem Schwungradteil 1 gekuppelt, d.h. bei Aufzehrung des Spieles der Abwink­ lungen 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 ringscheiben­ förmigen Widerlagerteil 4 auf beiden Stirnseiten desselben scheibenförmige Ringe 27 mittels Bolzen 28 drehfest ange­ ordnet sind. Einer der Ringe 27 greift mit lappenförmigen Abwinklungen 29 in Aussparungen 30, welche in Umfangs­ richtung 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 schei­ benförmigen 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.

Claims (8)

1. Geteiltes Schwungrad mit zwei zueinander gleichachsig angeordneten und mittels Federanordnung miteinander antriebsmäßig gekoppelten Schwungradelementen, deren eines mit dem Motor und deren anderes mit dem Antriebs­ strang verbunden bzw. verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur antriebsmäßigen Kopplung der Schwungradelemente (1,2) miteinander zwischen denselben als Widerlager der Federung ein mit den Schwungradelementen (1,2) kraft­ schlüssig und/oder mittels Federn (3, 16) antriebsmäßig verbundenes Widerlagerteil (4) sowie eine kraftschlüssige spielbehaftete Kupplung (23 bis 26) angeordnet sind.

2. Geteiltes Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine als Widerlagerteil (4) dienende Ringscheibe bzw. Ringscheibenanordnung (4, 27) im Bereich ihres radial äußeren Randes reibschlüssig mit dem einen Schwungradteil (1) bzw. damit verbundenen Teilen (22) gekuppelt ist.

3. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Widerlagerteil (4) dienende Ringscheibe bzw. Ringscheibenanordnung zwischen Reibscheiben (22) am einen Schwungradteil (1) angeordnet ist, und daß eine an diesem einen Schwungradteil (1) abgestützte Federanordnung (Federring 21) die Reib­ scheiben (22) sowie die Ringscheibe (4) bzw. Ring­ scheibenanordnung (4,27) axial gegeneinander spannt.

4. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Widerlagerteil (4) dienende Ringscheibe bzw. Ringscheibenanordnung axial zwischen zwei an einem Schwungradteil (2) befestigten Ringscheibenteilen (13, 14) angeordnet und mit denselben federnd gekoppelt ist, indem in der Ringscheibe bzw. Ringscheibenanordnung (4) sowie den Ringscheibenteilen (13, 14) tangential zur Schwungradachse erstreckte Fenster (15 bis 17) in Achsansicht des Schwungrades hintereinander angeordnet sind, die Schraubenfedern bzw. Schraubenfederanordnungen (16) käfigartig aufnehmen.

5. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nahe bzw. im Bereich des radial inneren Randes des einen Ringscheibenteiles (14), welches unter den Ringscheibenteilen (13, 14) von dem mit ihnen (durch Bolzen 12) verbundenen Schwungradteil (2) den größeren Axialabstand hat, eine Ringlamelle (25) bzw. Ringlamellenanordnung mit Spiel in Umfangsrichtung ange­ ordnet ist und mit Reiblamellen (26) am anderen Schwung­ radteil (1) zusammenwirkt.

6. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Widerlagerteil (4) dienende Ringscheibe bzw. Ringscheibenanordnung mit Spiel in Umfangsrichtung mit einem Ringteil (19) verbunden ist, welches reibschlüssig mit dem einen Schwungradteil (1) gekuppelt ist.

7. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlagerteil (4) mit dem einen Schwungradelement (2) im wesentlichen nur über Federn antriebsmäßig gekoppelt ist.

8. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerlagerteil (4) gegenüber beiden Schwungradelementen (1, 2) so abgestützt ist, daß einer Relativbewegung zwischen dem Widerlager­ teil (4) und jedem der Schwungradelemente ein bei größerem Weg der Relativbewegung zunehmender Widerstand, erzeugt durch Kraftschluß oder Federn, entgegenwirkt.