DE3627784A1 - Geteiltes schwungrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein geteiltes Schwungrad mit zwei gleichachsig zueinander angeordneten und mittels Federung miteinander antriebsmäßig gekoppelten Schwungradelementen, deren eines mit dem Motor und deren anderes mit dem Antriebsstrang verbunden bzw. verbindbar ist, mit einer Resonanzfrequenz, welche unterhalb eines bei Betriebs­ drehzahl des Motors auftretenden Frequenzbereiches liegt.

Derartige Schwungräder sind bekannt und dienen dazu, den Motor sowie den Antriebsstrang schwingungsmäßig zu ent­ koppeln, um insbesondere auch Geräusche durch Schwingungen im Antriebsstrang zu unterbinden.

Dabei arbeitet das Schwungrad in der Regel im sogenannten überkritischen Bereich, d. h. die bei üblichen Betriebs­ drehzahlen des Motors auftretenden Schwingungen liegen in einem Frequenzbereich oberhalb des Resonanzbereiches des Schwungrades. In diesem überkritischen Bereich sind die von der Motorseite aus angeregten Schwingungen im Antriebs­ strang bzw. des antriebsstrangseitigen Schwungradelementes amplitudenmäßig erheblich schwächer als die Schwingungen des motorseitigen Schwungradelementes, wenn die die Schwung­ radelemente koppelnde Federung nicht oder nur schwach bedämpft ist, wie es bei üblichen geteilten Schwungrädern der Fall ist.

Der Resonanzbereich des geteilten Schwungrades wird nur bei sehr niedrigen Drehzahlen des Motors angeregt, im Falle eines Kraftfahrzeuges beispielsweise beim Starten des Motors. Insbesondere dann, wenn der Motor nicht sofort anspringt und deshalb mehrere Startversuche kurz hintereinander unternommen werden, arbeitet das geteilte Schwungrad längere Zeit im Resonanzbereich, so daß Schwingungen mit außerordentlich hoher Amplitude angeregt werden können. Um dabei eine Zerstörung des Schwungrades bzw. der damit verbundenen Teile des Motors oder Antriebsstranges zu vermeiden, ist bei bekannten geteilten Schwungrädern in der Regel eine stark bedämpfte Anschlagfederung vorgesehen, welche bei Relativschwingungen mit größeren Amplituden zwischen den Schwungradelementen wirksam wird. Gleichwohl läßt es sich nicht vermeiden, daß die Schwungradelemente erhebliche Relativbewegungen ausführen, die mit Geräuschen verbunden sind.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein geteiltes Schwung­ rad zu schaffen, welches sich durch einen hohen Komfort im Resonanzbereich aufzeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen den Schwung­ radelementen eine Kupplung angeordnet ist, welche im Dreh­ zahlbereich der Resonanzfrequenz bzw. im Drehzahlbereich unterhalb eines über dem Resonanzbereich liegenden Schwell­ wertes bzw. Schwellwertbereiches schließt.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein geteiltes Schwungrad zu schaffen, welches nur außerhalb des Resonanzbereiches als Zwei-Massen-Schwungrad arbeitet, während innerhalb des Resonanzbereiches bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung eine starre Verbindung zwischen den Schwungradelementen vorliegen soll, so daß das geteilte Schwungrad nach Art eines herkömmlichen Schwungrades mit nur einer Masse arbeitet. Damit wird jegliche Möglichkeit einer Erregung von Resonanzschwingungen im schwingungsfähi­ gen System des geteilten Schwungrades ausgeräumt.

Dadurch wird gleichzeitig eine konstruktive Vereinfachung der die Schwungradteile mit Federbarkeit koppelnden Elemente erreicht, weil das Auftreten von Resonanzschwingungen und damit das Entstehen von Schwingungen mit extrem großen Amplituden unberücksichtigt bleiben kann.

Zur starren Kupplung der Schwungradelemente innerhalb des Resonanzbereiches können prinzipiell Kupplungen beliebiger Konstruktion dienen, welche drehzahlabhängig geschlossen bzw. geöffnet werden.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise zwischen den Schwungradelementen eine Lamellenkupplung angeordnet sein, beispielsweise eine solche, deren Lamellen durch Beaufschlagung in Axialrichtung der Schwungradelemente im Sinne einer starren Kupplung derselben wirken.

Die Betätigungskraft für die Kupplung kann extern, beispiels­ weise mit hydraulischen Druckerzeugern erfolgen, die dreh­ zahlabhängig angesteuert werden.

Auch elektromagnetische Kupplungen lassen sich mit Vorteil einsetzen.

Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist mit einer Fliehkraftkupplung ausgerüstet, welche bei geringer Drehzahl geschlossen ist und bei anstei­ gender Drehzahl unter Einfluß der Fliehkräfte öffnet. In zweckmäßiger Ausgestaltung der Fliehkraftkupplung kann vorgesehen sein, daß am einen Schwungradelement mit radialem Abstand von dessen Achse um dazu parallele Achsen schwenk­ bare hebelartige Kupplungselemente angeordnet sind, welche mittels Federn nach radial innen gegen eine Reibflächen­ anordnung am anderen Schwungradelement gespannt sind. Um möglichst hohe Drehmomente zwischen den Schwungrad­ elementen übertragen zu können, besitzen an den freien Enden der hebelartigen Kupplungselemente angeordnete Reibstücke bzw. -klötze keilartig angeordnete Flanken, die mit zwei ringförmigen Reibflächen zusammenwirken, welche entsprechend der Schräglage der Flanken geneigt angeordnet sind. Wenn also die Reibstücke bzw. -klötze mit den Reibflächen kraftschlüssig zusammenwirken, so tritt auch eine gewisse Verkeilung der Reibstücke bzw. -klötze zwischen den Reibflächen ein, d. h. der zwischen den Reibflächen und den Reibstücken bzw. -klötzen vorhan­ dene Reibschluß wird wesentlich erhöht.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt einer Hälfte des erfindungs­ gemäßen Schwungrades,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Schwungradhälfte entsprechend dem Pfeil II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt entsprechend der Schnitt­ linie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 ein Diagramm, welches den Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von der Drehzahl wiedergibt, wobei unter Verstärkungsfaktor der Quotient zwischen den Schwingungsamplituden des motorseitigen Schwungradelementes und den Schwingungsamplituden des antriebsstrangseitigen Schwungradelementes verstanden wird.

Das erfindungsgemäße geteilte Schwungrad besitzt ein erstes Schwungradelement 1, welches auf einer nicht dargestellten Motorausgangswelle drehfest angeordnet ist. Auf einem axialen Fortsatz des Nabenbereiches des Schwungradelementes 1 ist ein weiteres Schwungradelement 2 mittels eines Rillenkugel­ lagers 3 drehbar angeordnet.

Die Schwungradelemente 1 und 2 sind mittels einer Feder­ anordnung 4 miteinander antriebsmäßig gekoppelt. Dazu sind zwischen den Schwungradelementen 1 und 2 Ringscheibenpaare 5 und 6 in gemeinsamen Radialebenen angeordnet. Das radial außen liegende Ringscheibenpaar 5 ist mittels Bolzen od. dgl. formschlüssig mit dem Schwungradelement 1 verbunden, während das radial innerhalb des Ringscheibenpaares 5 angeordnete Ringscheibenpaar 6 in entsprechender Weise mit dem Schwungradelement 2 formschlüssig verbunden ist. Zwischen den Scheiben der Ringscheibenpaare 5 und 6 erstreckt sich eine Ringscheibe 7, welche sowohl gegenüber dem Schwung­ radelement 1 als auch dem Schwungradelement 2 drehbar ange­ ordnet ist. Die Ringscheibenpaare 5 und 6 sowie die Ring­ scheibe 7 weisen tangential zur Scheibenachse angeordnete Fenster 8′, 8′′, 9′ und 9′′ auf, welche jeweils tangential zur Scheibenachse angeordnete Schraubenfedern 10 bzw. 11 aufnehmen, deren Außendurchmesser größer ist als der Axial­ abstand der Scheiben der Ringscheibenpaare 5 und 6. Wenn die Schwungradelemente 1 und 2 relativ zueinander verdreht werden, so werden die Schraubenfedern 10 bzw. 11 zwischen jeweils einem radialen Rand eines der Fenster 8′′ bzw. 9′′ der Ringscheibe 7 und in Längsrichtung der Schraubenfedern 10 bzw. 11 gegenüberliegenden Radialrändern der Fenster 8′ bzw. 9′ der Ringscheibenpaare 5 bzw. 6 zunehmend auf Druck eingespannt.

Somit sind die Schwungradelemente 1 und 2 durch die Feder­ anordnung 4, d. h. die Schraubenfedern 10 bzw. 11 und die damit zusammenwirkenden Ringscheibenpaare 5 und 6 sowie die Ringscheibe 7 elastisch miteinander gekoppelt.

Am Außenrand des Schwungradelementes 1 ist ein zylindrisches Ringteil 12 mittels Schrauben 13 befestigt. Das Ringteil 12 umschließt das Schwungradelement 2 und besitzt auf der vom Schwungradelement 1 abgewandten Seite des Schwungrad­ elementes 2 einen verstärkten Randbereich 12′.

Am Randbereich 12′ sind in zur Innenseite des Randbereiches 12′ offenen Ausnehmungen 14 hebelartige Kupplungsteile 15 mit zur Schwungradachse parallelen Achsen schwenkgelagert. An den freien Enden der hebelartigen Kupplungsteile 15 sind Reibstücke bzw. -klötze 16 angeordnet, welche mittels Schraubenfedern 17 nach radial einwärts gespannt sind. Die Schraubenfedern 17 sind in einander gegenüberliegenden Sacklöchern 18′ und 18′′ im Randbereich 12′ des Ringteiles 12 bzw. in den Reibstücken oder -klötzen 16 untergebracht.

Bei höherer Drehzahl des Schwungrades schwenken die hebel­ artigen Kupplungsteile 15 in Fig. 2 im Uhrzeigersinne, d. h. die Reibstücke bzw. Klötze 16 legen sich unter dem Einfluß der Fliehkraft, welche in diesem Falle die Kraft der Schraubenfedern 17 übersteigt, auf die Innenumfangs­ fläche des Randbereiches 12′ des Ringteiles 12 auf.

Bei geringeren Drehzahlen übersteigt die Kraft der Schrau­ benfedern 17 die Fliehkräfte, so daß die Reibstücke bzw. Klötze 16 unter Schwenkung der hebelartigen Kupplungsteile 15 entgegen dem Uhrzeigersinn zur Achse des Schwungrades hin verlagert werden. Die Reibstücke bzw. Klötze 16 be­ sitzen keilförmig zueinander angeordnete Reibflächen 16′, welche mit ringförmigen Reibflächen 19 zusammenwirken, die entsprechend keilförmig zueinander an einem Ringteil 20 angeordnet sind, welches radial innerhalb des Randbereiches 12′ des Ringteiles 12 angeordnet und mit dem Schwungrad­ element 2 durch Schraubbolzen 21 undrehbar verbunden ist.

Bei geringer Drehzahl des Schwungrades werden also die Reibstücke bzw. -klötze 16 von den Federn 17 zwischen die Reibflächen 19 eingeschoben, so daß eine kraft­ schlüssige Verbindung zwischen den Reibflächen 16′ der Reibstücke bzw. -klötze 16 und den Reibflächen 19 her­ gestellt wird, d. h. die Schwungradelemente 1 und 2 sind miteinander praktisch starr gekoppelt. Dabei können sehr hohe Drehmomente zwischen den Schwungradelementen 1 und 2 übertragen werden, weil aufgrund der keilförmigen Anordnung der Reibflächen 16′ bzw. 19 eine besonders hohe Flächen­ pressung zwischen den genannten Reibflächen auftritt.

Sobald die Drehzahl des Schwungrades einen Schwellwert überschreitet, verlagern sich die Reibstücke bzw. -klötze 16 nach radial außen, d. h. die Reibflächen 16′ heben von den Reibflächen 19 ab und die Schwungradelemente 1 und 2 sind nur noch mittels der Federanordnung 4 elastisch gekoppelt.

Fig. 4 verdeutlicht nun die Wirkungsweise der Erfindung. Dabei bezeichnet V den Verstärkungsfaktor, welcher das Verhältnis bzw. den Quotienten zwischen den Amplituden des Schwungradelementes 1 sowie des Schwungradelementes 2 wiedergibt. Wenn die Amplitude des Schwungradelementes 1 mit A ₁ und die Amplitude des Schwungradelementes 2 mit A ₂ bezeichnet werden, so gilt also A ₂=VA ₁. In Fig. 4 ist nun der Verstärkungsfaktor V in Abhängigkeit von der Drehzahl u des Schwungrades dargestellt.

Dabei zeigt die Kurve K die Verhältnisse, wie sie sich bei einem geteilten Schwungrad bzw. Zwei-Massen-Schwungrad ohne starre Kupplung der Schwungradelemente im Resonanzbereich einstellen würden. Die Kurve E zeigt die Verhältnisse bei der Erfindung, wenn die Schwungradelemente 1 und 2 nur außerhalb des Resonanzbereiches frei schwingen können.

Es wird davon ausgegangen, daß der Resonanzbereich bei einer Drehzahl u _r liegt, die unterhalb der Leerlaufdrehzahl u _l des jeweiligen Antriebssystems liegt. Dementsprechend liegen die normalen Betriebsdrehzahlen in einem Bereich oberhalb der Leerlaufdrehzahl u _l .

Wie die Kurve K zeigt, steigt der Verstärkungsfaktor zunächst mit zunehmender Annäherung an die Drehzahl u _r im Resonanz­ bereich exponentiell vom Wert 1 auf extreme Werte an, wenn die Schwungradelemente 1 und 2 auch bei diesen geringen Drehzahlen lediglich durch die Federanordnung 4 gekoppelt wären. Nach Überschreiten der Resonanzdrehzahl u _r sinkt der Verstärkungsfaktor wiederum etwa exponentiell steil ab, so daß unter Umständen bereits bei der Leerlaufdrehzahl u _l ein Verstärkungsfaktor unterhalb des Wertes 1 vorliegen kann, d. h. die Amplituden des Schwungradelementes 2 sind geringer als die des Schwungradelementes 1. Bei noch weiter zunehmender Drehzahl werden für den Verstärkungsfaktor V verschwindende Werte erreicht. Die Schwungradelemente 1 und 2 sind somit bei höheren Drehzahlen schwingungsmäßig voneinander entkoppelt.

Erfindungsgemäß sind die Schwungradelemente 1 und 2 nun innerhalb des Resonanzbereiches bzw. bei sehr niedrigen Drehzahlen praktisch starr miteinander gekuppelt. Dement­ sprechend sind die Schwingungsamplituden der Schwungrad­ elemente 1 und 2 bei niedrigen Drehzahlen gleich groß, d. h. der Verstärkungsfaktor bleibt konstant auf dem Wert 1. Dies gilt insbesondere auch bei der Resonanzdrehzahl u _r , denn die Kupplung wird erst bei einer Drehzahl in der Nähe, jedoch unterhalb der Leerlaufdrehzahl u _l geöffnet, und zwar zweckmäßigerweise bei einer solchen Drehzahl, bei der der Verstärkungsfaktor auch ohne die zwischen den Schwungrad­ elementen 1 und 2 wirkende Kupplung nahe des Wertes 1 liegt. Bei weiter ansteigenden Drehzahlen ergeben sich dann die gleichen Verhältnisse, wie sie zuvor anhand der Kurve K erläutert wurden.

Claims (6)

1. Geteiltes Schwungrad mit zwei gleichachsig zueinander angeordneten, mittels Federung miteinander antriebsmäßig gekoppelten Schwungradelementen, deren eines mit dem Motor und deren anderes mit dem Antriebsstrang verbunden bzw. verbindbar ist, mit einer Resonanzfrequenz, welche unterhalb eines bei Betriebsdrehzahl des Motors auftre­ tenden Frequenzbereiches liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schwungradelementen (1, 2) eine Kupplung (15 bis 19) angeordnet ist, welche im Drehzahlbereich der Resonanzfrequenz bzw. im Drehzahlbereich unterhalb eines über dem Resonanzbereich liegenden Schwellwertes bzw. Schwellwertbereiches schließt.

2. Geteiltes Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine drehzahlabhängig steuerbare Lamellen­ kupplung angeordnet ist.

3. Geteiltes Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Fliehkraftkupplung angeordnet ist, welche bei geringer Drehzahl geschlossen ist.

4. Geteiltes Schwungrad nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß am einen Schwungradelement (1) mit radialem Abstand von dessen Achse um dazu parallele Achsen schwenk­ bare hebelartige Kupplungselemente (15) angeordnet sind, welche mittels Federn (17) nach radial innen gegen eine Reibflächenanordnung (19) am anderen Schwungradelement (2) gespannt sind.

5. Geteiltes Schwungrad nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden der hebelartigen Kupplungselemente (15) angeordnete Reib­ stücke bzw. -klötze (16) keilartig angeordnete Flanken (Reibflächen 16′) aufweisen, die mit zwei ringförmigen Reibflächen (19) zusammenwirken, die entsprechend der Schräglage der Flanken geneigt angeordnet sind.

6. Geteiltes Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine drehzahlabhängig steuerbare elektro­ magnetische Kupplung angeordnet ist.